PL235136B1 - Sposób rejestracji ruchu i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego - Google Patents

Abstract

Sposób rejestracji ruchu i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego charakteryzuje się tym, że tworzy się wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego, na którym wyodrębnia się geometrię podstawy czaszki zawierającej szczękę niezależnie od geometrii żuchwy zawierającej głowy wyrostków kłykciowych żuchwy. Na przestrzennym modelu geometrycznym buduje się wirtualny referencyjny układ współrzędnych i wirtualny pomiarowy układ współrzędnych. Buduje się układ pomiarowy zawierający co najmniej jeden czujnik referencyjny, który rejestruje wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego referencyjnego układu współrzędnych oraz co najmniej jeden czujnik pomiarowy, który rejestruje wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego pomiarowego układu współrzędnych. Położenie anatomiczne czujników pokrywa się z oznaczonym na wirtualnym modelu geometrycznym punktem. W trakcie ruchów żuchwy rejestruje się sygnały z czujników, które przenosi się na wirtualny przestrzenny model geometryczny, po czym wyznacza się obraz ruchu przestrzennego objętości. Tworzy się trajektorię poszczególnych punktów w formie krzywych, pomiędzy którymi rozciąga się powierzchnie tworzące trójwymiarową powierzchnię odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego z wyznaczeniem geometrii oraz parametrów ruchu układu stomatognatycznego.

Układ stomatognatyczny jest to zespół morfologiczno-czynnościowy tkanek i narządów w obrębie jamy ustnej i twarzoczaszki stanowiący funkcjonalną całość i biorący udział w pobieraniu pokarmu tj. żuciu, wstępnemu trawieniu i połykaniu jak również artykulacji dźwięków, oddychaniu i wyrażaniu emocji.

Przy odbudowie części lub całego uzębienia oraz rekonstrukcji zniekształceń tkanek twarzowej części czaszki istotnym jest przywrócenie lub wytworzenie prawidłowej funkcji układu stomatognatycznego, w szczególności w taki sposób, że wytworzone relacje pomiędzy pracą stawu skroniowo-żuchwowego a okluzją i artykulacją łuków zębowych będą zapewniały prawidłową i stabilną pracę układu stomatognatycznego. Tylko w przypadku precyzyjnego dopasowania uzębienia z parametrami pracy i geometrią stawu skroniowo-żuchwowego zapewniona zostaje długoczasowa możliwość użytkowania wytworzonych uzupełnień protetycznych.

W zabiegach z zakresu chirurgii ortognatycznej istnieją możliwości projektowania zmian położenia baz kostnych szczęki i żuchwy w ten sposób by zniwelować wady gnatyczne oraz wady zgryzu. Projektowanie zmian położenia części anatomicznych układu stomatognatycznego polegają na tym, że chirurg podczas zabiegu odcina odłamy szczęki i/lub żuchwy zmieniając ich pozycję przestrzenną oraz sposób pracy w układzie stomatognatycznym, zaś zespalając odłamy kostne żuchwy ustala nową pozycję głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym, która powinna być dopasowana do pracy układu stomatognatycznego. Metoda ta zależy zatem od zręczności manualnej i doświadczenia chirurga. Precyzyjna znajomość indywidulanych parametrów r uchu i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego jest zatem niezmiernie istotna, gdyż tylko w przypadku precyzyjnego dopasowania uzębienia z parametrami pracy i geometrią stawu skroniowo-żuchwowego zapewniona zostaje stabilność zmiany morfologii twarzoczaszki poprzez chirurgiczną korektę wad gnatycznych i wad zgryzu.

Co więcej, w protetyce stomatologicznej oraz chirurgii szczękowo-twarzowej istotnym jest uzyskanie jak najbardziej precyzyjnego trójwymiarowego geometrycznego modelu pracy stawu skroniowo-żuchwowego z odwzorowaniem geometrii tego stawu i parametrów ruchu elementów układu stomatognatycznego, w taki sposób aby następnie taki model wykorzystać przy już indywidulanym odwzorowaniu poszczególnych elementów układu stomatognatycznego w tym poprzez wytwarzanie modeli za pomocą technik drukowania lub frezowania z materiału.

W obecnych metodach z zakresu protetyki stomatologicznej oraz chirurgii ortognatycznej w pracowniach protetycznych i gabinetach protetyki stomatologicznej wykorzystuje się artykulator czyli urządzenie, które służy do symulacji ruchów szczęki i żuchwy względem siebie ułatwiając dopasowanie odbudowy brakujących części lub całych zębów jak i umożliwiając przeprowadzenie badania ruchu szczęki podczas opracowywania korekty chirurgicznej twarzoczaszki. Artykulatory umożliwiają jedynie dostosowanie odbudowy uzębienia i badanie ruchu żuchwy zgodnie z przyjętymi odgórnie normami co do wynikających z prawidłowej anatomii fizjologicznych ruchów układu stomatognatycznego, w tym głowy wyrostków kłykciowych żuchwy w stosunku do pozostałych struktur stawowych, występujących podczas mowy, żucia, oddychania i połykania. W artykulatorach przyjmuje się, że oś zawiasowa stawu skroniowo-żuchwowego będąca osią obrotową wyrostka kłykciowego żuchwy zajmuje zawsze ok reśloną pozycję w stosunku do innych struktur anatomicznych w obrębie czaszki. Te przyjęte odgórnie normy bardzo często nie są zgodne ze stanem rzeczywistym. Bardzo częste nieprawidłowości w układzie stomatognatycznym, zwłaszcza wady zębowe, gnatyczne czy też starcia zębów prowadzą do zmian parametrów ruchomości i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego na zasadzie kompensacji, co prowadzi do pracy stawu skroniowo-żuchwowego w odmienny sposób niż przyjęte w artykulatorach normy.

Dodatkowo w znanych artykulatorach wykorzystuje się modułowe elementy imitujące części anatomiczne stawu skroniowo-żuchwowego tj. głowę wyrostka kłykciowego żuchwy, dół stawowy i wyniosłość stawową. Mają one kształt kulki poruszającej się po wkładkach plastikowych w celu symulacji ruchów żuchwy. Elementy te są wystandaryzowane i posiadają maksymalnie tylko kilka możliwych torów prowadzeń i kilka różnych stromości - kątowości nachylenia wyniosłości stawowej. Za pomocą kilku uniwersalnych elementów ustalających nie może być precyzyjnie podjęta próba odwzorowania niestandardowych, osobniczo indywidualnych ruchów w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego oraz jego geometrii. Ze względu i na złożoność anatomiczną tego stawu jak i wielu parametrów, zwłaszcza nabytych,

PL 235 136 B1 które wpływają zarówno na pracę jak i geometrię stawu skroniowo-żuchwowego, wykorzystanie elementów ustalających stanowi założenie upraszczające. Elementy ustalające nie zapewniają rzeczywistego odwzorowania indywidualnej pracy stawu skroniowo-żuchwowego i nie opierają się na dynamice pracy tego stawu.

Anatomiczna budowa stawu skroniowo-żuchwowego opiera się w głównej mierze na elementach elastycznych: więzadłach, mięśniach i krążku stawowym, które warunkują jego dynamikę pracy. Zespół tych elementów jest dalej zwany aparatem chrzęstno-więzadłowym stawu skroniowo-żuchwowego. Uwzględnienie dynamiki tkanek miękkich w pracy stawu skroniowo-żuchwowego umożliwia ustalenie optymalnej pozycji głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie zwanej relacją centralną. Relacja centralna jest to taki stosunek żuchwy do szczęki, w którym wyrostek kłykciowy kontaktuje z najcieńszą częścią krążka stawowego i dotyczy to pozycji, w której kłykieć jest usytuowany w stawie w pozycji wygodnej w zależności od dynamiki tkanek miękkich i często jest to pozycja dla której oś zawiasowa stawu skroniowo-żuchwowego jest inna niż ta wynikająca z założonych norm anatomicznych. W relacji centralnej kłykcie są w pozycji obrotu wokół własnej osi bez przesunięcia. Jest to pozycja powtarzalna, i stanowi punkt wyjściowy do wykonania uzupełnień protetycznych (S.Majewski: Gnatofizjologia stomatologiczna, PZWL, 2007). Relacja centralna warunkuje poprawność wykonania leczenia ortodontycznego, chirurgicznego i protetycznego. Niezgodność leczenia z relacją centralną skutkuje powstaniem dolegliwości i schorzeń stawu skroniowo-żuchwowego. Z drugiej strony, ustalenie relacji centralnej, czyli najbardziej optymalnego położenia żuchwy względem szczęki w oparciu o przyjęcie pewnych norm jest mało precyzyjne i bardzo pobieżne.

W znanych metodach przy wykonaniu odbudowy uzębienia jak i przy operacjach chirurgicznych wykonuje się również rejestracje wzajemnego położenia i relacji przestrzennych pomiędzy położeniem łuku zębowego szczęki a osią zawiasową stawu skroniowo-żuchwowego za pomocą łuku twarzowego oraz rejestrując maksymalne zwarcie łuków zębowych za pomocą materiałów plastycznych, przenosząc je następnie do artykulatorów.

Metoda rejestracji relacji żuchwy względem szczęki polega na przeniesieniu za pomocą łuku twarzowego punktów anatomicznych twarzy do artykulatora. Punkty te to: otwory słuchowe zewnętrzne, okolica przejścia kości czołowej w nosową - zagłębienie oraz punkt podoczodołowy. Wykorzystanie tych punktów jest obarczone dużym błędem wynikającym z przyjętych norm - zwłaszcza wartości średnich i odgórnego założenia co do relacji przestrzennych panujących pomiędzy kanałem słuchowym zewnętrznym a fizjologiczną osią zawiasową stawu skroniowo-żuchwowego. W związku z tym arbitralnie ustala się parametry ruchu stawu skroniowo-żuchwowego i jego geometrię, zwłaszcza oś obrotu stawu skroniowo-żuchwowego, co dalej przekłada się na przeniesienie tej geometrii do artykulatora i w efekcie nieprecyzyjną diagnostykę protetyczną.

Przyjmując wartości średnie pomija się wszystkie przypadki osób, które od odgórnych założeń i norm odbiegają. U osób z wszelkiego rodzaju wadami zgryzu, zaburzeniami rozwojowymi szczęk, nieuzupełnionymi brakami zębowymi oraz ze schorzeniami stawów skroniowo-żuchwowych maleje prawdopodobieństwo sytuacji, gdzie relacja pomiędzy kanałem słuchowym zewnętrznym a osią obrotu głów wyrostków kłykciowych żuchwy mieści się w przyjętej w tej metodzie uśrednionej wartości. Prowadzi to do braku precyzyjnego odzwierciedlenia rzeczywistej geometrii pracy stawu skroniowo-żuchwowego, i uzyskania nieprecyzyjnego modelu stawu następnie uzupełnienia protetycznego realizowanego już niezgodnie z rzeczywistym stanem geometrii w artykulatorach.

Dodatkowo wykorzystywane w praktyce protetyki stomatologicznej jak i chirurgii ortognatycznej, łuk twarzowy oraz artykulator stanowi urządzenie skomplikowane i bardzo czasochłonne w użytkowaniu.

Najczęstszym problemem w rehabilitacji protetycznej pacjentów jest brak precyzyjnego dopasowania uzupełnień protetycznych do rzeczywistej pracy stawu skroniowo-żuchwowego. Wytwarzanie prac protetycznych na modelu układu stomatognatyczego, za pomocą artykulatora, powoduje powstawanie rozbieżności pomiędzy kształtem uzupełnienia protetycznego dla indywidualnej anatomii danego człowieka a kształtem uzupełnienia powstałym na bazie zakresów ruchów w artykulatorze. Taka rozbieżność jest każdorazowo dopasowywania w jamie ustnej pacjenta, ponieważ każda zmiana kształtu odbudowy zębów jest natychmiast sygnalizowana przez pacjenta jako przeszkoda. Postępowanie takie wymaga z jednej strony większej ilości czasu, z drugiej opiera się na umiejętnościach i doświadczeniu operatora, który takie uzupełnienia dopasowuje w ustach. Podczas dostosowywania uzupełnień w jamie ustnej lekarz nigdy nie ma pewności czy zakres korekty jest wystarczający, co więcej korekty gotowych

PL 235 136 B1 uzupełnień mają wpływ na właściwości mechaniczne i estetyczne samych uzupełnień. Odbudowy protetyczne, które zostały skorygowane w niewystarczającym stopniu same z czasem stają się przyczyną zaburzeń pracy stawu skroniowo-żuchwowego, prowadząc do uszkadzania pozostałych elementów układu stomatognatycznego.

Znane są techniki obrazowania ruchu szczęki, które opierają się na powiązaniu dwóch procesów: rejestrowaniu ruchu szczęki w czasie rzeczywistym oraz statycznej diagnostyki obrazowej, zwłaszcza tomografii rentgenowskiej.

Z opisu zgłoszenia wynalazku WO 2012127117 znane jest zastosowanie wewnątrzustnego markera/znacznika magnetycznego lub elektromagnetycznego, jako elementu pasywnego w układzie do obrazowania jamy ustnej zawierającym źródło promie niowania rentgenowskiego, system sterowania układu obrazowania, środki do przesyłania sygnałów pomiarowych wzajemnego położenia przestrzennego markera/znacznika i źródła promieniowania. Układ umożliwia ustawienie źródła promieniowania rentgenowskiego prostopadle do znacznika oraz wycelowanie wiązki promieniowania centralnie na ten znacznik. Układ nie umożliwia wykonania zapisu ruchu elementów anatomicznych szczęki osoby badanej.

Z opisu zgłoszenia wynalazku US20160262711 znany jest układ do śledzenia ruchu szczęki składający się z zestawu do detekcji ruchu szczęki zawierającego co najmniej jedną kamerę rejestrującą ruch elementów pasywnych takich jak markerów/znaczników odbijających światło, stanowiących punkty referencyjne usytuowanych na konstrukcji szkieletowej mocowanej do czoła oraz na dolnym łuku zębowym osoby badanej. Układ ten wyposażony jest również w aparat do obrazowania czaszki za pomocą promieniowania rentgenowskiego, który połączony jest zestawem do detekcji ruchu żuchwy stanowiąc z nim integralne urządzenie.

Sposób śledzenia ruchu szczęki za pomocą tego układu polega na uzyskaniu obrazu anatomicznego tkanek twardych szczęki, lokalizacji punktów referencyjnych, pokrywających się z usytuowanymi w obrębie twarzoczaszki obiektów odbijających światło, na uzyskanym obrazie anatomicznym, a następnie wykonaniu serii obrazów ruchu obiektów referencyjnych za pomocą kamery w trakcie ruchu szczęki. Następnie ustala się relacje pomiędzy puntami referencyjnymi oraz ich lokalizacją na uzyskanym obrazie anatomicznym, które za pomocą systemu wizualizacji przenoszone są w celu opracowania cyfrowego modelu pracy obrazu żuchwy względem pozostałej części obrazu twarzoczaszki uwzględniając ruch szczęki badanej osoby. Oprogramowanie do przetwarzania obrazu generuje wirtualny model odniesienia określający relację przestrzenną między obiektami referencyjnymi a rekonstrukcją anatomiczną zapisaną jako obraz statyczny. Rozwiązanie to umożliwia wytworzenie wirtualnych zdjęć wolumetrycznych szczęk zawierających elementy stawu skroniowo-żuchwowego, w którym możliwe jest pokazywanie wolumetrycznych zdjęć żuchwy w różnych pozycjach. Rozwiązanie umożliwia zobrazowanie jedynie względnego ruchu obrazów wolumetrycznych obszaru głowy osoby badanej pomiędzy składowymi stawu skroniowo-żuchwowego. Rozwiązanie nie umożliwia uzyskanie precyzyjnej geometrii i parametrów stawu skroniowo-żuchwowego, zwłaszcza do celów odtworzenia pracy stawu skroniowo żuchwowego na modelach w rzeczywistości. Niedogodnością rozwiązania jest konieczność uzbrojenia badanej osoby w zestaw zewnątrzustnych czujników mocowanych za pomocą specjalnych konstrukcji podporowych. Sposób kalibracji punktów referencyjnych według przedstawianej metodyki jest kilkustopniowy, co może powodować sumujące się błędy w pozycjonowaniu układu jako całości. Gabaryty oraz geometria zestawu do detekcji ruchu szczęki obniżają komfort badanej osoby oraz uniemożliwiają jego zastosowanie w przypadku pacjentów ze zmianami aparatu twarzowo-szczękowego, zwłaszcza gdy górny łuk zębowy całkowicie zachodzi w płaszczyźnie pionowej na łuk dolny. Metoda nie może być zastosowana gdy osoba znajduje się poza aparatem do obrazowania czaszki.

Z opisu zgłoszenia wynalazku JP8117214 znany jest sposób rejestracji pracy stawu skroniowo-żuchwowego, w którym wykorzystuje się obrazy rentgenowskie, które poddaje się analizie łącznie z obrazami wideo, na których znajduje się wspólny punkt odniesienia. Rozwiązanie to nie umożliwia uzyskania przestrzennego obrazu geometrii ruchu stawu skroniowo-żuchwowego, zwłaszcza przestrzeni zajmowanej przez krążek stawowy. Z opisu zgłoszenia wynalazku US2017000430 znany jest sposób rejestracji ruchów szczęki pacjent, w którym stosuje się badania radiologiczne.

Z opisu wynalazku EP 2363066 znane jest wykorzystanie czujników mieszanych będących połączeniem czujników żyroskopowych i akcelerometrycznych do zastosowania przy konfiguracji ustawień klasycznego artykulatora.

PL 235 136 B1

Z opisu wynalazku EP 1017332 znany jest sposób uzyskania wirtualnego modelu pracy zębów szczęki i żuchwy wykorzystujący założenia teoretyczne dla relacji pomiędzy osią zawiasową stawu skroniowo-żuchwowego a możliwymi trajektoriami, które mogą być wykonane przez głowę żuchwy. Sposób polega na przenoszeniu umownego położenia osi zawiasowej żuchwy za pomocą oprogramowania w stosunku do punktów referencyjnych na modelach trójwymiarowych szczęki i żuchwy. Jedna z opcji zastosowania przewiduje zastosowanie czujników mieszanych będących połączeniem czujników żyroskopowych i akcelerometrycznych, natomiast zarejestrowane sygnały wykorzystuje się w wirtualnym modelu do wykorzystania w klasycznym artykulatorze, zaś czujniki nie są wykorzystane do pozycjonowania głowy żuchwy w stawie. Metoda nie umożliwia uzyskania bryły przestrzennej pracy stawu skroniowo-żuchwowego, zwłaszcza pokazanej jako powierzchni lub objętości i nie umożliwia pośredniego ani bezpośredniego z wizualizowania elementów takich jak krążek stawowy i więzadła z torebką.

W opisie zgłoszenia wynalazku US2011129058 ujawniono sposób badania szczeki pacjenta, w którym do rekonstrukcji trójwymiarowej wykorzystuje się siatkę wielokątów.

Na podstawie prac kliniczno-eksperymentalnych prowadzonych przy udziale specjalistów w NZOZ Centrum Leczenia Wad Zgryzu, ustalono że poprzez opracowaną metodykę rejestracji i przetwarzania obrazów układu stomatognatycznego z wykorzystaniem czujników rejestrujących parametry, odpowiednie dla ustalonych punktów referencyjnych i pomiarowych, takie jak wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego, umożliwia opracowanie przestrzennego modelu pracy stawu skroniowo-żuchwowego, zwłaszcza zrealizowanego jak trójwymiarowa powierzchnia odwzorowującej trajektorię pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym. Po raz pierwszy uzyskano bardzo precyzyjny i powtarzalny sposób wirtualnego przestrzennego odwzorowania dynamiki aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego w trakcie pracy. Opracowany sposób umożliwia uzyskanie indywidualnego precyzyjnego modelu przestrzennego stawu skroniowo-żuchwowego z odwzorowaniem rzeczywistej geometrii tego stawu i dynamicznych parametrów ruchu elementów układu stomatognatycznego, a tym samym odzwierciedlenie rzeczywistych parametrów stawu skroniowo-żuchwowego.

Do rejestracji ruchu żuchwy i podstawy czaszki, według wynalazku stosuje się układ pomiarowy zbudowany z czujników umieszczanych w obrębie głowy osoby badanej, zwłaszcza czujników akcelerometrycznych lub żyroskopowych lub mieszanych: żyroskopowo akcelerometryczny. Czujniki rejestrują położenie kątowe i/lub przyspieszenia wytwarzając sygnały elektroniczne lub elektryczne, które są przesyłane do jednostki przetwarzającej dane. Zapis zmiany położenia kątowego i/lub przyspieszeń czujników umożliwia wizualizację zmiany położenia w układzie współrzędnych bryły wirtualnej, zwłaszcza objętości reprezentującej żuchwę z wyrostkami kłykciowymi względem podstawy czaszki.

Sposób rejestracji ruchu i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego charakteryzuje się według wynalazku tym, że wykonuje się statyczny obraz anatomii tkanek układu stomatognatyczn ego, korzystnie wykonany w technice tomografii wiązki stożkowej lub tomografii komputerowej lub rezonansu komputerowego lub z ultradźwięków, oraz uzyskuje się obraz przestrzenny geometrii górnego i dolnego łuku zębowego, przy czym obraz ten uzyskuje się w postaci bryły przestrzennej pokazanej za pomocą siatki wielokątów i/lub powierzchni i/lub objętości i/lub zbioru punktów i/lub zbioru powierzchni i/lub zbioru objętości. Następnie statyczny obraz oraz obraz przestrzenny geometrii górnego i dolnego łuku zębowego pozycjonuje się względem siebie tworząc wirtualny model hybrydowy, który za pomocą algorytmu przetwarza się w wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego będący bryłą pokazaną za pomocą siatki wielokątów i/lub powierzchni i/lub objętości i/lub zbioru punktów i/lub zbioru powierzchni i/lub zbioru objętości.

Na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym wyodrębnia się geometrię podstawy czaszki zawierającą szczękę niezależną od geometrii żuchwy zawierającej głowy wyrostków kłykciowych żuchwy. Na przestrzennym modelu geometrycznym buduje się wirtualny referencyjny układ współrzędnych XYZ poprzez oznaczenie trzech punktów referencyjnych w obszarze objętości podstawy czaszki oraz buduje się wirtualny pomiarowy układ współrzędnych XYZ poprzez oznaczenie trzech punktów pomiarowych w obszarze objętości żuchwy, a ponadto buduje się rzeczywisty układ pomiarowy zawierający co najmniej jeden czujnik referencyjny, który rejestruje wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego referencyjnego układu współrzędnych i których położenie anatomiczne pokrywa się z oznaczonym na wirtualnym modelu geometrycznym co najmniej jednym punktem referencyjnym, oraz co najmniej jeden czujnik pomiarowy, który rejestruje wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego pomiarowego układu współrzędnych i którego poło

PL 235 136 B1 żenie anatomicznie pokrywa się z oznaczonym na wirtualnym modelu geometrycznym co najmniej jednym punktem pomiarowym. Następnie w trakcie ruchów żuchwy zarówno w okluzji i ruchów artykulacyjnych rejestruje się sygnały z czujników pomiarowych i czujników referencyjnych, które przenosi się na wirtualny przestrzenny model geometryczny w ten sposób, że rejestruje się ruch objętości żuchwy w wirtualnym pomiarowym układzie współrzędnych względem objętości podstawy czaszki, po czym sumuje się zarejestrowane ruchy objętości żuchwy tworząc obraz ruchu przestrzennego objętości żuchwy. Na uzyskanym obrazie ruchu przestrzennego objętości żuchwy selekcjonuje się punkty obrazujące głowę wyrostka kłykciowego żuchwy, dla których wyznacza się kolejne położenia w czasie na podstawie zarejestrowanego ruchu objętości żuchwy, po czym tworzy się trajektorię poszczególnych punktów w formie krzywych, pomiędzy którymi rozciąga się powierzchnie tworzące trójwymiarową powierzchnię odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego.

Korzystnie, tworzy się dynamiczne odwzorowanie trójwymiarowej objętości aparatu chrzęstno-stawowego w ten sposób, że na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego wyznacza się trójwymiarową powierzchnię dołu stawowego stawu skroniowo-żuchwowego, a następnie uzyskaną powierzchnię dołu stawowego łączy się z uzyskaną trójwymiarową powierzchnią odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, po czym pomiędzy zewnętrznymi zarysami obu powierzchni tworzy się powierzchnię zamykającą przestrzeń między tymi powierzchniami.

Korzystnie, sygnały z czujników pomiarowych i czujników referencyjnych przenosi się na wirtualny przestrzenny model geometryczny w ten sposób, że wyznacza się zmiany położenia czujników pomiarowych lub zmiany położenia lokalnego pomiarowego układu współrzędnych, które przenosi się na globalny układ współrzędnych na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego oraz wyznacza się zmiany położenia czujników referencyjnych lub zmiany położenia lokalnego referencyjnego układu współrzędnych, które przenosi się na globalny układ współrzędnych i wyznacza się różnicę odpowiadające ich względnej zmianie położenia punktów referencyjnych i punktów pomiarowych. Następnie w globalnym układzie współrzędnych na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego od zmian położenia lokalnego pomiarowego układu współrzędnych odejmuje się zmiany położenia lokalnego referencyjnego układu współrzędnych.

Korzystnie, wirtualny przestrzenny model geometryczny tworzy się jako objętość przestrzenną pokazaną za pomocą siatki wielokątów, korzystnie trójkątów, którą dzieli się na niezależną objętość podstawy czaszki oraz niezależną objętość żuchwy.

Korzystnie, uzyskane obrazy w postaci bryły przestrzennej zapisuje się w formacie STL.

Korzystnie, obraz przestrzenny geometrii dolnego i górnego łuku zębowego uzyskuje się poprzez zeskanowanie górnego i dolnego łuku zębowego.

Korzystnie, jako czujniki pomiarowe i/lub czujniki referencyjne stosuje się czujniki żyroskopowe i/lub czujniki akcelerometryczne i/lub czujniki żyroskopowo-akcelerometryczne.

Korzystnie, orientacja wirtualnego referencyjnego układu współrzędnych pokrywa się z lokalnym referencyjnym układem współrzędnych, a orientacja wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych pokrywa się z lokalnym pomiarowym układem współrzędnych.

Wynalazek dotyczy opracowania przestrzennego modelu geometrycznego układu stomatognatycznego z precyzyjnym wyznaczeniem parametrów i geometrii pracy stawu skroniowo-żuchwowego, na podstawie indywidualnej anatomii i fizjologii stawu skroniowo-żuchwowego. Przestrzenny model geometryczny ma postać bryły przestrzennej pokazanej za pomocą siatki wielokątów, zwłaszcza trójkątów i/lub objętości i/lub powierzchni i/lub zbioru punktów i/lub zbioru objętości i/lub zbioru powierzchni. Wynalazek ma zastosowanie zwłaszcza przy zabiegach i operacjach ortognatycznych, w sytuacji gdzie praca stawu skroniowo-żuchwowego znacząco odbiega od przyjętych norm i założeń, co często wynika z wad zębowych czy gnatycznych. Sposób może być przeprowadzony, zastosowany gdy osoba badana znajduje się poza aparatem do obrazowania czaszki.

Sposób według wynalazku znajduje szczególne zastosowanie do opracowania trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorię pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym w jej skrajnych położeniach, umożliwiając pośrednie odtwarzanie geometrii indywidualnych elementów anatomicznych stawu skroniowo-żuchwowego biorących udział w ruchu takich jak krążek stawowy, torebka stawowa, więzadła oboczne. Dzięki temu wynalazek umożliwia wytworzenie przestrzennego modelu geometrycznego stawu skroniowo-żuchwowego uwzględniającego tkanki miękkie z obrębu stawu skroniowo-żuchwowego, zwane w dalszym opisie wirtualnym odwzorowaniem aparatu

PL 235 136 B1 chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego. W dotychczas opisywanych sposobach możliwe było jedynie uzyskanie obrazu żuchwy i podstawy czaszki.

Wynalazek umożliwia wykonanie uzupełnień protetycznych w zgodzie z rzeczywistymi - indywidualnymi cechami anatomicznymi i zakresami ruchów stawu skroniowo-żuchwowego. Wynalazek umożliwia rejestrację położenia głowy wyrostka kłykciowego w relacji centralnej na podstawie obserwacji pracy elementów układu stomatognatycznego.

Wynalazek umożliwia również stworzenie geometrycznego modelu - bryły obejmującej staw skroniowo-żuchwowy, na podstawie którego chirurg w czasie rzeczywistym widzi w jaki sposób głowa wyrostka kłykciowego żuchwy zostaje spozycjonowana w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego. Takie rozwiązanie w połączeniu z wykonaniem uzupełnień protetycznych umożliwia skokowe zwiększenie precyzji przeprowadzanych zabiegów ortognatycznych oraz stabilność ich wyników - pracy odbudowanego układu stomatognatycznego.

Sposób według wynalazku umożliwia również odzwierciedlenie rzeczywistej trajektorii ruchu tego stawu na fizycznym modelu rzeczywistym. Wynalazek umożliwia również wytworzenie elementów anatomicznych stawu skroniowo-żuchwowego w postaci modeli plastycznych w formie umożliwiającej zastosowanie ich jako elementy składowe indywidualnego anatomicznego artykulatora, które następnie precyzyjnie przenoszą na obiekt rzeczywisty indywidualne relacje przestrzenne pomiędzy składowymi układu stomatognatycznego. Dzięki przeniesieniu relacji przestrzennych pomiędzy rzeczywistą trajektorią pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy a kształtem łuków zębowych na model służący dopasowaniu uzupełnień protetycznych technik dentystyczny przygotowuje odbudowę protetyczną w zupełności dostosowaną do indywidualnej pracy układu stomatognatycznego - okluzji i artykulacji - już na etapie laboratoryjnym co skraca czas poświęcany na dopasowywanie jej w gabinecie stomatologicznym a także na trwałość odbudowy i jej poprawne funkcjonowanie. Wynalazek umożliwia wytworzenie wirtualnego odwzorowania aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego w całym zakresie ruchu żuchwy względem podstawy czaszki, która jest indywidualna dla każdej osoby. Na podstawie wytworzonych elementów wirtualnych jest możliwe wytworzenie elementów rzeczywistych, które mogą być wykorzystane, zwłaszcza przy budowie indywidualnego artykulatora anatomicznego, uwzględniającego rzeczywisty a nie uproszczony ruch. Indywidualny anatomiczny artykulator to taki który umożliwia wykorzystanie elementów wytworzonych w postaci wirtualnych modeli łuków zębowych górnego i dolnego, głów wyrostków kłykciowych żuchwy oraz trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorie pracy głów wyrostków kłykciowych żuchwy do ich wytworzenia za pomocą technik drukowania lub frezowania w taki sposób by relacje przestrzenne pomiędzy elementami składowymi były tożsame z wirtualnym modelem geometrycznym układu stomatognatycznego.

Wynalazek przybliżono bliżej w przykładach wykonania i na rysunku, na którym na fig. 1 pokazano schemat układu do rejestracji ruchy stawu skroniowo- żuchwowego, na fig. 2 pokazano schemat procedury wytwarzania trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej dynamikę pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, na fig. 3 - proces wykonywania trójwymiarowego badania obrazowego, na fig. 4 - proces pobierania wycisków łuków zębowych za pomocą masy plastycznej, na fig. 5 - proces skanowania geometrii łuków zębowych za pomocą skanera wewnątrzustnego, na fig. 6 - objętość lub powierzchnię w postaci siatki trójkątów będącą efektem procesu skanowania, na fig. 7 - proces pozycjonowania siatki trójkątów reprezentujących geometrię łuków zębowych względem statycznego obrazu anatomii, na fig. 8 - model hybrydowy będący połączeniem siatki trójkątów z chmurą wokseli w relacji przestrzennej łuków zębowych, na fig. 9 - rozmieszczenie punktów odniesienia na statycznym obrazie anatomii, na fig. 10 - rozmieszczenie punktów odniesienia na skanach łuków zębowych, na fig. 11 - wirtualny przestrzenny model układu stomatognatycznego, na fig. 12 - rozmieszczenie punktów referencyjnych i pomiarowych na wirtualnym modelu przestrzennym oraz schemat budowy wirtualnych układów współrzędnych, na fig. 13 - rozmieszczenie punktów referencyjnych i pomiarowych oraz schemat budowy lokalnych układów współrzędnych, na fig. 14 - zarejestrowane kolejne położenia objętości żuchwy w czasie ruchu odwodzenia, na fig. 15 - sumę objętości żuchwy w czasie tworzącą nową objętość w widoku w płaszczyźnie strzałkowej oraz poprzecznej, czyli kształt trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorię ruchu głowy wyrostka kłykciowego żuchwy na przekroju poprzecznym i podłużnym, na fig. 16 sposób oznaczenia punktów w obrębie głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, na fig. 17 - sposób tworzenia trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorie ruchów głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, na fig. 18 - sposób tworzenia objętości odwzorowującej dynamiczną pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy poprzez wytworzenie powierzchni zamykającej.

PL 235 136 B1

P r z y k ł a d 1

1. Budowa układu do rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego.

System do rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego przedstawiono na fig. 1. Układ pomiarowy do rejestracji ruchu współpracuje z aparatem tomograficznym, skanerem optycznym i zawiera sześć czujników akcelerometrycznych, a także jednostkę przetwarzającą i jednostkę obliczeniową oraz pamięć komputerową. Jednostka obliczeniowa jest częścią komputera połączonego z ekranem, klawiaturą oraz myszą komputerową. Jednostka przetwarzająca przesyła sygnały do pamięci komputerowej w której informacje są zapisywane. Jednostka obliczeniowa przetwarza sygnały, informacje i dane zapisane w pamięci komputerowej.

W jednostce obliczeniowej implementuje się algorytm pierwszy, którego zadaniem jest przetwarzanie obrazu ze skanera optycznego na chmurę punktów a następnie na siatkę trójkątów.

W jednostce obliczeniowej implementuje się algorytm drugi, którego zadaniem jest pozycjonowanie skanu górnego i dolnego łuku zębowego względem statycznego obrazu układu stomatognatycznego.

W jednostce obliczeniowej implementuje się algorytm trzeci, którego zadaniem jest przetwarzanie chmury wokseli na siatkę trójkątów.

2. Sposób rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego

Poszczególne bazowe etapy sposobu przedstawiono na fig. 2.

Jak wskazano na fig. 2, przeprowadza się następujące etapy:

I. Pobranie wycisku łuku zębowego masa plastyczną

3. Wykonanie odlewu gipsowego górnego i dolnego łuku zębowego

4. Skanowanie modeli za pomocą skanera optycznego (przez co otrzymuje się obrazy)

5. Przetwarzanie obrazów ze skanera na chmurę punktów i siatkę trójkątów (otrzymuje się pliki STL).

Jednocześnie do czynności powyższych wykonuje się 2) tomografię komputerową głowy celem uzyskania modelu statycznego.

Następnie dokonuje się:

6. Nałożenie skanów w formacje STL na model statyczny w postaci chmury wokseli (otrzymuje się model hybrydowy)

7. Przetwarzanie modelu hybrydowego przez algorytm 2 - przekształcenie chmury wokseli w siatkę trójkątów (otrzymuje się wirtualny model geometryczny układu stomatognatycznego).

W dalszej kolejności należy:

8. Zaznaczyć punkty referencyjne i pomiarowe oraz 9. Zamontować czujniki referencyjne i pomiarowe.

W dalszej kolejności zaś przeprowadza się następujące czynności:

10. Wykonywanie serii ruchów przez osobę badaną

II. Rejestracja sygnałów wysyłanych z czujników referencyjnych i pomiarowych

12. Przetwarzanie sygnałów z pierwszych czujników przez jednostkę obliczeniową na przemieszczenia

13. Przetwarzanie sygnałów z drugich czujników przez jednostkę obliczeniową na przemieszczenia

14. Symulacja ruchu żuchwy i wyznaczenie trajektorii pracy wyrostków kłykciowych

15. Uzyskanie przestrzennego modelu 3D geometrii stawu skroniowo-żuchwowego.

a) Pozyskiwanie statycznego obrazu anatomii.

Jak przedstawiono na fig. 3, wykonuje się tomografię wiązki stożkowej (Cone Beam Computer Tomography CBCT) czaszki w obrazowaniu transmisyjnym, gdzie obrazy będące poszczególnymi warstwami tkanek obszaru głowy zostają zapisane w formacie DICOM (z ang. Digital Imaging and Communications in Medicine). Uzyskuje się w ten sposób statyczny obraz anatomii tkanek układu stomatognatycznego. Obraz zostaje zapisany w pamięci jednostki obliczeniowej. Możliwe jest również uzyskanie obrazu statycznego obrazu anatomii z wykorzystaniem innych technik obrazowania w tym obrazowania ultrasonograficznego z wykorzystaniem algorytmów do jego przetworzenia do postaci trójwymiarowej.

PL 235 136 B1

b) Pozyskiwanie obrazu przestrzennego geometrii łuków zębowych.

Jak pokazano na fig. 4, pobiera się wyciski górnego i dolnego łuku zębowego za pomocą masy plastycznej do odlewu modeli gipsowych, które skanuje się za pomocą skanera optycznego i zapisuje się w pamięci jednostki obliczeniowej.

Inną możliwością uzyskania obrazu łuków zębowych jest bezpośrednie zeskanowanie łuków zębowych za pomocą skanera wewnątrzustnego, co pokazano na fig. 5.

Wynik skanowania ma formę obrazu, który przetwarzany jest za pomocą algorytmu pierwszego w jednostce obliczeniowej na chmurę punktów a następnie na siatkę trójkątów, która zapisywana jest w postaci danych w formacie STL (z ang. stereolithography) w pamięci jednostki obliczeniowej. W wyniku tego etapu otrzymuje się obraz przestrzenny powierzchnię dolnego i górnego łuku zębowego tj. zewnętrzną i wierzchnią stronę będącą obszarem o ograniczonych krzywą rozmiarach lub objętość dolnego i górnego łuku zębowego tj. przestrzeń zamkniętą powierzchniami, co pokazano na fig. 6. Uzyskane powierzchnie lub objętości są dalej opisywane jako skan górnego i dolnego łuku zębowego. Obraz przestrzenny geometrii łuków zębowych może być również zapisywany w innym formacie obrazu jako bryły przestrzennej pokazanej za pomocą siatki wielokątów, zwłaszcza siatki trójkątów lub objętości lub powierzchni lub zbioru punktów lub zbioru powierzchni lub zbioru objętości.

c) Pozycjonowanie skanu górnego i dolnego łuku zębowego względem statycznego obrazu układu stomatognatycznego i tworzenie modelu hybrydowego zawierającego obraz układu stomatognatycznego.

Uzyskany z wykorzystaniem CBCT statyczny obraz układu stomatognatycznego pozycjonuje się względem skanu górnego i dolnego łuku zębowego stanowiącego siatkę trójkątów, co pokazano na fig. 7 i łączy ze sobą zgodnie z tą samą lokalizacją anatomiczną. Tworzy się w ten sposób wirtualny model hybrydowy co pokazano na Fig. 8. Model hybrydowy składa się częściowo z chmury wokseli a częściowo z siatki trójkątów. Pozycjonowanie automatyczne przeprowadza się w jednostce obliczeniowej, gdzie za pomocą algorytmu drugiego przemieszcza się statyczny obraz układu stomatognatycznego względem skanu górnego i dolnego łuku zębowego w formie siatki trójkątów. Za pomocą algorytmu ustala się położenia odpowiadającego minimalnej różnicy objętości pomiędzy statycznym obrazem oraz skanem górnego i dolnego łuku zębowego. Inną możliwością przeprowadzenia pozycjonowania jest naniesienie punktów odniesienia O1, O2, O3 na skan na górnym łuku zębowym oraz O4, O5, O6 na dolnym łuku zębowym w miejscach występowania wspólnych lokalizacji anatomicznych zarówno na statycznym obrazie, co pokazano na fig. 9 jak i skanie górnego i dolnego łuku zębowego, co pokazano na fig. 10. Następnie punkty odniesienia oznaczone na skanie górnego i dolnego łuku zębowego pozycjonuje się tak by punkty odniesienia O1, O2, O3, O4, O5, O6 odpowiadające poszczególnym lokalizacjom anatomicznym były zgodne z odpowiadającymi im punktami odniesienia na statycznym obrazie. Wynik zapisywany jest w pamięci jednostki obliczeniowej.

d) Budowanie wirtualnego przestrzennego modelu geometrycznego układu stomatognatycznego.

Wirtualny model hybrydowy przetwarza się w wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego za pomocą algorytmu trzeciego w jednostce obliczeniowej.

Wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego stanowi objętość przestrzenną pokazaną za pomocą siatki trójkątów - objętość podstawy czaszki, obejmującą elementy anatomiczne takie jak uzębiona szczęka połączona z uwidocznioną w badaniu obrazowym pozostałą częścią elementów kostnych podstawy czaszki z dołkiem stawowym stawu skroniowo-żuchwowego oraz niezależną objętość żuchwy obejmującą elementy anatomiczne takie jak uzębiona żuchwa wraz z głowami wyrostków kłykciowych żuchwy. Wszystkie elementy anatomiczne w wirtualnym modelu geometrycznym usytuowane są według wspólnego globalnego układ współrzędnych XYZ.

Wirtualny przestrzenny model geometryczny tworzy się w ten sposób, że w części modelu hybrydowego która jest chmurą wokseli uzyskaną z wykorzystaniem CBCT na postawie oceny skali szarości wyznacza się na każdej warstwie krzywą będącą granicą pomiędzy tkanką twardą a miękką oraz otoczeniem. Otrzymuje się w ten sposób zbiór krzywych ułożonych na płaszczyznach równoległych ułożonych warstwowo z odległością pomiędzy poszczególnymi warstwami odpowiadającą odległości pomiędzy kolejnymi zdjęciami tworzącymi obraz tkanek w formacie DICOM który jest chmurą wokseli. Następnie pomiędzy krzywymi z sąsiadujących warstw rozciąga się powierzchnie uzyskując zbiór powierzchni pomiędzy poszczególnymi warstwami. Krzywe ze skrajnych warstw tworzą powierzchnie płaskie ograniczone tymi krzywymi. Następnie sąsiadujące powierzchnie są łączone ze sobą oraz łączone na końcach z płaskimi powierzchniami tworząc zamkniętą objętość. Objętość ta jest wypełniana siatką trójkątów. Powstaje w ten sposób wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego

PL 235 136 B1 stanowiący niezależnie objętość żuchwy i objętość podstawy czaszki, co pokazano na fig. 11. Uzyskany wirtualny przestrzenny model geometryczny zapisuje się w formacie STL pamięci komputerowej.

Uzyskany przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego może być również zapisywany w innym formacie umożliwiającym zapisanie obrazu przestrzennego - bryły, pokazanej za pomocą siatki wielokątów, zwłaszcza trójkątów, objętości lub powierzchni lub ich zbioru. Korzystnie jest utworzenie tego obrazu jako objętości.

Na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym odwzorowuje się trajektorię ruchu głowy wyrostka kłykciowego w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego. Na wirtualnym modelu geometrycznym zaznacza się punkty referencyjne i pomiarowe na które przenosi się przemieszczenia i obroty mierzone z wykorzystaniem odpowiednio czujników referencyjnych i pomiarowych.

e) Pozycjonowanie czujników w stosunku do punktów na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym oraz ich orientacja w przestrzeni.

Na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego rozróżniającym niezależnie objętość żuchwy i objętość podstawy czaszki zaznacza się trzy punkty referencyjne PR1-3 na podstawie czaszki oraz trzy punkty pomiarowe PP1-3 na żuchwie, co pokazano na fig. 12.

Punkty referencyjne zaznaczone na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym w obrębie podstawy czaszki tj. w uzyskanej objętości podstawy czaszki tworzą wirtualny referencyjny układ współrzędnych WLUW1 w taki sposób, że pierwszy punkt referencyjny PR1 wyznacza początek układ, oś x wyznacza prosta przechodząca przez pierwszy punkt referencyjny PR1 oraz drugi punkt referencyjny PR2, płaszczyznę XY wirtualnego lokalnego układu współrzędnych WLUW1 przebiega przez położenia wszystkich punktów referencyjnych PR1, PR2, PR3. Oś y wirtualnego referencyjnego układu współrzędnych WLUW1 wyznacza się poprzez obrót na płaszczyźnie XY osi x o 90° względem początku wirtualnego referencyjnego układu współrzędnych WLUW1. Oś z jest wyznaczana jako oś prostopadła do osi x i y. Punkty pomiarowe zaznaczone na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym - objętości żuchwy tworzą wirtualny pomiarowy układ współrzędnych WLUW2 w obszarze objętości żuchwy wirtualnego przestrzennego modelu geometrycznego, w taki sposób że pierwszy punkt pomiarowy PP1 wyznacza początek układ, oś x wyznacza prosta przechodząca przez pierwszy punkt pomiarowy PP1 oraz drugi punkt pomiarowy PP2, płaszczyznę XY wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych WLUW2 przebiega przez położenia wszystkich punktów pomiarowych PP1, PP2, PP3. Oś y wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych WLUW2 wyznacza się poprzez obrót na płaszczyźnie XY osi x o 90° względem początku wirtualnego lokalnego układu współrzędnych WLUW2. Oś z jest wyznaczana jako oś prostopadła do osi x i y.

Jak pokazano na fig. 13 w obszarze podstawy czaszki osoby badanej tj. na powierzchniach anatomicznych zębów łuku górnego umieszcza się trzy czujniki referencyjne akcelerometryczne CR, których położenie anatomicznie pokrywa się z oznaczonymi na wirtualnym modelu geometrycznym punktami referencyjnymi oraz trzy czujniki pomiarowe akcelerometryczne CP na żuchwie osoby badanej tj. na powierzchniach anatomicznych zębów łuku dolnego, których położenie anatomicznie pokrywa się z oznaczonymi na wirtualnym modelu geometrycznym punktami pomiarowymi.

Czujniki referencyjne CR zamocowane na podstawie czaszki tworzą lokalny referencyjny układ współrzędnych LUW1 w taki sposób, że pierwszy czujnik referencyjny CR1 wyznacza początek układu, oś x wyznacza prosta przechodząca przez pierwszy czujnik referencyjny CR1 oraz drugi czujnik referencyjny CR2, płaszczyzna XY lokalnego referencyjnego układu współrzędnych LUW1 przebiega przez położenia wszystkich czujników referencyjnych CR1, CR2, CR3. Oś y układu LUW1 wyznacza się poprzez obrót na płaszczyźnie XY osi x o 90° względem początku lokalnego referencyjnego układu współrzędnych LUW1. Oś z jest wyznaczana jako oś prostopadła do osi x i y.

Występuje zgodność pomiędzy układami LUW1 oraz WLUW1. Ułożenie lokalnego referencyjnego układu współrzędnych LUW1 pokrywa się - jest tak samo zorientowana względem anatomii - z referencyjnym wirtualnym układem współrzędnych WLUW1.

Czujniki pomiarowe CP zamocowane na żuchwie tworzą lokalny pomiarowy układ współrzędnych LUW2 w taki sposób, że pierwszy czujnik pomiarowy CP1 wyznacza początek układ, oś x wyznacza prosta przechodząca przez pierwszy czujnik pomiarowy CP1 oraz drugi czujnik pomiarowy CP2, płaszczyzna XY lokalnego układu współrzędnych LUW2 przebiega przez położenia wszystkich czujników pomiarowych CP1, CP2, CP3. Oś y układu LUW2 wyznacza się poprzez obrót na płaszczyźnie XY osi x o 90° względem początku lokalnego pomiarowego układu współrzędnych LUW2. Oś z jest wyznaczana jako oś prostopadła do osi x i y. Występuje podobna zgodność pomiędzy układami LUW2 oraz WLUW2.

PL 235 136 B1

Możliwe jest inne określenie referencyjnych i pomiarowych lokalnych układów współrzędnych, oraz referencyjnych i pomiarowych wirtualnych układów współrzędnych z tym, że położenie czujników referencyjnych odpowiada oznaczonym punktom referencyjnym na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym, a położenie czujników pomiarowych odpowiada oznaczonym punktom pomiarowym na wirtualnym modelu geometrycznym, tj. położenie odpowiednich lokalnych układów współrzędnych względem anatomii w rzeczywistości materialnej oraz położenie odpowiednich wirtualnych układów współrzędnych w rzeczywistości wirtualnej jest tożsame.

f) Rejestracja wirtualnego ruchu przestrzennego objętości żuchwy.

Następnie rejestruje się sygnały z czujników pomiarowych i czujników referencyjnych przez jednostkę przetwarzającą. Położenie początkowe żuchwy względem podstawy czaszki na wirtualnym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego przyjmuje się takie same jak położenie początkowe żuchwy względem podstawy czaszki osoby badanej w czasie pomiaru.

Po ustaleniu położenia początkowego, osoba badana wykonuje ruchy sekwencyjne żuchwy w okluzji i artykulacyjne do maksymalnych położeń we wszystkich płaszczyznach, tj. ruchy żuchwy w okluzji podczas których zęby łuków przeciwstawnych pozostają w kontakcie a następnie kolejno ruchy doprzednie żuchwy, ruchy boczne w lewą i prawą stronę, ruch dotylny, oraz ruchy artykulacyjne podczas których zęby łuków przeciwstawnych nie kontaktują się ze sobą powierzchniami a następnie kolejno ruch odwodzenia i przywodzenia żuchwy oraz ruchy lateralne żuchwy w lewo i prawo. Zarej estrowane kolejne położenia objętości żuchwy w czasie ruchu odwodzenia - T1, T2, T3, T4 na wirtualnym modelu przestrzennym pokazano na fig. 14.

W czasie wykonywania ruchu żuchwy rejestruje się sygnały wysyłane z czujników pomiarowych CP1-3 i czujników referencyjnych CR1-3. Sygnały te zwierają informację na temat zmian wartości przyspieszeń na trzech kierunkach. Sygnały te przesyłane są poprzez jednostkę przetwarzającą do pamięci jednostki obliczeniowej a następnie w jednostce obliczeniowej matematycznie przetwarzane, tj. dwukrotnie całkowane, w celu uzyskania wartości przemieszczeń czujników referencyjnych CR1-3 i czujników pomiarowych CP1-3 na trzech kierunkach.

Wyniki w postaci wartości przemieszczenia na trzech kierunkach dla pierwszego czujnika referencyjnego CR1 reprezentuje przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW1. Na podstawie różnicy wyników przemieszczeń czujnika referencyjnego pierwszego CR1 i drugiego CR2 obliczany jest kąt obrotu podstawy czaszki względem osi y i z, a tym samym kąt obrotu lokalnego referencyjnego układu współrzędnych LUW1. Na podstawie różnic wyników przemieszczeń czujnika referencyjnego pierwszego CR1 i trzeciego CR3 oraz pierwszego CR1 i drugiego CR2 obliczany jest kąt obrotu względem osi x.

Wyniki w postaci wartości przemieszczenia na trzech kierunkach dla pierwszego czujnika pomiarowego CP1 reprezentuje przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW2. Na podstawie różnicy wyników przemieszczeń pierwszego czujnika pomiarowego CP1 i drugiego CP2 obliczany jest kąt obrotu żuchwy względem osi y i z. Na podstawie różnic wyników przemieszczeń czujnika pomiarowego pierwszego CP1 i trzeciego CP3 oraz pierwszego CP1 i drugiego CP2 obliczany jest kąt obrotu względem osi x LUW2.

Następnie w globalnym układzie współrzędnych na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego w jednostce obliczeniowej od przemieszczeń i obrotów lokalnego pomiarowego układu współrzędnych LUW2 odejmowane są przemieszczenia i obroty lokalnego referencyjnego układu współrzędnych LUW1. Wykonuje się to w ten sposób, że od przemieszczenia na kierunku x globalnego układu współrzędnych początku LUW2 odejmuje się przemieszczenie na kierunku x globalnego układu współrzędnych początku LUW1, od przemieszczenia na kierunku y globalnego układu współrzędnych początku LUW2 odejmuje się przemieszczenie na kierunku y globalnego układu współrzędnych początku LUW1, od przemieszczenia na kierunku z globalnego układu współrzędnych początku LUW2 odejmuje się przemieszczenie na kierunku z globalnego układu współrzędnych początku LUW1, od kąta obrotu względem osi równoległej do osi x globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW2 odejmuje się kąt obrotu względem osi x globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW1, od kąta obrotu względem osi równoległej do osi y globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW2 odejmuje się kąt obrotu względem osi y globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW1, od kąta obrotu względem osi równoległej do osi z globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW2 odejmuje się kąt obrotu względem osi z globalnego układu współrzędnych przechodzącej przez początek LUW1, otrzymując w ten sposób ruch żuchwy względem podstawy czaszki.

PL 235 136 B1

Następnie, po uwzględnieniu ruchu podstawy czaszki, uzyskane przemieszczenia i obroty objętości żuchwy względem czaszki są wymuszeniem tj. narzucane są na ruchu objętości żuchwy względem nieruchomej objętości podstawy czaszki w wirtualnym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego w jednostce obliczeniowej w taki sposób, że początkowi wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych WLUW2 są narzucane przemieszczenia na kierunkach równoległych do x, y i z globalnego układu współrzędnych oraz obroty wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych WLUW2 względem osi równoległej do osi x, y i z globalnego układu współrzędnych przechodzących przez początek WLUW2 ustala się zatem, że wirtualny referencyjny układ współrzędnych WLUW1 jest w tym przypadku układem nieruchomym. Metoda ta umożliwia uzyskanie ruchu objętości żuchwy w wirtualnym pomiarowym układzie współrzędnych WLUW2 oraz globalnym układzie współrzędnych względem nieruchomej objętości podstawy czaszki. Innym sposobem uzyskanie tego jest przyjęcie, że układ obserwacji i pomiaru ruchu objętości żuchwy jest umieszczony na objętości podstawy czaszki. W ten sposób niezależnie od ruchów objętości podstawy czaszki obserwowany i mierzony jest ruch objętości żuchwy względem objętości podstawy czaszki.

W ten sposób otrzymywany jest wirtualny cały ruch objętości żuchwy będący sumą zarejestrowanych ruchów T1-T4, co pokazano fig. 15. Ruch objętości żuchwy pokazuje się z perspektywy bocznej i w widoku z góry.

g) Wyznaczenie wirtualnej geometrii trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorię pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowego trajektorii ruchu stawu skroniowo-żuchwowego.

Jak pokazano na fig. 16 ze zbioru punktów siatki trójkątów tworzących wirtualny przestrzenny model geometryczny w obszarze zarejestrowanego ruchu objętości żuchwy selekcjonuje się w jednostce obliczeniowej wszystkie punkty siatki trójkątów obrazujących głowę wyrostka kłykciowego żuchwy. Punkty te tworzą objętość geometryczną głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, dla której wyznacza się trajektorię ruchu w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego. Zmiany położenia żuchwy w trakcie wykonywania ruchów objętości żuchwy T1-T4 powodują zmiany położenia głowy wyrostka kłykciowego żuchwy a tym samym zmiany położenia punktów siatki trójkątów obrazujących głowę wyrostka kłykciowego żuchwy. Zmiany położenia punktów są rejestrowane na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego jako zmiany współrzędnych w globalnym układzie współrzędnych dla każdego z wyselekcjonowanych punktów. Następnie dla każdego z wyselekcjonowanych punktów tworzona jest trajektoria ruchu w taki sposób, że prowadzone są odcinki lub krzywe łączące ze sobą najbliższe położenia w globalnym układzie współrzędnych jakie zajmował dany punkt. Na podstawie odcinków lub krzywych wyznacza się powierzchnię obejmującą kolejne położenia danego punktu w trakcie ruchu objętości żuchwy, co pokazano na fig. 17.

Ze zbioru otrzymanych w ten sposób powierzchni dla wszystkich wyselekcjonowanych punktów wyznacza się, na wirtualnym przestrzennym geometrycznym, pustą przestrzeń w której porusza się objętość głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, która stanowi trójwymiarową powierzchnią odwzorowującą trajektorię pracy głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym.

Możliwe jest również dalsze wytworzenie obrazu jako bryły aparatu chrzęstno-stawowego w postaci objętości, która stanowi dynamiczne odwzorowanie trójwymiarowej objętości aparatu chrzęstno stawowego, gdzie poszczególne elementy objętości są spozycjonowane względem siebie, co umożliwia wytwarzanie modeli rzeczywistych układu stomatognatycznego w postaci indywidualnych anatomicznych artykulatorów. Możliwe jest zatem wykonywanie odbudów protetycznych na podstawie modeli umożliwiających odwzorowanie osobniczo indywidualnych ruchów stawów skroniowo-żuchwowych co z kolei umożliwia osobie użytkującej te uzupełnienia natychmiastowe ich wykorzystanie bez konieczności korekty kształtu oraz umożliwia prawidłową pracę stawów skroniowo żuchwowych bez ryzyka występowania zaburzeń w ich obrębie.

Objętość aparatu chrzęstno-stawowego tworzy się w ten sposób, że wyznacza się trójwymiarową powierzchnię dołu stawowego stawu skroniowo-żuchwowego z objętości podstawy czaszki na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego. Następnie uzyskaną powierzchnię dołu stawowego łączy się w jednostce obliczeniowej z uzyskaną trójwymiarową powierzchnią odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy. Następnie w jednostce obliczeniowej pomiędzy zewnętrznymi zarysami, tj. dookoła obu powierzchni, powierzchni odwzorowującej trajektorię pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym oraz powierzchni dołu stawowego stawu skroniowo-żuchwowego na podstawie czaszki w wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego tworzy się powierzchnię zamykającą przestrzeń między tymi powierzchniami. Powierzchnia zamykająca

PL 235 136 B1 jest tworzona w taki sposób, że pomiędzy krzywą zewnętrznego zarysu jednej powierzchni i krzywą zewnętrznego zarysu drugiej powierzchni rozciąga się nową powierzchnię, co pokazano na fig. 18.

Trójwymiarowa powierzchnia odwzorowująca trajektorię pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym i powierzchnia dołu stawowego stawu skroniowo-żuchwowego na podstawie czaszki w wirtualnym modelu oraz powierzchnia zamykająca tworzy zamkniętą objętość, która całkowicie wypełnia przestrzeń pomiędzy tymi powierzchniami.

W ten sposób otrzymuje się objętość, w której znajdują się elementy stawu skroniowo-żuchwowego takie jak krążek stawowy, torebka stawowa i więzadła stawu skroniowo-żuchwowego. Umożliwia to pośrednio zwizualizowanie geometrii krążka stawowego w czasie pracy stawu, stanowiącej wirtualnym odwzorowaniem aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego. Uzyskane powierzchnie te tworzą zamkniętą przestrzeń, będącą wirtualnym odwzorowaniem aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego w całym zakresie ruchu żuchwy względem podstawy czaszki, która jest indywidualna dla każdej osoby. Na podstawie uzyskanych elementów wirtualnych jest możliwe wytworzenie bardzo precyzyjnie elementów rzeczywistych, które mogą być wykorzystane przy budowie indywidualnego artykulatora anatomicznego, uwzględniającego rzeczywisty a nie uproszczony ruch.

Powstałe w całym ciągu od punktu a do g obrazy - objętości lub powierzchnie reprezentujące czaszką, żuchwę oraz objętość wirtualną odwzorowującą aparat chrzęstno-więzadłowy są wyświetlane na ekranie monitora. Wszystkie bryły - powierzchnie i objętości są edytowalne pod względem wytwarzania modeli układu stomatognatycznego drukiem 3D, a tym samym odtworzenie modelu układu stomatognatycznego w laboratorium protetycznym.

Przedstawiona metodyka umożliwia:

- zarejestrowanie parametrów ruchu żuchwy względem podstawy czaszki oraz żuchwy i podstawy czaszki względem globalnego układu współrzędnych, co zapewnienia dokładność zabiegów z zakresu chirurgii ortognatycznej,

- wyznaczenie trójwymiarowej powierzchni odwzorowującej trajektorię pracy objętości głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego - powierzchnię ograniczająca od dołu struktury takie jak krążek stawowy, co umożliwia odtworzyć rzeczywiste parametry trajektorii ruchu stawu skroniowo-żuchwowego na modelu rzeczywistym, w tym np. poprzez odtworzenie geometrii elementów stawu w modułowych elementach,

- wytworzenie wirtualnego odwzorowania aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego w postaci objętości czyli przestrzeni ograniczonej powierzchniami wirtualnymi reprezentujących również tkanki miękkie z obrębu stawu skroniowo-żuchwowego, na której odtwarza się ruch stawu skroniowo-żuchwowego. Objętość jest definiowana jako przestrzeń ograniczona poprzez: trójwymiarową powierzchnię odwzorowującą trajektorię pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w stawie skroniowo-żuchwowym, powierzchnię dołu stawowego stawu skroniowo żuchwowego na podstawie czaszki wyznaczonego na uzyskanym wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym i powierzchnię zamykającą obie poprzednie powierzchnie.

Sposób umożliwia również:

- rejestrację takiej pozycji głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, która odpowiada jej relacji centralnej, co zapewnia poprawność wykonania leczenia ortodontycznego, chirurgicznego i protetycznego,

- budowę modelu w którym relacje przestrzenne elementów układu stomatognatycznego będą odzwierciedlać rzeczywisty model osoby badanej.

P r z y k ł a d 2

1. Budowa układu do rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego.

Układ zbudowany jest jak opisano w przykładzie 1, z tym że zamiast trzech czujników referencyjnych akcelerometrycznych CR1, CR2, CR3 na podstawie czaszki wykorzystuje się 1 czujnik referencyjny akcelerometryczny CR1 (realizujący pomiar przyspieszeń na 3 kierunkach każdy) oraz 2 czujniki referencyjne żyroskopowe CR2 i CR3 (mierzące położenie kątowe na 3 kierunkach każdy) oraz zamiast 3 czujników pomiarowych akcelerometrycznych CP1 CP2 CP3 na żuchwie wykorzystuje się 1 czujnik pomiarowy akcelerometryczny CP1 (realizujący pomiar przyspieszeń na 3 kierunkach każdy) oraz 2 czujniki pomiarowych żyroskopowe CP2 i CP3 (mierzące położenie kątowe na 3 kierunkach każdy).

2. Sposób rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego.

Sposób rejestracji przeprowadza się jak opisano w przykładzie 1, z tym że:

- zamiast tomografii wiązki stożkowej wykonuje się rezonans magnetyczny do uzyskania statycznego modelu.

PL 235 136 B1

- zamiast zeskanowania pobranego za pomocą masy plastycznej wycisku górnego i dolnego łuku zębowego łuki zębowe skanuje się bezpośrednio za pomocą skanera wewnątrzustnego,

- zamiast umieszczania trzech czujników referencyjnych akcelerometrycznych na podstawie czaszki umieszcza się jeden czujnik referencyjny akcelerometryczny CR1 oraz dwa czujniki pomiarowe żyroskopowe CR2 i CR3,

- zamiast umieszczania trzech czujników pomiarowych akcelerometrycznych na żuchwie umieszcza się jeden czujnik pomiarowy akcelerometryczny CP1 oraz dwa czujniki pomiarowe żyroskopowe CP2 i CP3,

- wyniki w postaci przyspieszenia z czujnika referencyjnego akcelerometrycznego CR1 są dwukrotnie całkowane po czasie w celu uzyskania wartości przemieszczeń. Wyniki w postaci przemieszczeń dla pierwszego czujnika CR1, wyznaczającego początek lokalnego układu współrzędnych podstawy czaszki LUW1, reprezentują przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW1. Wyniki w postaci zmian położenia kątowego z czujnika referencyjnego żyroskopowego CR2 i CR3 są transponowane do lokalnego układu współrzędnych LUW1 co pozwala na otrzymanie obrotów lokalnego układu współrzędnych LUW1.

- wyniki w postaci przyspieszenia z czujnika pomiarowego akcelerometrycznego CP1 są dwukrotnie całkowane po czasie w celu uzyskania przemieszczeń. Wyniki w postaci przemieszczeń dla pierwszego czujnika CP1, wyznaczającego początek lokalnego układu współrzędnych żuchwy LUW2, reprezentują przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW2. Wyniki w postaci zmian położenia kątowego z czujnika pomiarowego żyroskopowego CP2 i CP3 są transponowane do lokalnego układu współrzędnych LUW2 co pozwala na otrzymanie obrotów lokalnego układu współrzędnych LUW2.

P r z y k ł a d 3

1. Budowa układu do rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego

Układ zbudowany jest jak opisano w przykładzie 1, z tym że zamiast trzech czujników referencyjnych akcelerometrycznych CR1, CR2, CR3 na podstawie czaszki wykorzystuje się jeden czujnik referencyjny mieszany (akcelerometryczno-żyroskopowy) CR1 (realizujący pomiar przyspieszeń na 3 kierunkach każdy oraz mierzący położenie kątowe na 3 kierunkach) oraz zamiast 3 czujników pomiarowych akcelerometrycznych CP1 CP2 CP3 na żuchwie wykorzystuje się jeden czujnik pomiarowy mieszany (akcelerometryczno-żyroskopowy) CR1 (realizujący pomiar przyspieszeń na 3 kierunkach każdy oraz mierzący położenie kątowe na 3 kierunkach)

2. Sposób rejestracji ruchu stawu skroniowo-żuchwowego

Sposób rejestracji przeprowadza się jak opisano w przykładzie 1, z tym że zamiast tomografii wiązki stożkowej wykonuje się tomografię komputerową, zaś zamiast skanowania pobranego za pomocą masy plastycznej wycisku górnego i dolnego łuku zębowego skanerem optycznym wycisk górnego i dolnego łuku zębowego skanuje się za pomocą skanera wewnątrzustnego.

Zamiast umieszczania trzech czujników referencyjnych akcelerometrycznych na podstawie czaszki umieszcza się jeden czujnik referencyjny mieszany akcelerometryczno-żyroskopowy CR1, zaś zamiast umieszczania trzech czujników pomiarowych akcelerometrycznych na żuchwie umieszcza się jeden czujnik pomiarowy mieszany akcelerometryczno-żyroskopowy CP1.

Wyniki w postaci przyspieszenia z czujnika referencyjnego akcelerometrycznego CR1 są dwukrotnie całkowane po czasie w celu uzyskania wartości przemieszczeń. Wyniki w postaci przemieszczeń oraz obrotów dla czujnika CR1, wyznaczającego początek lokalnego układu współrzędnych podstawy czaszki LUW1, reprezentują przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW1 oraz obroty względem trzech osi lokalnego układu współrzędnych LUW1.

Wyniki w postaci przyspieszenia z czujnika pomiarowego akcelerometrycznego CP1 są dwukrotnie całkowane po czasie w celu uzyskania przemieszczeń. Wyniki w postaci przemieszczeń oraz obrotów dla pierwszego czujnika CP1, wyznaczającego początek lokalnego układu współrzędnych żuchwy LUW2, reprezentują przemieszczenie na trzech kierunkach początku lokalnego układu współrzędnych LUW2 oraz obroty względem trzech osi lokalnego układu współrzędnych LUW2 - lokalny układ współrzędnych LUW1 definiuje w ten sposób, że początek układu współrzędnych pokrywa się z położeniem czujnika referencyjnego mieszanego. Oś x wyznacza się poprzez utworzenie osi przechodzącej poprzez czujnik referencyjny oraz punkt na szczycie guzka mezjalnego policzkowego zęba 27. Płaszczyzna XY lokalnego układu współrzędnych LUW1 tworzona jest poprzez poprowadzenie jej przez trzy punkty: położenie czujnika referencyjnego, punkt na szczycie guzka mezjalnego policzkowego zęba 27 oraz

PL 235 136 B1 punkt na szczycie guzka mezjalnego policzkowego zęba 17. Oś z jest definiowana jako oś prostopadła do płaszczyzny XY przechodząca przez początek układu współrzędnych LUW1. Oś y powstaje poprzez obrócenie o kąt 90° osi x względem osi z.

Lokalny układ współrzędnych LUW2 definiuje się w ten sposób, że początek układu współrzędnych pokrywa się z położeniem czujnika pomiarowego mieszanego na żuchwie. Oś x jest wyznaczana poprzez utworzenie osi przechodzącej poprzez czujnik pomiarowy oraz punkt na zębie siódemce lewej dolnej. Płaszczyzna XY lokalnego układu współrzędnych LUW2 tworzona jest poprzez poprowadzenie jej przez trzy punkty: położenie czujnika pomiarowego, punkt na zębie siódemce lewej dolnej oraz punkt na zębie siódemce prawej dolnej. Oś z jest definiowana jako oś prostopadła do płaszczyzny XY przechodząca przez początek układu współrzędnych LUW2. Oś y powstaje poprzez obrócenie o kąt 90° osi x względem osi z.

Referencyjny lokalny układ współrzędnych WLUW1 w obszarze objętości podstawy czaszki wirtualnego modelu geometrycznego definiuje się w ten sposób, że początek układu współrzędnych pokrywa się z położeniem punktu referencyjnego. Oś x jest wyznaczana poprzez utworzenie osi przechodzącej poprzez punkt referencyjny oraz punkt na zębie siódemce lewej górnej. Płaszczyzna XY lokalnego układu współrzędnych WLUW1 tworzona jest poprzez poprowadzenie jej przez trzy punkty: położenie punktu referencyjnego, punkt na zębie siódemce lewej górnej oraz punkt na zębie siódemce prawej górnej. Oś z jest definiowana jako oś prostopadła do płaszczyzny XY przechodząca przez początek układu współrzędnych WLUW1. Oś y powstaje poprzez obrócenie o kąt 90° osi x względem osi z.

Pomiarowy lokalny układ współrzędnych WLUW2 w obszarze objętości żuchwy wirtualnego modelu geometrycznego definiuje się w ten sposób, że początek układu współrzędnych pokrywa się z położeniem punktu pomiarowego. Oś x jest wyznaczana poprzez utworzenie osi przechodzącej poprzez punkt pomiarowy oraz punkt na zębie siódemce lewej dolnej. Płaszczyzna XY lokalnego układu współrzędnych WLUW2 tworzona jest poprzez poprowadzenie jej przez trzy punkty: położenie punktu pomiarowego, punkt na zębie siódemce lewej dolnej oraz punkt na zębie siódemce prawej dolnej. Oś z jest definiowana jako oś prostopadła do płaszczyzny XY przechodząca przez początek układu współrzędnych WLUW2. Oś y powstaje poprzez obrócenie o kąt 90° osi x względem osi z.

Wynalazek, opisany bliżej w przykładach, ma zastosowanie w szczególności do opracowania przestrzennego modelu geometrycznego pracy stawu skroniowo-żuchwowego reprezentującego obwiednię ruchu głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, jak i przestrzennego odwzorowania dynamiki pracy aparatu chrzęstno-więzadłowego stawu skroniowo-żuchwowego i ma zastosowanie w diagnostyce, chirurgii, ortodoncji i protetyce stomatologicznej, zwłaszcza chirurgii ortognatycznej.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób rejestracji ruchu i geometrii stawu skroniowo-żuchwowego polegający na tym, że uzyskuje się statyczny obraz anatomii obszaru głowy oraz śledzi się ruch żuchwy, znamienny tym, że wykonuje się statyczny obraz anatomii tkanek układu stomatognatycznego, korzystnie wykonany w technice tomografii wiązki stożkowej lub tomografii komputerowej lub rezonansu komputerowego lub z ultradźwięków, oraz uzyskuje się obraz przestrzenny geometrii górnego i dolnego łuku zębowego, przy czym obraz ten uzyskuje się w postaci bryły przestrzennej pokazanej za pomocą siatki wielokątów i/lub powierzchni i/lub objętości i/lub zbioru punktów i/lub zbioru powierzchni i/lub zbioru objętości, a następnie statyczny obraz oraz obraz przestrzenny geometrii górnego i dolnego łuku zębowego pozycjonuje się względem siebie tworząc wirtualny model hybrydowy, który za pomocą algorytmu przetwarza się w wirtualny przestrzenny model geometryczny układu stomatognatycznego będący bryłą pokazaną za pomocą siatki wielokątów i/lub powierzchni i/lub objętości i/lub zbioru punktów i/lub zbioru powierzchni i/lub zbioru objętości, przy czym na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym wyodrębnia się geometrię podstawy czaszki zawierającą szczękę niezależną od geometrii żuchwy zawierającej głowy wyrostków kłykciowych żuchwy, zaś na przestrzennym modelu geometrycznym buduje się wirtualny referencyjny układ współrzędnych XYZ (WLUW1) poprzez oznaczenie trzech punktów referencyjnych w obszarze objętości podstawy czaszki oraz buduje się wirtualny pomiarowy układ współrzędnych XYZ (WLUW2) poprzez oznaczenie trzech punktów pomiarowych w obszarze objętości żuchwy, a ponadto buduje się rzeczywisty układ pomiarowy zawierający co najmniej jeden czujnik referencyjny, który rejestruje wartości

   PL 235 136 B1 przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego referencyjnego układu współrzędnych (LUW1) i których położenie anatomiczne pokrywa się z oznaczonym na wirtualnym modelu geometrycznym co najmniej jednym punktem referencyjnym, oraz co najmniej jeden czujnik pomiarowy, który rejestruje wartości przemieszczenia i/lub położenia kątowego w przestrzeni lokalnego pomiarowego układu współrzędnych (LUW2) i którego położenie anatomicznie pokrywa się z oznaczonym na wirtualnym modelu geometrycznym co najmniej jednym punktem pomiarowym, a następnie w trakcie ruchów żuchwy zarówno w okluzji i ruchów artykulacyjnych rejestruje się sygnały z czujników pomiarowych i czujników referencyjnych, które przenosi się na wirtualny przestrzenny model geometryczny w ten sposób, że rejestruje się ruch objętości żuchwy w wirtualnym pomiarowym układzie współrzędnych (WLUW2) względem objętości podstawy czaszki, po czym sumuje się zarejestrowane ruchy objętości żuchwy tworząc obraz ruchu przestrzennego objętości żuchwy, a następnie na uzyskanym obrazie ruchu przestrzennego objętości żuchwy selekcjonuje się punkty obrazujące głowę wyrostka kłykciowego żuchwy, dla których wyznacza się kolejne położenia w czasie na podstawie zarejestrowanego ruchu objętości żuchwy, po czym tworzy się trajektorię poszczególnych punktów w formie krzywych, pomiędzy którymi rozciąga się powierzchnie tworzące trójwymiarową powierzchnię odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy w obrębie stawu skroniowo-żuchwowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, tworzy się dynamiczne odwzorowanie trójwymiarowej objętości aparatu chrzęstno-stawowego w ten sposób, że na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego wyznacza się trójwymiarową powierzchnię dołu stawowego stawu skroniowo-żuchwowego, a następnie uzyskaną powierzchnię dołu stawowego łączy się z uzyskaną trójwymiarową powierzchnią odwzorowującą pracę głowy wyrostka kłykciowego żuchwy, po czym pomiędzy zewnętrznymi zarysami obu powierzchni tworzy się powierzchnię zamykającą przestrzeń między tymi powierzchniami.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że sygnały z czujników pomiarowych i czujników referencyjnych przenosi się na wirtualny przestrzenny model geometryczny w ten sposób, że wyznacza się zmiany położenia czujników pomiarowych lub zmiany położenia lokalnego pomiarowego układu współrzędnych (LUW2), które przenosi się na globalny układ współrzędnych na wirtualnym przestrzennym modelu układu stomatognatycznego oraz wyznacza się zmiany położenia czujników referencyjnych lub zmiany położenia lokalnego referencyjnego układu współrzędnych (LUW1), które przenosi się na globalny układ współrzędnych i wyznacza się różnicę odpowiadające ich względnej zmianie położenia punktów referencyjnych i punktów pomiarowych, a następnie w globalnym układzie współrzędnych na wirtualnym przestrzennym modelu geometrycznym układu stomatognatycznego od zmian położenia lokalnego pomiarowego układu współrzędnych (LUW2) odejmuje się zmiany położenia lokalnego referencyjnego układu współrzędnych (LUW1).
4. 4. Sposób według zastrz. 1-3, znamienny tym, że wirtualny przestrzenny model geometryczny tworzy się jako objętość przestrzenną pokazaną za pomocą siatki wielokątów, korzystnie trójkątów, którą dzieli się na niezależna objętość podstawy czaszki oraz niezależną objętość żuchwy.
5. 5. Sposób według któregokolwiek z zastrz. 1-4, znamienny tym, że uzyskane obrazy w postaci bryły przestrzennej zapisuje się w formacie STL.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obraz przestrzenny geometrii dolnego i górnego łuku zębowego uzyskuje się poprzez zeskanowanie górnego i dolnego łuku zębowego.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako czujniki pomiarowe i/lub czujniki referencyjne stosuje się czujniki żyroskopowe i/lub czujniki akcelerometryczne i/lub czujniki żyroskopowo-akcelerometryczne.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że orientacja wirtualnego referencyjnego układu współrzędnych (WLUW1) pokrywa się z lokalnym referencyjnym układem współrzędnych (LUW1), a orientacja wirtualnego pomiarowego układu współrzędnych (WLUW2) pokrywa się z lokalnym pomiarowym układem współrzędnych (LUW2).