CN107405187A - 跟踪颚的运动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及跟踪患者的颚的运动，其中代表颚的运动的跟踪构件(50)的运动被至少一个摄影机(22)跟随，该至少一个摄影机被布置到医用X射线成像设备(10)，并且其中，由至少一个摄影机(22)检测的运动被应用在描绘颚的硬组织的数字模型上。这样产生的颚的硬组织的运动的数字模型在显示器(31)上被示出，以使得硬组织的运动被可视化。

Description

跟踪颚的运动
技术领域
本发明涉及用来跟踪且产生人的颚的硬组织的可视化运动的数字模型的装置和方法。
背景技术
诸如使用机械、电子、超声、电磁和光学技术的系统的各种系统已经结合人类颚的记录运动被使用。一个典型的方案包括将物理标记附接到上颚骨和下颚骨并且记录它们各自的相对运动。已知这种系统包括把测得的或检测到的运动(可能地如应用于例如头盖硬组织的数字表面模型)在显示器上可视化。
不管技术如何，这些程序中涉及的工作流程经常是费时的且费劲的，这是由于它可能包括使用分离的设备和被单独地执行且彼此分离的操作。这些操作可以包括：将标记附接到解剖结构；产生颚运动并且检测和记录标记的运动；以及产生使颚运动可视化的模型，该模型然后可以在显示器上被示出。举例来说，如果颚运动的建模以后作为分离的过程被可视化并且仅仅随后被实现使得另外的运动信息将是需要的或合意的，从而增强数字运动模型，这将不是可能的直到下次将能够使患者带有标记并且重新检测且记录颚运动。
用来跟踪颚运动的现有技术的例子包括专利公开US 4836778、US 4859181、US2013/0157218以及WO 2013/0175018中描述的系统。
发明内容
本发明及其优选实施例包括一种装置和方法，其中示出人的颚运动的数字模型在医用X射线成像设备的情况中产生，该成像设备诸如被布置用来获得图像信息以便产生头盖硬组织解剖结构的表面模型的CT设备。这使得能够通过相同的设备获得X射线图像数据和颚运动数据二者。通过为装置配备图像处理器和显示器，在显示器上，硬组织的模拟运动可在执行附接到头盖解剖结构的参考物体的运动的拍摄的相同情况中被可视化，本发明的实施例使得能够在患者在场时实时地跟随硬组织的运动，以使任何希望的咀嚼或其它颚运动被模拟。
根据一个实施例，根据本发明的方法包括提供至少一个摄影机，其布置成与CT成像设备物理连接。该方法包括将第一跟踪构件附接到人的颚并且将第二跟踪构件附接到人的上颚或到与上颚静止连接的人的解剖结构的一部分。人的解剖结构的硬组织的CT重构得以产生，并且关于硬组织解剖结构的跟踪构件的定位得以识别。在一个实施例中，使用至少一个摄影机的跟踪构件的一系列图像在患者执行颚运动时被获取并且在图像中的跟踪构件的定位被确定。硬组织解剖结构的姿势然后使用跟踪构件和解剖结构之间的关系的知识被解析并且硬组织解剖结构的姿势被传递到可视系统以显示颚的数字模型咀嚼运动。
附图说明
下述的附图用于提供本发明的各种实施例的一些方面。
图1示出根据本发明的一种优选装置的基本部分。
图2示出根据在本发明的情况下适合使用的一个系统的用来检测颚运动的原理性装置。
图3示出检测器模块，该检测器模块可附接到医用X射线设备，该医用X射线设备包括在本发明的情况下适合于使用的部件。
图4示出用于运动跟踪成像的装置，其中跟踪器附接到下颚骨，在两个摄影机的视场中。
图5示出如图4中的用于运动跟踪成像的装置，但其中仅仅跟踪器的参考物体的一部分在两个摄影机的任一个的视场中。
图6和7示出在本发明中适合于用来产生数字模型可视化颚运动的程序(通过流程图)。
具体实施方式
图1示出根据本发明的一种优选装置的基本部分。图1的装置包括医用X射线成像设备(10)，该医用X射线成像设备包括竖向支承构造(11)，从该竖向支承构造水平地延伸臂(12)和臂部分(13)，该臂支承患者支承装置(17)，该臂部分(13)支承着臂部分(14)，该臂部分(14)支承着设备的成像装置。支承成像装置的臂部分(14)被布置成是可旋转的。设备的成像装置包括布置成离开彼此一定距离的X射线源(15)和X射线图像信息的接收器(21)。成像装置相对于患者支承装置(17)定位，使得成像站(18)被产生在X射线源(15)和X射线图像信息的接收器(21)之间的区域内，使得由X射线源(15)产生的射线束可通过所述成像站(18)指向X射线图像信息的接收器(21)。设备包括：控制装置，图1示出它的用户界面(16)，该用户界面被布置到支承患者支承装置(17)的臂(12)；以及附属于其中的操作模式选择装置(19)。在根据图1的设备中，X射线图像信息的接收器(21)被布置作为图像信息的接收器模块(20)(被布置成与计算机(30)操作连接的检测器模块)的一部分。用来处理图像信息的装置被布置到计算机(30)并且该计算机也布置成与显示器(31)操作连接。用户界面(16)也可配备有显示器，并且也可存在布置到X射线成像设备的一些其它结构的显示器。控制系统(CS)的物理部件和子系统可被布置在装置的各种地方，一些可以被包括在计算机(30)中并且一些被布置例如在竖向支承构造(11)中或在要被控制的该装置的部件附近或与要被控制的该装置的部件成一体。
图2示出根据在本发明的情况下适合使用的一个系统的检测颚运动的原理性装置。该装置包括两个摄影机(22)，它们布置成离开彼此一定距离并且旨在对人的头部进行拍摄，跟踪器(50)连接到人的头部。在根据图2的装置中，跟踪器(50)由用于参考物体的两个分离的支承构造(51)组成，该参考物体诸如反光物体(52)。各支承构造(51)中的一个连接到人的前额，另一个连接到人的下颚。图2的装置也包括光源(23)，该光源被布置成紧邻摄影机(22)。光源(23)被布置用来基本上沿最近的摄影机(22)所对准的方向发出光。
图3示出检测器模块(20)，该检测器模块可附接到医用X射线设备，该医用X射线设备包括在本发明的情况下适合于使用的部件。与图2中已经给出的情况相反，摄影机(22)不是以竖向的而是以水平的离开彼此的距离被布置到模块(20)，并且在摄影机(22)上方和下方设有光源(23)。X射线图像检测器(21)也被布置在该模块中。模块(20)到医用X射线设备的附接将被实现，使得X射线图像检测器(21)被对齐或可以被对齐在该设备的成像站(18)。
图4示出用于运动跟踪成像的装置，其中跟踪器附接到下颚骨并且在两个摄影机的视场中。图4的跟踪器(50)包括用于五个反光参考物体(52)的支承结构(51)。装置的两个摄影机(22)相对于反光参考物体(52)定位且对准使得它们的全部五个在两个摄影机(22)的视线中。装置包括紧邻两个摄影机(22)的光源(23)，该光源被布置用来基本上沿最近的摄影机(22)所对准的方向发出光。
图5示出如图4中的用于运动跟踪成像的装置，但其中摄影机(22)定位成离开彼此较长距离。这种装置可以被应用例如在如图3中示出的情况的情况中，其中摄影机(22)位于检测器模块(20)的X射线图像检测器(21)的相对两侧上。
在图5的装置中，跟踪器(50)的各参考物体(52)中的仅仅一部分在两个摄影机(22)中的任一者的视场中，但在这种装置的情况中解析跟踪器(50)的姿势也是可能的，只要各参考物体(52)中的至少一个参考物体在两个摄影机(22)的视场中。这种程序可以包括首先解析在两个摄影机的视场中的一个参考物体(52)的三维位置。这可以通过例如使用摄影机校准信息和参考物体(52)的检测到的定位对该位置作三角测量而实现，此后跟踪器模型中的对应点被平移到解析出的位置中。该跟踪器模型然后绕这个点旋转，使得当投影到两个摄影机视图中时，投影点位置和对应的检测到的参考物体位置之间的平方距离被最小化。该旋转和平移限定跟踪模型的姿势。
上文所述的用来获得信息以便产生示出头盖硬组织解剖结构的运动的数字模型的装置基于使用两个摄影机，但本发明可以使用基于使用任何数量的摄影机的装置而实现。
图6示出适合用于本发明的装置以便可视化颚运动的一个程序。当被布置用来由被布置到医用X射线成像设备的至少一个摄影机成像的人开始颚运动时，通过拍摄至少一个跟踪构件的照片而开始该运动的跟踪(根据上文，颚跟踪器包括反光参考物体)。该装置的控制系统然后在照片中检测所述至少一个跟踪构件并且基于跟踪构件的参考模型和摄影机校准信息解析其姿势。通过将跟踪构件的解析出的姿势重复地转换到解剖结构的数字模型，模拟的颚运动然后可以甚至实时地在显示器上被可视化。
用来产生跟踪器的参考模型的一种方法包括首先使用医用X射线成像设备来产生下颚骨和包括参考物体的跟踪器的CT重构，并且那个重构的可视化然后被呈现在显示器上。当该装置的用户界面包括用于在显示的可视化上的参考物体的点定位的装置时，该装置的图像处理软件能够产生参考模型，该参考模型限定在参考物体与解剖结构的重构之间的空间关系。
图6中提及的摄影机校准信息包括该装置的一个或更多个摄影机的固有的和非固有的参数。这种校准信息可以使用本领域技术人员已知的标准计算机视觉摄影机校准方法而被获得。
图7示出提供根据本发明的实施例的另一方式。根据图7，跟踪构件包括参考物体附接到人的下颚并且另一个附接到与人的上颚静止连接的人的解剖结构的一部分。然后，产生CT重构，该CT重构包括跟踪构件附接到其上的解剖结构的硬组织，并且关于硬组织解剖结构的参考物体的定位被确定。当人执行颚运动时，被布置到CT成像设备的一个或多于一个摄影机用于在颚运动期间获取参考物体的一系列图像并且从获取的图像检测参考物体的定位。然后，使用参考物体的检测到的定位和在参考物体的定位与硬组织解剖结构之间的确定的关系，来解析硬组织解剖结构的姿势，并且解析出的姿势被传递到可视化系统，以根据人的颚运动示出硬组织解剖结构的运动的数字模型。
对于本领域技术人员来说显然的是，至于其细节，本发明也可以以不同于根据上述本发明的实施例的方式被实施，并且该实施例的各种细节也可以以不同于上面字面上讨论的组合的组合被实现。例如，医用X射线成像设备不需要精确地如图1中示出的医用X射线成像设备。医用X射线成像设备的X射线成像装置可以被布置例如在环形吊架内而不是布置到支承臂。
总之，本发明的各种方面可以被看作包括通过被构造用来对跟踪构件的运动进行拍摄的至少一个摄影机而跟踪人的颚的运动，该跟踪构件包括参考物体并且附接到人的下颚且到人的上颚或到与上颚静止连接的人的解剖结构的一部分。可以使用一种装置，该装置包括控制系统，该控制系统包括：第一子系统，该第一子系统用来控制至少一个摄影机的操作以对跟踪构件的运动进行拍摄；以及第二子系统，该第二子系统包括图像信息处理器以在由该至少一个摄影机获取的图像中检测投影且解析跟踪构件的姿势并且将这种信息应用于描绘至少下颚的硬组织的数字模型并且产生要在显示器上被示出的运动的数字模型，该数字模型根据参考物体的被拍摄的运动，而使得下颚的硬组织的运动被可视化。该装置还可包括医用X射线成像设备，该成像设备包括X射线源和X射线图像检测器(21)，并且装置的控制系统还包括第三子系统，该第三子系统包括控制功能，该控制功能涉及控制医用X射线成像设备的操作以获得头盖X射线图像信息并且用来产生头盖解剖结构的CT重构。用来对跟踪构件的运动进行拍摄的至少一个摄影机可以被布置成医用X射线成像设备的物理部分。
至于医用X射线设备，它可以包括：第一结构，其带有X射线源和X射线图像检测器；以及第二结构，其支承第一结构。至少一个摄影机可以连接到第一结构和第二结构中的任一者。优选地，装置包括两个摄影机，它们相互间隔一定距离地布置到带有所述X射线源和X射线图像检测器的第一结构。此外，医用X射线成像设备可以包括布置成紧邻所述至少一个摄影机的光源，并且该光源(23)要被布置用来基本上沿所述至少一个摄影机所对准的方向发出光。
该装置的显示器可以被连接到医用X射线成像设备的结构并且该控制系统被构造用来在该显示器上可视化数字模型，该数字模型根据由至少一个摄影机检测的被拍摄的所述运动，而示出硬组织的运动。优选地，控制系统被构造用来可视化在所述第一子系统操作所述至少一个摄影机以对参考物体的运动进行拍摄时由第二子系统基本上同时地产生的数字模型的运动。描绘硬组织的数字模型可以是基于图像数据产生的人的一个或更多个颚的CT重构的可视化，该图像数据由医用X射线成像设备的X射线图像检测器检测。
根据一个实施例，布置成与控制系统连接的用户界面被构造用来实现在描绘硬组织的数字模型上标记感兴趣的特征并且在所述运动数字模型中包括这种标记。该控制系统还可以被构造用来在显示器上提供图像，该图像是与跟踪构件一起的人的头盖解剖结构的至少一部分的CT重构的可视化，该跟踪构件包括当用于所述重构的图像信息被获取时附接到人的参考物体，并且作为对指示所述图像上的所述跟踪构件的参考物体的定位的用户输入的响应，产生参考模型，该参考模型限定所述参考物体和CT重构之间的空间关系。
本公开有利地组合X射线成像设备与物理地布置到其上的用来跟踪颚运动的摄影机系统。这改善成像程序的工作流程并且允许通过相同的控制系统控制CT设备和运动跟踪摄影机系统。
通过将颚运动摄影机系统布置到X射线成像设备自身，本过程提供以下可能性：在人存在并且可用于在X射线成像设备成像时产生包括解剖结构和跟踪构件的CT重构(即，在跟踪构件附接到人时扫描解剖结构)并且在相同的程序内跟踪颚运动。因此，例如，在人仍然在场时在注意到该过程中的任何缺陷或图像品质中的问题的情况下不需要叫回此人，以便成像和再附接该跟踪构件以便任何重拍或执行另外的颚运动。

Claims (19)

1.一种用来跟踪人的颚的运动的装置，该装置包括：
-至少一个摄影机(22)，该至少一个摄影机被构造用来对跟踪构件(50)的运动进行拍摄，该跟踪构件(50)包括参考物体(52)并且附接到人的下颚且附接到人的上颚或到与该上颚静止连接的此人的解剖结构的一部分；
-控制系统，该控制系统包括第一子系统，该第一子系统用来控制所述至少一个摄影机(22)的操作以对跟踪构件(50)的所述运动进行拍摄；以及
-第二子系统，该第二子系统包括图像信息处理器，该图像信息处理器用来在由所述至少一个摄影机(22)获取的图像中检测投影且解析跟踪构件(50)的姿势并且将这种信息应用于描绘至少下颚的硬组织的数字模型并且产生要在显示器(31)上被示出的运动的数字模型，该运动的数字模型根据参考物体(52)的被拍摄的所述运动而对下颚的硬组织的运动进行可视化；
其中，该装置还包括
-医用X射线成像设备(10)，该医用X射线成像设备包括X射线源(15)和X射线图像检测器(21)，并且
-该控制系统还包括第三子系统，该第三子系统包括控制功能，所述控制功能涉及控制所述医用X射线成像设备(10)的操作以获得头盖X射线图像信息并且用来产生头盖解剖结构的CT重构，其特征在于
-被布置用来对跟踪构件(50)的所述运动进行拍摄的所述至少一个摄影机(22)是所述医用X射线成像设备(10)的物理部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述医用X射线设备(10)包括：第一结构(14)，该第一结构带有所述X射线源(15)和X射线图像检测器(21)；以及第二结构(11、13)，该第二结构支承第一结构(14)，并且其中，所述至少一个摄影机(22)连接到第一结构(14)和第二结构(11、13)中的任一者。
3.根据权利要求2或3所述的装置，其中，该装置包括两个摄影机(22)，这两个摄影机相互间隔一定距离地布置到带有所述X射线源(15)和X射线图像检测器(21)的所述第一结构(14)。
4.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的装置，其中，所述医用X射线成像设备(10)包括紧邻所述至少一个摄影机(22)布置的光源(23)并且所述光源(23)被布置用来基本上沿所述至少一个摄影机(22)所对准的方向发出光。
5.根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的装置，其中，所述显示器(31)连接到该医用X射线成像设备(10)的结构并且所述控制系统被构造用来在该显示器(31)上使所述数字模型可视化，所述数字模型根据由所述至少一个摄影机(22)检测的被拍摄的所述运动而示出硬组织的运动。
6.根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的装置，其中，所述控制系统被构造用来可视化在所述第一子系统操作所述至少一个摄影机(22)以对参考物体(52)的运动进行拍摄时由所述第二子系统基本上同时地产生的数字模型的所述运动。
7.根据权利要求1-6中的任一权利要求所述的装置，其中，描绘硬组织的所述数字模型是基于图像数据而产生的人的一个或更多个颚的CT重构的可视化，该图像数据由所述医用X射线成像设备(10)的X射线图像检测器(21)检测。
8.根据权利要求1-7中的任一权利要求的装置，还包括与所述控制系统连接的用户界面(16)，其中该用户界面(16)被构造用来实现在描绘硬组织的所述数字模型上标记感兴趣的特征，并且其中，该控制系统被构造用来在所述运动的数字模型中包括这种标记。
9.根据权利要求1-8中的任一权利要求所述的装置，其中，该控制系统被构造用来在所述显示器(31)上提供图像，该图像是与跟踪构件(50)一起的人的头盖解剖结构的至少一部分的CT重构的可视化，该跟踪构件包括当用于所述重构的图像信息被获取时附接到此人的参考物体(52)，并且作为对指示所述图像上的所述跟踪构件(50)的参考物体(52)的定位的用户输入的响应，产生参考模型，该参考模型限定在所述参考物体(52)与CT重构之间的空间关系。
10.根据权利要求2-9中的任一权利要求所述的装置，其中，所述第一结构(14)是可旋转的臂，X射线源(15)和X射线图像检测器(21)相互间隔一定距离地布置到该可旋转的臂，并且其中，所述至少一个摄影机(22)被布置在所述可旋转的臂上，邻近所述X射线信息的接收器(21)。
11.根据权利要求1-10中的任一权利要求所述的装置，其中，该参考物体(52)是反光的。
12.一种用来跟踪人的颚的运动的方法，该方法包括：
-将包括参考物体的第一跟踪构件附接到人的下颚并且将包括参考物体的第二跟踪构件附接到与此人的上颚静止连接的此人的解剖结构的一部分；
-产生CT重构，该CT重构包括跟踪构件附接到其上的解剖结构的硬组织；
-确定与硬组织解剖结构相关的参考物体的定位；
-在人执行颚运动时获取参考物体的一系列图像；
-从获取的图像检测参考物体的定位；
-使用参考物体的检测到的定位和在参考物体的定位与硬组织解剖结构之间的确定的关系，解析硬组织解剖结构的姿势；
-将解析出的姿势传递到可视化系统，以根据此人的颚运动示出硬组织解剖结构的运动的数字模型；其特征在于，
-所述系列的图像由布置到CT成像设备的至少一个摄影机获取。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，该硬组织解剖结构的数字模型的所述运动在所述至少一个摄影机获取所述图像时基本上同时地被可视化。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第二跟踪构件连接到患者的前额。
15.根据权利要求12-14中的任一权利要求所述的方法，其中，所述硬组织解剖结构包括头盖硬组织。
16.根据权利要求12-15中的任一权利要求所述的方法，其中，所述至少一个摄影机和一光源被布置在CT成像设备的旋转臂上。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在图像的获取期间通过所述光源照亮第一跟踪构件和第二跟踪构件的参考物体。
18.根据权利要求12-17中的任一权利要求所述的方法，还包括使用用户界面在所述CT重构上标记参考物体的定位并且在图像上描绘所述定位。
19.根据权利要求12-18中的任一权利要求所述的方法，其中，至少一个跟踪构件包括彼此间隔开的至少5个反光物体。
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