【背景】口腔种植牙技术在近年中得到了快速的发展,随着种植体表面处理方法和植入技术的不断进步、种植成功率的不断提高、适应症也不断扩大,目前种植手术已无绝对禁忌症,许多新的种植修复方法也被广泛的应用于临床。同时伴随着生活水平的提高,人们对口腔缺牙越来越重视,美观、舒适、远期效果好的口腔种植技术受到更多的青睐。但是在传统种植手术中,治疗效果也主要决定于医生的临床经验和操作的准确性,任何操作的微小失误和精度偏差都会影响到远期的功能和美观效果,造成不必要的并发症。随着手术机器人在外科领域取得成功,手术机器人微创、精准和高效的特点也恰恰是口腔种植技术未来的发展方向,能否将两者结合,让机器人代替医生来完成种植手术成为了我们的研究目标。【目的】基于以上背景,本课题组与北京航空航天大学机器人研究所共同研发了口腔种植机器人系统,该系统是一款综合应用视觉传感、力学传感、三维可视化和微型机器人等技术的医疗手术机器人系统,本研究作为该项目的组成部分,目的是:1.构建一种适合口腔种植机器人系统精度研究的模块化牙列缺损种植模型;2.通过基于模型实验的口腔种植机器人系统精度评价,作出详细的误差分析,为软件、硬件及手术流程的优化提出依据,给后续的动物实验和临床实验打下基础。【方法】1.按kennedy牙列缺损分类方法将模块化牙列缺损种植模型分成八类,利用geomagic逆向工程软件分别构建三维数字模型;2.利用3d打印技术将模块化牙列缺损种植模型的三维数字模型加工成实物;3.分析模块化模型的配准误差,为后续研究中的误差分析排除干扰;4.搭建口腔种植机器人系统的种植平台、机械臂平台以及导航环境,并完成各结构之间的标定;5.规划机器人在模块化模型上种植的工作路径;6.在视觉导航下完成口腔种植机器人系统精度的模型实验;7.种植完成后经cbct(cone-beamcomputedtomography)扫描重建种植区模块stl(standardtriangulatelanguage)数据,与种植区模块的原始设计三维数据配准后,分别提取种植窝洞和种植规划路径的四个点,导入到excel中,计算出种植窝洞的肩部偏差、根部偏差和角度偏差;8.将数据导入至spss软件,进行描述性统计和snk-q检验;9.结合口腔种植机器人系统种植过程分析结果中的误差来源,优化相关参数。【结果】1.利用geomagic逆向工程软件构建出模块化牙列缺损种植模型(共八种分类),并利用3d打印技术加工成实物;2.模块化模型配准后平均距离的均值为0.093,标准差为0.008;单样本t检验显示,按α=0.05水准,拒绝原假设,认为模块化模型的配准误差小于0.1mm。3.口腔种植机器人系统精度的模型实验结果显示,所有种植窝洞的肩部偏差为0.705±0.145(95%ci:0.673-0.737mm),根部偏差为0.998±0.232mm(95%ci:0.948-1.050mm),角度偏差为2.077±0.455mm(95%ci:1.978-2.175mm)。snk-q检验结果显示,按α=0.05水准,在肩部偏差、根部偏差和角度偏差中下颌四种分类模型间两两比较均无统计学差异。【结论】构建模块化牙列缺损种植模型是口腔种植机器人系统精度评价的重要组成部分,通过该模型我们可以模拟手术环境,贴近真实情况;同时还能简化实验步骤,优化精度实验的操作流程;最重要的是提高了模型精度,减少了模型误差对后期精度实验的干扰。同时我们通过对模块化牙列缺损种植模型配准误差的分析,结果显示基于成对基准点的配准方法配准精度较高,使用模块化牙列缺损种植模型对后期模型实验的精度分析干扰较小。最后,我们通过评价该系统在模块化模型上的种植精度,比较种植路径和种植窝洞的偏离值得出,种植窝洞的肩部偏差为0.705±0.145(95%CI:0.673-0.737mm),根部偏差为0.998±0.232(95%CI:0.948-1.050mm),角度偏差为2.077±0.455(95%CI:1.978-2.175mm),上述结果说明口腔种植机器人系统的种植精度较高,优于目前临床广泛使用的种植导板的植入精度,而且口腔种植机器人系统更为稳定。同时针对实验结果,我们对口腔种植机器人系统的术前搭建、术中实施以及术后数据获取分析等整体过程做了详细的误差分析,详细阐述了每一个环节可能产生的误差,根据误差来源提出进一步提高精度的办法,为系统软件、硬件及手术流程的优化和下一步的动物、临床实验打下了坚实的基础。