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VERWEIS AUF VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen
Patentanmeldung Nr. 2002-50544, eingereicht
am 26. August 2003, beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum, deren
Offenbarung durch Bezugnahme hierin enthalten ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Messen der Bewegung eines Kiefers zur Diagnose
eines Zahneinschlusses, und insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung
zum Messen der Kieferbewegung, die eine kurze Messzeit und eine gute
Reproduzierbarkeit aufweist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die Analyse der Kieferbewegung ist
ein fundamentaler Bestandteil auf dem Gebiet der Rekonstruktion
eines Zahneinschlusses und der Zahnbehandlung des Kiefers oder der
Zähne.
Auf diesem Gebiet wurde eine handbetätigte Vorrichtung verwendet,
um die Bewegung des Kiefers zu messen und diese zu analysieren und
zu reproduzieren. Diese handbetätigte
Vorrichtung weist jedoch den Nachteil der langen Messzeit auf, die
sowohl Patienten als auch den Arzt gemeinsam belastet, und der Grad
der Reproduzierbarkeit war bislang nicht verlässlich. Zudem ist die handbetätigte Vorrichtung
nicht in der Lage, geeignete Daten zur Diagnose und Behandlung eines
Kiefereinschlusses unter Verwendung von CAD zu erzeugen, woran gerade
Forschungen betrieben werden.
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Heutzutage steigt das Bedürfnis nach
einer automatisierten Messvorrichtung, was eine Reihe von Versuchen
zur Entwicklung neuer automatischer Messvorrichtungen und deren
Kommerzialisierung auslöst.
Die kommerziellen (Vorrichtungen) verwenden einen Drehsensor, magnetischen
Sensor, Infrarotsensor oder eine Kamera. Unter diesen kommerziellen
(Vorrichtungen) war jene, die den magnetischen Sensor verwendet,
am Markt relativ erfolgreich. Sie ist jedoch deutlich teurer als
die handbetätigte
Vorrichtung und weist Schwierigkeiten beim Definieren der Orbitalebene
auf, was ein wichtiges Konzept bei der Konstrukti on prothetischer
Einrichtungen ist. Inzwischen werden die Messvorrichtungen, die
Kameras verwendet, erforscht, von denen die meisten auf der Technologie
der räumlichen
Bildverarbeitung (Stereo Vision Processing) unter Einsatz von Markierungen
basieren, die bislang aber noch nicht kommerzialisiert sind.
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US
4,836,778 und
US 5,340,390 offenbaren die
die Kameras verwendende Vorrichtung, diese Erfindungen verwiesen
jedoch nicht auf die starken Zahneinschlüsse und deren Behandlung und
lassen somit den Praxisbezug vermissen.
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Es ist insbesondere ein Simulationssystem für Zahneinschlüsse, das
die CAD-Technologie verwendet, Gegenstand dynamischer Forschungen,
und ein solches System erfordert eine kostengünstige und automatisierte Vorrichtung
zur Messung der Kieferbewegung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
die obigen Probleme des Standes der Technik zu lösen, und sie hat den Zweck,
eine geeignete Vorrichtung zum Messen der Kieferbewegung zu schaffen, die
eine verkürzte
Messzeit, einen ausgezeichneten Grad der Reproduzierbarkeit und
der Anwendbarkeit für
die CAD-Technologie aufweist.
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Das weitere Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen der Kieferbewegung
bereitzustellen, die direkt den Mittelpunkt der Kieferbewegung markieren
kann und sich so für
die herkömmliche
Diagnose von Einschlüssen
und zur Zahnbehandlung unter Verwendung einer Einschlussvorrichtung
und eines Füllmaterials
(plaster) verwenden lässt.
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Das erfindungsgemäße Ziel kann erreicht werden
durch eine Vorrichtung zum Messen einer Kieferbewegung, die folgendes
aufweist: ein Paar feste Markierungen, die an beiden Seiten des
Gesichts eines Patienten angebracht sind; ein Paar bewegliche Markierungen,
die so angeordnet sind, dass sie den festen Markierungen in einem
Abstand zugewandt sind, und die sich einheitlich mit der Bewegung des
Unterkiefers des Patienten bewegen; eine Kopplungseinrichtung zum
Verbinden der beweglichen Markierung mit dem Unterkiefer des Patienten;
eine Mehrzahl Kameras, die die relative Bewegung der beweglichen
Markierung relativ zur festen Markierung aufzeichnen, während sich
der Unterkiefer bewegt; und eine Steuereinrichtung zum Empfangen und
Verarbeiten der Bildsignale, die von den angeschlossenen Kameras
zugeführt
werden.
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Es wird empfohlen, dass zwei Kameras
an jeder Seite des Gesichts des Patienten positioniert sind, um
die dreidimensionale Bewegung der beweglichen Markierung relativ
zur festen Markierung zu messen.
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Die feste Markierung weist die Form
einer Platte auf, und eine Grenzlinie mit einer spezifischen Farbe
am Rand der festen Markierung ist zur einfachen Unterscheidung von
der Umgebung vorgesehen. Die feste Markierung weist eine Eckpunktextraktionsmarkierung
auf, die auf der Grenzlinie zur Extraktion eines Eckpunktes ausgebildet
ist, der benötigt
wird, um das lokale Koordinatensystem für die feste Markierung einzurichten,
und die Eckpunktextraktionsmarkierung weist eine von der Grenzlinie
verschiedene Farbe auf. Eine Mehrzahl Vierecke sind innerhalb der
Grenzlinie in einem schachbrettartigen Muster angeordnet, welches
auf der Oberfläche
der festen Markierung ausgebildet ist, und der Eckpunkt ist als
der Punkt definiert, an dem sich die Ecken der Vierecke treffen.
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Die bewegliche Markierung weist die
Form einer Platte und eine kleinere Größe als die feste Markierung
auf, und die bewegliche Markierung weist eine Grenzlinie am Rand
mit einer spezifischen Farbe zur leichten Unterscheidung von der
Umgebung auf. Um den Eckpunkt zu erhalten, der als Datum für die Bewegung
verwendet wird, sind eine Mehrzahl Vierecke in einem schachbrettartigen
Muster auf der Oberfläche
der beweglichen Markierung angeordnet. Die bewegliche Markierung
weist eine Eckpunktextraktionsmarkierung mit einer anderen Farbe
zur Extraktion eines Eckpunktes auf, und die Eckpunktextraktionsmarkierung
ist als diejenigen Viereckpaare identifiziert, die sich an den vier
Ecken der beweglichen Markierung befinden.
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Die Kopplungseinrichtung umfasst
folgendes: eine Querleiste; eine Haltevorrichtung, deren eines Ende
am Unterkiefer des Patienten verankert und deren anderes Ende mit
dem Mittelpunkt der Querleiste so verbunden ist, dass das andere
Ende der Haltevorrichtung eine Drehbewegung relativ zur Querleiste
ausführen
kann; ein Paar Translationsrahmen, die mit beiden Enden der Querleiste
in einer Weise verbunden sind, dass der Translationsrahmen bezüglich der
Querleiste eine Translations- und Drehbewegung ausführen kann;
und einen Messrahmen, dessen eines Ende mit dem Translationsrahmen
so verbunden ist, dass der Messrahmen eine gerade Bewegung in senkrechter
Richtung zur Querleiste ausführen
kann, und dessen anderes Ende mit der beweglichen Markierung verbunden
ist. Die bewegliche Markierung ist entfernbar mit dem anderen Ende
des Messrahmens verbunden.
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Statt der beweglichen Markierung
kann alternativ ein Zeiger mit dem anderen Ende des Messrahmens
verbunden werden, so dass er den Drehmittelpunkt des Unterkiefers
des Patienten auf der Oberfläche
der festen Markierung oder dem Gesicht des Patienten darstellt.
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Zusätzlich enthält die Erfindung eine Orbitalebenenmarkierung,
die an einem spezifischen Ort um das Auge des Patienten herum angebracht
ist, um Orbitales (Böden
der Augenhöhle)
zu messen, wobei die Orbitales (Böden der Augenhöhle) zur
Definition der Orbitalebene verwendet werden.
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Die Orbitalebenenmarkierung hat die
Form einer dünnen
Platte, und eine Grenzlinie mit einer spezifischen Farbe ist am
Rand der Orbitalebenenmarkierung zur einfachen Unterscheidung von
der Umgebung vorgesehen. Vier Vierecke sind in einem schachbrettartigen
Muster innerhalb der Grenzlinie der Orbitalebenenmarkierung angeordnet,
und der Eckpunkt der Orbitalebenenmarkierung wird als derjenige
Punkt identifiziert, an dem sich die Ecken der vier Vierecke treffen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zum Messen der Kieferbewegung bereit, das folgende
Schritte umfasst: Sammeln der Bilddaten durch Aufzeichnen einer
festen Markierung, die am Gesicht eines Patienten angebracht ist,
und einer beweglichen Markierung, die sich einheitlich mit der Bewegung
des Unterkiefers bewegt, mit einer Kamera; Berechnen der Koordinatenwerte
für jeden
Eckpunkt der festen Markierung und der beweglichen Markierung entsprechend
der Bewegung des Unterkiefers mit räumlicher Bildverarbeitung der
gesammelten Daten; Berechnen einer Koordinatentransformationsmatrix
zwischen dem lokalen Koordinatensystem der festen Markierung und
dem lokalen Koordinatensystem der beweglichen Markierung; Berechnen
der Lage der Schwenkachse durch Verwenden der Koordinatenwerte der
entsprechenden Eckpunkte vor und nach der Bewegung der beweglichen
Markierung; und Definieren des linken und rechten Drehmittelpunktes
der Kieferbewegung durch Identifizieren des Schnittpunktes zwischen
der Schwenkachse und der festen Markierung.
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Konkret enthalten die Schritte des
Berechnens der Lage der Schwenkachse folgende Schritte: Transformieren
der dreidimensionalen Koordinatenwerte der Eckpunkte vor und nach
der Translationsbewegung der beweglichen Markierung; Berechnen des
Ortsvektors und eines Richtungsvektors aus den obigen transformierten
Koordinatenwerten; und Ermitteln der linearen Gleichung der Gerade
der Schwenkachse bezüglich
des lokalen Koordinatensystems der festen Markierung.
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Die vorliegende Erfindung enthält folgende Schritte:
Sammeln der Bilddaten durch Aufzeichnen der Orbitalebenenmarkierung,
die um das Auge des Patienten herum angebracht ist, mit der Kamera,
und Berechnen des Koordinatenwertes der Bahn; und erneutes Definieren
des Drehmittelpunktes mit Bezug auf das absolute Koordinatensystem.
Eine Orbitalebene ist als eine Ebene definiert, die die drei Punkte der
erneut definierten linken und rechten Drehmittelpunkte und der Bahn
enthält.
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In dem Fall, in dem der Unterkiefer
sowohl eine Dreh- als auch eine Translationsbewegung ausführt, enthält die vorliegende
Erfindung folgende Schritte: Identifizieren des Drehmittelpunktes
als festen Punkt auf der beweglichen Markierung; Berechnen der Transformationsmatrix
zwischen dem lokalen Koordinatensystem der festen Markierung und dem
lokalen Koordinatensystem der beweglichen Markierung zu jedem Zeitpunkt
der Bewegung des Unterkiefers; Transformieren des Koordinatenwerts des
Drehmittelpunktes, der bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die bewegliche Markierung definiert ist, in den Koordinatenwert
des lokalen Koordinatensystems für
die feste Markierung; und Verfolgen der Bahn des Drehmittelpunktes
bezüglich
der Orbitalebene.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Ziele der vorliegenden
Erfindung wird man leichter schätzen
und verstehen, wenn man die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen berücksichtigt, in denen:
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1 eine
schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen
der Kieferbewegung ist;
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2 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1 ist;
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3 eine
Vorderansicht der festen Markierung der Vorrichtung von 1 ist;
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4 eine
Vorderansicht der beweglichen Markierung der Vorrichtung von 1 ist;
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5 eine
Vorderansicht der Orbitalebenenmarkierung der Vorrichtung von 1 ist;
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6 ein
Flussdiagramm des Verfahrens zum Messen der Kieferbewegung bei geringer
Bewegung des Unterkiefers des Patienten ist, wobei nur eine Drehbewegung
gezeigt ist;
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7 eine
schematische Ansicht der Drehung und Translation des lokalen Koordinatensystems
der festen Markierung und des lokalen Koordinatensystems bezüglich des
Koordinatensystems der Kamera ist;
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8 eine
schematische Ansicht der Beziehung zwischen dem absoluten Koordinatensystem und
den lokalen Koordinatensystem der festen Markierung ist;
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9 eine
schematische Ansicht der Orbitalebene ist, die bezüglich des
absoluten Koordinatensystems definiert ist;
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10 ein
Flussdiagramm des Verfahrens zum Messen der Kieferbewegung bei sowohl
Dreh- als auch Translationsbewegung des Unterkiefers des Patienten
ist;
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11A eine
perspektivische Ansicht eines Zustands ist, bei dem die feste Markierung
von der Messvorrichtung entfernt ist; und
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11B eine
perspektivische Ansicht eines Zustands ist, bei dem ein Zeiger mit
der Messvorrichtung von 1 dort
verbunden ist, wo die feste Markierung entfernt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genauer mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen
der Kieferbewegung.
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Wie in 1 gezeigt,
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Messen der Kieferbewegung ein Paar fester Markierungen 10, 10', die an beiden
Seiten des Gesichtes eines Patienten angebracht sind; zwei bewegliche
Markierungen 20, 20',
die so angeordnet sind, dass sie der festen Markierung in einem
Abstand zugewandt sind und sich einheitlich mit der Bewegung des
Unterkiefers des Patienten bewegen; vier Kameras 30, die
die relative Bewegung der beweglichen Markierung bezüglich der
festen Markierung aufzeichnen, während
sich der Unterkiefer bewegt; und einen Personalcomputer 40 zum
Empfangen und Verarbeiten der durch die angeschlossenen Kameras
zugeführten
Bildsignale.
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Die bewegliche Markierung 20, 20' ist über eine
Querleiste 53, einen Translationsrahmen 55 und einen
Messrahmen 57 mit einer Haltevorrichtung verbunden, die
am Unterkiefer des Patienten befestigt ist, so dass sich einheitlich
mit der Bewegung des Unterkiefers des Patienten bewegten kann.
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Ein Ende der Haltevorrichtung 51 ist
am Unterkiefer des Patienten verankert, und das andere Ende der
Haltevorrichtung 51 ist mit dem Mittelpunkt der Querleiste 53 so
verbunden, dass das andere Ende der Haltevorrichtung eine Dreh-
und Translationsbewegung bezüglich
der Querleiste 53 ausführen kann.
Ein Translationsrahmen 55 ist mit beiden Enden der Querleiste 53 so
verbunden, dass der Translationsrahmen 55 eine Translations-
und Drehbewegung bezüglich
der Querleiste 53 ausführen
kann. Die bewegliche Markierung 20, 20' ist entfernbar
am Messrahmen angebracht. Ein Ende des Messrahmens 57 ist
mit dem Translationsrahmen 55 so verbunden, dass der Messrahmen
eine gerade Bewegung in Richtung senkrecht zur Querleiste 53 durchführen kann.
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Die Position der beweglichen Markierung 20, 20' wird so eingestellt,
dass sie der festen Markierung 10, 10' im Sichtbereich
der Kamera zugewandt ist, und zwar geschieht dies durch Ausführen einer
Dreh- oder Translationsbewegung der Halteeinrichtung 51 und
des Translationsrahmens 55 an der Querleiste 53 und
durch Ausführen
einer Translationsbewegung des Messrahmens 57 am Translationsrahmen 55 entsprechend
der Schädelgröße des Patienten.
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Bezugszeichen 100 bezeichnet
ein dreidimensionales absolutes Koordinatensystem, und die Bezugszeichen 110, 120, 130, 140 bezeichnen
die entsprechenden lokalen dreidimensionalen Koordinatensysteme
der vier Kameras. Bezugszeichen 150, 170 bezeichnet
das entsprechende lokale Koordinatensystem des Paares fester Markierungen 10, 10', und Bezugszeichen 160, 180 bezeichnet
des entsprechende lokale Koordinatensystem des Paares beweglicher
Markierungen 20, 20'.
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2 ist
eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die am Kopf
eines Patienten befestigt ist.
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Wie in 2 gezeigt,
ist die feste Markierung 10, 10' am wahrscheinlichsten Drehmittelpunkt
des Kiefers im Sichtbereich der Kamera angebracht. Bezugszeichen 60 bezeichnet
die Orbitalebenenmarkierung. Die Orbitalebenenmarkierung 60 ist
zusammen mit der festen Markierung 10, 10' an einem spezifischen
Ort um das Auge des Patienten herum angebracht, z. B. an den Orbitales
(Böden
der Augenhöhle).
Zusammen mit dem Drehmittelpunkt des Kiefers definiert die Orbitalebenenmarkierung 60 die
Orbitalebene, wie unten beschrieben, und es genügt, wenn sie an einer Seite
des Gesichts des Patienten angebracht ist.
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Für
den Prozess der räumlichen
Bildverarbeitung werden vier Kameras – zwei an jeder Seite des Gesichts
des Patienten – eingerichtet,
um die Fokussierung auf der festen Markierung 10, 19', der beweglichen
Markierung 20, 20' und
der Orbitalebenenmarkierung durchzuführen. Während eine CCD-Kamera (Charge
Control Device) oder eine CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide
Semiconductor) empfohlen wird, die allgemein für Personalcomputer verwendet
wird, kann stattdessen eine Infrarotkamera verwendet werden.
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3 ist
eine Zeichnung, die eine Frontansicht der festen Markierung 10, 10' oder der Ebene zeigt,
die auf die Kamera 30 zugewandt ist. Die feste Markierung 10, 10' dient der Einrichtung
eines Koordinatensystems 150, 170, das die Rolle
des Basiskoordinatensystems für
das relative lokale Koordinatensystem der beweglichen Markierung 20, 20' übernimmt.
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Wie in 3 gezeigt,
nimmt die feste Markierung 10 die Form einer quadratischen
Platte an. Die feste Markierung 10 weist am Rand eine Grenzlinie 11 mit
einer spezifischen Farbe (z. B. Blau) auf. Die Grenzlinie 11 dient
der Unterscheidung zwischen Innen- und Außenbereich der festen Markierung 10. Konkret
spielt die Grenzlinie 11 die Rolle der Grenze, die unnötige Signale
aus den Signalen entfernt, die man von der Kamera 30 erhält, mit
der Ausnahme vom Innenbereich der festen Markierung 10.
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Innerhalb der Grenzlinie 11 sind
weiße
und schwarze Vierecke in einem schachbrettartigen Muster angeordnet,
um das lokale Koordinatensystem für die feste Markierung präzise einzurichten.
Anders ausgedrückt,
der Koordinatenwert des Treffpunkts der Vierecke (nachfolgend als „Eckpunkt" bezeichnet) wird
verwendet, um die feste Markierung 150, 170 einzurichten.
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In der Nähe der drei Ecken der Grenzlinie 11 sind
drei Paare von Eckpunktextraktionsmarkierungen 12, 13, 14 – zwei in
jedem Eckbereich – ausgebildet.
Die Eckpunktextraktionsmarkierungen 12, 13, 14,
die verschiedene Farben (z. B. Rot, Grün, Gelb) annehmen, so dass
sie voneinander unterschieden werden können, werden verwendet, um
den Basiseckpunkt 16 zu extrahieren. Der Basiseckpunkt 16, der
sich in der Nähe
der Eckpunktextraktionsmarkierung 12, 13, 14 befindet,
ist der Bezugspunkt zum Berechnen aller Eckpunkte der festen Markierung 19. Wenn
der Basiseckpunkt 16 bekannt ist, kann jeder Eckpunkt auf
der Grundlage des Basiseckpunkts 16 extrahiert werden,
womit die Einrichtung des lokalen Koordinatensystem für die feste
Markierung 150, 170 ermöglicht wird.
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4 zeigt
die Frontansicht der beweglichen Markierung, d. h. die Betrachtungsebene
der Kamera.
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Wie in 4 gezeigt,
ist die Größe der beweglichen
Markierung 20 kleiner als die der festen Markierung 10,
und die bewegliche Markierung 20 weist die Form einer rechteckigen
Platte auf. Die bewegliche Markierung 20 weist zwei angrenzende Grenzlinien,
eine äußere Grenzlinie 21 und
eine innere Grenzlinie 22 an dem Rand auf, der verschiedene Farben
aufweist (z. B. Rot und Schwarz). Innerhalb der äußeren Grenzlinie 21 und
der inneren Grenzlinie 22 der beweglichen Markierung 20 sind
eine Mehrzahl Vierecke in einem schachbrettartigen Muster ausgebildet,
um Eckpunkte zu erhalten, die als Basispunkt zum Einrichten der
beweglichen Markierung 20 und der Daten zum Bewegung der
beweglichen Markierung 160, 180 verwendet werden.
Die äußere Grenzlinie 21 und
die innere Grenzlinie 22 spielen die Rolle einer Grenze,
die verwendet wird, um andere Bildsignale als die Signale vom schachbrettartigen Teil
zu beseitigen.
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Jedes der beiden Vierecke, die sich
an den vier Ecken der beweglichen Markierung 20 befinden, wird
als Eckpunktextraktionsmarkierung 23, 24, 25, 26 verwendet.
Die Eckpunktextraktionsmarkierungen 23, 24, 25, 26 dienen
als Indikator für
die vier Basiseckpunkte 28, die verwendet werden, um den
Eckpunkt der beweglichen Markierung 20 zu extrahieren. Die
Eckpunktextraktionsmarkierungen 23, 24, 25, 26 nehmen
vier Farben an, die von den Farben der äußeren Grenzlinie 21 und
der inneren Grenzlinie 22 verschieden sind (z. B. Rot,
Grün, Blau,
Gelb). Der Basiseckpunkt 28 wird als Treffpunkt der Ecke
eines Paars von Vierecken identifiziert, die die Eckpunktextraktionsmarkierung
umfassen, d. h. als der Punkt, an dem sich die Ecken von vier Vierecken,
die sich im Eckenbereich der beweglichen Markierung befinden, treffen.
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Die anderen Vierecke, mit Ausnahme
von denen, die eine Eckpunktextraktionsmarkierung 23, 24, 25, 26 umfassen,
sind in einem schachbrettartigen Muster mit zwei abwechselnden Farben
(z. B. Weiß und
Schwarz) angeordnet. Der Eckpunkt der beweglichen Markierung 20 befindet
sich in einer Position, an der sich die Ecken der Vierecke treffen.
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5 zeigt
die Frontansicht einer Orbitalebenenmarkierung, d. h. die Sichtebene
der Kamera 30.
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Wie in 5 gezeigt,
ist die Größe der Orbitalebenenmarkierung 60 kleiner
als die der beweglichen Markierung 20, und die Orbitalebenenmarkierung 20 weist
die Form einer recheckigen Ebene auf. Die Orbitalebenenmarkierung 60 weist
am Rand eine Grenzlinie 61 mit spezifischer Farbe (z. B.
Blau) auf. Innerhalb der Grenzlinie 61 der Orbitalebene 60 sind regelmäßig angeordnete
Vierecke mit zwei verschiedenen Farben in einem schachbrettartigen
Muster (z. B. Weiß und
Rot) angeordnet. Die Grenzlinie 61 wird verwendet, um zwischen
dem schachbrettartigen Teil und dem anderen Teil zu unterscheiden
und so unnötige
andere Signale als die Signale vom schachbrettartigen Teil zu beseitigen.
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Die Eckpunktextraktionsmarkierung 62 der Orbitalebenenmarkierung 60 wird
als zwei diagonal angeordnete Vierecken der vier Vierecke identifiziert, die
in einem schachbrettartigen Muster angeordnet sind. Die Eckpunktextraktionsmarkierung 62 spielt die
Rolle eines Indikators für
die direkte Extraktion eines Eckpunktes wie dem spezifischen Punkt
der Orbitales (Böden
der Augenhöhle),
und der Eckpunkt nimmt eine von den Farben der Grenzlinie 61 und
der restlichen Vierecke verschiedene Farbe an. Der Eckpunkt O der
Orbitalebenenmarkierung 60 wird als der Treffpunkt der
Ecken der vier Vierecke identifiziert, die in einem schachbrettartigen
Muster angeordnet sind.
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Während
diese bevorzugte Ausführungsform das
Verfahren zum Definieren der Orbitalebene durch Vermessen der Orbitales
(Böden
der Augenhöhle)
erläutert,
können
andere Verfahren zum Definieren der Orbitalebene wie das direkte
Erkennen eines spezifischen Punktes, z. B. den Spitzenpunkt des Orbitales,
mit der Kamera 30 und Identifizierung der Position mit
den Orbitales (Böden
der Augenhöhle) möglich sein.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum
Bestimmen des Drehmittelpunktes der Bewegung des Kiefers eines Patienten
und zum Definieren der Orbitalebene durch Messen der Bewegung des
Kiefers des Patienten erläutert.
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Bei der vorliegenden Erfindung können die Haltevorrichtung 51,
die Querleiste 53, der Translationsrahmen 55 und
der Messrahmen 57, an dem die bewegliche Markierung 20, 20' installiert
wird, als ein starrer Körper
angesehen werden, und die obigen Komponenten führen Bewegungen aus, wenn sich der
Unterkiefer des Patienten bewegt. Wenn sich die bewegliche Markierung 20 einheitlich
mit dem Unterkiefer des Patienten bewegt, führt die bewegliche Markierung 20, 20' eine Relativbewegung
bezüglich der
festen Markierung aus, die an beiden Seiten des Gesichts des Patienten
angebracht ist. Die Relativbewegung kann mit vier Kameras 30 durch
Aufzeichnen der Relativbewegung des Eckpunkts der beweglichen Markierung 20, 20' im Verhältnis zum
Eckpunkt der festen Markierung 10, 10' und durch räumliche
Bildverarbeitung der Bilddaten mit einem Personalcomputer 40 gemessen
werden.
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6 ist
ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Messen der Kieferbewegung,
wobei die die Bewegung des Unterkiefers des Patienten so klein ist, dass
dieser nur eine Drehbewegung zeigt. Das Ziel des Verfahrens gemäß 6 ist es, den Drehmittelpunkt
der Bewegung des Patienten auf der festen Markierung 10, 10' zu definieren
und die Orbitalebene bezüglich
des absoluten Koordinatensystems 100 einzurichten. Fall
die Bewegung des Unterkiefers des Patienten so klein ist und nur
eine Drehbewegung zeigt, wird der Messvorgang für den Kiefer des Patienten
durch den unten beschriebenen Vorgang erreicht.
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Zunächst werden die Bilddaten für die feste Markierung 10, 10', die bewegliche
Markierung 20, 20' und
die Orbitalebenenmarkierung 60 mit vier Kameras 30 während der
Bewegung des Unterkiefers des Patienten ermittelt (S11) und der
entsprechende dreidimensionale Koordinatenwert für die Eckpunkte der Markierungen 10, 10', 20, 20', 60 berechnet
(S 12). Die dreidimensionalen Koordinatenwerte für die Eckpunkte werden bezüglich des
lokalen Koordinatensystems 110, 140 der beiden
Kameras definier, die sich an beiden Seiten des Gesichts des Patienten,
z. B. an der unteren linken und unteren rechten Position in 1, befinden.
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Anschließend wird die Koordinatentransformationsmatrix
zwischen dem lokalen Koordinatensystem der festen Markierung 150, 170 und
dem Koordinatensystem der beweglichen Markierung 160, 180 unter
Verwendung der dreidimensionalen Koordinatenwerte der festen Markierung 10, 10' und der beweglichen
Markierung 20, 20' mit
dem Computer 40 berechnet (S13). Im Falle der links positionierten festen
Markierung 10 und beweglichen Markierung 20 in 1, kann beispielsweise die
Koordinatentransformationsmatrix, die das Maß der Drehung oder Translation
des Koordinatensystems für
die feste Markierung 150 und des Koordinatensystems für die bewegliche
Markierung 160 bezüglich
der Lage des Koordinatensystems 110 der links unten positionierten
Kamera angibt, berechnet werden, wie es in 7 gezeigt ist.
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Anschließend wird die Schwenkachse
entsprechend der Bewegung der beweglichen Markierung 20, 20' unter Verwendung
der Koordinatenwerte vor und nach der Bewegung der beweglichen Markierung 20, 20' berechnet (S14).
Dann wird der Drehmittelpunkt der Unterkieferbewegung, d. h. der
linke und rechte Schwenkpunkt des Kiefers aus der Schwenkachse berechnet,
die man aus dem obigen Vorgehen abgeleitet hat (S15).
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Die ausführliche Erklärung des
Prozesses zum Berechnen der Schwenkpunkte entsprechend der Prozesse
S14 und S15 ist die folgende. Wie oben gezeigt, kann das lokale
Koordinatensystem für
die feste Markierung durch Verwenden dreidimensionaler Koordinatenwerte
des Eckpunktes der festen Markierung 10, 10' eingerichtet
werden. Das entsprechende lokale Koordinatensystem für die feste
Markierung 150, 170 ist bezüglich des absoluten Koordinatensystems
definiert, wie es in 8 gezeigt
ist. Der Mittelpunkt der Unterkieferbewegung (d. h. der Schwenkpunkt)
kann mit Bezug auf das lokale Koordinatensystem für die feste
Markierung 150, 170 ermittelt werden. Zuerst werden
die dreidimensionalen Koordinatenwerte vor und nach der Bewegung
des Eckpunktes der beweglichen Markierung 20, 20' in Werte des
lokalen Koordinatensystems für
die feste Markierung 150, 170 transformiert. Dann
werden der Ortsvektor und der Richtungsvektor der Schwenkachse unter
Verwendung der Schraubentheorie berechnet. Wenn der Ortsvektor und
der Richtungsvektor der Schwenkachse ermittelt sind, kann die lineare Gleichung
der Schwenkachse bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die feste Markierung berechnet werden. Und anschlie ßend wird
der Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2) als der Schnittpunkt der
linearen Gleichung der Schwenkachse und der x-y-Ebene des lokalen
Koordinatensystems für
die feste Markierung 150, 170 (d. h. der Oberfläche der festen
Markierung 10, 10')
identifiziert.
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Der Drehmittelpunkt des Unterkiefers
(C1, C2), der in S15 ermittelt wird, ist der Wert, der in dem entsprechenden
lokalen Koordinatensystem für
die feste Markierung 150, 170 definiert ist. Nach
S15 wird der Drehmittelpunkt des Unterkiefers erneut bezüglich des
absoluten Koordinatensystems 100 definiert (S16). Anschließend wird
die Orbitalebene durch Verwenden des linken und rechten Drehmittelpunktes
des Unterkiefers (C1, C2) und des spezifischen Punktes, wie der
Orbitales (Böden
der Augenhöhle) definiert,
der mit der Orbitalebenenmarkierung 60 gemessen wurde (S17).
Die Orbitalebene ist als die Ebene definiert, die drei Punkte enthält, nämlich den linken
und rechten Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2) und dem Orbitales
(Boden der Augenhöhle), wie
es in 9 gezeigt ist.
In 9 bezeichnet das Bezugszeichen 190 das
lokale Koordinatensystem der Orbitalebene.
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Die Translationsbewegung und die
Drehbewegung treten auf, wenn die Bewegung des Unterkiefers groß ist, was
es daher erforderlich macht, die Bahn der Bewegung des Drehmittelpunktes
des Kiefers zu verfolgen.
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Die vorliegende Erfindung definiert
den linken und rechten Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2)
bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die bewegliche Markierung neu, die bezüglich des lokalen Koordinatensystems
für die
feste Markierung 150, 170 definiert worden sind,
um die Bahn des Drehmittelpunkts des Unterkiefers zu verfolgen,
wie es in 6 gezeigt
ist. Anders ausgedrückt,
wenn der Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2), der aus dem
Verfahren von 6 bestimmt
wurde, als permanent fester Punkt im lokalen Koordinatensystem für die bewegliche
Markierung 160, 180 eingerichtet wird, bleibt
der Koordinatenwert für
den Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2) ein fester Punkt,
jedoch verändert
sich mit Bezug auf das Koordinatensystem für die feste Markierung 150, 170 der Drehmittelpunkt
des Unterkiefers (C1, C2) weiterhin, wenn sich der Unterkiefer weiter
bewegt. Die Transformationsmatrix zwischen dem lokalen Koordinatensystem
für die
feste Markierung 150, 170 und dem lokalen Koordinatensystem
für die
bewegliche Markierung 160, 180 kann für jeden
Zeitpunkt der Bewegung des Unterkiefers berechnet werden. Als Ergebnis
wird die Verfolgung des Drehmittelpunktes des Unterkiefers (C1,
C2) bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die feste Markierung 150, 170 ermöglicht durch
Transformieren des Koordinatenwerts des Drehmittelpunkts des Unterkiefers
(C1, C2) bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die bewegliche Markierung in den entsprechenden Koordinatenwert
bezüglich
des lokalen Koordinatensystems für
die feste Markierung.
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Zudem kann die Bahn der Bewegung
bezüglich
der festen Markierung in eine entsprechende Bahn der Bewegung bezüglich des
Koordinatensystems der Orbitalebene transformiert werden, da die Transformationsbeziehung
zwischen den beiden obigen Koordinatensystemen berechnet werden
kann. Das bedeutet, die Bewegungsbahn des Drehmittelpunkts des Unterkiefers
(C1, C2) kann bezüglich
der Orbitalebene berechnet werden, die in 6 definiert wurde.
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10 ist
ein Flussdiagramm des Verfahrens zum Vermessen der Kieferbewegung
für den Fall,
in dem die Bewegung des Unterkiefers des Patienten so groß ist, dass
er sowohl eine Dreh- als auch eine Translationsbewegung ausführt.
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Zunächst werden die Bilddaten der
festen Markierung 10, 10' und der beweglichen Markierung 20, 20' zu jedem Zeitpunkt
der Bewegung ermittelt (S21) und der dreidimensionale Koordinatenwert
der entsprechenden Eckpunkte der festen Markierung 10, 10' und der beweglichen
Markierung 20, 20' durch
eine räumliche
Bildverarbeitung mit dem Computer 40 berechnet (S22). Anschließend wird
die Transformationsmatrix zwischen der festen Markierung 10, 10' und der beweglichen
Markierung 20, 20' berechnet
(S23).
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Dann wird durch Verwenden der in
S23 erhaltenen Transformationsmatrix der Koordinatenwert des Drehmittelpunktes
des Unterkiefers (C1, C2) bezüglich
des lokalen Koordinatensystems der beweglichen Markierung 160, 180 in
den entsprechenden Wert bezüglich
des lokalen Koordinatensystems der festen Markierung 150, 170 transformiert
(S24). Der Wert des Drehmittelpunktes des Unterkiefers (C1, C2)
bezüglich
des lokalen Koordinatensystems der festen Markierung 150, 170 verändert sich
fortlaufend, und nachfolgend wird dieser sich ändernde Koordinatenwert als „virtueller
Drehmittelpunkt" bezeichnet.
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Schließlich wird der virtuelle Drehmittelpunkt zu
jedem Zeitpunkt der Kieferbewegung im Computer gespeichert (S25)
und die Bewegungsbahn kann auf dem Computermonitor durch ein graphisches Ausgabeformat
angezeigt werden.
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Der Drehmittelpunkt der Kieferbewegung und
seine Bewegungsbahn sollten auf der Oberfläche der festen Markierung 10, 10' und dem Seitenteil des
Gesichts des Patienten markiert werden, und dieses Verfahren ist
in 11A und 11B gezeigt.
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Wie in 11A gezeigt,
ist die bewegliche Markierung 20, 20' am vorderen
Ende des Messrahmens 57 in einer entfernbar angebrachten
Weise eingerichtet. Die bewegliche Markierung 20, 20' wird vom Messrahmen
entfernt, nachdem sie bei der Bestimmung des Drehmittelpunkts des
Kiefers des Patienten verwendet worden ist. Anschließend wird,
wie in 11B gezeigt,
ein Zeiger 80 am vordern Ende des Messrahmens anstelle
der entfernten beweglichen Markierung 20, 20' eingerichtet.
Die Spitze des Zeigers 80 ist mit einer farbigen Flüssigkeit
wie Tinte versehen, um den Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1,
C2) auf der Oberfläche
der festen Markierung 10, 10' zu markieren.
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Die Lage des Zeigers 80 kann
im Computermonitor durch die Kamera 30 beobachtet werden. Der
Benutzer kann den Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1, C2) auf
der Oberfläche
der festen Markierung 10, 10', während die Lage des Zeigers 80 eingestellt
wird, dadurch markieren, dass er den Translationsrahmen 55 und
den Messrahmen 57 Translations- und Drehbewegungen ausführen lässt, und
der gesamte Prozess kann auf dem Computermonitor beobachtet werden.
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Um den Drehmittelpunkt des Unterkiefers (C1,
C2) direkt auf dem Gesicht des Patienten zu markieren, wird die
feste Markierung 10, 10' entfernt und der Zeiger 80 zum
Gesicht des Patienten soweit hin bewegt, wie die feste Markierung 10, 10' das Gesicht
des Patienten berührt.
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Erfindungsgemäß kann, wie oben gezeigt, die
Erfindung die Schmerzen reduzieren, die sich aus der langen Messzeit älterer handbetätigter Vorrichtungen
ergaben, und diese Erfindung verbessert auch den Grad der Reproduzierbarkeit.
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Zudem kann die vorliegende Erfindung
die Kosten zu Messung der Kieferbewegung reduzieren, da sie einen
billigen Personalcomputer im Vergleich zu älteren automatisierten Messvorrichtungen
einsetzt, die teure Einrichtungen wie einen Infrarotsensor verwenden.
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Die vorliegende Erfindung kann zudem
auf die Einschlusssimulation mit CAD-Technologie angepasst werden,
da diese Erfindung die Orbitalebene auf einfache Weise definieren
kann. Außerdem
kann die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen der Kieferbewegung
bereitstellen, die direkt den Mittelpunkt der Kieferbewegung auf
der Oberfläche des
Gesichts des Patienten markieren kann und so für die herkömmliche Diagnose von Einschluss-
und Zahnbehandlung unter Verwendung einer Einschlusseinrichtung
oder eines Füllmaterials
anwendbar ist.
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Die vorherige Ausführungsform
ist nur beispielhaft und soll nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend ausgelegt
werden. Die vorliegende Lehre kann leicht auf andere Vorrichtungstypen
angewendet werden. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll
illustrativ sein und den Umfang der Ansprüche nicht beschränken. Viele
Alternativen, Modifikationen und Variationen werden sich dem Fachmann
ergeben.