CN112426243B - 一种髁突运动轨迹确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种髁突运动轨迹确定方法，包括：建立坐标系：建立用于轨迹测量发射坐标系和接收坐标系；静态测量：在发射坐标系下，测量左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；根据所述位姿数据，以及接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差，计算左、右侧髁突的动态轨迹。本发明的方法可确定髁突的运动轨迹，而且不依赖于假设条件下的等边三角形及三角形与咬合面的夹角，具有个体性、实用性的优点。

Description

一种髁突运动轨迹确定方法

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种髁突运动轨迹确定方法。

背景技术

在口腔修复专业领域，模型上

架是诊治过程中不可或缺的步骤，通过

架的模拟，可以尽量保证在石膏模型上制作的修复体带入口内后，实现形态与功能的协调。而在使用

时，为了获得患者口颌系统实际运动情况误差尽量小的模拟结果，可通过面弓转移，将上颌牙列与下颌关节之间的位置关系记录下来。

在面弓使用过程中，为了得到髁导斜度及切导斜度，需要患者进行做下颚的各种运动，首先获得下颌中切牙及髁突的运动轨迹。由面弓结构及佩戴方式知，面弓测量接收器与咬合叉固联，咬合叉粘连在患者下牙列，即中切牙与接收器固联，根据咬合叉结构参数，很容易得到中切牙轨迹。对于髁突的运动轨迹，目前采用的方法有：a)默认两侧髁突与下颌中切牙构成边长为95mm～140mm的等边三角形；b)默认咬合平面与上述等边三角形之间的夹角为经验平均值(15°～25°)。原方法没有考虑患者个体的差异，实用性较差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种髁突运动轨迹确定方法，获得高精度的两侧髁突运动轨迹。

本发明公开了一种髁突运动轨迹确定方法，包括以下步骤：

建立坐标系：建立用于轨迹测量的两组坐标系，包括以发射器为原点，以发射器的前、上、右为三轴方向的发射坐标系；以随下颌运动的随动点为原点，以固定在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；所述随动点在随动中与右、左侧髁突保持位置不变；

静态测量：在发射坐标系下，测量左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；

动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；根据所述位姿数据，以及接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差，计算左、右侧髁突的动态轨迹。

进一步地，在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，通过多次测量后取平均得到左、右侧髁突的静态位置。

进一步地，在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合；使接收器的测量基准点接触到人脸髁突位置，以接收器的测量基准点为支点进行多次测量。

进一步地，所述随动点的确定包括：将面弓佩戴在人头上，同时安装好咬合叉，人头保持静止不动，调整咬合叉在合适位置，保持牙齿闭合，将接收器的测量基准点连接在咬合叉的另一端；将接收器与咬合叉的连接点作为随动点。

进一步地，所述咬合叉一端粘贴在下牙列上，与中切牙固联，与两侧髁突均构成刚体结构。

进一步地，所述接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差计算过程包括；

在发射坐标系下计算右侧髁突与随动点的位置差

左侧髁突与随动点的位置差

进行坐标转换，得到接收坐标系下的位置差；

其中：j＝1为右侧髁突，j＝2为左侧髁突；L为发射系到接收系的坐标转换矩阵。

进一步地，发射系到接收系的坐标转换矩阵

其中，

TC0、TP0、TR0分别为随动点的静态位置上接收器的航向姿态角、俯仰姿态角、翻滚姿态角。

进一步地，动态测量中，下颌做前伸、后退、左则、右则运动，带动固定在随动点的接收器随动，接收发射器的发射信号，测量得到一系列接收器的位姿数据：P4(TX4_k、TY4_k、TZ4_k、TC4_k、TP4_k、TR4_k)(k＝1,2,3,...N)；N为动态测量的次数；TX4_k、TY4_k、TZ4_k分别表示，发射坐标系下，接收器的位置坐标三分量；TC4_k、TP4_k、TR4_k分别表示，发射坐标系下，接收器的航向、俯仰、翻滚三个姿态角。

进一步地，右髁突轨迹：

左髁突轨迹：

其中，L01_k为接收系到发射系的坐标转换矩阵。

进一步地，接收系到发射系的坐标转换矩阵

其中，

本发明至少可实现以下有益效果之一：

本发明的方法可确定髁突的运动轨迹，而且不依赖于假设条件下的等边三角形及三角形与咬合面的夹角，具有个体性、实用性的优点。并且本发明可获得较精准的轨迹曲线，为进一步求解髁导、切导参数奠定了基础。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实施例中的髁突运动轨迹确定方法流程图；

图2为本实施例中的坐标系关系图；

图3为本实施例中的前伸右髁突轨迹(矢状面)比较图；

图4为本实施例中的前伸左髁突轨迹(矢状面)比较图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本实施例公开了一种髁突运动轨迹确定方法，采用发射器发射探测信号，接收器接收探测信号的方式进行位置测量，其具体的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、坐标定义：建立用于轨迹测量的两组坐标系，包括以发射器为原点，以发射器的前、上、右为三轴方向的发射坐标系；以随下颌运动的随动点为原点，以固定在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；所述随动点在随动中与右、左侧髁突保持位置不变；

具体的，如图2所示为发射坐标系(用T表示)与接收坐标系之间的关系图，为了更清晰的说明，坐标系之间的关系，图中增加了过渡坐标系(用T’表示)；

发射坐标系定义T：三轴定义为X1、Y1、Z1，原点在用于发射测量信号的发射器的固定点或者中心点，三轴相对于发射器，X1指向前方(即发射器发射信号的方向)、Y1指向上方、Z1指向右方。

过渡坐标系定义为T’：三轴定义为X1’、Y1’、Z1’，原点在随下颌运动的随动点，三轴分别与发射坐标系T三轴平行；所述随动点在随下颌运动时与右、左侧髁突保持位置不变。

接收坐标系定义为R：三轴定义为X2、Y2、Z2，原点在随动点，以固定在随动点，用于接收测量信号的接收器的前、上、右为三轴方向；即X2指向接收器前方(即接收器接收信号的方向)、Y2指向上方、Z2指向右方。

图2中点的定义，在发射坐标系下，P1、P2、P3、P4含义及其表示如下：P1：右侧髁突P1(TX1；TY1；TZ1)；

P2：左侧髁突P2(TX2；TY2；TZ2)；

P3：中切牙位置P3(TX3；TY3；TZ3)；

P4：随动点位置P4(TX4；TY4；TZ4)。

步骤S2、静态测量：在发射坐标系下，测量左、右侧髁突以及随动点的静态位置，所述随动点跟随下颌运动并与与右、左侧髁突保持位置不变；计算左、右侧髁突与随动点的位置差；进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；

具体包括以下步骤：

步骤S201、测量右侧髁突P1、左侧髁突P2两个髁突的静态位置；

测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合。

将接收器平放，使接收器的测量基准点接触到人脸髁突位置(髁突位置可手触摸确定)，以该基准点为支点(保持顶点和髁突位置接触点不变)，将接收器进行左右、上下、侧滚等运动使其能够接收到发射器发射的信号，接收器基准点的设置使位置测量的精度更高。

测量右侧髁突时，可得到一组数据，记为：

P1(XP1_i、YP1_i、ZP1_i)(i＝1,2,3,...,n)

其中：XP1、YP1、ZP1分别表示，静态时，发射坐标系下，右侧髁突的位置坐标三分量；i＝1,2,3,...,n，表示在该处测量了n个值。

测量左侧髁突时，可得到一组数据，记为：

P2(XP2_j、YP2_j、ZP2_j)(j＝1,2,3,...,m)

其中：XP2、YP2、ZP2分别表示，静态时，发射坐标系下，左侧髁突的位置坐标三分量；j＝1,2,3,...,m，表示在该处测量了m个值。

分别对右、左侧髁突测量值计算取平均，得到发射坐标系下右、左两个髁突的静态位置：

P1：右侧髁突

P2：左侧髁突

步骤S202、测量随动点的静态位置；

具体的，随动点的确定包括：将面弓佩戴在人头上，同时安装好咬合叉(咬合叉一端粘贴在下牙列上，即，咬合叉与中切牙固联，与两侧髁突均构成刚体结构)，人头保持静止不动，调整咬合叉在合适位置，保持牙齿闭合，将接收器的测量基准点连接在咬合叉的另一端。将接收器与咬合叉的连接点作为随动点。

在静态位置接收器接发射器发射的信号，测量得到随动点P4的静态位置信息和接收器的姿态信息；

位置信息及接收器相对于发射坐标的航向、俯仰、翻滚三个姿态角记为，P4(TX40、TY40、TZ40、TC0、TP0、TR0)；TX40、TY40、TZ40分别表示，静态时，发射坐标系下，随动点P4的坐标三分量；TC0、TP0、TR0分别表示航向、俯仰、翻滚三个姿态角。

步骤S203、分别计算髁突P1、P2与随动点P4的在发射坐标系下的位置差。

步骤S204、进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；

具体包括：

1)坐标平移得到过渡坐标系T’的位置差；

是在发射坐标系T下计算得到，由于T’坐标与T坐标平行，通过平移可得到过渡坐标系T’下，

不变。

2)坐标旋转，得到接收坐标系R下的位置差；

其中：j＝1为右侧髁突，j＝2为左侧髁突。

L为发射系到接收系的坐标转换矩阵，具体为：

步骤S3、动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；根据所述位姿数据，以及接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差，计算左、右侧髁突的动态轨迹。

具体包括：

1)下颌做前伸、后退、左则、右则运动，带动固定在随动点的接收器随动，接收发射器的发射信号，测量得到一系列接收器位姿的测量数：

P4(TX4_k、TY4_k、TZ4_k、TC4_k、TP4_k、TR4_k)(k＝1,2,3,...N)；N为动态测量的次数。

2)计算动态时髁突轨迹；

右髁突轨迹：

左髁突轨迹：

其中L_o1为接收系到发射系的坐标转换矩阵，具体为：

采用本实施例的方法，实际测量得到的左右髁突轨迹如图3～4所示：

由图3～图4比对的可知，利用本实施例涉及的方法进行髁突轨迹计算，可获得较精准的轨迹曲线(与zebris的轨迹曲线进行比较)，为进一步求解髁导、切导参数奠定了基础，由此，本发明实施例提供的髁突轨迹确定方法，显著提升了电磁面弓面向市场应用的可能性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立坐标系：建立用于轨迹测量的两组坐标系，包括以发射器为原点，以发射器的前、上、右为三轴方向的发射坐标系；以随下颌运动的随动点为原点，以固定在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；所述随动点在随动中与右、左侧髁突保持位置不变；

静态测量：在发射坐标系下，测量左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；

动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；根据所述位姿数据，以及接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差，计算左、右侧髁突的动态轨迹。

2.根据权利要求1所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，通过多次测量后取平均得到左、右侧髁突的静态位置。

3.根据权利要求2所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，

在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合；使接收器的测量基准点接触到人脸髁突位置，以接收器的测量基准点为支点进行多次测量。

4.根据权利要求1所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，所述随动点的确定包括：将面弓佩戴在人头上，同时安装好咬合叉，人头保持静止不动，调整咬合叉在合适位置，保持牙齿闭合，将接收器的测量基准点连接在咬合叉的另一端；将接收器与咬合叉的连接点作为随动点。

5.根据权利要求4所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，

所述咬合叉一端粘贴在下牙列上，与中切牙固联，与两侧髁突均构成刚体结构。

6.根据权利要求1所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，所述接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差计算过程包括；

在发射坐标系下计算右侧髁突与随动点的位置差

左侧髁突与随动点的位置差

进行坐标转换，得到接收坐标系下的位置差；

其中：j＝1为右侧髁突，j＝2为左侧髁突；L为发射系到接收系的坐标转换矩阵。

7.根据权利要求6所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，

发射系到接收系的坐标转换矩阵

其中，

TC0、TP0、TR0分别为随动点的静态位置上接收器的航向姿态角、俯仰姿态角、翻滚姿态角。

8.根据权利要求6所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，动态测量中，下颌做前伸、后退、左则、右则运动，带动固定在随动点的接收器随动，接收发射器的发射信号，测量得到一系列接收器的位姿数据：P4(TX4_k、TY4_k、TZ4_k、TC4_k、TP4_k、TR4_k)(k＝1,2,3,...N)；N为动态测量的次数；TX4_k、TY4_k、TZ4_k分别表示，发射坐标系下，接收器的位置坐标三分量；TC4_k、TP4_k、TR4_k分别表示，发射坐标系下，接收器的航向、俯仰、翻滚三个姿态角。

9.根据权利要求8所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，

右髁突轨迹：

左髁突轨迹：

其中，L01_k为接收系到发射系的坐标转换矩阵。

10.根据权利要求9所述的髁突运动轨迹确定方法，其特征在于，接收系到发射系的坐标转换矩阵

其中，

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