DE3807578A1 - Method for the three-dimensional detection and/or determination of a body, in particular a human skull (cranium) - Google Patents

Method for the three-dimensional detection and/or determination of a body, in particular a human skull (cranium)

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Abstract

For the purpose of the three-dimensional detection and/or determination of a body, for example a human skull, there is attached on at least one side of the body at least one reference element which has at least three reference points which are mutually offset in space and whose mutual positions in space are known. At least one further reference point is positioned on a measurement point. The position of the reference points on the reference element relative to one another as well as relative to the position of the further reference point is detected optically, and from this the position of the further reference point, and thus the position of the measurement point and/or of a part of the body exhibiting said measurement point is determined, preferably with the aid of a computer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Ober­ begriff Patentanspruch 1.The invention relates to a method according to Ober Concept of claim 1.

In der Technik besteht vielfach das Problem, einen Körper u.a. hinsichtlich seiner räumlichen Ausbildung bzw. hinsicht­ lich der Lage bestimmter, diesen Körper charakterisierender Punkte (Meßpunkte) zu erfassen bzw. zu bestimmen, d.h. zu vermessen. Dieses Problem besteht insbesondere auch in der Zahntechnik, wenn es darum geht, anatomisch markante bzw. wesentliche Punkte oder Größen am Kopf eines Patienten lagemäßig zu bestimmen, beispielsweise die Lage der Kiefer­ gelenke, die sog. "Kauper′sche Ebene" oder "Frankfurter Horizontale" usw., um dann beispielsweise mit diesen Größen einen Artikulator auch in bezug auf Gelenke patientenbezogen einstellen und auf diese Weise auch Unterkieferbewegungen (z.B. Kaubewegungen) optimal patientenbezogen simulieren zu können.In technology there is often the problem of a body i.a. with regard to its spatial training or with regard to Lich the location of certain, characterizing this body To record or determine points (measuring points), i.e. to measured. This problem also exists in particular Dental technology when it comes to anatomically striking or essential points or sizes on a patient's head to determine the position, for example the position of the jaw joints, the so-called "Kauper level" or "Frankfurt Horizontal "etc., for example with these sizes an articulator also patient-related with regard to joints adjust and in this way also lower jaw movements (e.g. chewing movements) to optimally simulate patient-related can.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine räumliche Erfassung und Bestimmung auch in ihrer Formgebung sehr unterschiedlicher Körper auf besonders einfache Weise und mit hoher Präzision möglich ist.The object of the invention is to demonstrate a method with a spatial registration and determination also in their Shaping very different bodies on particular simple way and with high precision.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.To solve this problem, a method according to the characterizing part of claim 1 is formed.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches sich insbe­ sondere zur Lagebestimmung von Meßpunkten an einem Körper, aber auch zur Bestimmung der räumlichen Lage zweier Körper oder zweier Teile eines Körpers, und dabei vor allem auch zur Bestimmung der räumlichen Lage von anatomisch wichtigen Punkten an einen menschlichen Kopf bzw. Schädel und/oder zur räumlichen Bestimmung der Lage und/oder Bewegung des Unter­ kiefers zum Oberkiefer eignet, erfolgt diese Bestimmung dadurch, daß an wenigstens einer Seite des Körpers zumindest ein Bezugselement befestigt wird, welches zumindest drei, vorzugsweise wenigstens vier räumlich gegeneinander versetzte Bezugspunkte aufweist, die in ihrer räumlichen Lage zu­ einander vorgegeben und daher bekannt sind.In the method according to the invention, which is in particular especially for determining the position of measuring points on a body, but also to determine the spatial position of two bodies or two parts of a body, and above all to Determination of the spatial position of anatomically important Points to a human head or skull and / or to spatial determination of the position and / or movement of the sub this jaw is suitable for the upper jaw in that at least on one side of the body  a reference element is attached, which has at least three, preferably at least four spatially offset from each other Has reference points in their spatial position too predefined and therefore known.

Soll ein Meßpunkt an dem Körper in seiner Lage bestimmt werden, so wird ein weiterer, bevorzugt an einem Handgriffel vorgesehener Bezugspunkt gegen den jeweils in seiner räum­ lichen Lage zu bestimmenden Meßpunkt zur Anlage gebracht. Mit Hilfe einer Meßanordnung wird dann die Lage, die die Bezugs­ punkte an dem Bezugselement relativ zueinander sowie auch relativ zu dem weiteren Bezugselement aufweisen, optisch erfaßt. Anschließend werden hieraus vorzugsweise computer­ gestützt die Lage des weiteren Bezugspunktes und damit auch die Lage des Meßpunktes ermittelt. In ähnlicher Weise kann auch die räumliche Lage oder Bewegung zweier Körper oder zweier Teile eines Körpers erfaßt werden. In diesem Fall sind dann an dem einen Körper oder Teil das Bezugselement und an dem anderen Körper oder Teil ein weiteres Bezugselement vorgesehen, welches wenigstens drei räumlich gegeneinander versetzte, in ihrer räumlichen Lage zueinander allerdings vorgegebene und daher bekannte weitere Bezugspunkte aufweist.A measuring point on the body is to be determined in its position another, preferably on a hand stylus the intended reference point against the one in his room Liche location to be determined measuring point brought to the system. With With the help of a measuring arrangement, the position, which is the reference points on the reference element relative to each other as well have relative to the further reference element, optically detected. Subsequently, computers are preferably made from it supports the location of the further reference point and thus also the position of the measuring point is determined. Similarly, can also the spatial position or movement of two bodies or two parts of a body can be detected. In this case then on one body or part the reference element and on another reference element for the other body or part provided which spatially at least three against each other offset, but in their spatial position to each other has predetermined and therefore known further reference points.

Das optische Erfassen der Bezugspunkte erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Kamera, bevorzugt einer Videokamera und anschließendes Auswerten bzw. Abtasten des von der Kamera gelieferten Bildes nach den Bezugspunkten, oder aber durch Abtasten des Körpers mit Hilfe wenigstens eines Laserstrahls einer Lasereinrichtung, wobei im letzteren Fall aus der Ablenkstellung bzw. aus dem Ablenkwinkel, die der abtastende Laserstrahl jeweils beim Auftreffen auf einen Bezugspunkt aufweist, die Lage dieses Bezugspunktes ermittelt wird.The optical detection of the reference points takes place, for example with the help of a camera, preferably a video camera and subsequent evaluation or sampling of the camera delivered picture according to the reference points, or by Scanning the body using at least one laser beam a laser device, in the latter case from the Deflection position or from the deflection angle, which the scanning Laser beam each time it hits a reference point has, the position of this reference point is determined.

Beim optischen Erfassen der Bezugspunkte mit Hilfe einer Kamera ist es möglich, daß jeweils sämtliche, verwendeten Bezugspunkte zeitgleich von der Kamera erfaßt werden. Es ist hierbei aber auch möglich, die Bezugspunkte mit der wenig­ stens einen Kamera jeweils zeitlich aufeinanderfolgend oder aber in mehreren, aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu erfassen, d.h. in der Form, daß zu jedem Zeitpunkt oder mit jedem Einzelbild nur jeweils ein Bezugspunkt erfaßt wird, was dann insbesondere bei Verwendung einer Video-Kamera eine besonders einfache Bestimmung der Lage des jeweils erfaßten Bezugspunktes ermöglicht.When optically acquiring the reference points using a Camera, it is possible that all used Reference points are captured by the camera at the same time. It is but also possible here, the reference points with the little at least one camera in succession or but in several consecutive frames  capture, i.e. in the form that at any time or with each frame, only one reference point is detected, what then especially when using a video camera particularly simple determination of the position of the detected Enables the reference point.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bezugspunkte bzw. der von diesen gebildete Meßbereich aus zwei unterschiedlichen Richtungen, die einen Winkel miteinander einschließen optisch erfaßt, so daß es dann bei diesem Verfahren insbesondere unter Berück­ sichtigung der bekannten Lage, die die Bezugspunkte an dem Bezugselement relativ zueinander aufweisen, auch möglich ist, die jeweilige Lage des Meßpunktes an einem Körper oder die jeweilige Lage zweier Körper oder Körperteile bezogen auf einen Bezugsraum oder auf vorgegebene Ebenen zahlenmäßig (z.B. durch Raumkoordinaten und/oder Winkel) zu bestimmen.In a preferred embodiment of the invention The reference points or of these measuring range formed from two different directions, which optically capture an angle with each other, so that it is then in this process, in particular under consideration consideration of the known location, which the reference points on the Have reference element relative to each other, is also possible the respective position of the measuring point on a body or the respective position of two bodies or body parts related to a reference space or numerically at predetermined levels (e.g. by spatial coordinates and / or angles).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with the aid of the figures Embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Meßanordnung gemäß der Erfindung, zusammen mit einem Lichtgriffel und einem am Oberkiefer eines Patienten festgelegten, mehrere Bezugspunkte aufweisenden pyramidenartigen Körper; FIG. 1 is a schematic illustration of a measuring arrangement according to the invention, together with a light pen and a fixed on the upper jaw of a patient, several reference points having pyramid-like body;

Fig. 2 die Meßanordnung nach Fig. 1 in einer gegenüber der Fig. 1 um 90° gedrehten Ansicht. Fig. 2 shows the measuring arrangement of FIG. 1 in a view rotated by 90 ° with respect to FIG. 1.

In den Figuren ist 1 der Kopf eines Patienten, an dessen Oberkiefer ein pyramidenartiger Körper 2 befestigt ist, und zwar dadurch, daß dieser pyramidenartige Körper 2 mit einem Halter 3 in geeigneter Weise an den Zähnen des Oberkiefers und damit an einem anatomisch definierten Punkt festgelegt ist. In the figures, the head 1 of a patient is attached to the upper jaw, a pyramid-like body 2, and, though in that the pyramid-like body 2 is fixed to a holder 3 in a suitable manner on the teeth of the upper jaw and thus to an anatomically defined point .

Der pyramidenartige Körper 2 besitzt insgesamt vier die Eckpunkte einer Dreieck-Pyramide bildende Bezugspunkte 4-7, die bei der dargestellten Ausführungsform durch die Seiten der Dreieck-Pyramide bildende stabförmige Elemente 8 mit­ einander verbunden sind und von denen die Bezugspunkte 4-6 in einer im wesentlichen senkrecht zu dem Halter 3 verlaufenden Ebene derart angeordnet sind, daß diese Ebene bei am Ober­ kiefer befestigtem pyramidenartigen Körper 2 im wesentlichen eine vertikale Ebene bildet. Der Bezugspunkt 7 ist so vorgesehen, daß er sich an der dem Halter 3 abgewendeten Seite der vorgenannten, von den Bezugspunkten 4-6 gebildeten Ebene befindet und bei am Oberkiefer befestigtem pyramiden­ artigen Körper 2 vor der genannten Ebene liegt.The pyramid-like body 2 has a total of four reference points 4-7 forming the corner points of a triangular pyramid, which in the embodiment shown are connected by rod-shaped elements 8 forming the sides of the triangular pyramid, and of which the reference points 4-6 are in one im are arranged substantially perpendicular to the holder 3 plane such that this plane forms a vertical plane when the pyramidal body 2 is fastened to the upper jaw. The reference point 7 is provided so that it is on the side facing away from the holder 3 of the above-mentioned plane formed by the reference points 4-6 and lies in front of said plane when the pyramid-like body 2 is fastened to the upper jaw.

Die Bezugspunkte 4-7 sind hinsichtlich ihrer Farbgebung und/oder hinsichtlich ihres optischen Reflexionsverhaltens besonders markant ausgebildet. Bei der dargestellten Aus­ führungsform sind diese Bezugspunkte 4-7 jeweils von einem lichtemittierenden Element (z.B. Leuchtdiode) gebildet, welches Licht im Infrarotbereich aussendet. Der elektrische Anschluß dieser lichtemittierenden, die Bezugspunkte 4-7 bildenden Elemente mit einer entsprechenden Versorgungs­ einrichtung 8 erfolgt über ein nicht näher dargestelltes Verbindungskabel.The reference points 4-7 are particularly striking in terms of their coloring and / or in terms of their optical reflection behavior. In the illustrated embodiment, these reference points 4-7 are each formed by a light-emitting element (for example light-emitting diode) which emits light in the infrared range. The electrical connection of these light-emitting elements, the reference points 4-7 forming elements with a corresponding supply device 8 is made via a connecting cable, not shown.

Die dargestellte Meßanordnung besteht weiterhin aus zwei Infrarot-Videokameras 9 und 10, die so ausgerichtet sind, daß sie den Kopf 1 des Patienten von zwei, einen Winkel mit­ einander einschließenden Blickrichtungen erfassen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Videokameras 9 und 10 so ausgerichtet, daß die Videokamera 9 den Kopf 1 des Patienten von vorne und die Videokamera 10 den Kopf 1 des Patienten von einer Seite her erfassen. Jede Videokamera 9 und 10 ist mit einem Bildspeicher 11 bzw. 12 verbunden. Die beiden Bildspeicher 11 und 12 sind jeweils an eine elektro­ nische Schaltung 13 bzw. 14 angeschlossen, deren Funktion weiter unten noch näher beschrieben wird und deren Ausgangs­ signale einem gemeinsamen Datenspeicher 15 zugeführt werden. Die im Datenspeicher 15 gespeicherten Daten können dann in einem Rechner 16 ausgewertet werden. Selbstverständlich ist es hierbei möglich, daß der Datenspeicher 15 Bestandteil des Rechners 16 ist. Weiterhin ist es auch möglich, für beide Videokameras 9 und 10 einen gemeinsamen Bildspeicher vor­ zusehen, d.h. die Bildspeicher 11 und 12 bilden dann eine Einheit. Weiterhin ist es auch möglich, die beiden Schal­ tungen 13 und 14 zu einer Einheit zusammenzufassen, wobei bei entsprechender Ausbildung dieser Schaltungen auch auf die Bildspeicher 11 und 12 oder auf einen für beide Videokameras 9 und 10 gemeinsamen Bildspeicher verzichtet werden kann.The measuring arrangement shown furthermore consists of two infrared video cameras 9 and 10 , which are aligned in such a way that they capture the patient's head 1 from two viewing angles which include an angle with one another. In the embodiment shown, the two video cameras 9 and 10 are oriented such that the video camera 9 captures the patient's head 1 from the front and the video camera 10 detects the patient's head 1 from one side. Each video camera 9 and 10 is connected to an image memory 11 and 12 , respectively. The two image memories 11 and 12 are each connected to an electronic circuit 13 and 14 , the function of which is described in more detail below and whose output signals are supplied to a common data memory 15 . The data stored in the data memory 15 can then be evaluated in a computer 16 . Of course, it is possible that the data memory 15 is part of the computer 16 . Furthermore, it is also possible to see a common image memory for both video cameras 9 and 10 , ie the image memories 11 and 12 then form a unit. Furthermore, it is also possible to combine the two circuits 13 and 14 into one unit, it being possible to dispense with the image memories 11 and 12 or with an image memory common to both video cameras 9 and 10 if these circuits are designed accordingly.

Die Meßanordnung besteht weiterhin aus einem Griffel 17, der an einem Ende mit einem weiteren Bezugspunkt 18 versehen ist, welcher ebenfalls durch Farbgebung oder optisches Reflexions­ verhalten besonders markant ausgebildet ist. Bei der dar­ gestellten Ausführungsform ist der Bezugspunkt 18 ebenfalls von einem Infrarotlicht emittierenden Element (Leuchtdiode) gebildet. Für die Versorgung dieses, den Bezugspunkt 18 bildenden lichtemittierenden Elementes ist der Griffel 17 über ein Anschlußkabel 19 ebenfalls an die Versorgungs­ einrichtung 8 angeschlossen.The measuring arrangement also consists of a stylus 17 , which is provided at one end with a further reference point 18 , which is also particularly strikingly designed due to coloring or optical reflection. In the embodiment presented, the reference point 18 is also formed by an infrared light-emitting element (light-emitting diode). For the supply of this, the reference point 18 forming light-emitting element, the stylus 17 is also connected to the supply device 8 via a connecting cable 19 .

Mit der vorbeschriebenen Meßanordnung ist es möglich, anatomisch wichtige Größen, wie beispielsweise Lage und Abstand der Kiefergelenke, Kamper′scher Ebene, Frankfurter Horizontale usw. für den jeweiligen Patienten zu ermitteln und die entsprechenden Daten unter Verwendung des Rechners 16 auszuwerten und/oder im Datenspeicher 15 zu speichern, so daß es dann unter Verwendung dieser Daten beispielsweise auch möglich ist, einen Artikulator jeweils patienten-bezogen optimal einzustellen, um an diesem dann Unterkieferbewegungen (Kaubewegungen usw.) simulieren zu können.With the measurement arrangement described above, it is possible to determine anatomically important parameters such as the position and distance of the temporomandibular joints, Kamper's plane, Frankfurt horizontal, etc. for the respective patient and to evaluate the corresponding data using the computer 16 and / or in the data memory 15 , so that it is then also possible, using this data, for example, to optimally adjust an articulator in each case in relation to the patient, in order then to be able to simulate lower jaw movements (chewing movements, etc.).

Die von den Video-Kameras 9 und 10 gelieferten und in den Bildspeichern 11 und 12 abgespeicherten Einzelbilder werden in den elektronischen Schaltungen 13 und 14 zeilen- und spaltenmäßig abgetastet, wobei immer dann von diesen Schal­ tungen ein Signal an den Datenspeicher 15 abgegeben wird, wenn bei dieser Abtastung einer der Bezugspunkte 4-7 oder der Bezugspunkt 18 ermittelt wird. Aus der jeweiligen Abtastphase ergibt sich dann auch die Lage des jeweils ermittelten Bezugspunktes 4-7 bzw. 18, so daß die diese Lage charakteri­ sierenden elektrischen Daten in dem Datenspeicher 15 ge­ speichert werden können und der Rechner 16 somit in der Lage ist, unter Verwendung der in dem Datenspeicher 15 gespeicher­ ten Daten die räumliche Lage zu ermitteln, die die Bezugs­ punkte 4-10 und auch der Bezugspunkt 18 während eines bestimmten Meßzeitpunktes bzw. bei den zu diesem Meßzeitpunkt gespeicherten Einzelbildern der Videokameras 9 und 10 relativ zueinander aufwiesen.The individual images supplied by the video cameras 9 and 10 and stored in the image memories 11 and 12 are scanned in lines and columns in the electronic circuits 13 and 14 , with a signal being sent to the data memory 15 from these circuits whenever during this scanning one of the reference points 4-7 or the reference point 18 is determined. From the respective sampling phase, the position of the respectively determined reference point 4-7 or 18 is then obtained , so that the electrical data characterizing this position can be stored in the data memory 15 and the computer 16 is thus able to use it of the data stored in the data memory 15 to determine the spatial position, which the reference points 4-10 and also the reference point 18 had during a specific measurement time or in the individual images of the video cameras 9 and 10 stored at this measurement time relative to one another.

Die räumliche Bestimmung der Lage der Bezugspunkte 4-7 und 18 ist einerseits dadurch möglich, daß die räumliche Lage, die die Bezugspunkte 4-7 relativ zueinander aufweisen, durch die körperliche Ausbildung des pyramidenartigen Körpers 2 festgelegt und daher bekannt ist, und andererseits auch dadurch möglich, daß der Kopf 1 des Patienten von den beiden Videokameras 9 und 10 aus zwei, einen Winkel miteinander einschließenden Blick- oder Achsrichtungen erfaßt wird.The spatial determination of the position of the reference points 4-7 and 18 is possible on the one hand by the fact that the spatial position, which the reference points 4-7 have relative to each other, is determined by the physical formation of the pyramid-like body 2 and is therefore known, and on the other hand by that possible that the patient's head 1 is captured by the two video cameras 9 and 10 from two directions of view or axis that enclose an angle with one another.

Um die Bezugspunkte 4-7 und 18 bei der Abtastung der Einzel­ bilder mit Hilfe der elektronischen Schaltungen 13 und 14 auch sicher erfassen zu können, ist das von den Bezugspukten 4-7 und 18 ausgesandte Licht bevorzugt Infrarotlicht. Dieses Licht kann aber auch im sichtbaren Bereich liegen und zeichnet sich dann durch eine besondere Helligkeit oder besondere Farbgebung aus, welch letztere sich vom Farbton her deutlich von der üblichen Hautfarbe abhebt, oder ist in einer bestimmten Weise gepulst oder moduliert.In order to be able to reliably detect the reference points 4-7 and 18 when scanning the individual images with the aid of the electronic circuits 13 and 14 , the light emitted by the reference points 4-7 and 18 is preferably infrared light. However, this light can also be in the visible range and is then distinguished by a particular brightness or special coloring, the latter being clearly different in color from the usual skin color, or is pulsed or modulated in a certain way.

Zur Bestimmung der anatomisch wesentlichen und für den jeweiligen Patienten typischen Größen, wird beispielsweise wie folgt, vorgegangen:To determine the anatomically essential and for the typical patient sizes, for example proceeded as follows:

Durch Ansetzen des an dem Griffel 17 vorgesehenen Bezugs­ punktes 18 an den Kopf 1 des Patienten unterhalb der Nase und oberhalb der Oberlippe wird in einem ersten Schritt unter Verwendung der beiden Videokameras 9 und 10 und unter entsprechender Auswertung der von diesen Videokameras gelieferten Bildern der subnasale Punkt 20 ermittelt.By applying the reference point 18 provided on the stylus 17 to the patient's head 1 below the nose and above the upper lip, the subnasal point is in a first step using the two video cameras 9 and 10 and with a corresponding evaluation of the images supplied by these video cameras 20 determined.

In einem zweiten Meßschritt wird dann wiederum unter Ver­ wendung der beiden Videokameras 9 und 10 und unter Auswertung der von den Videokameras gelieferten Bildern ein Ohrpunkt, beispielsweise der rechte Ohrpunkt 21 ermittelt, der in seiner Lage dem dortigen Kiefergelenkpunkt entspricht.In a second measuring step, an ear point, for example the right ear point 21 , is then again determined using the two video cameras 9 and 10 and evaluating the images supplied by the video cameras, which position corresponds to the temporomandibular joint point there.

In gleicher Weise wird dann in einem dritten Verfahrens­ schritt durch Ansetzen des Bezugspunktes 18 des Griffels 17 an den linken Ohrpunkt 22 die Lage dieses Ohrpunktes und damit auch die Lage des dortigen Kiefergelenkpunktes er­ mittelt, und zwar wiederum dadurch, daß unter Verwendung der beiden Videokameras 9 und 10 und durch Auswerten der ent­ sprechenden Bilder die Lage des Bezugspunktes 18 zu der Lage der Bezugspunkte 4-7 ermittelt wird, wobei bei diesem dritten Meßschritt selbstverständlich der Kopf 1 des Patienten durch die Videokamera 10 von der anderen Seite her betrachtet wird.In the same way, then in a third method step by applying the reference point 18 of the stylus 17 to the left ear point 22, the location of this ear point and thus also the location of the temporomandibular joint point it averages, again by using the two video cameras 9 and 10 and by evaluating the corresponding images, the position of the reference point 18 to the position of the reference points 4-7 is determined, with the third measuring step, of course, the patient's head 1 being viewed by the video camera 10 from the other side.

Die bei den einzelnen Meßschritten ermittelten Daten werden selbstverständlich jeweils in dem Datenspeicher 15 gespei­ chert.The data determined in the individual measuring steps are of course each stored in the data memory 15 .

Mit den beiden Ohrpunkten 21 und 22 und dem subnasalen Punkt 20 ist beispielsweise die oben erwähnte Kamper′sche Ebene festgelegt. In ähnlicher Weise können durch Ansetzen des Bezugspunktes 18 des Griffels an andere Bereiche des Kopfes 1 und durch anschließendes Ermitteln der Lage dieses Bezugs­ punktes 18 zu den am Oberkiefer festgelegten Bezugspunkten 4-7 auch andere interessierende Punkte am Kopf 1 des Patien­ ten hinsichtlich ihrer räumlichen Lage bestimmt werden, so beispielsweise die beiden Punkte 23 und 24 unter den Augen des Patienten usw.With the two ear points 21 and 22 and the subnasal point 20 , for example, the above-mentioned Kamperian plane is fixed. Similarly, by applying the reference point 18 of the stylus to other areas of the head 1 and then determining the position of this reference point 18 to the reference points 4-7 defined on the upper jaw, other points of interest on the head 1 of the patient can also be used with regard to their spatial position be determined, for example the two points 23 and 24 under the patient's eyes etc.

Die beschriebene Meßanordnung weist bevorzugt noch einen weiteren pyramidenartigen Körper 29 auf, der dem pyramiden­ artigen Körper 2 entspricht und ebenfalls vier räumlich gegeneinander versetzte Bezugspunkte 25-28 besitzt. Dieser pyramidenartige Körper 29 wird an dem Unterkiefer des Kopfes 1 bzw. an den dortigen Zähnen und damit an einem anatomisch definierten Punkt des Kopfes 1 mittels einem Halter 31 befestigt, und zwar derart, daß die Bezugspunkte 25-27 in einer im wesentlichen vertikalen Ebene liegen und der Bezugspunkt 28 ähnlich dem Bezugspunkt 7 des pyramidenartigen Körpers 2 vor dieser Ebene, d.h. auf der dem Halter 31 abgewendeten Seite dieser Ebene angeordnet ist. Mit den beiden, jeweils an anatomisch eindeutig definierten Punkten des Ober- und Unterkiefers, d.h. an den dortigen Zähnen befestigten pyramidenartigen Körpern 2 und 29, die nicht nur hinsichtlich der Ausbildung ihrer Bezugspunkte sowie vor­ zugsweise auch hinsichtlich der Lage ihrer Bezugspunkte jeweils identisch ausgebildet sind, ist somit auch in der gleichen, beschriebenen Weise eine Bestimmung der relativen Lage des Unterkiefers 31 zum Oberkiefer oder zu einem Bezugsraum bzw. der Relativbewegung zwischen Unterkiefer und Oberkiefer möglich. Die beiden Halter 3 und 31 sind dabei vorzugsweise von Bißgabeln gebildet.The measuring arrangement described preferably has a further pyramid-like body 29 which corresponds to the pyramid-like body 2 and likewise has four reference points 25-28 which are spatially offset from one another. This pyramid-like body 29 is fastened to the lower jaw of the head 1 or to the teeth there and thus to an anatomically defined point of the head 1 by means of a holder 31 , in such a way that the reference points 25-27 lie in a substantially vertical plane and the reference point 28, similar to the reference point 7 of the pyramid-like body 2, is arranged in front of this plane, ie on the side of this plane facing away from the holder 31 . With the two pyramid-like bodies 2 and 29 fastened at anatomically clearly defined points of the upper and lower jaw, ie on the teeth there, which are not only identical in terms of the design of their reference points and preferably also in terms of the position of their reference points. a determination of the relative position of the lower jaw 31 to the upper jaw or to a reference space or the relative movement between the lower jaw and upper jaw is thus also possible in the same manner described. The two holders 3 and 31 are preferably formed by bite forks.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwand­ lungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. So ist es grund­ sätzlich auch möglich, die jeweilige räumliche Lage, die die Bezugspunkte 4-7, 18 sowie ggf. 25-28 relativ zueinander bzw. in einem Bezugsraum aufweisen, unter Verwendung einer Laser-Anordnung zu ermitteln, die dann den Kopf des Patienten beispielsweise mit zwei Laser-Strahlen aus unterschiedlichen Richtungen abtastet, wobei in diesem Fall die Bezugspunkte 4-7, 18 und 25-28 von Licht-Detektoren gebildet sind, die beim Auftreffen des Laser-Strahles ein Signal abgeben. Aus der jeweiligen Abtaststellung bzw. -Phase, die die Laser­ strahlen beim Auftreffen auf einen Bezugspunkt 4-7, 18 und/oder 25-28 aufweisen, kann die jeweilige Lage der Bezugspunkte 4-7, 18 und/oder 25-28 ermittelt werden. The invention was explained above using an exemplary embodiment. It is understood that changes and modifications are possible without departing from the concept underlying the invention. So it is also possible in principle to determine the respective spatial position, which the reference points 4-7 , 18 and possibly 25-28 relative to each other or in a reference space, using a laser arrangement, which then the head of the Scans patients for example with two laser beams from different directions, in which case the reference points 4-7 , 18 and 25-28 are formed by light detectors which emit a signal when the laser beam strikes. The respective position of the reference points 4-7 , 18 and / or 25-28 can be determined from the respective scanning position or phase which the lasers emit when they strike a reference point 4-7 , 18 and / or 25-28 .

Bei entsprechender Ausbildung der Videokameras 9 und 10 kann auch auf die Bildspeicher 11 und 12 sowie auf die Schaltungen 13 und 14 verzichtet werden, wobei in diesem Fall beim Abtasten bzw. beim Umsetzen des in der Bildebene der je­ weiligen Videokamera erzeugten optischen Bildes in das elektrische Bildsignal letzteres nach den von den Bezugs­ punkten 4-7, 18 und/oder 25-28 herrührenden Signalanteilen überprüft und aus der jeweiligen Abtastphase, die beim Auffinden eines Bezugspunktes vorliegt, die Lage dieser Bezugspunkte koordinatenmäßig ermittelt wird. In diesem Fall ersetzt also die Bildebene der Videokamera den Signalspeicher 11 bzw. 12 und die zum Umsetzen des optischen Bildes in das elektrische Bildsignal dienende Elektronik die Schaltung 13 bzw. 14.With a corresponding design of the video cameras 9 and 10 , the image memories 11 and 12 and the circuits 13 and 14 can also be dispensed with, in this case when scanning or when converting the optical image generated in the image plane of the respective video camera into the electrical one The image signal of the latter is checked according to the signal components originating from the reference points 4-7 , 18 and / or 25-28 , and the position of these reference points is determined in terms of coordinates from the respective scanning phase that occurs when a reference point is found. In this case, the image plane of the video camera replaces the signal memory 11 or 12 and the electronics used to convert the optical image into the electrical image signal the circuit 13 or 14 .

Bei der vorbeschriebenen Meßanordnung wurde davon ausge­ gangen, daß von den Video-Kameras 9 und 10 jeweils sämtliche, verwendeten Bezugspunkte 4-7, 18 und/oder 25-28 in den jeweiligen von den Video-Kameras gelieferten Bildern oder in diesen Video-Kameras an der dortigen Bild-Ebene erzeugten Bildern gemeinsam, d.h. zeitgleich erfaßt werden. Abweichend hiervon ist es aber auch möglich, die einzelnen, die Bezugs­ punkte 4-7, 18 und/oder 25-28 bildenden lichtemittiernden Elemente durch die Versorgungseinrichtung 8 synchron mit den Video-Kameras 8 und 10 bzw. deren Bildfrequenz in einem vorgegebenen Zeittakt so anzusteuern, daß während jedes von den Video-Kameras 9 bzw. 10 erfaßten Einzelbildes nur jeweils ein einen Bezugspunkt 4-7, 18 und/oder 25-28 bildendes lichtemittierendes Element aktiviert ist, d.h. aufleuchtet bzw. Licht abgibt, so daß dann die Bezugspunkte 4-7, 18 und/oder 25-28 zeitlich aufeinanderfolgend bzw. in mehreren Einzelbildern aufeinanderfolgend von den Video-Kameras erfaßt werden. In diesem Fall ist dann die Bildebene der Video- Kameras 9 und 10 jeweils von einem Feld (Pin-Elektrode) mit einer Vielzahl von jeweils einen Lichtsensor bildenden Bereichen gebildet, die dort in spalten- und zeilenmäßiger Anordnung vorgesehen sind. Dieses Licht-Detektoren-Feld (Pin-Diode), liefert dann an zwei, den Zeilen bzw. den Spalten zugeordneten elektrischen Auswerteinrichtungen, die beispielsweise zusammen mit dem Licht-Detektoren-Feld einen integrierten Schaltkreis bilden, zwei Ausgangsspannungen bzw. Signale, deren Größe jeweils der Zeile und Spalte, d.h. der Position in zwei Koordinaten entspricht, die der auf der Bildebene bzw. dem Licht-Detektoren-Feld abgebildete Bezugs­ punkt 4-7, 18 bzw. 25-28 besitzt, so daß auf besonders einfache Weise die jeweilige Lage des erfaßten Bezugspunktes ermittelt werden kann.In the measurement arrangement described above, it was assumed that each of the reference points 4-7 , 18 and / or 25-28 used by the video cameras 9 and 10 in the respective images supplied by the video cameras or in these video cameras images generated at the image level there are acquired together, that is to say are acquired simultaneously. Deviating from this, it is also possible, the individual, the reference points 4-7 , 18 and / or 25-28 forming light-emitting elements by the supply device 8 synchronously with the video cameras 8 and 10 or their frame rate in a predetermined time to control that only one light emitting element forming a reference point 4-7 , 18 and / or 25-28 is activated during each individual image captured by the video cameras 9 or 10 , ie it lights up or emits light, so that the reference points 4-7 , 18 and / or 25-28 in succession in time or in several individual images in succession can be captured by the video cameras. In this case, the image plane of the video cameras 9 and 10 is then each formed by a field (pin electrode) with a multiplicity of regions each forming a light sensor, which are provided there in a column and row arrangement. This light detector field (pin diode) then supplies two output voltages or signals, the size of which, to two electrical evaluation devices assigned to the rows or columns, which, for example, form an integrated circuit together with the light detector field each of the row and column, ie the position in two coordinates, which the reference point shown on the image plane or the light detector field has 4-7 , 18 or 25-28 , so that the respective one in a particularly simple manner Location of the detected reference point can be determined.

Claims (14)

1. Verfahren zur räumlichen Erfassung und/oder Bestimmung eines Körper, insbesondere eines menschlichen Schädels, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Seite des Körpers (1) zumindest ein Bezugselement (2) befestigt wird, welches wenigstens drei räumlich gegeneinander versetzte und in ihrer räumlichen Lage zueinander bekannte Bezugspunkte (4-7) aufweist, daß zumindest ein weiterer Bezugspunkt (18; 25-28) an einem Meßpunkt positioniert wird, und daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) am Bezugs­ element (2) relativ zueinander sowie relativ zu der Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) optisch erfaßt und hieraus vorzugsweise computergestützt die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) und damit die Lage des Meßpunktes und/oder eines diesen Meßpunkt aufweisenden Teils des Körpers (1) ermittelt wird.1. A method for spatial detection and / or determination of a body, in particular a human skull, characterized in that on at least one side of the body ( 1 ) at least one reference element ( 2 ) is attached, which at least three spatially offset from each other and in their spatial Position of known reference points ( 4-7 ) has that at least one further reference point ( 18 ; 25-28 ) is positioned at a measuring point, and that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) relative to one another and relatively to the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) optically recorded and from this preferably computer-aided the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) and thus the position of the measuring point and / or a part of the body ( 1 ) having this measuring point is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, zur räumlichen Bestimmung der Lage von Meßpunkten an einem menschlichen Schädel das Bezugselement (2) an einem anatomisch definierten Punkt des Oberkiefers, beispiels­ weise an den Zähnen des Oberkiefers befestigt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for the spatial determination of the position of measuring points on a human skull the reference element ( 2 ) is attached to an anatomically defined point of the upper jaw, for example on the teeth of the upper jaw. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugselement (2) mit wenigstens vier räumlich gegeneinander versetzten und in ihrer räumlichen Lage zueinander bekannten Bezugspunkten (4-7) verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a reference element ( 2 ) with at least four spatially staggered and in their spatial position known to each other reference points ( 4-7 ) is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) am Bezugs­ element (2) sowie die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) mit Hilfe wenigstens einer Kamera (9, 10), bevor­ zugt mit wenigstens zwei Kameras aus zwei unterschied­ lichen, einen Winkel miteinander einschließenden Blick­ oder Kamerarichtungen erfaßt und durch Auswertung wenig­ stens eines von der wenigstens einen Kamera gelieferten Bildes ermittelt werden. 4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) and the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) using at least one camera ( 9 , 10 ), before with at least two cameras from two different, including an angle including view or camera directions detected and at least one image provided by the at least one camera determined by evaluation. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als wenigstens eine Kamera eine Video-Kamera (9, 10) verwendet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that a video camera ( 9 , 10 ) is used as at least one camera. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) an dem Bezugselement (2) sowie die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) durch Auswertung wenigstens eines von der wenigstens einen Video-Kamera (9, 10) gelieferten Einzelbildes ermittelt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) and the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) by evaluating at least one of the at least one video camera ( 9 , 10 ) delivered single image can be determined. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Auswertung des von der wenigstens einen Kamera (9, 10) gelieferten Bildes dieses Bild zeilen- und spaltenmäßig abgetastet wird und beim Auffinden jeweils eines der Bezugspunkte (4-7) des Bezugselementes (2) und/oder des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) aus der hierbei vorliegenden Abtastphase die Lage des aufge­ fundenen Bezugspunktes (4-7; 18; 25-28) in zwei Koordi­ naten ermittelt wird.7. The method according to any one of claims 4-6, characterized in that for the evaluation of the image supplied by the at least one camera ( 9 , 10 ) this image is scanned in lines and columns and when finding one of the reference points ( 4-7 ) of the reference element ( 2 ) and / or the further reference point ( 18 ; 25-28 ) from the scanning phase present here, the position of the found reference point ( 4-7 ; 18 ; 25-28 ) is determined in two coordinates. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) am Bezugs­ element (2) sowie die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) durch Auswerten des in der Videokamera bzw. in der Bildebene dieser Kamera vorliegenden bzw. gespeicherten Bildes erfolgt.8. The method according to any one of claims 5-7, characterized in that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) and the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) by evaluating the in the video camera or image present or stored in the image plane of this camera. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) am Bezugs­ element (2) sowie die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) durch Auswerten wenigstens eines in einem Bild­ speicher (11, 12) gespeicherten Einzelbildes der wenig­ stens einen Video-Kamera bestimmt werden. 9. The method according to any one of claims 5-7, characterized in that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) and the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) by evaluating at least one in one Image memory ( 11 , 12 ) stored single image of the least one video camera can be determined. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bezugspunkte (4-7) am Bezugselement (2) sowie der weitere Bezugspunkt (18; 25-28) von lichtemit­ tierenden Elementen, beispielsweise von Leuchtdioden gebildet sind.10. The method according to any one of claims 1-9, characterized in that the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) and the further reference point ( 18 ; 25-28 ) are formed by light-emitting elements, for example light-emitting diodes. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lage der Bezugspunkte (4-7) an dem Bezugselement (2) zueinander sowie die Lage des weiteren Bezugspunktes (18; 25-28) durch Abtasten des Körpers (1) mit wenigstens einem Laserstrahl ermittelt werden, und zwar aufgrund der jeweiligen Abtast-Lage des Laser-Strahls beim Auftreffen auf einen Bezugspunkt (4-7, 18, 25-28).11. The method according to any one of claims 1-10, characterized in that the position of the reference points ( 4-7 ) on the reference element ( 2 ) to each other and the position of the further reference point ( 18 ; 25-28 ) by scanning the body ( 1 ) can be determined with at least one laser beam, specifically on the basis of the respective scanning position of the laser beam when it strikes a reference point ( 4-7 , 18 , 25-28 ). 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur räumlichen Bestimmung der Lage und/oder Bewegung zwischen zwei Körpern (1, 30), vorzugsweise zur räumlichen Bestimmung der Lage oder Relativbewegung zwischen dem Oberkiefer und dem Unterkiefer wenigstens drei weitere Bezugspunkte (25-28) verwendet werden, die an einem weiteren Bezugselement (29) in einer vorgegebenen räumlichen Lage zueinander vorgesehen sind, und daß das weitere Bezugselement (29) an einem vorgegebenen Punkt bzw. an einem anatomisch definierten Punkt des Unter­ kiefers, beispielsweise an den Zähnen des Unterkiefers befestigt wird.12. The method according to any one of claims 1-11, characterized in that for the spatial determination of the position and / or movement between two bodies ( 1 , 30 ), preferably for the spatial determination of the position or relative movement between the upper jaw and the lower jaw at least three further reference points ( 25-28 ) are used, which are provided on a further reference element ( 29 ) in a predetermined spatial position relative to one another, and that the further reference element ( 29 ) at a predetermined point or at an anatomically defined point of the lower jaw, for example, is attached to the teeth of the lower jaw. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von der wenigstens einen Kamera (9, 10) sämtliche Bezugspunkte (4-7; 18; 25-28) zeitgleich erfaßt werden.13. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized in that from the at least one camera ( 9 , 10 ) all reference points ( 4-7 ; 18 ; 25-28 ) are detected simultaneously. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von der wenigstens einen Kamera die Bezugspunkte (4-7; 18; 25-27) zeitlich nacheinander erfaßt werden.14. The method according to any one of claims 4 to 12, characterized in that the reference points ( 4-7 ; 18 ; 25-27 ) are sequentially detected by the at least one camera.
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