[发明专利]下颌三维运动捕捉及可视化系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗检测技术，尤其涉及一种下颌三维运动捕捉及可视化系统与方法。

背景技术

人体下颌运动是由牙、咀嚼肌和颞下颌关节共同参与的一种复杂的三维运动，其运动模式与口颌系统的健康状况密切相关，可以通过下颌运动的特征分析并认识咀嚼、吞咽及语言等功能，对颞下颌关节病变作分析诊断及疗效判断。各种运动中的下颌切牙轨迹、磨牙轨迹、双侧髁突轨迹及各咀嚼肌的肌电等病理生理学因素是制定咬合病康复方案的基础，也是捕捉运动标记点设计、肌电采集部位各种设计参数的重要依据。

下颌运动状态的测量，是咬合病诊断和治疗的基础，也是评估下颌面部各种运动功能的重要手段。根据下颌运动的表现形式可以揭示口颌系统的生理、病理状态，而对治疗前后的对比分析更能突出治疗效果。下颌运动轨迹的记录手段最初是通过尸体解剖探索下颌运动规律，自1773年起，学者们分别发表了利用合架研究取得切牙运动轨迹和髁道的文章。然而尸解与在合架上下颌运动的研究脱离了活的机体，它不能代替机体在神经肌肉支配下下颌运动的真实情况。上世纪初，随着X线在口腔医学的应用，人们对髁状突的形态与位置、髁状突与关节凹的位置关系在活体上做了X线的观察。但是X线影像的重叠与投照角度，不能定量的分析髁状突上某些特定点的移动情况。1921年，B.McCollum研制了一种机械式的下颌运动描记仪，通过夹板、面弓和描记笔板记录下颌的运动，经多次改良后成为目前临床科研的主要研究手段，但仍然过于繁琐和复杂，不利于推广。20世纪80年代，美国Grbh公司研制成功的髁突运动轨迹描记仪，将经典的髁突运动轨迹描记与计算机相结合，但依然有其局限性，这是因为髁突外侧覆盖着一层软组织，无法直接地观测其运动。德国KaVo公司研发了ARCUS digma下颌运动轨迹记录仪，该设备集成了超声波传感器技术和计算机技术，能够测量和显示上下颌咬合运动轨迹。但这些装置结构复杂，价格高昂，而且操作不方便，在设备维护、材料消耗等环节上投入成本过高。

而我国现有的技术方案“下颌运动轨迹记录系统”仅采用一个标记物对下颌运动进行跟踪，因此其记录的运动信息仅能代表下颌即整个下巴的运动状态，而未能真正测试到下颌内部即下颌骨的三维运动信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种下颌三维运动捕捉及可视化系统及方法，采用光学追踪技术，结合三维CT建模技术，可视化还原下颌内部结构的运动情况，成本低，操作方便，测试准确度和还原度高。

为解决以上技术问题，一方面，本发明提供一种下颌三维运动捕捉及可视化系统，包括：采用三维CT模型设计并打印的下颌运动追踪装置、至少两个红外摄像头和用于分析摄像记录数据的电脑主机；

所述下颌运动追踪装置包括：后端固定装置、中间连接杆和前端三个不共面的标记杆；所述标记杆的一端共同连接在所述中间连接杆上，另一端分别设有一标记物；

所述后端固定装置根据下牙列牙齿外形特征并采用所述三维CT模型进行设计和打印，通过贴合牙齿外形，以将所述下颌运动追踪装置固定在测试者的下颌切牙部位；所述标记物露出口外并随着下颌一起运动，以反映下颌的运动轨迹；

所述红外摄像头用于记录所述标记物的运动轨迹，并将所述标记物的运动轨迹数据传送给所述电脑主机；

所述电脑主机用于对所述标记物的运动轨迹数据进行分析处理，将所述标记物的运动轨迹数据与所述三维CT模型建立的标准数据进行配准，还原测试者下颌整体运动情况，标定所述标记物并计算所述标记物的运动轨迹，以判断下颌运动和上下牙列咬合是否正常。

进一步地，所述中间连接杆与所述后端固定装置的连接点位于下切牙颈部；所述中间连接杆对应上切牙的部位呈凹形，以对应避让上切牙的咬合；且所述中间连接杆沿口裂水平延伸出口外，以避免对嘴唇的牵拉。

优选地，所述后端固定装置利用所述三维CT模型并根据下牙列外形特征设计，并采用塑料或树脂进行三维打印制作而成，或者，采用合金材料铸造而成。

优选地，所述标记物的表面覆盖有荧光材料，且所述两个红外摄像头带有红外发射装置；或者，所述标记物为一发光装置；所述标记物随着下颌一起运动，以反映下颌运动轨迹。

再进一步地，所述两个红外摄像头通过可调整高度和角度的支架固定在测试者面部周围，并从不同位置拍摄所述标记物的运动轨迹；通过所述电脑主机中的运动捕捉软件和坐标重建算法得到所述标记物的三维运动轨迹数据。