CN110234294A - 用于跟踪颌的硬组织的移动的跟踪件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在跟踪颌的硬组织的移动的上下文中使用的跟踪件(110)。根据本发明,通过在跟踪件(110)的设计中包括表示人的口内解剖结构的一部分的表面模型,在这种上下文中使用的跟踪件(110)被设计为特定于患者的,该表面模型基于通过对解剖结构进行成像获取的成像结果生成。
Description
技术领域
本发明涉及在跟踪颌的硬组织的移动的上下文中使用的跟踪件,特别地,涉及生成这种跟踪件的数字模型、制造这种跟踪件、以及软件产品和与设计和制造这种跟踪件相关的布置件。
背景技术
关于颞下颌关节紊乱的诊断和治疗,已经使用了与记录颌移动相关的各种方法和设备。解析下颌骨相对于上颌骨的姿势和运动是困难的,因为不可能目视观察位于软组织层后面的解剖结构。诸如采用机械、电子、超声波、电磁和光学技术的各种系统已被用于记录人类颌的移动。一种典型的解决方案包括将物理标记(也可称为替代物体)附接到上颌骨和下颌骨两者,并记录它们各自的相对移动。通常,标记是从人的嘴伸出的细长件,并且由人的颌的移动引起的它们的移动被观察并记录。然后这种移动可以在显示器上被可视化,诸如应用于相关解剖结构的数字模型。
无论在这样的过程中使用何种技术,所涉及的工作流程通常是耗时且费力的,因为它可能包括使用独自执行并且彼此分离的单独装置和操作。这些操作可以包括将标记附接到解剖结构、生成颌移动、检测和记录标记的移动、以及生成使颌移动可视化的模型,颌移动可视化然后可以在显示器上显示。例如,如果获取与标记的移动相关的成像结果和颌移动的可视化是单独的处理,并且仅在需要或者至少期望具有附加移动信息来增强颌移动的数字模型之后才实现,那么在下一次能够用标记处理同一个人并且重新检测和记录标记移动之前,生成这样的附加信息将是不可能的。
将替代物体附接到人的解剖结构的已知处理包括使用粘合剂或其他附接方法。整个处理需要以某种方式解析替代物体和解剖结构的相对空间位置。任何校准系统都容易出现不准确性,并且对于许多现有技术的布置,实际上不可能在随后的研究中重复替代物体和解剖结构的完全相同的相对定位。
涉及跟踪颌移动的现有技术的示例包括在专利公开US 4,836,778、US 4,859,181、US 2013/0157218和WO 2013/0175018中描述的系统。
发明内容
以下呈现了本发明的简要概述,以便提供对本发明的一些方面或目的的基本理解。本发明内容不旨在识别本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。
本发明的目的是提供一种新颖的用于通过使用新型跟踪件来跟踪人的颌的硬组织的移动的部件,该新颖性基于用于设计这种跟踪件的新颖方法。这种新颖的设计方法基于利用从人的解剖结构的成像结果生成的数字模型,这使得可以制造特定于患者的跟踪件。
本发明的各个方面包括方法、装置、跟踪件、布置件和计算机程序,其特征在于所附独立权利要求中所述的内容。在所附从属权利要求以及以下更详细的描述中公开了本发明的其他方面。
本发明的一个或多个方面提供的一个优点包括能够通过使用特定于患者的跟踪件来跟踪颌的硬组织的移动,所述跟踪件在人的解剖结构之上,尤其是在下颌的牙齿的至少一部分之上,形成完美配合的外壳。由于这种完美的配合,不需要附加的粘合剂或仅需要极少量的粘合剂来将跟踪件牢固地配合到解剖结构上。当根据本发明的跟踪件将精确地与解剖结构处于已知连接时,在将跟踪件附接到人的解剖结构之后不需要单独的校准步骤。此外,可以数次使用相同的跟踪件而无需任何附加的校准阶段。因此,可以仅使用单个物理跟踪件来流畅地执行跟踪硬组织移动,并且即使在长时间段内也可以数次使用相同的跟踪件。
附图说明
以下各图呈现了本发明的各种实施例的一些方面。
图1示出了附接到人的下颌的跟踪件。
图2示出了根据本发明的一个实施例的设计和后续制造处理的流程图。
图3示出了根据本发明的一个优选布置件的部分的框图。
图4示出了适用于本发明的上下文的成像装置的示例。
图5示出作为用于运动跟踪成像的一个原理布置件的示例,其中跟踪件在两个相机的视场中附接到下颌骨。
图6示出了用于检测替代物体的移动和用于对颌的硬组织的移动进行建模的原理跟踪系统。
具体实施方式
以下是本发明的实施例的示例。虽然说明书可能引用处于各种位置的“某个”、“一个”或“一些”实施例,但这并不一定意味着每个这样的引用是针对相同的(一个或多个)实施例或者实施例的特征仅适用于该特定的单个实施例。可以组合或省略各种实施例的各个特征,以提供不一定详细公开的实施例。
图1以侧视图示出了附接到人的下颌(120)的物理跟踪件(110)。跟踪件(110)包括夹板部分(111)和至少一个突出部分(112)。突出部分(112)被配置为从人的嘴部伸出。图1的突出部分(112)还包括至少一个跟踪标记(113)。跟踪标记(113)可以与突出部分(112)集成在一起,或者它可以被配置为可附接的,可能可拆卸地附接到突出部分(112)。跟踪标记(113)可以布置成反射或发射至少一个波长,它可以例如包括至少一个LED、至少一个IR反射物体或至少一个光反射物体。跟踪标记(113)可以是不透射线的,或者它可以包括不透射线的部分。
通过首先生成根据图1的物理跟踪件(110)的数字模型,跟踪件(110)可以被设计和制造为特定于患者的跟踪件,跟踪件(110)的数字模型就其夹板部分(111)而言基于人的真实解剖结构的数字表面数据(3D表面模型)进行设计。可以通过对解剖结构的印象(impression)进行成像或者通过直接对人的解剖结构进行成像来获取用于生成表面数据的图像数据。然后可以设计满足口内解剖结构的夹板部分(111)的内表面,以与人的解剖结构的表面完美配合。可以更自由地设计夹板部分(111)的整体形状,即不仅包括符合人的解剖结构的表面而且包括夹板部分(111)的其它表面的数字模型。
跟踪件(110)的整体设计处理还可以包括设计至少一个突出部分(112)的数字模型(该突出部分将被附接到夹板部分(111)或者与夹板部分(111)集成),和/或针对夹板部分(111)设计用于至少一个突出部分(112)的至少一个连接结构。因此,该处理可以包括,例如,设计具有符合特定人的口腔内解剖结构的表面的一个表面区域的夹板部分(111)的数字模型,并且将该模型与表示至少一个突出部分(112)的表面的模型组合,以及可选地与至少一个跟踪标记(113)的结构或同与至少一个跟踪标记(113)相关的结构的模型组合,以形成跟踪件(110)的数字模型。
图2是图示与生成跟踪件的数字模型相关的步骤的示例的流程图。
图2还示出了制造物理跟踪件的后续步骤,该物理跟踪件包括夹板部分以及至少一个突出部分或用于至少一个突出部分的至少一个连接结构。
关于图2中所示的处理,在步骤(201)中,对人的口内解剖结构的印象或所述解剖结构的至少一部分进行成像以获取成像结果。作为示例,解剖结构可以包括人的口内解剖结构的牙齿、牙齿表面、牙龈或其它细节的至少一部分。获取所述成像结果可包括使用光学口内表面扫描设备或CT或CBCT成像设备。
在步骤(202)中,基于成像结果生成第一数字模型,该模型表示人的口内解剖结构的表面的至少一部分。
在步骤(203)中,生成第二数字模型,其表示夹板部分(111)并且包括所述第一数字模型的至少一部分。描述该步骤的一种方式是通过将解剖结构的表面模型作为起始数据,以形成夹板部分(111)的内表面或底表面的至少一部分,然后在解剖结构的建模表面之上“构建”夹板部分(111)的模型的实际整体形状来生成夹板部分的模型。
在步骤(204)中,生成至少一个第三数字模型,其表示至少一个突出部分(112)或用于至少一个突出部分(112)的附接结构。
在步骤(205)中,将表示夹板部分(112)的第二数字模型和至少一个第三数字模型组合以形成跟踪件(110)的数字模型。
生成跟踪件的数字模型的方法在图2中示出为包括某些特定的单独步骤(201)-(205),但显然,并非所有步骤都需要被单独执行。作为示例,如上所公开的步骤(203)-(205)可以被描述为包括“生成跟踪件(110)的数字模型,其包括表示夹板部分(111)和所述第一数字模型的至少一部分的第二数字模型,并且第三数字模型组合到第二数字模型,第三数字模型表示至少一个突出部分(112)或用于至少一个突出部分(112)的附接结构”。
突出部分(112)的模型可以可选地包括至少一个跟踪标记(113)的模型或用于至少一个跟踪标记(113)的附接结构的模型。显然,再次,突出部分(112)的模型可以被生成为直接包括任何这样的一个或多个模型,或者这样的一个或多个模型可以被单独设计并且然后与突出部分(112)的模型组合。
换句话说,虽然跟踪标记(113)的一个或若干模型可以与突出部分(112)的模型集成在一起,或者可以被设计为可附接到突出部分(112),但是“第三数字模型”可以不仅包括突出部分(112),还可以包括至少一个跟踪标记(113)或其附接结构。
可以存储跟踪件(110)的数字模型或跟踪件的一部分以供以后使用,诸如用于制造物理的特定于患者的跟踪件(110)或特定于患者的跟踪件的一部分。
因此,根据本发明的一个方面,图2的步骤(205)之后是步骤(206),其中跟踪件(110)的所生成的数字模型的至少一部分用于制造物理跟踪件(110)或物理跟踪件的一部分。换句话说,跟踪件(110)的数字模型形成用于随后制造物理跟踪件(110)或物理跟踪件的一部分的基础数据。
物理跟踪件(110)可以以CAD/CAM布置制造,包括诸如3D打印机或铣刀之类的装置。
物理跟踪件(110)可以以这样的方式设计和制造:用于设计跟踪件(110)的夹板部分(111)的至少一个跟踪标记(113)相对于人的口腔内解剖结构的数字表面模型的位置是已知的。
另一方面,取决于设计,跟踪件(110)的一部分或多个部分(其相对于人的口腔内解剖结构的特定数字表面模型的位置将是已知的)也可以是跟踪件(110)的除如图1所示的跟踪标记(113)以外的某个其它结构。
根据本发明的一个方面,实现本发明的布置件可以包括CT或CBCT成像设备、包括用于实现如参考图2描述的处理步骤中的至少一些步骤和以上相关文本段落的软件的计算机,以及例如用于制造根据本发明设计的物理对象的增材制造机器或铣床。
因此,本发明的一个实施例可以包括在计算机可读存储介质上实施的计算机程序,该计算机程序包括用于控制和执行结合图2描述的方法的至少一些步骤,诸如参考图2讨论的步骤(201)-(205)的至少一部分的程序代码。
如图3所示,实现本发明的一种布置件(300)的一般体系架构包括成像设备(310)和数据处理系统(320),成像设备(310)可以是包括检测器(311)和辐射源(312)的CBCT扫描仪,并且数据处理系统(320)可以包括存储器(321)和扫描结果处理单元(322)。扫描结果处理单元(322)可以被配置为在数值上重建扫描结果以产生所谓的数字体积或由三维像素(即体素)组成的体积数据,其表示已被扫描的解剖结构。数据处理系统(320)还可以包括建模单元(223),其被配置为与由处理单元(322)生成的数据交互以生成扫描的解剖结构和跟踪件(110)的数字模型。数据处理系统(320)可以被配置为还将这些模型记录在存储器(321)中。
本发明的一个实施例,诸如图3所示的一个实施例,还可以包括制造单元(333),例如3D打印机或铣刀,其被配置为根据由建模单元(323)创建的跟踪件(110)的数字模型或数字模型的一部分生成物理跟踪件(110)或物理跟踪件(110)的一部分。
尽管用于获取解剖结构的表面模型的成像结果的装置可以是光学口内扫描器,如在注册商标Planmeca PlanScan下商业发布的光学口内扫描器,但适用于与本发明结合使用的CBCT装置的示例在图4中示出。图4的成像装置(410)包括垂直支撑构造(11),从中水平延伸支撑患者支撑部件(17)的臂(12)和支撑臂部分(14)的臂部分(13,13'),臂部分(14)支撑装置的成像部件。支撑成像部件的臂部分(14)可旋转地布置,也可以是臂部分(13,13'),臂部分(13,13')支撑臂部分(14),臂部分(14)支撑成像部件。(图4示出了一种装置,其中支撑臂部分(14)(臂部分(14)支撑成像部件)的臂部分(13,13')由两部分组成,其中至少第二部分(13')可以可旋转地布置,但是两个部分(13,13')也可以布置成仅形成单个整体臂部分)。该装置的成像部件包括x-射线源(15)和在支撑成像部件的臂部分(14)上彼此相距一定距离地布置的x-射线图像信息的接收器(21)。成像部件相对于患者支撑部件(17)定位,使得在x-射线源(15)和x-射线图像信息的接收器(21)之间的区域内创建成像站(18),使得由x-射线源(15)生成的波束可以被引导通过所述成像站(18)朝向x-射线图像信息的接收器(21)。该装置包括控制部件,其中图4示出了布置在支撑患者支撑部件(17)的臂(12)上的用户接口(16),用户接口(16)可以包括操作模式选择部件(19)。X-射线图像信息的接收器(21)可以被布置为图像信息的接收器模块(20),即,除了X-射线图像信息的接收器(21)之外还可以包括一个或多个光学相机(将在下面讨论)的检测器模块(20)的一部分。用于处理图像信息的部件被布置到计算机(30),计算机(30)也布置成与显示器(31)可操作连接。用户接口(16)也可以配备有显示器,并且也可以存在布置到成像装置的某个其它结构的显示器。
在使用光学口内扫描仪来生成口内表面的模型,但希望能够显示除了光学扫描仪可见的颌的其它硬组织的移动,比如颌骨作为整体的移动的情况下,那么需要将这样的表面模型与包括由一些其它适用的成像设备(诸如上面讨论的CBCT扫描仪)生成的相同解剖结构的模型组合。在已经进行CBCT或人的解剖结构的其它适用扫描的情况下,这种扫描的数据可以用于生成期望的口内表面模型并且不需要进行附加的光学扫描,因此也不需要进行这样的组合。
图5示出了根据适用于本发明的上下文的一种系统的用于检测颌运动的布置件。该布置件包括两个光学相机(501),它们彼此相距一定距离地布置并且旨在拍摄人的头部。根据本发明的跟踪件(110)附接到人,使得当移动一个人的颌时,跟踪件(110)跟随颌的移动。图5的布置件还包括布置在相机(22)附近并且基本上在相机(22)瞄准的方向上发光的光源(502)。诸如图4中所示的x-射线成像装置可以被配置为还包括如图5所示的布置件,诸如通过将光学相机包括到如上所公开的检测器模块。
根据图5的用于获取用于生成描绘如上所述的颅硬组织的运动的数字模型的信息的布置件基于使用两个相机,但是基于使用一些其它数量的相机的布置件也可以用于该目的。
因此,本发明的一个方面是一种用于跟踪人的颌的硬组织的移动的方法,包括检测附接到人的解剖结构的至少标记的移动并将这些移动映射到人的解剖结构,其中所述至少一个标记是如上所述制造的跟踪件(110)的一部分,并且移动的检测包括检测跟踪件(110)的移动,同时以形状配合的方式附接到与所述跟踪件(110)基于其进行设计的表面对应的解剖结构。
图6示出了用于检测颌运动和对颌运动建模的原理系统,可以被实现为图4的成像设备(610)的一部分的跟踪系统(600)。跟踪系统(600)被配置为通过检测例如跟踪件(110)的至少一个突出部分(112)或跟踪标记(113)的移动,并通过将所述移动映射到解剖结构的虚拟模型来解析颌的移动。因此,跟踪系统(600)可以包括用于检测至少一个突出部分(112)或跟踪标记(113)的移动的检测部件(601)。检测部件(601)可以包括图5的布置件,用于检测在物理跟踪件(110)附接到人的解剖结构时物理跟踪件(110)(至少一部分)的移动,物理跟踪件(110)被设计和制造为形状配合到解剖结构。跟踪系统(600)还可以包括用于存储检测到的移动的存储器(602)。为了能够不仅显示跟踪件(110)的移动而且还能够显示实际解剖结构的移动,或者仅显示解剖结构的移动,图6的跟踪系统(600)包括的映射部件(603),映射部件(603)用于将跟踪件(110)的移动映射到人的口内解剖结构的成像结果的至少一部分,即,映射到用于制造物理的特定于患者的跟踪件(110)的解剖结构的建模表面的至少一部分。
对于本领域技术人员明显的是,随着技术的进步,本文公开的发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例,而是可以在所附权利要求的范围内变化。
Claims (14)
1.一种用于制造物理跟踪件(110)或物理跟踪件(110)的一部分的方法,所述物理跟踪件(110)包括突出部分(112)和夹板部分(111),物理跟踪件(110)被配置为附接到人并跟随人的颌的移动,所述方法包括:
-对人的口内解剖结构的印象或所述解剖结构的至少一部分进行成像以获取成像结果;
-基于所述成像结果生成第一数字模型,所述第一数字模型表示所述口内解剖结构的表面的至少一部分;
-生成跟踪件(110)的包括以下的数字模型:
i)第二数字模型,第二数字模型表示夹板部分(111)并且包括所述第一数字模型的至少一部分,以及
ii)与第二数字模型组合的第三数字模型,第三数字模型表示至少一个突出部分(112)或用于所述至少一个突出部分(112)的附接结构;以及
-在制造物理跟踪件(110)或物理跟踪件(110)的一部分时,使用跟踪件(110)的所述数字模型的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述方法还包括生成第四数字模型,并将所述第四数字模型与表示突出部分(112)的数字模型组合,第四数字模型表示跟踪标记(113)或用于跟踪标记(113)的附接结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中至少一个跟踪标记(113)与突出部分(112)集成或者可拆卸地附接到突出部分(112),并且其中与突出部分(112)集成或附接到突出部分(112)的所述跟踪标记(113)包括用于反射或发射至少一个波长的部件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其中获取所述成像结果包括使用光学口内表面扫描设备或CT或CBCT成像设备。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,包括使用增材制造机器、3D打印机或铣刀制造所述物理跟踪件(110)或所述物理跟踪件(110)的所述部分。
6.一种用于生成跟踪件(110)的数字模型或跟踪件(110)的一部分的数字模型的方法,跟踪件(110)被配置为附接到人的解剖结构并且跟随人的颌的移动,所述跟踪件(110)包括夹板部分(111)和突出部分(112),或夹板部分(111)和用于突出部分(112)的连接结构,所述方法包括:
-对人的口内解剖结构的印象或所述解剖结构的至少一部分进行成像以获取成像结果;
-基于所述成像结果生成第一数字模型,所述第一数字模型表示所述口内解剖结构的表面的至少一部分;
-生成跟踪件(110)的包括以下的数字模型:
i)第二数字模型,第二数字模型表示夹板部分(111)并且包括所述第一数字模型的至少一部分,以及
ii)与第二数字模型组合的第三数字模型,第三数字模型表示至少一个突出部分(112)或用于至少一个突出部分(112)的附接结构。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括生成第四数字模型,并将所述第四数字模型与表示突出部分(112)的数字模型组合,第四数字模型表示跟踪标记(113)或用于跟踪标记(113)的附接结构。
8.一种用于跟踪人的颌的硬组织的移动的方法,包括检测附接到人的解剖结构的至少标记的移动并将所述移动映射到人的解剖结构,其中所述至少一个标记是如根据权利要求1-5中任一项所述制造的跟踪件(110)的一部分,并且移动的所述检测包括检测跟踪件(110)的移动,其中所述跟踪件以形状配合的方式附接到与所述跟踪件(110)基于其进行设计的表面对应的解剖结构。
9.一种包括CT成像设备或光学口内扫描仪、计算机、CAD/CAM制造机器和软件产品的布置件,所述布置件被配置用于实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
10.一种跟踪件,被设计成附接到人并跟随颌的移动,跟踪件(110)包括夹板部分(111)和从夹板部分(111)突出的至少一个部分(112),其中跟踪件(110)或跟踪件(110)的一部分是基于根据权利要求6或7生成的数字模型制造的。
11.根据权利要求10所述的跟踪件,其中跟踪件(110)或跟踪件(110)的所述部分包括反射至少一个波长或发射至少一个波长的至少一个跟踪标记(113)。
12.根据权利要求11所述的跟踪件,其中所述至少一个跟踪标记(113)包括至少一个LED、至少一个IR反射物体或至少一个光反射物体。
13.根据权利要求11或12所述的跟踪件,其中所述至少一个跟踪标记(113)由一件X-辐射吸收材料制成或包括一件X-辐射吸收材料,X-辐射吸收材料使得跟踪标记(113)或跟踪标记(113)的一部分是不透射线的。
14.一种实施在计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括用于控制执行根据权利要求6或7的方法的过程的程序代码。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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