下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，包括：采用三維CT模型設計并打印的下頜運動追蹤裝置、至少兩個紅外攝像頭和用于分析攝像記錄數(shù)據(jù)的電腦主機；下頜運動追蹤裝置包括后端固定裝置、中間連接桿和前端三個不共面的標記桿；標記桿的一端共同連接在中間連接桿上，另一端分別設有一標記物；后端固定裝置根據(jù)下牙列牙齒外形特征并采用三維CT模型進行設計和打??；標記物露出口外并隨著下頜一起運動；電腦主機還原測試者下頜整體運動情況，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。本發(fā)明還提供了一種下頜三維運動捕捉及可視化方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有成本低，操作方便和測試準確度高等優(yōu)點。
【專利說明】下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)療檢測技術(shù)，尤其涉及一種下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人體下頜運動是由牙、咀嚼肌和顳下頜關(guān)節(jié)共同參與的一種復雜的三維運動，其運動模式與口頜系統(tǒng)的健康狀況密切相關(guān)，可以通過下頜運動的特征分析并認識咀嚼、吞咽及語言等功能，對顳下頜關(guān)節(jié)病變作分析診斷及療效判斷。各種運動中的下頜切牙軌跡、磨牙軌跡、雙側(cè)髁突軌跡及各咀嚼肌的肌電等病理生理學因素是制定咬合病康復方案的基礎(chǔ)，也是捕捉運動標記點設計、肌電采集部位各種設計參數(shù)的重要依據(jù)。
[0003]下頜運動狀態(tài)的測量，是咬合病診斷和治療的基礎(chǔ)，也是評估下頜面部各種運動功能的重要手段。根據(jù)下頜運動的表現(xiàn)形式可以揭示口頜系統(tǒng)的生理、病理狀態(tài)，而對治療前后的對比分析更能突出治療效果。下頜運動軌跡的記錄手段最初是通過尸體解剖探索下頜運動規(guī)律，自1773年起，學者們分別發(fā)表了利用合架研究取得切牙運動軌跡和髁道的文章。然而尸解與在合架上下頜運動的研究脫離了活的機體，它不能代替機體在神經(jīng)肌肉支配下下頜運動的真實情況。上世紀初，隨著X線在口腔醫(yī)學的應用，人們對髁狀突的形態(tài)與位置、髁狀突與關(guān)節(jié)凹的位置關(guān)系在活體上做了 X線的觀察。但是X線影像的重疊與投照角度，不能定量的分析髁狀突上某些特定點的移動情況。1921年，B.McColIum研制了一種機械式的下頜運動描記儀，通過夾板、面弓和描記筆板記錄下頜的運動，經(jīng)多次改良后成為目前臨床科研的主要研究手段，但仍然過于繁瑣和復雜，不利于推廣。20世紀80年代，美國Grbh公司研制成功的髁突運動軌跡描記儀，將經(jīng)典的髁突運動軌跡描記與計算機相結(jié)合，但依然有其局限性，這是因為髁突外側(cè)覆蓋著一層軟組織，無法直接地觀測其運動。德國KaVo公司研發(fā)了 ARCUS digma下頜運動軌跡記錄儀,該設備集成了超聲波傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)，能夠測量和顯示上下頜咬合運動軌跡。但這些裝置結(jié)構(gòu)復雜，價格高昂，而且操作不方便，在設備維護、材料消耗等環(huán)節(jié)上投入成本過高。
[0004]而我國現(xiàn)有的技術(shù)方案“下頜運動軌跡記錄系統(tǒng)”僅采用一個標記物對下頜運動進行跟蹤，因此其記錄的運動信息僅能代表下頜即整個下巴的運動狀態(tài)，而未能真正測試到下頜內(nèi)部即下頜骨的三維運動信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)及方法，采用光學追蹤技術(shù)，結(jié)合三維CT建模技術(shù)，可視化還原下頜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動情況，成本低，操作方便，測試準確度和還原度高。 [0006]為解決以上技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供一種下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，包括:采用三維CT模型設計并打印的下頜運動追蹤裝置、至少兩個紅外攝像頭和用于分析攝像記錄數(shù)據(jù)的電腦主機；[0007]所述下頜運動追蹤裝置包括:后端固定裝置、中間連接桿和前端三個不共面的標記桿；所述標記桿的一端共同連接在所述中間連接桿上，另一端分別設有一標記物；
[0008]所述后端固定裝置根據(jù)下牙列牙齒外形特征并采用所述三維CT模型進行設計和打印，通過貼合牙齒外形，以將所述下頜運動追蹤裝置固定在測試者的下頜切牙部位；所述標記物露出口外并隨著下頜一起運動，以反映下頜的運動軌跡；
[0009]所述紅外攝像頭用于記錄所述標記物的運動軌跡，并將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機；
[0010]所述電腦主機用于對所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)進行分析處理，將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物并計算所述標記物的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
[0011]進一步地，所述中間連接桿與所述后端固定裝置的連接點位于下切牙頸部；所述中間連接桿對應上切牙的部位呈凹形，以對應避讓上切牙的咬合；且所述中間連接桿沿口裂水平延伸出口外，以避免對嘴唇的牽拉。
[0012]優(yōu)選地，所述后端固定裝置利用所述三維CT模型并根據(jù)下牙列外形特征設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印制作而成，或者，采用合金材料鑄造而成。
[0013]優(yōu)選地，所述標記物的表面覆蓋有熒光材料，且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者，所述標記物為一發(fā)光裝置；所述標記物隨著下頜一起運動，以反映下頜運動軌跡。
[0014]再進一步地，所述兩個紅外攝像頭通過可調(diào)整高度和角度的支架固定在測試者面部周圍，并從不同位置拍攝所述標記物的運動軌跡；通過所述電腦主機中的運動捕捉軟件和坐標重建算法得到所述標記物的三維運動軌跡數(shù)據(jù)。
[0015]另一方面，本發(fā)明還提供了一種下頜三維運動捕捉及可視化方法，利用以上任一項所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)進行實現(xiàn)，所述方法包括:
[0016]A:將所述下頜運動追蹤裝置采用所述三維CT模型打印出來后，將所述的后端固定裝置固定在測試者下頜切牙部位，將所述前端三個不共面的標記桿及其相應的標記物露出口外并隨著下頜一起運動；
[0017]B:通過至少兩個紅外攝像頭記錄所述中間標記桿前端的標記物的運動軌跡，將運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機進行分析處理；
[0018]C:將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物并計算所述標記物的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
[0019]優(yōu)選地，所述標記物表面覆蓋有熒光材料且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者所述標記物為一發(fā)光裝置；所述步驟A之后還包括:
[0020]Al:對所述紅外攝像頭各項參數(shù)進行校正，調(diào)整所述紅外攝像頭對準接收所述標記物所反射的紅外光或所述標記物自身發(fā)出的光線，增強所述攝像頭記錄所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡準確度。
[0021]在一種可實現(xiàn)方式中，所述步驟B具體包括:
[0022]當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時， 從測試者閉口的靜止姿勢位開始記錄，張口至最大位置，然后閉口下頜前伸至上切牙對下切牙回到閉口的靜止姿勢位，所述電腦主機同步顯示所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡及其位移值；重復該運動至少2次，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機進行分析處理；
[0023]當進行開閉口軌跡的運動速率及平滑度測試時，從測試者牙尖交錯位開始記錄，先自然開閉口 I次，繼而大而快地開閉口 I次；所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步顯示出2次運動的軌跡及速率；
[0024]當進行下頜邊緣運動軌跡測試時，測試者依次完成最大開閉口運動，最大前伸運動，最大左、右側(cè)方運動，要求每項運動都以閉口的靜止姿勢位為起點及終點，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步記錄顯示下頜邊緣運動軌跡。
[0025]進一步地,所述步驟C具體包括:
[0026]當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時，所述電腦主機分別求得2次以上在垂直方向、前后方向及側(cè)方向的運動位移差，再分別求得垂直方向、前后方向及側(cè)方向運動位移差的均值，分別與預設的第一閥值作比較，如果超出所述閥值，則表明測試者的下頜運動和牙合穩(wěn)定性不正常；
[0027]當進行開閉口軌跡的運動速率及平滑度測試時，所述電腦主機將記錄的下頜運動三維軌跡及速率分別與所述電腦主機存儲的下頜標準運動軌跡及標準速率作比較；且在測試者的下頜運動三維軌跡及速率與所述標準運動軌跡及標準速率不同時，判定測試者下頜運動和牙齒咬合不正常；
[0028]當進行下頜邊緣運動軌跡測試時，所述電腦主機一一判斷測試者的最大開閉口運動、最大前伸運動、最大左側(cè)方運動和最大右側(cè)方運動中的開口軌跡分別與閉口軌跡之間位移距離是否超過預設的第`二閥值；若超過，則判定相應的方向的牙齒咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。
[0029]優(yōu)選地，所述后端固定裝置和所述中間連接桿根據(jù)下牙列牙齒外形特征，采用三維CT模型進行設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印而成，或者采用合金材料鑄造而成，通過貼合牙齒外形，機械固定在下頜切牙部位。
[0030]實施本發(fā)明提供的技術(shù)方案，采用三維CT模型對測試者的下頜進行建模，設計并打印出與測試者下列牙齒外形特征相匹配的后端固定裝置，并固定在測試者的下頜切牙部位，與該后端固定裝置連接的中間連接桿以及處于露出口外的不共面的三個標記桿可隨下頜一起運動，則設置在標記桿端點上的標記物可在不同位置反映出下頜的運動情況，紅外攝像頭可通過追蹤標記物的運動軌跡以代表下頜的運動軌跡。電腦主機根據(jù)攝像頭的捕捉數(shù)據(jù)對下頜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動軌跡進行三維重建，精確還原下頜骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)運動特征，可實現(xiàn)下頜骨整體結(jié)構(gòu)，包括髁突，下頜各牙尖的三維運動的可視化顯示。
[0031]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，通過下頜運動追蹤裝置可記錄測試者在張閉口、側(cè)方運動、下頜前伸、后退、咀嚼運動等典型運動中，下前牙切點的運動軌跡，直接反映下頜運動及牙齒咬合匹配程度，并由電腦主機上顯示的運動軌跡圖的特征可以認識肌功能紊亂的客觀現(xiàn)象。例如正常開、閉口軌跡是基本一致的，如果閉口軌跡脫離開口軌跡距離過大，比如超過0.5毫米以上，則表明咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。下頜運動軌跡是否正常是下頜(實際上是下頜骨肌功能)是否正常的客觀標志，因此，對下頜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動監(jiān)測是非常有用的醫(yī)療檢查手段。對口腔內(nèi)科牙體修復、口腔修復義齒制作、口腔牙周科的咬合調(diào)磨、口腔正畸科咬合調(diào)整，尤其是顳下頜關(guān)節(jié)?？骑D下頜關(guān)節(jié)紊亂病的診斷和治療均有重要意義。在本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用光學追蹤技術(shù)，結(jié)合三維CT建模技術(shù)，可視化還原下頜骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動情況，具有制造成本低，操作方便和測試準確度高等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明實施例一提供的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明實施例一提供的下頜運動追蹤裝置的俯視圖；
[0034]圖3是本發(fā)明實施例一提供的下頜運動追蹤裝置的左視圖；
[0035]圖4是本發(fā)明實施例二提供的下頜三維運動捕捉及可視化方法的步驟流程圖；
[0036]圖5為利用本發(fā)明實施例二提供的方法拍攝的正常下頜運動軌跡記錄模式圖；
[0037]圖6為一左側(cè)咀嚼及張口疼痛病人的下頜邊緣運動軌跡。
【具體實施方式】
[0038]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0039]實施例一
[0040]參看圖1，是本發(fā)明實施例一提供的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]在本實施例中，所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)包括:采用三維CT模型設計并打印的下頜運動追蹤裝置100、至少兩個紅外攝像頭(如圖1中的紅外攝像頭I和紅外攝像頭2)和用于分析攝像記錄數(shù)據(jù)的電腦主機200。
[0042]其中，CT是Computed Tomography (計算機斷層掃描)的簡稱,它根據(jù)人體不同組織對X射線的吸收與透過率的不同，應用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然后將測量所獲取的數(shù)據(jù)輸入計算機，計算機對數(shù)據(jù)進行處理后，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，即構(gòu)成三維CT圖像，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)任何部位的細小病變。
[0043]三維打印簡稱3D (3-Dimensional)打印，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。在本實施例中，首先采用三維CT模型對下頜運動追蹤裝置100進行設計，獲得下頜運動追蹤裝置100的各種結(jié)構(gòu)特征，再通過3D打印制成。
[0044] 參看圖2，是本發(fā)明實施例一提供的下頜運動追蹤裝置的俯視圖。
[0045]如圖2所示，所述下頜運動追蹤裝置100包括:后端固定裝置101、中間連接桿102和前端三個不共面的標記桿103(如圖2中的標記桿103-1，標記桿103-2和標記桿103-3);所述標記桿的一端共同連接在所述中間連接桿102上，另一端分別設有一標記物，與所述標記桿--對應為標記物104-1,標記物104-2和標記物104-3。
[0046]其中，所述后端固定裝置101根據(jù)下牙列牙齒外形特征并采用所述三維CT模型進行設計和打印，通過貼合牙齒外形，以將所述下頜運動追蹤裝置101固定在測試者的下頜切牙部位；所述標記物露出口外并隨著下頜一起運動，以反映下頜的運動軌跡；
[0047]所述紅外攝像頭用于記錄所述標記物104-1~104-3的運動軌跡，并將所述標記物104-1~104-3的運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機200 ；
[0048]所述電腦主機200用于對所述標記物104-1~104_3的運動軌跡數(shù)據(jù)進行分析處理，將所述標記物104-1~104-3的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物104-1~104-3并計算所述標記物104-1~104-3的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
[0049]參看圖3，是本發(fā)明實施例一提供的下頜運動追蹤裝置的左視圖。
[0050]如圖3所示，所述中間連接桿102與所述后端固定裝置101的連接點位于下切牙頸部；所述中間連接桿102對應上切牙的部位1021呈凹形，以對應避讓上切牙的咬合；且所述中間連接桿102沿口裂水平延伸出口外，以避免對嘴唇的牽拉。
[0051]進一步地，作為優(yōu)選的實施例，所述后端固定裝置101利用所述三維CT模型并根據(jù)下牙列外形特征設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印制作而成，或者，采用合金材料鑄造而成。
[0052]在一種可實現(xiàn)方式中，所述標記物104-1~104-3的表面覆蓋有熒光材料，且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置，具體地，標記物104-1~104-3均為一個可反射紅外光的小圓球，小圓球表面涂有 反光或熒光材料，以便于反射來自于紅外發(fā)射裝置的紅外光，紅外攝像頭容易捕捉到標記物104-1~104-3的運動軌跡；在另一種可實現(xiàn)方式中，所述標記物104-1~104-3自身為一發(fā)光裝置，因此，在這種情況下紅外攝像頭仍然較為容易捕捉到標記物104-1~104-3的運動軌跡；所述標記物104-1~104-3隨著下頜一起運動，以反映下頜運動軌跡。
[0053]更進一步地，所述兩個紅外攝像頭I和2通過可調(diào)整高度和角度的支架固定在測試者面部周圍，并從不同位置拍攝所述標記物104-1~104-3的運動軌跡；通過所述電腦主機200中的運動捕捉軟件和坐標重建算法得到所述標記物104-1~104-3的三維運動軌跡數(shù)據(jù)。
[0054]實施例二
[0055]參看圖4，是本發(fā)明實施例二提供的下頜三維運動捕捉及可視化方法的步驟流程圖。
[0056]在本實施例中，利用實施例一提供的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)了一種下頜三維運動捕捉及可視化方法。具體地，如圖4所示，所述方法包括以下步驟:
[0057]步驟S401:將所述下頜運動追蹤裝置采用所述三維CT模型打印出來后，將所述的后端固定裝置固定在測試者下頜切牙部位，將所述前端三個不共面的標記桿及其相應的標記物露出口外并隨著下頜一起運動；優(yōu)選地，所述后端固定裝置和所述中間連接桿根據(jù)下牙列牙齒外形特征，采用三維CT模型進行設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印而成，或者采用合金材料鑄造而成，通過貼合牙齒外形，機械固定在下頜切牙部位。
[0058]步驟S402:通過至少兩個紅外攝像頭記錄所述中間標記桿前端的標記物的運動軌跡，將運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機進行分析處理；
[0059]步驟S403:將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物并計算所述標記物的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
[0060]特別地，所述標記物表面覆蓋有熒光材料且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者所述標記物為一發(fā)光裝置；且所述步驟A之后還包括:
[0061]步驟Al:對所述紅外攝像頭各項參數(shù)進行校正，調(diào)整所述紅外攝像頭對準接收所述標記物所反射的紅外光或所述標記物自身發(fā)出的光線，增強所述攝像頭記錄所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡準確度。
[0062]具體地，將兩臺或兩臺以上的帶紅外光發(fā)射裝置的紅外攝像頭交叉固定于測試者面部周圍，其中一個紅外攝像頭可放于測試者面部正前方，記錄標記物的在額(冠)狀面上的運動軌跡，另一個紅外攝像頭可放于測試者的側(cè)面，記錄標記物在矢狀面上的運動軌跡。
[0063]在測試過程中，通常需要測試者的配合，例如測試者端坐，雙瞳平面與地平面平行，頭位固定，肩部以上無支撐等，以獲得更好的測試效果。在測試之前，將下頜運動追蹤裝置100的后端固定裝置固定于測試者的下切牙上，通過貼合牙齒外形機械固定在下頜切牙部位；下頜運動追蹤裝置100前端的三個標記物為小圓球并伸出口外。測試者保持牙尖交錯位，并行張閉口運動，當獲得連續(xù)6秒的穩(wěn)定記錄資料后，開始進行測試。在測試時，測試者配合以一定的運動狀態(tài)活動下頜，此時，三個不共線的標記物隨著測試者下頜的運動而發(fā)生位移。
[0064]具體實施時，采用實施例一的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)對測試者進行測試，所述步驟B具體包括:
[0065]當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時，從測試者閉口的靜止姿勢位開始記錄，張口至最大位置，然后閉口下頜前伸至上切牙對下切牙回到閉口的靜止姿勢位，所述電腦主機同步顯示所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡及其位移值；重復該運動至少2次，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳`給所述電腦主機進行分析處理。當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時，進一步地，所述步驟C具體包括:所述電腦主機分別求得2次以上在垂直方向、前后方向及側(cè)方向的運動位移差，再分別求得垂直方向、前后方向及側(cè)方向運動位移差的均值，分別與預設的第一閥值Pl作比較，如果超出所述第一閥值P1，則表明測試者的下頜運動和牙合穩(wěn)定性不正常。
[0066]例如,測試者叩齒2下,從姿勢位(Mandible Posture Position,MPP)開始記錄,即從測試者閉口的靜止姿勢位開始記錄，慢慢張口至最大位置，然后慢慢閉口，下頜前伸至牙切對切回到閉口的靜止姿勢位，系統(tǒng)同步顯示其運動軌跡及位移值，重復該運動至少2次，將數(shù)據(jù)傳給電腦主機分析處理。電腦主機中利用相關(guān)控制軟件分別求得2次以上在垂直方向、前后方向及側(cè)方向的運動位移差，再分別求得垂直方向、前后方向及側(cè)方向運動位移差的均值，分別與設定的第一閥值Pl作比較，第一閥值Pl的取值范圍是0.05-0.50mm (毫米)，可以依據(jù)測試者年齡、性別進行調(diào)整。比如設定閥值為0.25mm，若其中任一方向，包括垂直方向、前后方向、側(cè)方向的位移差大于0.25mm,則表明該患者MPP-1CP (IntercuspalPosition交錯位)不穩(wěn)定，即下頜運動和牙合穩(wěn)定性不正常，需進行醫(yī)治。
[0067]在所述步驟B中，還包括:當進行開閉口軌跡的運動速率及平滑度測試時，從測試者牙尖交錯位開始記錄，先自然開閉口 I次，繼而大而快地開閉口 I次；所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步顯示出2次運動的軌跡及速率。在所述步驟C中，還包括:所述電腦主機將記錄的下頜運動三維軌跡及速率分別與所述電腦主機存儲的下頜標準運動軌跡及標準速率作比較；且在測試者的下頜運動三維軌跡及速率與所述標準運動軌跡及標準速率不同時，判定測試者下頜運動和牙齒咬合不正常；具體地，電腦主機中的控制軟件將記錄的下頜運動三維軌跡及速率與系統(tǒng)存儲的下頜標準運動軌跡及標準速率分別作比較，判斷這些軌跡的下頜運動指數(shù)(Mandibular MovementIndex, MMI)是否一致；如果不同，則判定測試者的下頜運動和牙齒咬合不正常。其中，MMI主要利用冠狀面軌跡進行判斷。
[0068]在所述步驟B中，還包括:當進行下頜邊緣運動軌跡測試時，測試者依次完成最大開閉口運動，最大前伸運動，最大左、右側(cè)方運動，要求每項運動都以閉口的靜止姿勢位為起點及終點，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步記錄顯示下頜邊緣運動軌跡。在所述步驟C中，還包括:所述電腦主機一一判斷測試者的最大開閉口運動、最大前伸運動、最大左側(cè)方運動和最大右側(cè)方運動中的開口軌跡分別與閉口軌跡之間位移距離是否超過預設的第二閥值P2;若超過，則判定相應的方向的牙齒咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。[0069]具體地，電腦主機中的控制軟件比較最大開閉口運動中的開口軌跡和閉口軌跡之間位移距離是否超過規(guī)定的第二閥值P2 ;或者系統(tǒng)比較最大前伸運動中的開口軌跡和閉口軌跡之間位移距離是否超過第二閥值P2;或者系統(tǒng)比較最大左、右側(cè)方運動中的開口軌跡和閉口軌跡之間位移距離是否超過第二閥值P2。如果超過第二閥值P2，則表明對應某個方向的咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。其中，第二閥值P2的取值范圍是0.20-0.60_，可以依據(jù)測試者年齡、性別進行調(diào)整。例如，正常開、閉口軌跡是基本一致的，對于25歲的男性，如果最大開閉口運動中閉口軌跡脫離開口軌跡距離過大，如超過0.5mm以上，則表明咬合與肌功能不協(xié)調(diào)，需醫(yī)治。
[0070]參看圖5，為利用本發(fā)明實施例二提供的方法拍攝的正常下頜運動軌跡記錄模式圖。其中左側(cè)圖為矢狀面邊緣運動基本圖形:記錄了最大張閉口運動，最大前伸及后退運動。P點表示最大前伸位；0點表示最大張口位；RCP點表示后退接觸位；ICP點表示最大牙尖交錯位。正常情況下，從最大前伸位(P)到最大張口位(O)軌跡恒定，從前上到后下呈一光滑曲線，而前伸軌跡(即ICP點至P點軌跡)受切導影響，曲線較不規(guī)整。
[0071]圖5中右側(cè)圖為冠狀面邊緣運動軌跡,反映最大張口及最大側(cè)向運動。R點表示右側(cè)邊緣運動咬合位；L點表示左側(cè)邊緣運動咬合位；0點表示最大張口位；ICP點表示最大牙尖交錯位。正常情況下，張閉口運動為垂直方向居中的直線(左右方向彎曲變化不大)；側(cè)向邊緣運動左右基本對稱。從側(cè)向邊緣咬合位到最大張口位的軌跡比較穩(wěn)定(即R點或L點至O點軌跡)。
[0072]圖6為一左側(cè)咀嚼及張口疼痛病人的下頜邊緣運動軌跡。如圖6所示，測試者下頜各方向的運動軌跡，特別是左側(cè)邊緣為張口軌跡異常，各轉(zhuǎn)折點較偏離正常邊緣運動模式圖，且以患側(cè)顯著。此外，運動范圍，特別是張口度減小；左右側(cè)向運動、垂直張閉口運動軌跡出現(xiàn)不規(guī)則偏擺，可推斷該患者出現(xiàn)關(guān)節(jié)內(nèi)紊亂，導致張口型的變異，而前伸軌跡的短且不規(guī)則，提示可能該患者有覆合深、覆蓋淺的咬合狀況。
[0073]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，通過下頜運動追蹤裝置可記錄測試者在張閉口、側(cè)方運動、下頜前伸、后退、咀嚼運動等典型運動中，下前牙切點的運動軌跡，直接反映下頜運動及牙齒咬合匹配程度，并由電腦主機上顯示的運動軌跡圖的特征可以認識肌功能紊亂的客觀現(xiàn)象。例如正常開、閉口軌跡是基本一致的，如果閉口軌跡脫離開口軌跡距離過大，比如超過0.5毫米以上，則表明咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。下頜運動軌跡是否正常是下頜(實際上是下頜骨肌功能)是否正常的客觀標志，因此，對下頜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動監(jiān)測是非常有用的醫(yī)療檢查手段。對口腔內(nèi)科牙體修復、口腔修復義齒制作、口腔牙周科的咬合調(diào)磨、口腔正畸科咬合調(diào)整，尤其是顳下頜關(guān)節(jié)?？骑D下頜關(guān)節(jié)紊亂病的診斷和治療均有重要意義。并且，在本發(fā)明下頜三維運動捕捉和可視化系統(tǒng)，采用光學追蹤技術(shù)，結(jié)合三維CT建模技術(shù)，可視化還原下頜骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動情況，具有制造成本低，操作方便和測試準確度高等優(yōu)點。
[0074]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護 范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，其特征在于，包括:采用三維CT模型設計并打印的下頜運動追蹤裝置、至少兩個紅外攝像頭和用于分析攝像記錄數(shù)據(jù)的電腦主機； 所述下頜運動追蹤裝置包括:后端固定裝置、中間連接桿和前端三個不共面的標記桿；所述標記桿的一端共同連接在所述中間連接桿上，另一端分別設有一標記物； 所述后端固定裝置根據(jù)下牙列牙齒外形特征并采用所述三維CT模型進行設計和打印，通過貼合牙齒外形，以將所述下頜運動追蹤裝置固定在測試者的下頜切牙部位；所述標記物露出口外并隨著下頜一起運動，以反映下頜的運動軌跡； 所述紅外攝像頭用于記錄所述標記物的運動軌跡，并將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機； 所述電腦主機用于對所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)進行分析處理，將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物并計算所述標記物的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
2.如權(quán)利要求1所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，其特征在于，所述中間連接桿與所述后端固定裝置的連接點位于下切牙頸部；所述中間連接桿對應上切牙的部位呈凹形，以對應避讓上切牙的咬合；且所述中間連接桿沿口裂水平延伸出口外，以避免對嘴唇的牽拉。
3.如權(quán)利要求1所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，其特征在于，所述后端固定裝置利用所述三維CT模型并根據(jù)下牙列外形特征設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印制作而成，或者，采用合金材料鑄造而成。
4.如權(quán)利要求1所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，其特征在于，所述標記物的表面覆蓋有熒光材料，且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者，所述標記物為一發(fā)光裝置；所述標記物隨著下頜一起運動，以反映下頜運動軌跡。
5.如權(quán)利要求1~4任一項所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個紅外攝像頭通過可調(diào)整高度和角度的支架固定在測試者面部周圍，并從不同位置拍攝所述標記物的運動軌跡；通過所述電腦主機中的運動捕捉軟件和坐標重建算法得到所述標記物的三維運動軌跡數(shù)據(jù)。
6.一種下頜三維運動捕捉及可視化方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1~5任一項所述的下頜三維運動捕捉及可視化系統(tǒng)進行實現(xiàn)，所述方法包括: A:將所述下頜運動追蹤裝置采用所述三維CT模型打印出來后，將所述的后端固定裝置固定在測試者下頜切牙部位，將所述前端三個不共面的標記桿及其相應的標記物露出口外并隨著下頜一起運動； B:通過至少兩個紅外攝像頭記錄所述中間標記桿前端的標記物的運動軌跡，將運動軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機進行分析處理； C:將所述標記物的運動軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標準數(shù)據(jù)進行配準，還原測試者下頜整體運動情況，標定所述標記物并計算所述標記物的運動軌跡，以判斷下頜運動和上下牙列咬合是否正常。
7.如權(quán)利要求6所述的下頜三維運動捕捉及可視化方法，其特征在于，所述標記物表面覆蓋有熒光材料且所述兩個紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者所述標記物為一發(fā)光裝置；所述步驟A之后還包括:Al:對所述紅外攝像頭各項參數(shù)進行校正，調(diào)整所述紅外攝像頭對準接收所述標記物所反射的紅外光或所述標記物自身發(fā)出的光線，增強所述攝像頭記錄所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡準確度。
8.如權(quán)利要求7所述的下頜三維運動捕捉及可視化方法，其特征在于，所述步驟B具體包括: 當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時，從測試者閉口的靜止姿勢位開始記錄，張口至最大位置，然后閉口下頜前伸至上切牙對下切牙回到閉口的靜止姿勢位，所述電腦主機同步顯示所述下頜運動追蹤裝置的標記物的運動軌跡及其位移值；重復該運動至少2次，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機進行分析處理； 當進行開閉口軌跡的運動速率及平滑度測試時，從測試者牙尖交錯位開始記錄，先自然開閉口 I次，繼而大而快地開閉口 I次；所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步顯示出2次運動的軌跡及速率； 當進行下頜邊緣運動軌跡測試時，測試者依次完成最大開閉口運動，最大前伸運動，最大左、右側(cè)方運動，要求每項運動都以閉口的靜止姿勢位為起點及終點，所述紅外攝像頭將捕捉數(shù)據(jù)傳給所述電腦主機分析處理，所述電腦主機同步記錄顯示下頜邊緣運動軌跡。
9.如權(quán)利要求7所述的下頜三維運動捕捉及可視化方法，其特征在于，所述步驟C具體包括: 當進行頜位及牙合穩(wěn)定性測試時，所述電腦主機分別求得2次以上在垂直方向、前后方向及側(cè)方向的運動位移差，再分別求得垂直方向、前后方向及側(cè)方向運動位移差的均值，分別與預設的第一閥值作比較，如果超出所述第一閥值，則表明測試者的下頜運動和牙合穩(wěn)定性不正常； 當進行開閉口軌跡的運動速率及平滑度測試時，所述電腦主機將記錄的下頜運動三維軌跡及速率分別與所述電腦主機存儲的下頜標準運動軌跡及標準速率作比較；且在測試者的下頜運動三維軌跡及速率與所述標準運動軌跡及標準速率不同時，判定測試者下頜運動和牙齒咬合不正常； 當進行下頜邊緣運動軌跡測試時，所述電腦主機一一判斷測試者的最大開閉口運動、最大前伸運 動、最大左側(cè)方運動和最大右側(cè)方運動中的開口軌跡分別與閉口軌跡之間位移距離是否超過預設的第二閥值；若超過，則判定相應的方向的牙齒咬合與肌功能不協(xié)調(diào)。
10.如權(quán)利要求7所述的下頜三維運動捕捉及可視化方法，其特征在于:所述后端固定裝置和所述中間連接桿根據(jù)下牙列牙齒外形特征，采用三維CT模型進行設計，并采用塑料或樹脂進行三維打印而成，或者采用合金材料鑄造而成，通過貼合牙齒外形，機械固定在下頜切牙部位。
【文檔編號】A61B5/11GK103690173SQ201410009192
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】許躍 申請人:中山大學