CN115363796B - 一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法、装置及设备，预先建立了包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系的虚拟颌架，虚拟颌架中添加有激光扫描牙齿模型。获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数，例如，铰链轴的运动参数，或者髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，按照颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。突破了机械颌架结构的限制，可以实现不同程度直至完全个性化的下颌运动模拟。
Description
技术领域
本申请涉及口腔医学技术领域，具体涉及一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法、装置及设备。
背景技术
颌架是口腔医学领域常用的辅助工具，其一方面功能是下颌运动的模拟，以观察下颌运动引起的上下颌牙齿空间位置的变化。在此基础上对上下颌牙弓的咬合关系进行静态和动态地分析，也方便对义齿等进行设计和加工。
颌架通常分为上下两个部分，分别对应上下颌骨，以能够开合的铰链轴连接在一起，模拟颞下颌关节。上下两部分能够沿着铰链轴开闭，模拟颞下颌关节下腔的下颌开闭运动；也可以沿着特定斜度的轨迹(髁道)前后滑行，模拟颞下颌关节上腔的下颌前后滑动。
在现有技术中，实现颌架的该功能一般采用机械式颌架，根据颌架的设计和可调节能力，能够不同程度地模拟患者可能发生的下颌运动，并看到下颌运动引起的上下颌牙齿空间位置变化，帮助诊断咬合干扰点、设计牙齿功能面的形态等。这是一个以下颌功能运动模拟为主的颌架功能，其模拟的真实性取决于上下两部分开闭运动和前后运动能否准确地模拟颞下颌关节的真实运动。要最大限度地模拟真实情况，在临床上可以通过特殊的装置(运动面弓)在患者身上找到下颌开闭口运动的铰链轴，并将铰链轴相对于上下颌牙弓的相对位置关系复制到颌架上。还需要描记下颌前后运动时滑行的轨迹，将其转移到颌架上。
但是，为了方便生产和使用，现有的每一款颌架必须有一个统一的基础结构，再将高度个性化的患者的咀嚼器官的功能运动转移到颌架上。由于咀嚼器官的结构和运动模式极其复杂，这样的底层设计难以协调功能模拟在三维空间的不同需求，机械式颌架的模拟仿生能力存在一个无法突破的限制。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法、装置及设备，通过数字化方式建立高度个性化仿生模拟虚拟颌架，最大限度地模拟下颌运动的情况。
为解决上述问题，本申请实施例提供的技术方案如下：
一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法，所述方法包括：
获取预先建立的虚拟颌架，所述虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型；
获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接所述铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；
获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数；
控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数，包括：
获取在所述颅上颌坐标系中的所述铰链轴的运动参数。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数，包括：
获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：
获取在所述下颌坐标系中人为设定的铰链轴点的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
在一种可能的实现方式中，所述颅上颌以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，在所述医疗影像图像中标注铰链轴点，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：
获取通过所述医疗影像图像中标注的铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置；
所述医疗影像图像中标注的铰链轴点是根据所述医学影像图像上的解剖特征进行标注得到的，或者，通过在拍摄所述医学影像图像前用能够显影的标注物在患者体表标注真实铰链轴点，以使获得的所述医疗影像图像中标注有真实铰链轴点；所述真实铰链轴点是通过运动面弓用机械方式确定的、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算确定的。
在一种可能的实现方式中，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：
获取根据已安装在真实颌架上实物模型或虚拟颌架上激光扫描模型与铰链轴点的关系，计算出所述铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态以及髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中通过临床上下颌位置关系咬合记录计算两个不同位置铰链轴点连线在所述颅上颌坐标系中的斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道斜度；
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用解剖式面弓基于平均铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用运动面弓基于真实铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
响应于对所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作，控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，并实时显示所述铰链轴在所述颅上颌坐标系中的坐标变化和所述下颌模型相对于铰链轴的旋转角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度,以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的铰链轴的位置坐标，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向发生的平移距离和旋转角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，在所述下颌坐标系中设置任意旋转轴，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌模型沿所述旋转轴旋转的角度和沿各个坐标轴方向发生的平移距离，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴和所述旋转轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的临床采集的髁道形态和髁道斜度，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示临床采集的下颌运动动作，并显示所述下颌模型任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
在所述激光扫描牙齿模型中的上颌模型以及下颌模型处于任意相对位置关系下，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量；
和/或，
在任何下颌运动过程中，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量。
在一种可能的实现方式中，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，所述方法还包括：
根据所述医疗影像图像，进行三维有限元建模，设定不同解剖结构的参数，沿着一个或几个肌肉矢量方向按所述参数加载，进行有限元力学分析，显示牙齿、颌骨、关节受力的位置、方向和力的大小。
在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
模拟所述下颌模型在力的作用下发生位移的情况，显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生平移的距离和旋转角度，还有所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取预先建立的虚拟颌架，所述虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型；
第二获取单元，用于获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接所述铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；
第三获取单元，用于获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数；
控制单元，用于控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动。
一种电子设备，包括：存储器，处理器，及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法。
由此可见，本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例预先建立了包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系的虚拟颌架，虚拟颌架中添加有激光扫描牙齿模型。获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数，例如，铰链轴的运动参数，或者髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，按照颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。突破了机械颌架结构的限制，可以实现不同程度直至完全个性化的下颌运动模拟。
附图说明
图1为现有技术中机械式颌架的示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法的流程图；
图3为本申请实施例中解剖式面弓的示意图；
图4本申请实施例中提供的一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置的示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
为便于理解本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请实施例涉及的背景技术进行说明。
颌架是口腔医学领域常用的辅助工具，主要有两方面的功能，其一是静态咬合关系的模拟，稳定上下颌牙弓之间特定的位置关系，并在一定程度上模拟该位置关系下，牙弓与患者面部解剖结构的空间关系。其二是下颌运动的模拟，观察下颌运动引起的上下颌牙齿空间位置的变化。这是一个将患者咀嚼器官简单化、机械化的过程，在此基础上对上下颌牙弓的咬合关系进行静态和动态地分析，也方便对义齿等进行设计和加工。
颌架通常分为上下两个部分，分别对应上下颌骨，以能够开合的铰链轴连接在一起，模拟颞下颌关节。上下两部分能够沿着铰链轴开闭，模拟颞下颌关节下腔的下颌开闭运动；也可以沿着特定斜度的轨迹(髁道)前后滑行，模拟颞下颌关节上腔的下颌前后滑动。
在现有技术中一般采用机械式颌架，要实现颌架的第一个功能，需要参照患者的解剖结构，将上颌牙弓的模型安装在颌架的上半部分，再按照患者口内上下牙弓之间三维空间的位置关系，将下颌模型安装在颌架的下半部分，就可以将上下牙弓之间的咬合关系稳定维持在颌架上。这是一个以形态模拟为主的颌架功能，其模拟的真实性取决于是否能够将牙弓相对于稳定解剖结构的关系转移到颌架上。
颌架的第二个功能是模拟下颌运动，根据颌架的设计和可调节能力，能够不同程度地模拟患者可能发生的下颌运动，并看到下颌运动引起的上下颌牙齿空间位置变化，帮助诊断咬合干扰点、设计牙齿功能面的形态等。这是一个以下颌功能运动模拟为主的颌架功能，其模拟的真实性取决于上下两部分开闭运动和前后运动能否准确地模拟颞下颌关节的真实运动。要最大限度地模拟真实情况，在临床上可以通过特殊的装置(例如运动面弓)在患者身上找到下颌开闭口运动的铰链轴，并将铰链轴相对于上下颌牙弓的相对位置关系精确地复制到颌架上。还需要描记下颌前后运动时滑行的轨迹，将其转移到颌架上。
颌架模拟患者咀嚼器官真实形态和功能运动的准确性最能体现它的价值，但实现这两种模拟准确性有不同的要求，现有颌架的设计都没能同时满足。现有的颌架都是以模拟功能运动的需求为主，将铰链轴点与面部表面对应的非稳定性解剖结构组成的参考平面用来做形态的模拟，在同一个患者身上也很难实现稳定可重复的形态模拟，这反过来也影响了功能模拟的准确性，因为后者在多次不同模拟之间失去了稳定的解剖参考平面。另外，为了方便生产和使用，参见图1所示，示出了机械式颌架的示意图，现有的每一款机械式颌架必须有一个统一的基础结构，再将高度个性化的患者的咀嚼器官的形态和功能运动转移到颌架上。由于咀嚼器官的结构和运动模式极其复杂，这样的底层设计难以协调形态模拟和功能模拟在三维空间的不同需求，机械式颌架的模拟仿生能力存在一个无法突破的限制。
基于此，本申请实施例预先建立了包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系的虚拟颌架，虚拟颌架中添加有激光扫描牙齿模型。获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数，例如，铰链轴的运动参数，或者髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，按照颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。突破了机械颌架结构的限制，可以实现不同程度直至完全个性化的下颌运动模拟。
基于上述说明，下面将结合附图对本申请实施例提供的基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法进行详细说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法的流程图。如图2所示，该基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法可以包括步骤S201-S205：
S201：获取预先建立的虚拟颌架，虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，颅上颌坐标系以及下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型。
在实际应用中，通过获取患者的医疗影像图像，医疗影像图像可以为二维医疗影像图像，例如X光影像图像，也可以为三维医疗影像图像，例如CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)影像图像。从医疗影像图像中确定解剖相关标志点，可以预先建立虚拟颌架的各个坐标系。
在人体中，颅骨和上颌之间不能产生相对移动，下颌可以运动。任何颌架都有上部结构和下部结构，上部结构和下部结构之间可以发生相对移动，虚拟颌架也不例外。因此，预先建立的虚拟颌架可以包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，通过解剖相关标志点可以建立颅上颌坐标系以及下颌坐标系。本申请实施例不限定建立虚拟颌架的具体方式。
激光扫描牙齿STL模型可以更清晰、准确地重建患者的牙齿结构，患者的激光扫描牙齿模型添加到建立的虚拟颌架各个坐标系中，从而使激光扫描牙齿模型的任一点都可以确定出其在各个坐标系中的位置。激光扫描牙齿模型可以分为上颌模型和下颌模型。
S202：获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴。
要实现下颌运动的模拟，首先需要定义铰链轴，铰链轴是颞下颌关节下腔旋转运动的假想轴，通常穿过双侧髁状突。因此，在虚拟颌架中，可以获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，通过连接两侧铰链轴点可以形成下颌旋转运动的铰链轴。
获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置的具体方式可以参见后续实施例的说明。
S203：获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数。
在定义铰链轴之后，还需要确定下颌模型如何基于铰链轴运动，才能实现下颌运动的模拟。因此，还需要获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数。下颌运动参数可以用于指示下颌模型如何进行运动。
在一种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数的具体实现可以包括：获取在颅上颌坐标系中的铰链轴的运动参数。
也即下颌运动参数包括铰链轴的运动参数，例如，铰链轴的终点位置、旋转角度等。下颌模型可以根据铰链轴的运动参数，随铰链轴联动直接运动到相应位置，以实现下颌的运动模拟。
在一种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数的具体实现可以包括：获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。
髁道反映颞下颌关节上腔滑动运动的滑行轨迹，是高度个性化的曲线。物理颌架上受制于机械结构的限制，髁道轨道的形态只有几种选择(如直线型，凹线型等)。而在虚拟颌架中，可以根据需求灵活设置髁道轨迹的形态。髁道斜度是滑行轨道相对于颅上颌坐标系各参考平面的夹角(如在矢状面上称为为髁导斜度SCI，在水平面上称为Bennet角)。在本申请实施例，也可以根据需求灵活确定。
则下颌运动参数可以包括髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。下颌模型可以根据随铰链轴联动沿髁道轨迹进行运动，以实现下颌的运动模拟。
获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度的具体方式可以参见后续实施例的说明。
S204：控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，根据颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。
在确定了铰链轴以及下颌运动参数之后，则可以控制下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，根据颅上颌坐标系中的下颌运动参数，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动。
在一些可能的实现方式，S204的具体实现，可以包括以下几种可能的实现方式：
在第一种可能的实现方式中，S204可以包括：
响应于对激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作，控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动，并实时显示铰链轴在颅上颌坐标系中的坐标变化和下颌模型相对于铰链轴的旋转角度，下颌坐标系沿各个坐标轴方向在颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在该实现方式中，可以基于用户在虚拟颌架中对下颌模型的拖动操作，控制下颌模型依据颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行运动，也即下颌模型随拖动操作在虚拟颌架中进行相应的运动。同时，随着下颌模型的运动，还可以实时显示铰链轴在颅上颌坐标系中的坐标变化以及下颌模型相对于铰链轴的旋转角度。也可以显示下颌坐标系沿X、Y、Z轴方向在颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在第二种可能的实现方式中，S204可以包括：
自动控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，根据输入颅上颌坐标系中的铰链轴的位置坐标，以及下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示下颌坐标系沿各个坐标轴方向在颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
或者，自动控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，根据输入颅上颌坐标系中下颌坐标系沿各个坐标轴方向发生的平移距离和旋转角度，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示铰链轴的位置坐标，下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，以及下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
或者，自动控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，在下颌坐标系中设置任意旋转轴，根据输入颅上颌坐标系中下颌模型沿旋转轴旋转的角度和沿各个坐标轴方向发生的平移距离，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示铰链轴的位置坐标，下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，下颌坐标系沿各个坐标轴方向在颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在该实现方式中，为了模拟演示预设的下颌运动动作，可以控制下颌模型在虚拟颌架中自动运动，即在虚拟颌架中可以显示类似于动画的下颌运动过程。
具体的，可以根据输入颅上颌坐标系中的铰链轴的位置坐标，以及下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，控制下颌模型与铰链轴联动进行运动，实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作。同时，显示下颌坐标系沿X、Y、Z轴方向颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及下颌或下牙弓上选择的任一点或多个点的坐标变化和运动轨迹。
也可以根据输入颅上颌坐标系中下颌坐标系沿X、Y、Z轴方向发生的平移距离和旋转角度，控制下颌模型与铰链轴联动进行运动，实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作。同时，显示铰链轴的位置坐标、下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，以及下颌或下牙弓上选择的任一点或多个点的坐标变化和运动轨迹。
还可以在下颌坐标系中设置任意旋转轴，根据输入颅上颌坐标系中下颌模型沿旋转轴旋转的角度和沿X、Y、Z轴方向发生的平移距离，控制下颌模型与铰链轴联动进行运动，实现在虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作。同时，显示铰链轴的位置坐标，下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，下颌坐标系沿X、Y、Z轴方向在颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及下颌或下牙弓上选择的任一点或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在第三种可能的实现方式中，S204可以包括：
自动控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，根据输入颅上颌坐标系中的临床采集的髁道形态和髁道斜度，以及下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，使下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟演示临床采集的下颌运动动作，并显示下颌模型任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在该实现方式中，为了模拟演示临床采集的下颌运动动作，同样可以控制下颌模型在虚拟颌架中自动运动。此时，需要输入颅上颌坐标系中的临床采集的髁道形态和髁道斜度，以及下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，从而控制下颌模型与铰链轴联动进行运动，实现在虚拟颌架中模拟演示临床采集的下颌运动动作。同时演示下颌或下牙弓上选择的任一点或多个点的坐标变化和运动轨迹。
本申请实施例预先建立了包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系的虚拟颌架，虚拟颌架中添加有激光扫描牙齿模型。获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数，例如，铰链轴的运动参数，或者髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，按照颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。突破了机械颌架结构的限制，可以实现不同程度直至完全个性化的下颌运动模拟。
在本申请实施例中，可以基于下颌运动模拟的精度需求，通过不同方式定义在下颌坐标系中铰链轴点的位置。
在第一种实现方式中，S202可以包括：
获取在下颌坐标系中人为设定的铰链轴点的位置，作为下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
在下颌运动模拟的精度需求不高时，可以不结合患者自身的实际情况，根据铰链轴点的大体位置，在下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节附近人为设定的铰链轴点的位置。则可以获取在下颌坐标系中人为设定的铰链轴点的位置。
在第二种实现方式中，颅上颌以及下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，在医疗影像图像中标注铰链轴点，则S202可以包括：
获取通过医疗影像图像中标注的铰链轴点在下颌坐标系中的位置，作为下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置；
医疗影像图像中标注的铰链轴点是根据医学影像图像上的解剖特征进行标注得到的，或者，通过在拍摄医学影像图像前用能够显影的标注物在患者体表标注真实铰链轴点，以使获得的医疗影像图像中标注有真实铰链轴点；真实铰链轴点是通过运动面弓用机械方式确定的、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算确定的。
在该实现方式中，虚拟颌架中添加有患者的医疗影像图像，在医疗影像图像中可以标注铰链轴点。则可以获取医疗影像图像中标注的铰链轴点在下颌坐标系中的位置，该位置即为下颌坐标系中铰链轴点的位置。该实现方式考虑了患者的自身情况，确定的下颌坐标系中铰链轴点的位置更为准确。
在医疗影像图像中可以标注铰链轴点又可以细分为两种实现方式，一种实现方式是，在获取医疗影像图像之后，在医学影像图像中观察颞下颌关节髁状突，侧面观髁状突看似一个直径大概在10mm左右的圆形，则可以选取髁突的中心进行标注，完成在医疗影像图像中标注铰链轴点。
另一种实现方式是，在拍摄医学影像图像之前，先确定患者的真实铰链轴点，用能够显影的标注物在患者体表标注真实铰链轴点，再拍摄医学影像图像。此时获取的医学影像图像上标注有真实铰链轴点。而真实铰链轴点可以利用现有临床方式获得，例如通过运动面弓用机械方式确定、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算确定等。
可以理解的是，在医疗影像图像中标注真实铰链轴点相较于在获取医疗影像图像之后，在医学影像图像中标注铰链轴点更为准确，标注真实铰链轴点可以尽可能用患者下颌运动的真实参数去设置虚拟颌架。
在实际应用中，可以根据运动模拟的精度需求选择不同的确定铰链轴点位置的方式。
在第三种实现方式中，S202可以包括：
获取根据已安装在真实颌架上实物模型或虚拟颌架上激光扫描模型与铰链轴点的关系，计算出铰链轴点在下颌坐标系中的位置，作为下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
由于可能存在实物模型添加到真实颌架上，或者激光扫描模型添加到虚拟颌架上，此时实物模型或激光扫描模型对应的铰链轴点可以直接转移到下颌坐标系中，从而计算出铰链轴点在下颌坐标系中的位置。
通过以上三种实现方式，可以实现不同精度获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。通过连接铰链轴点可以形成下颌旋转运动的铰链轴，为模拟下颌运动提供基础。
临床上定义真铰链轴需要运动面弓，找到下颌做纯铰链运动时的旋转中心，之后再做髁突运动轨迹的描记，最后将真铰链轴与上颌牙弓的关系转移到颌架上。髁道轨迹的形态和髁道斜度的描记和测量也与真铰链轴有相关性，只有在真铰链轴处描记关节上腔的滑动才能避免旋转运动造成的曲线变形。这个过程需要复杂的仪器设备，对医生的临床操作技术也有很高的要求，耗时费力又容易出错，在实际工作中很难开展。此外由于物理颌架上机械结构的限制，不可能完全真实再现髁道形态，参考平面的不稳定也使得髁道斜度的测量存在误差，更让人质疑这一复杂工作的价值。
本申请实施例可以通过几种不同的途径尽可能准确地按患者真实的下颌运动特征设置髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，实现不同的模拟真实性。因此，在本申请实施例中，获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，可以包括多种可能的实现方式：
在第一种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度的具体实现可以包括：
根据下颌坐标系中铰链轴点的位置确定颅上颌坐标系中铰链轴点的位置；
参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置确定髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态以及髁道斜度。
髁道轨迹的位置可以认为是髁道轨迹的滑行起点，需要根据铰链轴点的位置确定。在本申请实施例中，由于获取的是下颌坐标系中铰链轴点的位置，而需要确定颅上颌坐标系中铰链轴点的位置，因此首先需要将下颌坐标系中铰链轴点的位置转换为颅上颌坐标系中铰链轴点的位置，再参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置得到髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置。
在确定髁道轨迹的形态以及髁道斜度的第一种实现方式中，在下颌运动模拟的精度需求不高时，可以不结合患者自身的实际情况，在颅上颌坐标系中根据使用需求人为设定髁道轨迹的形态以及髁道斜度。则可以获取在颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态以及髁道斜度。该实现方式操作简单、便捷，能快速实现对下颌的运动模拟。
在第二种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度的具体实现可以包括：
根据下颌坐标系中铰链轴点的位置确定颅上颌坐标系中铰链轴点的位置；
参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置确定髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在颅上颌坐标系中通过临床上下颌位置关系咬合记录计算两个不同位置铰链轴点连线在颅上颌坐标系中的斜度，作为颅上颌坐标系中的髁道斜度。
获取在颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态。
在该实现方式中，类似的，需要首先需要将下颌坐标系中铰链轴点的位置转换为颅上颌坐标系中铰链轴点的位置，再参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置得到髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置。
在确定髁道轨迹的形态以及髁道斜度的第二种实现方式中，通过上下颌位置关系咬合记录可以得到两个不同位置铰链轴点，这两个铰链轴点的连线在颅上颌坐标系中的斜度则为颅上颌坐标系中的髁道斜度。而髁道轨迹的形态可以在颅上颌坐标系中人为设定。该实现方式设置髁道斜度可以参考患者的实际情况，下颌运动模拟的精度有所提高，操作也较为简单。
在第三种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度的具体实现可以包括：
根据下颌坐标系中铰链轴点的位置确定颅上颌坐标系中铰链轴点的位置；
参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置确定髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用解剖式面弓基于平均铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在该实现方式中，类似的，需要首先需要将下颌坐标系中铰链轴点的位置转换为颅上颌坐标系中铰链轴点的位置，再参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置得到髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置。
在确定髁道轨迹的形态以及髁道斜度的第三种实现方式中，参见图3所示，是解剖式面弓的示意图，可以利用解剖式面弓基于平均铰链轴点进行机械描记得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度。也即在本申请实施例中，可以基于临床上的方法基于平均铰链轴点得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，将真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度映射到颅上颌坐标系中，完成对髁道轨迹的形态以及髁道斜度的设置。利用该方式进行设置，下颌运动模拟的精度较为贴近患者的实际情况。
在第四种可能的实现方式中，获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度的具体实现可以包括：
根据下颌坐标系中铰链轴点的位置确定颅上颌坐标系中铰链轴点的位置；
参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置确定髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置，作为颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用运动面弓基于真实铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在该实现方式中，类似的，需要首先需要将下颌坐标系中铰链轴点的位置转换为颅上颌坐标系中铰链轴点的位置，再参考颅上颌坐标系中铰链轴点的位置得到髁道轨迹在颅上颌坐标系中的位置。
在确定髁道轨迹的形态以及髁道斜度的第四种实现方式中，基于真实铰链轴点得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，该种方式基本完全还原了患者的实际情况。具体的，可以利用运动面弓基于真实铰链轴点进行机械描记得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度。也即在本申请实施例中，可以基于临床上的方法基于真实铰链轴点得到真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，将真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度映射到颅上颌坐标系中，完成对髁道轨迹的形态以及髁道斜度的设置。利用该方式进行设置，下颌运动模拟的精度最高。
通过以上四种实现方式，可以实现不同精度获取在颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，从而为模拟下颌运动提供基础。
另外，本申请实施例还可以在激光扫描牙齿模型中的上颌模型以及下颌模型处于任意相对位置关系下，显示上颌模型以及下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量；和/或，在任何下颌运动过程中，显示上颌模型以及下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量。
也即，能够显示任何上下颌相对位置关系下，上下颌牙齿接触(如有牙齿接触)的位置、顺序、面积和力量，也能够显示任何下颌运动过程中，上下颌牙齿接触(如有牙齿接触)的位置、顺序、面积和力量。
在一种可能的实现方式中，颅上颌坐标系以及下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，本申请实施例还可以根据医疗影像图像，进行三维有限元建模，设定不同解剖结构的参数，沿着一个或几个肌肉矢量方向按设定的参数加载，进行有限元力学分析，显示牙齿、颌骨、关节受力的位置、方向和力的大小。
同时，还可以模拟下颌模型在力的作用下发生位移的情况，显示铰链轴的位置坐标，下颌模型相对于铰链轴旋转的角度，以及下颌坐标系沿各个坐标轴方向在颅上颌坐标系中发生平移的距离和旋转角度，还有下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
基于上述方法实施例提供的基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法，本申请实施例还提供了一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置，下面将结合附图对该基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置进行说明。
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置的结构示意图。如图4所示，该基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置包括：
第一获取单元401，用于获取预先建立的虚拟颌架，所述虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型；
第二获取单元402，用于获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接所述铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；
第三获取单元403，用于获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数；
控制单元404，用于控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动。
在一种可能的实现方式中，所述第三获取单元包括：
第一获取子单元，用于获取在所述颅上颌坐标系中的所述铰链轴的运动参数。
在一种可能的实现方式中，所述第三获取单元包括：
第二获取子单元，用于获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取单元具体用于：
获取在所述下颌坐标系中人为设定的铰链轴点的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
在一种可能的实现方式中，所述颅上颌以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，在所述医疗影像图像中标注铰链轴点，所述第二获取单元具体用于：
获取通过所述医疗影像图像中标注的铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置；
所述医疗影像图像中标注的铰链轴点是根据所述医学影像图像上的解剖特征进行标注得到的，或者，通过在拍摄所述医学影像图像前用能够显影的标注物在患者体表标注真实铰链轴点，以使获得的所述医疗影像图像中标注有真实铰链轴点；所述真实铰链轴点是通过运动面弓用机械方式确定的、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算确定的。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取单元具体用于：
获取根据已安装在真实颌架上实物模型或虚拟颌架上激光扫描模型与铰链轴点的关系，计算出所述铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子单元具体用于：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态以及髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子单元具体用于：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中通过临床上下颌位置关系咬合记录计算两个不同位置铰链轴点连线在所述颅上颌坐标系中的斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道斜度。
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子单元具体用于：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用解剖式面弓基于平均铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子单元具体用于：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用运动面弓基于真实铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
在一种可能的实现方式中，所述控制单元具体用于：
响应于对所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作，控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，并实时显示所述铰链轴在所述颅上颌坐标系中的坐标变化和所述下颌模型相对于铰链轴的旋转角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。。
在一种可能的实现方式中，所述控制单元具体用于：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的铰链轴的位置坐标，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向发生的平移距离和旋转角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，在所述下颌坐标系中设置任意旋转轴，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌模型沿所述旋转轴旋转的角度和沿各个坐标轴方向发生的平移距离，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述控制单元具体用于：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的临床采集的髁道形态和髁道斜度，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示临床采集的下颌运动动作，并显示所述下颌模型上选择的任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
显示单元，用于在所述激光扫描牙齿模型中的上颌模型以及下颌模型处于任意相对位置关系下，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量；和/或，在任何下颌运动过程中，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量。
在一种可能的实现方式中，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，所述装置还包括：
建模单元，用于根据所述医疗影像图像，进行三维有限元建模，设定不同解剖结构的参数，沿着一个或几个肌肉矢量方向按所述参数加载，进行有限元力学分析，显示牙齿、颌骨、关节受力的位置、方向和力的大小。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：
模拟单元，用于模拟所述下颌模型在力的作用下发生位移的情况，显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生平移的距离和旋转角度，还有所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化。
另外，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器，处理器，及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述任一项所述的虚拟颌架的下颌运动模拟方法。
另外，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上述任一项所述的虚拟颌架的下颌运动模拟方法。
本申请实施例预先建立了包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系的虚拟颌架，虚拟颌架中添加有激光扫描牙齿模型。获取下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；获取在颅上颌坐标系中的下颌运动参数，例如，铰链轴的运动参数，或者髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。控制激光扫描牙齿模型中的下颌模型与铰链轴联动，在虚拟颌架中，按照颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在虚拟颌架中模拟下颌运动。突破了机械颌架结构的限制，可以实现不同程度直至完全个性化的下颌运动模拟。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (18)
1.一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
获取预先建立的虚拟颌架，所述虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型；
获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接所述铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；若所述颅上颌以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，且在所述医疗影像图像中标注铰链轴点，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：获取通过所述医疗影像图像中标注的铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数；所述下颌运动参数包括铰链轴的运动参数，或者，髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度；
控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动；所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动是响应于对所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作控制实现的，或者通过自动控制实现的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数，包括：
获取在所述颅上颌坐标系中的所述铰链轴的运动参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数，包括：
获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：
获取在所述下颌坐标系中人为设定的铰链轴点的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述医疗影像图像中标注的铰链轴点是根据所述医疗影像图像上的解剖特征进行标注得到的，或者，通过在拍摄所述医疗影像图像前用能够显影的标注物在患者体表标注真实铰链轴点，以使获得的所述医疗影像图像中标注有真实铰链轴点；所述真实铰链轴点是通过运动面弓用机械方式确定的、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算确定的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：
获取根据已安装在真实颌架上实物模型或虚拟颌架上激光扫描模型与铰链轴点的关系，计算出所述铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态以及髁道斜度。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取在所述颅上颌坐标系中通过临床上下颌位置关系咬合记录计算两个不同位置铰链轴点连线在所述颅上颌坐标系中的斜度，作为所述颅上颌坐标系中的髁道斜度；
获取在所述颅上颌坐标系中人为设定的髁道轨迹的形态，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的形态。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用解剖式面弓基于平均铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取在所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度，包括：
根据所述下颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置；
参考所述颅上颌坐标系中所述铰链轴点的位置确定所述髁道轨迹在所述颅上颌坐标系中的位置，作为所述颅上颌坐标系中的髁道轨迹的位置；
获取利用运动面弓基于真实铰链轴点的机械描记、或利用超声、光学或电子的方式采集信号并换算描记得到的真实髁道轨迹的形态以及髁道斜度，作为所述颅上颌坐标系中髁道轨迹的形态和髁道斜度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
响应于对所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作，控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，并实时显示所述铰链轴在所述颅上颌坐标系中的坐标变化和所述下颌模型相对于铰链轴的旋转角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度,以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的铰链轴的位置坐标，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向发生的平移距离和旋转角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹；
或者，
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，在所述下颌坐标系中设置任意旋转轴，根据输入所述颅上颌坐标系中所述下颌模型沿所述旋转轴旋转的角度和沿各个坐标轴方向发生的平移距离，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示预设的下颌运动动作，并显示所述铰链轴和所述旋转轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生的平移距离和旋转角度，以及所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动，包括：
自动控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据输入所述颅上颌坐标系中的临床采集的髁道形态和髁道斜度，以及所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，使所述下颌模型进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟演示临床采集的下颌运动动作，并显示所述下颌模型任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述激光扫描牙齿模型中的上颌模型以及下颌模型处于任意相对位置关系下，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量；
和/或，
在任何下颌运动过程中，显示所述上颌模型以及所述下颌模型中上下颌牙齿接触的位置、顺序、面积和力量。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，所述方法还包括：
根据所述医疗影像图像，进行三维有限元建模，设定不同解剖结构的参数，沿着一个或几个肌肉矢量方向按所述参数加载，进行有限元力学分析，显示牙齿、颌骨、关节受力的位置、方向和力的大小。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
模拟所述下颌模型在力的作用下发生位移的情况，显示所述铰链轴的位置坐标，所述下颌模型相对于所述铰链轴旋转的角度，以及所述下颌坐标系沿各个坐标轴方向在所述颅上颌坐标系中发生平移的距离和旋转角度，还有所述下颌模型上任意一个或多个点的坐标变化和运动轨迹。
17.一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取单元，用于获取预先建立的虚拟颌架，所述虚拟颌架包括颅上颌坐标系以及下颌坐标系，所述颅上颌坐标系以及所述下颌坐标系中添加有激光扫描牙齿模型；
第二获取单元，用于获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，连接所述铰链轴点形成下颌旋转运动的铰链轴；若所述颅上颌以及所述下颌坐标系中还添加有医疗影像图像，且在所述医疗影像图像中标注铰链轴点，所述获取所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置，包括：获取通过所述医疗影像图像中标注的铰链轴点在所述下颌坐标系中的位置，作为所述下颌坐标系中左右两侧颞下颌关节对应的铰链轴点的位置；
第三获取单元，用于获取在所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数；所述下颌运动参数包括铰链轴的运动参数，或者，髁道轨迹的位置、形态以及髁道斜度；
控制单元，用于控制所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动，在所述虚拟颌架中，根据所述颅上颌坐标系中的下颌运动参数进行前后、左右、上下和/或开闭的运动，从而实现在所述虚拟颌架中模拟下颌运动；所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型与所述铰链轴联动是响应于对所述激光扫描牙齿模型中的下颌模型的拖动操作控制实现的，或者通过自动控制实现的。
18.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，处理器，及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-16任一项所述的基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法。
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| CN202211131200.1A CN115363796B (zh) | 2022-09-16 | 2022-09-16 | 一种基于虚拟颌架的下颌运动模拟方法、装置及设备 |
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2022
- 2022-09-16 CN CN202211131200.1A patent/CN115363796B/zh active Active
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