数字口腔高精度医疗装备国内外研究与应用现状分析

1、-范文最新推荐- 数字口腔高精度医疗装备国内外研究与应用现状分析 摘要为了进一步了解数字口腔高精度医疗装备研究与应用现状，本论文从口腔测量系统、修复体CAD/CAM系统、修复体性能检测系统三个方面对国内外数字口腔高精度医疗装备进行了较为详细的调研。通过查阅期刊文献、搜索网络资料、走访口腔科医生等途径，进行调研，并按照上述三个方面对资料进行整理和分析。调研结果显示，目前市场上高端的数字口腔医疗装备均被国外垄断，我国尚无专门针对口腔测量、设计、加工和检测领域的具有自主知识产权的系统。此外，由于国内起步较晚，国外系统均为封闭式一体化结构，国内学者很难掌握其关键技术，故在系统的精度提高和效率提升两方面

2、存在技术瓶颈，需要广大学者的共同努力。7696关键词数字口腔修复体口腔测量CAD/CAM性能检测毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleAnalysis of Domestic and Foreign Research and Application Status of Digital Oral High Precision Medical EquipmentAbstractFor further understanding the domestic and foreign research and application status of digital oral high precisi

3、on medical equipment, this paper will do detailed investigation of domestic and foreign digital oral high precision medical equipment from three aspects: the oral measurement system, the prosthesis CAD/CAM system and the system of prosthesis performance testing. I read characteristic，searched in the

4、 internet and visited the dentist. Then show my own idea after various of studies and analysis.The results show that the high performance digital oral medical equipment has been monopolized by foreign on market at present, and our country there is no special system for oral measurement, design, proc

5、essing and detecting. What’s more, due to the late beginning at home and foreign systems are closed-end and integration structure, domestic scholars is difficult to master the key technology. Therefore there are technical bottlenecks in the system accuracy and efficiency. It requires the joint

6、 efforts of the majority of scholars. 全球医疗器械行业市场集中度较高，基本由美国、德国、日本公司的产品主导。其中，美国以其高技术的医疗器械产品占据统治地位，其次为德国和日本，其他一些西欧国家只是在一些专科设备上处领先水平，图1.1显示了全球医疗器械工业销售额的分布情况。亚洲已成为国际医疗器械产业的一大市场，日本是亚洲第一大医疗器械市场，年销售额高达450亿美元；我国是亚洲第二大医疗器械市场，规模达40-80亿美元；印度、韩国、东南亚地区也成为欧美医疗器械厂商的重点市场。图1. 1全球医疗器械工业销售额以2009年为例，全球老龄化继续加剧，全球医械巨头的产品

7、销量均有增加，这一趋势从各公司的年报上得到印证。如图1.2，统计了2009年全球知名的7家医疗器械公司的年度销售总额，其产品销售额都在数十亿美元以上，强生无疑是医疗器械领域的孤独求败，销售额达到235.7亿美元。而其他主要竞争者如西门子、通用和飞利浦虽非医药企业，但是在医疗器械领域同样占有重要的一席之地。知名的但以生产小设备为主的公司如美敦力和波士顿科学同样榜上有名。医疗器械巨头们的收入出现普遍增长的趋势。图1. 2全球医疗器械知名公司2009年度销售总额（单位：亿美元）纵观全球医疗器械产业格局及行业市场现状，我认为有许多因素助推医疗器械市场的增长，如新兴市场需求的增加、减少住院时间的需要和老

8、龄化社会的到来，这些都是医疗器械市场增长的潜在动力。2009年全球医疗器械市场已经达到2900亿美元，未来几年随着经济的复苏和新兴市场国家中等收入水平消费者对医疗保健服务需求的增长，全球医疗器械市场将持续增长。我国应当充分借助此次契机，大力发展医疗器械产业。 1.2数字口腔高精度医疗装备亟待发展21世纪，医疗器械的发展将呈现以下特点：硬件性的医疗器械将更加智能化，需要更为成熟的信息数据库的支持；更为智能化和简易化的产品，将使得保健工作从医院向家庭发展；产品开发将使集成化的复合型趋势更加明显；技术发展将大大提高临床诊断在时间上和空间上的精确性。这就需要大力发展数字化医疗装备，是医疗器械向数字化、

9、信息化、自动化方向发展。数字化医疗装备是将传统医疗器械技术与精密制造、电子信息、生物工程和材料科学等技术有机结合形成的医疗设备。目前，全球的数字化医疗装备市场主要被美、日、德等少数国家的少数几个跨国公司所垄断，这些公司占据了我国高端医疗器械领域80%以上的市场。国外高端数字化医疗装备大量涌入不仅对处于起步阶段的民族数字化医疗装备产业造成巨大冲击，导致我国大量商业利润和外汇流失，而且对医疗费用的高速增长起到了推波助澜的作用，直接影响了广大人民群众的切身利益，是导致老百姓“看病贵”的重要原因。特别是口腔疾病的治疗，“看牙贵”成了患者对口腔治疗的第一印

10、象。目前我国口腔疾病特别是齿科疾病形式严峻：牙齿是人体口腔中的重要器官，不仅能行使人们日常生活所必须的咀嚼功能，同时在发音、语言及保持面部的正常形态方面也起着至关重要的作用，而牙体缺损、牙列缺损及其畸形和牙列缺失是口腔科的常见病、多发病。据2008年出版的第三次全国口腔健康流行病学调查报告显示2，我国成年人口腔疾病发病率高达97.6%，其中牙齿硬组织疾病占90%以上，未经治疗或治疗不当的牙齿硬组织疾病，可引起一系列口腔与全身健康问题，咀嚼功能部分甚至全部丧失，还可能诱发多种全身疾病，严重影响国民健康，给国家和个人造成巨大的经济负担3。图1. 4为中年组和老年组牙体、牙列缺失率比较饼图，由图可见

11、，我国国民口腔疾病方面的硬组织疾病情况令人堪忧。 1.3本文选题意义及章节设置齿科疾病占口腔疾病的绝大部分，牙齿是典型的微小复杂零件，具有复杂表面和形状，给数字口腔修复体诊疗过程带来了极大地挑战。目前对于齿科疾病的治疗，特别是牙齿硬组织疾病的治疗主要通过佩戴修复体的形式解决。一个符合特定病人口腔环境的修复体需要通过特定的测量、设计与加工，要求能够基于口腔复杂微生物环境准确测量病人口腔状况，根据测量数据进行特殊处理为该病人量身定做修复体，最后进行佩戴。目前市场上制作修复体的材料多种多样，主要有氧化锆、钛合金、树脂等，如何确定该材料制成的修复体是否符合人体口腔要求也是值得研究的问题。我认为，口腔测

12、量、修复体设计加工、修复体性能检测应该是一个相互关联的闭合的回路，如图1.5所示，通过对修复体性能的检测作为反馈，不断促进测量和设计加工两个过程，最后得到患者满意的修复体。目前，这些方面的医疗设备基本被国外厂商垄断，测量系统主要有美国Cygnus、Cyberwar、司贝塔Spectravu-SVx4，法国康普特、日本森田、UNISN；修复体设计加工装备主要有德国Cerec 3D/Cerec AC系统、KaVo Everest System系统、美国Procera系统、加拿大dental CAD/CAM等。修复范围从制作嵌体、贴面、部分冠、全冠、简单固定桥乃至全口义齿等。最新数据显示，Cerec

13、 AC系统能够在半个小时之内完成口腔修复体测量、设计和加工全过程，国内还尚无同类的商用数字口腔医疗装备，完全依赖进口。这其中存在的真正问题是数字口腔修复涉及精密制造、材料科学、信息科学、生物工程等多个学科，国内基础理论体系尚未形成，存在系列亟待突破的关键理论和技术。图1. 5修复体制备过程因此，本论文将从基于口腔复杂微生物环境的快速高精度测量系统、复杂微小修复体的CAD/CAM加工系统以及后期成型修复体的性能检测系统三个方面进行阐述，重点研究这三方面的国内外研究与应用现状，对建立具有我国自主知识产权的数字化口腔一体化治疗系统具有一定的科学意义。 2.1国内外口腔测量系统发展现状从适用范围来分，

14、口腔牙齿三维数字化测量系统可以分为口腔外测量和口腔内测量。口腔外测量是利用逆向工程，借助翻模技术，将患者口内全口牙列进行印模并翻制，利用三维测量系统对石膏模型进行测量，获得精度较高且稳定的患者牙体三维数字模型4-5，如图2.1所示，列举了几种典型的口腔外测量系统。图2. 1口腔外测量系统口腔外测量的典型技术方法主要有：多幅投影光栅测量法。该方法利用投射多幅编码条纹，通过编、解码算法计算曲面形态数据。德国Kavo公司的珠穆朗玛口腔Kavo Everst System采用空间编码技术在3分钟内完成一颗牙齿代型的测量，精度可以达到约0.03mm；加拿大的CYNOVAD公司的Pro 50TM牙齿三维光

15、栅扫描仪采用彩色编码技术，由白光照射彩色编码光栅投射出带有多种彩色信息的光栅条纹，由彩色摄像机采集图像，利用色度信息计算牙模表面的数据，扫描一个代型的时间少于60秒。激光线测量法。该方法通过投射激光线并根据物体表面形状发生的空间扭曲，经过三角测量法计算物体表面的三维信息，如丹麦3Shape公司的3Shape Dental 3D Scanner D-200™设备，能够在3.5-17min内完成扫描工作，包括准备与规划、扫描过程和后处理过程。设备可以自动扫描用户确认的任何物件的3D覆盖率。立体视觉法。该方法基于立体视差法，由两台摄像机组成的传感器模拟人的双眼，利用空间点在两摄像机像平面

16、上的透视成像点坐标来求取空间点的三维坐标。如德国Hint-Els Dental CAD System的HiScan，采用1360 x 1030的高分辨率相机，在20180秒内完成牙齿代型测量，测量平均精度达到0.016mm。口腔内测量则是医生将一个小型测量系统直接伸入患者口腔内进行数据采集，如图2.2所示。从相关文献及网络资源查询统计，目前该领域的技术还不成熟，国外先后出了一些实验系统和功能不很完善的商用系统，主要包括： 美国D4D公司是于2008年刚成立的一家口腔修复CAD/CAM公司，推出了E4D Dentist口腔修复CAD/CAM系统，其中IntraOral Digitizer口内扫描

17、系统也是基于激光的一种测量系统，该系统仅在网络看到视频样机模型操作流程，未见在市场上使用相关报道。基于激光的测量技术很难满足口内快速测量的要求。美国Procera（Nobel Biocare）公司也是较早进入口腔修复CAD/CAM系统的主要公司之一，于2006年10月在ADA会议上展示了他们的口内三维扫描系统iTero™，设备外形较大，主要由腔体测量部件和后端的空气压缩部件组成，空气压缩保持采集头不会产生雾化，CCD传感器件采用频闪彩色相机实现牙齿数据获取，该方法的优点是不受牙齿材质半透明及高光反射的影响。德国Hint-Els公司联合德国一个工业大学进行了相关微型口内三维扫描实验性

18、研究，采用基于双目立体视觉系统，投射光栅编码结构光，利用外极限约束和相关性技术，实现口内数据的三维测量，该产品处于实验室系统下功能测量研究阶段。国内在物体的三维外形数据测量方面也做了大量的研究工作8-12，尤其是近年来各高校和研究院所都取得比较重要的研究进展，如西安交通大学、华中科技大学、天津大学、北京航空航天大学、上海交通大学等。西安交通大学基于外差式多频相移三维光学技术研制的XJTUOM三维光学面扫描系统，如图2.4所示，用于不规则复杂曲面产品零件的移动便携式三维扫描和逆向设计。采用国际最先进的外差式多频相移三维光学测量技术，可以扫描测量几毫米到几十米的工件和物体，单幅扫描一次获得130万

19、660万的点云，点云的点间距为0.04mm 0.67mm，海量数据测量和处理，测量精度从0.008mm到0.05mm。单幅（最大3米幅面）测量速度为36秒。已形成产品，能够应用于牙齿及畸齿矫正，但未见实际应用的相关报道。 北京航空航天大学葛文谦等建立了兼顾高曲率微小零件的表面缺陷检测和外形尺寸测量系统，如图2.8为测量系统实物图。对于表面上缺陷的检测，采用大方块模板平滑滤波后的图像作为模板与待测图像进行差值的方法，能较好的识别缺陷，并计算缺陷大小，统计数量；系统采用定倍放大、拍摄多幅图像方法对外形尺寸进行测量，克服了单幅图像测量外形尺寸精度不高、变倍单幅图像测量需要反复标定的缺点。目前仍处于实

20、验室阶段。图2. 8测量系统实物图上海交通大学邓凯仁等基于一个新的结构光技术——双目视觉和相移技术相结合的三维测量方法，建立了一个高分辨率的三维测量硬件系统，同时在原有方法的基础上，采用亚像素匹配的方法，提高了系统的分辨率。处于实验室阶段。我校廖文和教授所带领的课题组长期从事光学三维测量、逆向工程、CAD/CAM、图像处理等相关理论和算法研究的基础上，研究究：1）面向生物环境特征的瞬时视觉三维测量技术；2）复杂口腔生物环境下的标定与去噪技术；3)联合光模式下的加速实时编、解码技术；4)复杂口腔修复三维模型实时重建、数据处理技术；5) 便携式口内测量空间自定位配准和多视角

21、数据融合技术；6）核心元器件微型化集成、高精度装调工艺与控制技术。通过研究，形成具有自主知识产权的基于口腔复杂生物环境的微小型快速高精测量系统。如图2.9为基于复杂口腔生物环境的微小型快速高精测量系统结构图。图2. 9基于复杂口腔生物环境的微小型快速高精测量系统结构国内也出现了一些商品化产品，但基本处于应用的初级阶段，技术和应用不太成熟，仅用于通用的工业领域。国内为口腔CAD/CAM系统而研制的专用数据采集系统很少，目前主要有两种技术路线，一是第四军医大高勃等人开发的基于投影光栅法的牙冠测量系统，但该系统是在放大的牙冠模型上采集数据，未采集邻牙及对颌牙的数据，也未有后期CAD/CAM牙冠加工报道；二是有学者开发的基于主动三角法的三维激光模型扫描系统D.01-L-3D SCANNER ，基本满足部分修复类型的测量，但是基于激光的测量效率太低，无法满足临床口内椅旁使用的要求。 激光线扫描口外601800.020.1稳定性好，数据质量好，配合转台易于数据拼合测量效率略低德国Sirona公司的Cerec3D、德国Kavo E