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一种应用于虚拟口腔手术的支点装置

阅读：1044发布：2020-06-25

IPRDB可以提供一种应用于虚拟口腔手术的支点装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种应用于虚拟口腔手术的支点装置，该装置包括台面底座，磁座滑槽，开关磁座和手部支撑座。通过带有开关的开关磁座，确保支点既能带动台面底座和磁座滑槽自由运动；又能通过磁力将三者吸附在一起，当操作者支撑于支点的上底面或侧面时，支点不会晃动；同时，手部支撑座仿照口腔设计，但是只留下1～2颗临牙的空间作为支撑，确保支撑牙齿不会和力反馈设备的手柄发生干涉；进一步地，通过支架和轨道的设计，确保在操作全口腔范围内的任意牙齿时，都可以调节支点到达理想的支撑位置。，下面是一种应用于虚拟口腔手术的支点装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种应用于虚拟口腔手术的支点装置，其特征在于：包括台面底座、磁座滑槽、开关磁座、手部支撑座，其中：(1)台面底座

台面底座中心有一个转动副，用于连接磁座滑槽，并且为磁座滑槽提供360°的转动；

(2)磁座滑槽

磁座滑槽通过下底面中心的转动副固定于台面底座，并实现360°的转动；磁座滑槽为表面光滑的金属材料，磁座滑槽上底面开有矩形滑槽，能够保证开关磁座进行滑动运动；

(3)开关磁座

开关磁座置于磁座滑槽的矩形滑槽内，具有方形的外壳，内部结构为用不导磁的铜板隔开的两块导磁体；当铜板位于开关磁座内部中间位置、磁力线分别在两块导磁体中形成闭路时，开关磁座能够轻易在金属表面滑动；当磁座内部的铜板偏离中间位置、形成磁力线闭合时，开关磁座能够牢牢的附着在金属表面；

(4)手部支撑座

为配合开关磁座方形的外壳，手部支撑座的底部设计为方形孔，能够从开关磁座的上底面插入，紧密连接开关磁座，实现开关磁座和手部支撑座的同步运动；手部支撑座的顶部模拟口腔的形状，设计为半圆形平台，并模拟牙齿的结构在上方安置一个手部支撑点，大小接近两个临牙；手部支撑点能够在用户对目标牙齿进行探测或清洁操作时，作为用户操作力反馈设备握持手柄的支点，并且在操作过程中能够避免力反馈设备握持手柄的尖端部分碰触到支点，产生干扰。

2.根据权利要求1所述的应用于虚拟口腔手术的支点装置，其特征在于：该支点装置还包括升降台，升降台作为支点装置的基座，位于台面底座的下方，用于固定台面底座，使得台面底座不会晃动，确保用户在使用支点装置时能够得到稳定的支撑；并且升降台能够提供竖直方向上的平移，当用户操作高度不同的牙齿时，能够通过微调升降旋钮将手部支撑点调节到合适的位置。

3.根据权利要求1所述的应用于虚拟口腔手术的支点装置，其特征在于：所述磁座滑槽的表面的金属材料为钢或铁。

说明书全文

一种应用于虚拟口腔手术的支点装置

技术领域

[0001] 本发明设计一种应用于虚拟口腔手术的支点建造方法，配合虚拟口腔手术模拟器使用，在用户进行虚拟口腔训练时起到稳定的支撑作用。该机构作为口腔手术中手部支撑点的模拟方案，承载力较大，承载范围覆盖了全口腔范围，可以满足虚拟口腔手术培训中支点支撑的需求。

背景技术

[0002] 在牙科手术的临床操作中，牙医主要依靠视觉和触觉反馈信息来进行诊断并保证手术的正确和安全。在牙科操作的培训过程中，学生一般使用石膏或树脂模型来进行练习。但是因为石膏树脂模型不能重复使用，所以这些传统的训练方法需耗费大量的人力物力。
借助虚拟现实技术进行临床训练，可以在计算机中模拟手术过程，并通过力觉交互设备等获得逼真的触感，节省训练费用。

[0003] 支点是在进行口腔治疗时稳定医生手部的手指支撑点。在口腔实践中，操作者的手指需要选取当前操作牙齿附近的牙齿作为手指支点，作为口腔治疗时手部的支撑梁，从而在手术治疗时，可以精确地控制提拉的压力和距离。

[0004] 在基于力觉交互设备的虚拟现实口腔教学训练中，用户可以通过力觉设备在触碰虚拟牙齿时获得逼真的触感。但是因为虚拟的图形牙齿不能为操作者提供支撑，所以还需要设计物理支点，帮助学生在训练过程中练习支点的使用，培养正确的操作习惯。

[0005] 设计在口腔手术模拟中可用的支点时，需要考虑到力反馈设备末端手柄的干涉，以及使用支点带来的虚拟环境和真实环境耦合的困扰问题。如图所示，假设将物理支撑牙齿放在虚拟牙齿的对应位置，则当工具手柄碰到虚拟牙齿的时候，也会在同时和物理牙齿接触。其后果就是用户会同时感受到物理手柄和支撑牙齿碰撞的力，以及虚拟手柄和虚拟牙齿碰撞的力，引起虚拟力和物理力的相互干涉，导致力感的失真。此外，因为力反馈设备的末端结构比较复杂，力反馈设备的末端手柄还可能和周边的牙齿产生接触，以致工具无法到达理想的位置。上述因素都极大的增加了支点的设计困难。

[0006] 由于上述困难，尽管当前口腔手术模拟器的种类繁多，但是仅有少数能够提供支点，并且都在一定程度上进行了简化：大部分口腔模拟器都放弃了手指支撑的方案，转而采用手腕支点；同时限制了操作牙的范围，仅能对特定的牙齿进行操作，操作空间也受到限制。

[0007] 因此，开发能够提供稳定的手指支撑的支点，在虚拟口腔手术模拟中具有极其重要的意义。

发明内容

[0008] 本发明解决的技术问题是：解决了当前虚拟口腔手术模拟中缺乏支点的问题。该支点可以为操作者提供稳定的手指支撑，操作者的支撑手指(如无名指)可稳定支撑于支点的上底面和侧面(前后左右)，并且可对虚拟口腔空间内的任意牙齿进行操作。在使用过程中，力反馈设备手柄以任意的姿态对虚拟牙齿进行操作，力反馈设备握持手柄的尖端不会和支点触碰，不会发生干扰等干涉。

[0009] 本发明采用的技术方案为：一种应用于虚拟口腔手术的支点装置，该装置包括台面底座、磁座滑槽、开关磁座、手部支撑座：

[0010] (一)台面底座

[0011] 台面底座中心有一个转动副，用于连接磁座滑槽，并且为滑槽提供360°的转动。

[0012] (二)磁座滑槽

[0013] 矩形滑槽通过下底面中心的转动副固定于台面底座，并实现360°的转动；磁座滑槽为表面光滑的金属材料，磁座滑槽上底面开有滑槽，可以为保证磁座进行滑动运动。金属材料可以为钢或铁。

[0014] (三)开关磁座

[0015] 开关磁座置于磁座滑槽的矩形滑槽内，具有方形的外壳，内部结构为用不导磁的铜板隔开的两块导磁体；当铜板位于开关磁座内部中间位置、磁力线分别在两块导磁体中形成闭路时，开关磁座能够轻易在金属表面滑动；当磁座内部的铜板偏离中间位置、形成磁力线闭合时，开关磁座能够牢牢的附着在金属表面。

[0016] 由于开关磁座附着的磁座滑槽为表面光滑的金属材料，滑动摩擦和转动摩擦系数较少，所以当开关磁座运动时，既可以在磁座滑槽的矩形滑槽内滑动，同时也可以带动磁座滑槽绕其中心的转动副转动；通过上述结构设计，开关磁座可以自由地到达全口腔范围内的任意位置。

[0017] 当医生运动开关磁座到达理想的支撑位置后，可以按下开关磁座的开关按钮，开启开关磁座的吸附功能；当开关磁座的吸附功能开启后，会通过强力的磁力将其自身和磁座滑槽、台面底座吸附在一起，使得医生不能继续移动开关磁座，确保在医生操作目标牙齿的过程中支点不会晃动，提供稳定的支撑；

[0018] 当医生操作完成当前牙齿后，可以再次按下开关按钮，关闭开关磁座的吸附功能，自由移动开关磁座到达下一个支撑位置。

[0019] (四)手部支撑座

[0020] 手部支撑座的底部设计为方形孔，可以紧密连接开关磁座，实现开关磁座和手部支撑座的随动，即当手部支撑座运动时，与它相连的开关磁座也会同步运动；手部支撑座的顶部模拟口腔的形状，设计为半圆形平台，并模拟牙齿的结构在上方安置一个手部支撑点，大小接近两个临牙。手部支撑点可以再用户对目标牙齿进行操作可供用户在操作力反馈设备的作为一个握持手柄的支点，并且在操作过程中可以避免干涉的情况出现，即避免力反馈设备握持手柄的尖端部分碰触到支点，产生干扰。

[0021] 上述支点装置还可以包括升降台，升降台作为支点装置的基座，位于台面底座的下方，用于固定台面底座，使得台面底座不会晃动，确保用户在使用支点装置时能够得到稳定的支撑；并且升降台能够提供竖直方向上的平移，当用户操作高度不同的牙齿时，能够通过微调升降旋钮将手部支撑点调节到合适的位置。

[0022] 本发明的原理在于：

[0023] 1、通过带有开关的开关磁座，确保支点既能带动台面底座和磁座滑槽自由运动；又能通过磁力将三者吸附在一起，当操作者支撑于支点的上底面或侧面时，支点不会晃动。

[0024] 2、手部支撑座仿照口腔设计，但是只留下1～2颗临牙的空间作为支撑，确保支撑牙齿不会和力反馈设备的手柄发生干涉。

[0025] 3、进一步地，通过支架和轨道的设计，确保在操作全口腔范围内的任意牙齿时，都可以调节之前到达理想的支撑位置。

[0026] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0027] 1、本发明适用于虚拟口腔操作中的全口腔范围支撑，使用者可以在操作任意牙齿时获得稳定的支点，而不局限于特定的操作范围。

[0028] 2、用户在使用时，支撑点的支撑平面不局限于上底面，前后左右四个侧面也可以提供支撑，与真实操作较为近似。

[0029] 3、本发明在设计中综合考虑了力反馈设备的干涉问题，使用目前市场上绝大部分力反馈设备作为物理手柄，均不会和支撑点产生干涉。

附图说明

[0030] 图1为本发明应用于虚拟口腔手术的支点装置的结构示意图；

[0031] 图2为实际的口腔操作中支点示意图；

[0032] 图3真实牙齿和虚拟牙齿的干涉；

[0033] 图4为口腔手术模拟系统效果图。

具体实施方式

[0034] 下面结合其他附图及具体实施方式进一步说明本发明。

[0035] 如图1所示，本发明提供的一种应用于虚拟口腔手术的支点装置，该装置包括台面底座、磁座滑槽、开关磁座、手部支撑座：其中，

[0036] (一)台面底座

[0037] 台面底座中有一个转动副，用于连接磁座滑槽，并且为滑槽提供360°的转动。

[0038] (二)磁座滑槽

[0039] 矩形滑槽通过下底面的转动副固定于台面底座，并实现360°的转动；磁座滑槽为表面光滑的金属材料，磁座滑槽上底面开有滑槽，可以为保证磁座进行滑动运动。金属材料可以为钢或铁。

[0040] (三)开关磁座

[0041] 开关磁座置于磁座滑槽的矩形滑槽内，具有方形的外壳，内部结构为用不导磁的铜板隔开的两块导磁体；当铜板位于开关磁座内部中间位置、磁力线分别在两块导磁体中形成闭路时，开关磁座能够轻易在金属表面滑动；当磁座内部的铜板偏离中间位置、形成磁力线闭合时，开关磁座能够牢牢的附着在金属表面。

[0042] 由于开关磁座附着的磁座滑槽为表面光滑的金属材料，滑动摩擦和转动摩擦系数较少，所以当开关磁座运动时，既可以在磁座滑槽的矩形滑槽内滑动，同时也可以带动磁座滑槽绕其中心的转动副转动；通过上述结构设计，开关磁座可以自由地到达全口腔范围内的任意位置。

[0043] 当医生运动开关磁座到达理想的支撑位置后，可以按下开关磁座的开关按钮，开启开关磁座的吸附功能；当开关磁座的吸附功能开启后，会通过强力的磁力将其自身和磁座滑槽、台面底座吸附在一起，使得医生不能继续移动开关磁座，确保在医生操作目标牙齿的过程中支点不会晃动，提供稳定的支撑；

[0044] 当医生操作完成当前牙齿后，可以再次按下开关按钮，关闭开关磁座的吸附功能，自由移动开关磁座到达下一个支撑位置。

[0045] (四)手部支撑座

[0046] 手部支撑座的底部设计为方形孔，可以紧密连接开关磁座，实现开关磁座和手部支撑座的随动，即当手部支撑座运动时，与它相连的开关磁座也会同步运动；手部支撑座的顶部模拟口腔的形状，设计为半圆形平台，并模拟牙齿的结构在上方安置一个手部支撑点，大小接近两个临牙。手部支撑点可以再用户对目标牙齿进行操作可供用户在操作力反馈设备的作为一个握持手柄的支点，并且在操作过程中可以避免干涉的情况出现，即避免力反馈设备握持手柄的尖端部分碰触到支点，产生干扰。

[0047] 上述支点装置还可以包括升降台，升降台作为支点装置的基座，位于台面底座的下方，用于固定台面底座，使得台面底座不会晃动，确保用户在使用支点装置时能够得到稳定的支撑；并且升降台能够提供竖直方向上的平移，当用户操作高度不同的牙齿时，能够通过微调升降旋钮将手部支撑点调节到合适的位置。

[0048] 如图2所示，无名指的指腹置于刮治牙的临牙，在实际的口腔操作中医生需要将无名指支撑于相邻的1～2颗牙齿，支持面有可能是上底面，也有可能是侧面。

[0049] 图3反映的是真实牙齿和虚拟牙齿的干涉图。

[0050] 如图4所示，在虚拟口腔手术模拟中，用户看到的虚拟图像为平躺的病人，支撑点既需要在水平面移动，适应全口腔范围内的不同牙齿；同时也需要在竖直方向进行调节，方便操作各种不同高度的牙齿。因为需要提供稳定的支撑，所以支点到达理想的支撑点位后，还需要能稳固的固定。因为医生操作时的力度可能较大，所以对支点的固定方式提出了限制。

[0051] 本发明通过设计转动副和矩形滑槽，是的支点可以到达水平面内虚拟口腔的任意牙齿；为了使得支点能够在竖直方向微调，将升降平台和底座固连。

[0052] 本发明选用开关磁座作为滑道和支撑平台的连接枢纽，是因为开关磁座有两种不同的工作模式：当开关磁座关闭吸附功能后，可以沿滑槽自由地滑动，并带动滑槽转动；当开关磁座开启吸附功能后，可以强力地将底座和滑道吸附住，使得用户能够获得稳定的支撑。因为开关磁座的吸附力较强(30kg)，所以用户在操作过程支点不会发生晃动。

[0053] 本发明在设计支撑牙齿时，仅选用了1～2颗临牙的空间，有效地避免了和力反馈设备手柄的干涉。

[0054] 本发明未详细阐述的技术内容属于本领域技术人员的公知技术。

[0055] 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

标题	发布/更新时间	阅读量
多支点背心袋-专利编号CN102730286A	2020-05-13	724
后支点座-专利编号CN104590308A	2020-05-11	138
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双支点滑撑-专利编号CN106639693A	2020-05-11	602
支点漂移法-专利编号CN104565186A	2020-05-11	777
双支点扭力扳手-专利编号CN1978146A	2020-05-13	779
桥墩的支点-专利编号CN1673458A	2020-05-12	829
一种支点工具-专利编号CN106361424A	2020-05-12	516

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