數(shù)字口腔高精度醫(yī)療裝備國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1、-范文最新推薦- 數(shù)字口腔高精度醫(yī)療裝備國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀分析 摘要為了進(jìn)一步了解數(shù)字口腔高精度醫(yī)療裝備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，本論文從口腔測(cè)量系統(tǒng)、修復(fù)體CAD/CAM系統(tǒng)、修復(fù)體性能檢測(cè)系統(tǒng)三個(gè)方面對(duì)國內(nèi)外數(shù)字口腔高精度醫(yī)療裝備進(jìn)行了較為詳細(xì)的調(diào)研。通過查閱期刊文獻(xiàn)、搜索網(wǎng)絡(luò)資料、走訪口腔科醫(yī)生等途徑，進(jìn)行調(diào)研，并按照上述三個(gè)方面對(duì)資料進(jìn)行整理和分析。調(diào)研結(jié)果顯示，目前市場(chǎng)上高端的數(shù)字口腔醫(yī)療裝備均被國外壟斷，我國尚無專門針對(duì)口腔測(cè)量、設(shè)計(jì)、加工和檢測(cè)領(lǐng)域的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)。此外，由于國內(nèi)起步較晚，國外系統(tǒng)均為封閉式一體化結(jié)構(gòu)，國內(nèi)學(xué)者很難掌握其關(guān)鍵技術(shù)，故在系統(tǒng)的精度提高和效率提升兩方面

2、存在技術(shù)瓶頸，需要廣大學(xué)者的共同努力。7696關(guān)鍵詞數(shù)字口腔修復(fù)體口腔測(cè)量CAD/CAM性能檢測(cè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）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. 全球醫(yī)療器械行業(yè)市場(chǎng)集中度較高，基本由美國、德國、日本公司的產(chǎn)品主導(dǎo)。其中，美國以其高技術(shù)的醫(yī)療器械產(chǎn)品占據(jù)統(tǒng)治地位，其次為德國和日本，其他一些西歐國家只是在一些專科設(shè)備上處領(lǐng)先水平，圖1.1顯示了全球醫(yī)療器械工業(yè)銷售額的分布情況。亞洲已成為國際醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的一大市場(chǎng)，日本是亞洲第一大醫(yī)療器械市場(chǎng)，年銷售額高達(dá)450億美元；我國是亞洲第二大醫(yī)療器械市場(chǎng)，規(guī)模達(dá)40-80億美元；印度、韓國、東南亞地區(qū)也成為歐美醫(yī)療器械廠商的重點(diǎn)市場(chǎng)。圖1. 1全球醫(yī)療器械工業(yè)銷售額以2009年為例，全球老齡化繼續(xù)加劇，全球醫(yī)械巨頭的產(chǎn)品

7、銷量均有增加，這一趨勢(shì)從各公司的年報(bào)上得到印證。如圖1.2，統(tǒng)計(jì)了2009年全球知名的7家醫(yī)療器械公司的年度銷售總額，其產(chǎn)品銷售額都在數(shù)十億美元以上，強(qiáng)生無疑是醫(yī)療器械領(lǐng)域的孤獨(dú)求敗，銷售額達(dá)到235.7億美元。而其他主要競(jìng)爭(zhēng)者如西門子、通用和飛利浦雖非醫(yī)藥企業(yè)，但是在醫(yī)療器械領(lǐng)域同樣占有重要的一席之地。知名的但以生產(chǎn)小設(shè)備為主的公司如美敦力和波士頓科學(xué)同樣榜上有名。醫(yī)療器械巨頭們的收入出現(xiàn)普遍增長(zhǎng)的趨勢(shì)。圖1. 2全球醫(yī)療器械知名公司2009年度銷售總額（單位：億美元）縱觀全球醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)格局及行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀，我認(rèn)為有許多因素助推醫(yī)療器械市場(chǎng)的增長(zhǎng)，如新興市場(chǎng)需求的增加、減少住院時(shí)間的需要和老

8、齡化社會(huì)的到來，這些都是醫(yī)療器械市場(chǎng)增長(zhǎng)的潛在動(dòng)力。2009年全球醫(yī)療器械市場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到2900億美元，未來幾年隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和新興市場(chǎng)國家中等收入水平消費(fèi)者對(duì)醫(yī)療保健服務(wù)需求的增長(zhǎng)，全球醫(yī)療器械市場(chǎng)將持續(xù)增長(zhǎng)。我國應(yīng)當(dāng)充分借助此次契機(jī)，大力發(fā)展醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)。 1.2數(shù)字口腔高精度醫(yī)療裝備亟待發(fā)展21世紀(jì)，醫(yī)療器械的發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：硬件性的醫(yī)療器械將更加智能化，需要更為成熟的信息數(shù)據(jù)庫的支持；更為智能化和簡(jiǎn)易化的產(chǎn)品，將使得保健工作從醫(yī)院向家庭發(fā)展；產(chǎn)品開發(fā)將使集成化的復(fù)合型趨勢(shì)更加明顯；技術(shù)發(fā)展將大大提高臨床診斷在時(shí)間上和空間上的精確性。這就需要大力發(fā)展數(shù)字化醫(yī)療裝備，是醫(yī)療器械向數(shù)字化、

9、信息化、自動(dòng)化方向發(fā)展。數(shù)字化醫(yī)療裝備是將傳統(tǒng)醫(yī)療器械技術(shù)與精密制造、電子信息、生物工程和材料科學(xué)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合形成的醫(yī)療設(shè)備。目前，全球的數(shù)字化醫(yī)療裝備市場(chǎng)主要被美、日、德等少數(shù)國家的少數(shù)幾個(gè)跨國公司所壟斷，這些公司占據(jù)了我國高端醫(yī)療器械領(lǐng)域80%以上的市場(chǎng)。國外高端數(shù)字化醫(yī)療裝備大量涌入不僅對(duì)處于起步階段的民族數(shù)字化醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)造成巨大沖擊，導(dǎo)致我國大量商業(yè)利潤(rùn)和外匯流失，而且對(duì)醫(yī)療費(fèi)用的高速增長(zhǎng)起到了推波助瀾的作用，直接影響了廣大人民群眾的切身利益，是導(dǎo)致老百姓“看病貴”的重要原因。特別是口腔疾病的治療，“看牙貴”成了患者對(duì)口腔治療的第一印

10、象。目前我國口腔疾病特別是齒科疾病形式嚴(yán)峻：牙齒是人體口腔中的重要器官，不僅能行使人們?nèi)粘Ｉ钏仨毜木捉拦δ?，同時(shí)在發(fā)音、語言及保持面部的正常形態(tài)方面也起著至關(guān)重要的作用，而牙體缺損、牙列缺損及其畸形和牙列缺失是口腔科的常見病、多發(fā)病。據(jù)2008年出版的第三次全國口腔健康流行病學(xué)調(diào)查報(bào)告顯示2，我國成年人口腔疾病發(fā)病率高達(dá)97.6%，其中牙齒硬組織疾病占90%以上，未經(jīng)治療或治療不當(dāng)?shù)难例X硬組織疾病，可引起一系列口腔與全身健康問題，咀嚼功能部分甚至全部喪失，還可能誘發(fā)多種全身疾病，嚴(yán)重影響國民健康，給國家和個(gè)人造成巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)3。圖1. 4為中年組和老年組牙體、牙列缺失率比較餅圖，由圖可見

11、，我國國民口腔疾病方面的硬組織疾病情況令人堪憂。 1.3本文選題意義及章節(jié)設(shè)置齒科疾病占口腔疾病的絕大部分，牙齒是典型的微小復(fù)雜零件，具有復(fù)雜表面和形狀，給數(shù)字口腔修復(fù)體診療過程帶來了極大地挑戰(zhàn)。目前對(duì)于齒科疾病的治療，特別是牙齒硬組織疾病的治療主要通過佩戴修復(fù)體的形式解決。一個(gè)符合特定病人口腔環(huán)境的修復(fù)體需要通過特定的測(cè)量、設(shè)計(jì)與加工，要求能夠基于口腔復(fù)雜微生物環(huán)境準(zhǔn)確測(cè)量病人口腔狀況，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊處理為該病人量身定做修復(fù)體，最后進(jìn)行佩戴。目前市場(chǎng)上制作修復(fù)體的材料多種多樣，主要有氧化鋯、鈦合金、樹脂等，如何確定該材料制成的修復(fù)體是否符合人體口腔要求也是值得研究的問題。我認(rèn)為，口腔測(cè)

12、量、修復(fù)體設(shè)計(jì)加工、修復(fù)體性能檢測(cè)應(yīng)該是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的閉合的回路，如圖1.5所示，通過對(duì)修復(fù)體性能的檢測(cè)作為反饋，不斷促進(jìn)測(cè)量和設(shè)計(jì)加工兩個(gè)過程，最后得到患者滿意的修復(fù)體。目前，這些方面的醫(yī)療設(shè)備基本被國外廠商壟斷，測(cè)量系統(tǒng)主要有美國Cygnus、Cyberwar、司貝塔Spectravu-SVx4，法國康普特、日本森田、UNISN；修復(fù)體設(shè)計(jì)加工裝備主要有德國Cerec 3D/Cerec AC系統(tǒng)、KaVo Everest System系統(tǒng)、美國Procera系統(tǒng)、加拿大dental CAD/CAM等。修復(fù)范圍從制作嵌體、貼面、部分冠、全冠、簡(jiǎn)單固定橋乃至全口義齒等。最新數(shù)據(jù)顯示，Cerec

13、 AC系統(tǒng)能夠在半個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成口腔修復(fù)體測(cè)量、設(shè)計(jì)和加工全過程，國內(nèi)還尚無同類的商用數(shù)字口腔醫(yī)療裝備，完全依賴進(jìn)口。這其中存在的真正問題是數(shù)字口腔修復(fù)涉及精密制造、材料科學(xué)、信息科學(xué)、生物工程等多個(gè)學(xué)科，國內(nèi)基礎(chǔ)理論體系尚未形成，存在系列亟待突破的關(guān)鍵理論和技術(shù)。圖1. 5修復(fù)體制備過程因此，本論文將從基于口腔復(fù)雜微生物環(huán)境的快速高精度測(cè)量系統(tǒng)、復(fù)雜微小修復(fù)體的CAD/CAM加工系統(tǒng)以及后期成型修復(fù)體的性能檢測(cè)系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行闡述，重點(diǎn)研究這三方面的國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)建立具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化口腔一體化治療系統(tǒng)具有一定的科學(xué)意義。 2.1國內(nèi)外口腔測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀從適用范圍來分，

14、口腔牙齒三維數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)可以分為口腔外測(cè)量和口腔內(nèi)測(cè)量?？谇煌鉁y(cè)量是利用逆向工程，借助翻模技術(shù)，將患者口內(nèi)全口牙列進(jìn)行印模并翻制，利用三維測(cè)量系統(tǒng)對(duì)石膏模型進(jìn)行測(cè)量，獲得精度較高且穩(wěn)定的患者牙體三維數(shù)字模型4-5，如圖2.1所示，列舉了幾種典型的口腔外測(cè)量系統(tǒng)。圖2. 1口腔外測(cè)量系統(tǒng)口腔外測(cè)量的典型技術(shù)方法主要有：多幅投影光柵測(cè)量法。該方法利用投射多幅編碼條紋，通過編、解碼算法計(jì)算曲面形態(tài)數(shù)據(jù)。德國Kavo公司的珠穆朗瑪口腔Kavo Everst System采用空間編碼技術(shù)在3分鐘內(nèi)完成一顆牙齒代型的測(cè)量，精度可以達(dá)到約0.03mm；加拿大的CYNOVAD公司的Pro 50TM牙齒三維光

15、柵掃描儀采用彩色編碼技術(shù)，由白光照射彩色編碼光柵投射出帶有多種彩色信息的光柵條紋，由彩色攝像機(jī)采集圖像，利用色度信息計(jì)算牙模表面的數(shù)據(jù)，掃描一個(gè)代型的時(shí)間少于60秒。激光線測(cè)量法。該方法通過投射激光線并根據(jù)物體表面形狀發(fā)生的空間扭曲，經(jīng)過三角測(cè)量法計(jì)算物體表面的三維信息，如丹麥3Shape公司的3Shape Dental 3D Scanner D-200™設(shè)備，能夠在3.5-17min內(nèi)完成掃描工作，包括準(zhǔn)備與規(guī)劃、掃描過程和后處理過程。設(shè)備可以自動(dòng)掃描用戶確認(rèn)的任何物件的3D覆蓋率。立體視覺法。該方法基于立體視差法，由兩臺(tái)攝像機(jī)組成的傳感器模擬人的雙眼，利用空間點(diǎn)在兩攝像機(jī)像平面

16、上的透視成像點(diǎn)坐標(biāo)來求取空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)。如德國Hint-Els Dental CAD System的HiScan，采用1360 x 1030的高分辨率相機(jī)，在20180秒內(nèi)完成牙齒代型測(cè)量，測(cè)量平均精度達(dá)到0.016mm?？谇粌?nèi)測(cè)量則是醫(yī)生將一個(gè)小型測(cè)量系統(tǒng)直接伸入患者口腔內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖2.2所示。從相關(guān)文獻(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)資源查詢統(tǒng)計(jì)，目前該領(lǐng)域的技術(shù)還不成熟，國外先后出了一些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和功能不很完善的商用系統(tǒng)，主要包括： 美國D4D公司是于2008年剛成立的一家口腔修復(fù)CAD/CAM公司，推出了E4D Dentist口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)，其中IntraOral Digitizer口內(nèi)掃描

17、系統(tǒng)也是基于激光的一種測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)僅在網(wǎng)絡(luò)看到視頻樣機(jī)模型操作流程，未見在市場(chǎng)上使用相關(guān)報(bào)道?；诩す獾臏y(cè)量技術(shù)很難滿足口內(nèi)快速測(cè)量的要求。美國Procera（Nobel Biocare）公司也是較早進(jìn)入口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)的主要公司之一，于2006年10月在ADA會(huì)議上展示了他們的口內(nèi)三維掃描系統(tǒng)iTero™，設(shè)備外形較大，主要由腔體測(cè)量部件和后端的空氣壓縮部件組成，空氣壓縮保持采集頭不會(huì)產(chǎn)生霧化，CCD傳感器件采用頻閃彩色相機(jī)實(shí)現(xiàn)牙齒數(shù)據(jù)獲取，該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受牙齒材質(zhì)半透明及高光反射的影響。德國Hint-Els公司聯(lián)合德國一個(gè)工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)微型口內(nèi)三維掃描實(shí)驗(yàn)性

18、研究，采用基于雙目立體視覺系統(tǒng)，投射光柵編碼結(jié)構(gòu)光，利用外極限約束和相關(guān)性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)口內(nèi)數(shù)據(jù)的三維測(cè)量，該產(chǎn)品處于實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)下功能測(cè)量研究階段。國內(nèi)在物體的三維外形數(shù)據(jù)測(cè)量方面也做了大量的研究工作8-12，尤其是近年來各高校和研究院所都取得比較重要的研究進(jìn)展，如西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等。西安交通大學(xué)基于外差式多頻相移三維光學(xué)技術(shù)研制的XJTUOM三維光學(xué)面掃描系統(tǒng)，如圖2.4所示，用于不規(guī)則復(fù)雜曲面產(chǎn)品零件的移動(dòng)便攜式三維掃描和逆向設(shè)計(jì)。采用國際最先進(jìn)的外差式多頻相移三維光學(xué)測(cè)量技術(shù)，可以掃描測(cè)量幾毫米到幾十米的工件和物體，單幅掃描一次獲得130萬

19、660萬的點(diǎn)云，點(diǎn)云的點(diǎn)間距為0.04mm 0.67mm，海量數(shù)據(jù)測(cè)量和處理，測(cè)量精度從0.008mm到0.05mm。單幅（最大3米幅面）測(cè)量速度為36秒。已形成產(chǎn)品，能夠應(yīng)用于牙齒及畸齒矯正，但未見實(shí)際應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道。 北京航空航天大學(xué)葛文謙等建立了兼顧高曲率微小零件的表面缺陷檢測(cè)和外形尺寸測(cè)量系統(tǒng)，如圖2.8為測(cè)量系統(tǒng)實(shí)物圖。對(duì)于表面上缺陷的檢測(cè)，采用大方塊模板平滑濾波后的圖像作為模板與待測(cè)圖像進(jìn)行差值的方法，能較好的識(shí)別缺陷，并計(jì)算缺陷大小，統(tǒng)計(jì)數(shù)量；系統(tǒng)采用定倍放大、拍攝多幅圖像方法對(duì)外形尺寸進(jìn)行測(cè)量，克服了單幅圖像測(cè)量外形尺寸精度不高、變倍單幅圖像測(cè)量需要反復(fù)標(biāo)定的缺點(diǎn)。目前仍處于實(shí)

20、驗(yàn)室階段。圖2. 8測(cè)量系統(tǒng)實(shí)物圖上海交通大學(xué)鄧凱仁等基于一個(gè)新的結(jié)構(gòu)光技術(shù)——雙目視覺和相移技術(shù)相結(jié)合的三維測(cè)量方法，建立了一個(gè)高分辨率的三維測(cè)量硬件系統(tǒng)，同時(shí)在原有方法的基礎(chǔ)上，采用亞像素匹配的方法，提高了系統(tǒng)的分辨率。處于實(shí)驗(yàn)室階段。我校廖文和教授所帶領(lǐng)的課題組長(zhǎng)期從事光學(xué)三維測(cè)量、逆向工程、CAD/CAM、圖像處理等相關(guān)理論和算法研究的基礎(chǔ)上，研究究：1）面向生物環(huán)境特征的瞬時(shí)視覺三維測(cè)量技術(shù)；2）復(fù)雜口腔生物環(huán)境下的標(biāo)定與去噪技術(shù)；3)聯(lián)合光模式下的加速實(shí)時(shí)編、解碼技術(shù)；4)復(fù)雜口腔修復(fù)三維模型實(shí)時(shí)重建、數(shù)據(jù)處理技術(shù)；5) 便攜式口內(nèi)測(cè)量空間自定位配準(zhǔn)和多視角

21、數(shù)據(jù)融合技術(shù)；6）核心元器件微型化集成、高精度裝調(diào)工藝與控制技術(shù)。通過研究，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于口腔復(fù)雜生物環(huán)境的微小型快速高精測(cè)量系統(tǒng)。如圖2.9為基于復(fù)雜口腔生物環(huán)境的微小型快速高精測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2. 9基于復(fù)雜口腔生物環(huán)境的微小型快速高精測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)國內(nèi)也出現(xiàn)了一些商品化產(chǎn)品，但基本處于應(yīng)用的初級(jí)階段，技術(shù)和應(yīng)用不太成熟，僅用于通用的工業(yè)領(lǐng)域。國內(nèi)為口腔CAD/CAM系統(tǒng)而研制的專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很少，目前主要有兩種技術(shù)路線，一是第四軍醫(yī)大高勃等人開發(fā)的基于投影光柵法的牙冠測(cè)量系統(tǒng)，但該系統(tǒng)是在放大的牙冠模型上采集數(shù)據(jù)，未采集鄰牙及對(duì)頜牙的數(shù)據(jù)，也未有后期CAD/CAM牙冠加工報(bào)道；二是有學(xué)者開發(fā)的基于主動(dòng)三角法的三維激光模型掃描系統(tǒng)D.01-L-3D SCANNER ，基本滿足部分修復(fù)類型的測(cè)量，但是基于激光的測(cè)量效率太低，無法滿足臨床口內(nèi)椅旁使用的要求。 激光線掃描口外601800.020.1穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)質(zhì)量好，配合轉(zhuǎn)臺(tái)易于數(shù)據(jù)拼合測(cè)量效率略低德國Sirona公司的Cerec3D、德國Kavo E