[發(fā)明專利]下頜三維運(yùn)動(dòng)捕捉及可視化系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410009192.2
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103690173B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許躍;朱萍;林韓;張志光
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61C19/045
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司44202
• 代理人: 王會龍

技術(shù)領(lǐng)域

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(yùn)動(dòng)捕捉及可視化系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

人體下頜運(yùn)動(dòng)是由牙、咀嚼肌和顳下頜關(guān)節(jié)共同參與的一種復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的特征分析并認(rèn)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(yùn)動(dòng)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(xué)因素是制定咬合病康復(fù)方案的基礎(chǔ)，也是捕捉運(yùn)動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計(jì)、肌電采集部位各種設(shè)計(jì)參數(shù)的重要依據(jù)。

下頜運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)功能的重要手段。根據(jù)下頜運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡的記錄手段最初是通過尸體解剖探索下頜運(yùn)動(dòng)規(guī)律，自1773年起，學(xué)者們分別發(fā)表了利用合架研究取得切牙運(yùn)動(dòng)軌跡和髁道的文章。然而尸解與在合架上下頜運(yùn)動(dòng)的研究脫離了活的機(jī)體，它不能代替機(jī)體在神經(jīng)肌肉支配下下頜運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況。上世紀(jì)初，隨著X線在口腔醫(yī)學(xué)的應(yīng)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(diǎn)的移動(dòng)情況。1921年，B.McCollum研制了一種機(jī)械式的下頜運(yùn)動(dòng)描記儀，通過夾板、面弓和描記筆板記錄下頜的運(yùn)動(dòng)，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(fù)雜，不利于推廣。20世紀(jì)80年代，美國Grbh公司研制成功的髁突運(yùn)動(dòng)軌跡描記儀，將經(jīng)典的髁突運(yùn)動(dòng)軌跡描記與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，但依然有其局限性，這是因?yàn)轺镣煌鈧?cè)覆蓋著一層軟組織，無法直接地觀測其運(yùn)動(dòng)。德國KaVo公司研發(fā)了ARCUS?digma下頜運(yùn)動(dòng)軌跡記錄儀，該設(shè)備集成了超聲波傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠測量和顯示上下頜咬合運(yùn)動(dòng)軌跡。但這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高昂，而且操作不方便，在設(shè)備維護(hù)、材料消耗等環(huán)節(jié)上投入成本過高。

而我國現(xiàn)有的技術(shù)方案“下頜運(yùn)動(dòng)軌跡記錄系統(tǒng)”僅采用一個(gè)標(biāo)記物對下頜運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤，因此其記錄的運(yùn)動(dòng)信息僅能代表下頜即整個(gè)下巴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而未能真正測試到下頜內(nèi)部即下頜骨的三維運(yùn)動(dòng)信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種下頜三維運(yùn)動(dòng)捕捉及可視化系統(tǒng)及方法，采用光學(xué)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(yùn)動(dòng)情況，成本低，操作方便，測試準(zhǔn)確度和還原度高。

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(yùn)動(dòng)捕捉及可視化系統(tǒng)，包括：采用三維CT模型設(shè)計(jì)并打印的下頜運(yùn)動(dòng)追蹤裝置、至少兩個(gè)紅外攝像頭和用于分析攝像記錄數(shù)據(jù)的電腦主機(jī)；

所述下頜運(yùn)動(dòng)追蹤裝置包括：后端固定裝置、中間連接桿和前端三個(gè)不共面的標(biāo)記桿；所述標(biāo)記桿的一端共同連接在所述中間連接桿上，另一端分別設(shè)有一標(biāo)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(jìn)行設(shè)計(jì)和打印，通過貼合牙齒外形，以將所述下頜運(yùn)動(dòng)追蹤裝置固定在測試者的下頜切牙部位；所述標(biāo)記物露出口外并隨著下頜一起運(yùn)動(dòng)，以反映下頜的運(yùn)動(dòng)軌跡；

所述紅外攝像頭用于記錄所述標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將所述標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)傳送給所述電腦主機(jī)；

所述電腦主機(jī)用于對所述標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將所述標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)與所述三維CT模型建立的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，還原測試者下頜整體運(yùn)動(dòng)情況，標(biāo)定所述標(biāo)記物并計(jì)算所述標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡，以判斷下頜運(yùn)動(dòng)和上下牙列咬合是否正常。

進(jìn)一步地，所述中間連接桿與所述后端固定裝置的連接點(diǎn)位于下切牙頸部；所述中間連接桿對應(yīng)上切牙的部位呈凹形，以對應(yīng)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。

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(shè)計(jì)，并采用塑料或樹脂進(jìn)行三維打印制作而成，或者，采用合金材料鑄造而成。

優(yōu)選地，所述標(biāo)記物的表面覆蓋有熒光材料，且所述兩個(gè)紅外攝像頭帶有紅外發(fā)射裝置；或者，所述標(biāo)記物為一發(fā)光裝置；所述標(biāo)記物隨著下頜一起運(yùn)動(dòng)，以反映下頜運(yùn)動(dòng)軌跡。

再進(jìn)一步地，所述兩個(gè)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(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)軌跡；通過所述電腦主機(jī)中的運(yùn)動(dòng)捕捉軟件和坐標(biāo)重建算法得到所述標(biāo)記物的三維運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)。