义牙种植定位导向系统的研究与开发

论文摘要

人工牙种植是失牙修复的常用方法,具有其他修复技术所无法比拟的美观度和存活率。义牙种植时植入点位置及方向精确与否是决定义牙种植是否成功的关键因素之一。传统义牙种植定位导向技术可靠性较低,难以保证手术精度,而计算机辅助手术（CAS）成本高昂,不符合我国中小型医院和患者的应用实际。因此,开发能够降低医院设备采购成本及患者的手术费用的义牙种植定位导向系统具有重要的实用价值。为此,在综述已有义牙种植定位导向技术优缺点的基础上论文进行了以下工作：（1）提出了新的CAD/CAM定位导向模板模型,完成了义牙种植定位导向系统的总体框架设计。（2）开发了基于WINXP系统的人工牙种植术前规划系统。系统应用体绘制RC加速算法实现CT断层图像的三维重建,基于三维重建模型实现植入点、植入角度和深度的规划,通过辅助测量系统测量出植入点坐标和植入角度大小。（3）完成了模板制作定位导向仪的执行机构设计与开发。在执行机构设计过程中引入机电一体化创新设计理论和数控机床运动方案创新设计理论完成运动方案设计,通过基于模糊语义的评价方法对方案进行评价,选出最优模型并开发出实物样机。（4）设计并开发了以STM32微处理器为控制核心的定位导向仪运动控制系统。本文完成了硬件系统总体设计及各个组成模块的详细设计,并开发了PCB电路板；基于RealView MDK软件系统采用C语言进行底层程序编写,通过RS-232串口与上位机进行通信,实现对定位导向模板加工的精确控制。（5）完成了人工牙种植术前规划系统和运动控制系统的上位机软件开发。软件系统采用Visual C++与VTK混合编程,系统核心算法由C++实现,VTK实现可视化,用Visual C++实现术前规划系统界面和定位导向仪控制界面的设计,并实现两个系统界面的集成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 义牙种植技术概述
• 1.1.1 种植体的类型及基本结构
• 1.1.2 人工牙种植手术过程
• 1.1.3 人工种植牙成功的标准
• 1.2 义牙种植定位导向技术研究现状
• 1.2.1 定向导向的必要性
• 1.2.2 义牙定位导向技术的发展综述
• 1.2.3 定位导向技术发展存在的主要问题
• 1.3 课题研究的来源、主要任务和内容
• 1.3.1 课题研究来源
• 1.3.2 课题研究任务
• 1.3.3 课题研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 义牙种植定位导向系统总体设计
• 2.1 系统功能需求
• 2.2 系统方案设计
• 2.2.1 术前规划系统
• 2.2.2 模板制作定位导向仪
• 2.3 定位导向模板制作流程图
• 2.4 本章小结
• 第3章 义牙种植术前规划系统研究
• 3.1 术前规划系统功能需求
• 3.2 术前规划系统框架设计
• 3.3 可视化工具包VTK简介
• 3.4 子系统模块的设计与实现
• 3.4.1 CT图像解析模块
• 3.4.2 图像预处理模块
• 3.4.3 三维重建模块
• 3.4.4 三维显示模块
• 3.4.5 测量模块
• 3.5 本章小结
• 第4章 模板制作定位导向仪执行机构设计
• 4.1 机电一体化系统理论
• 4.1.1 执行机构分类
• 4.2 数控机床运动方案组合设计理论
• 4.2.1 数控机床运动机构组成
• 4.2.2 机床运动链
• 4.2.3 运动副的排列组合
• 4.3 运动方案生成及评价
• 4.3.1 运动方案的生成
• 4.3.2 运动方案评价
• 4.3.3 样机设计与开发
• 4.4 本章小结
• 第5章 模板制作定位导向仪控制系统设计
• 5.1 运动控制器概述
• 5.2 总体方案设计
• 5.2.1 核心控制芯片的选型
• 5.2.2 外围电路
• 5.2.3 系统软件编程
• 5.3 硬件系统设计
• 5.3.1 STM32核心电路设计
• 5.3.2 电源管理模块
• 5.3.3 通信电路
• 5.3.4 JTAG调试接口电路
• 5.3.5 信号输入输出模块
• 5.3.6 步进电机驱动模块
• 5.4 软件系统设计
• 5.4.1 软件开发环境
• 5.4.2 系统流程控制
• 5.5 运动控制器开发
• 5.6 本章小结
• 第6章 义牙种植定位导向系统上位机软件系统开发
• 6.1 软件系统的开发环境
• 6.1.1 在VC中调用VTK库
• 6.1.2 VTK与Window窗口的绑定及信息通信
• 6.2 软件系统工作流程
• 6.3 软件界面及功能演示
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表