一种髁导斜度的测量装置
阅读说明：本技术 一种髁导斜度的测量装置 (Condyle guide inclination measuring device ) 是由 许振丰 曹清华 徐玉峰 云峰 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种髁导斜度的测量装置,包括发射器、接收器、处理器、第一测量夹具和第二测量夹具；发射器用于发射测量髁突位置的电磁信号；接收器用于进行位置解算得到位置信息；第一测量夹具用于夹持接收器,提供测量基准点实现左、右侧髁突静态位置测量；第二测量夹具,用于将接收器夹持于下颌运动的随动点上,以测量随动点的静态位置,以及接收器随下颌运动时的动态位姿数据；处理器用于计算左、右侧髁突与随动点的位置差；根据测量的动态位姿数据结合所述位置差数据计算左、右侧髁突的动态轨迹,进而计算髁导斜度。本发明计算的髁导斜度具有很强的实际应用价值,显著提升了电磁面弓面向市场应用的可能性。(The invention relates to a measuring device for condylar guidance inclination, which comprises a transmitter, a receiver, a processor, a first measuring clamp and a second measuring clamp; the emitter is used for emitting an electromagnetic signal for measuring the position of the condylar process; the receiver is used for carrying out position calculation to obtain position information; the first measuring clamp is used for clamping the receiver and providing a measuring reference point to realize the static position measurement of the left and right condyles; the second measuring clamp is used for clamping the receiver on a follow-up point of mandible movement so as to measure the static position of the follow-up point and the dynamic pose data of the receiver when the receiver moves along with the mandible; the processor is used for calculating the position difference between the left and right condyles and the follow-up point; and calculating the dynamic tracks of the left and right condyles according to the measured dynamic pose data and the position difference data, and further calculating the condylar guidance inclination. The condyle guiding inclination calculated by the method has a strong practical application value, and the market application possibility of the electromagnetic face bow is obviously improved.)
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种髁导斜度的测量装置。
背景技术
在口腔修复专业领域，模型上架是诊治过程中不可或缺的步骤，通过架的模拟，可以尽量保证在石膏模型上制作的修复体带入口内后，实现形态与功能的协调。而在使用架时，为了获得患者口颌系统实际运动情况误差尽量小的模拟结果，可通过面弓转移，将上颌牙列与下颌关节之间的位置关系记录下来。
在面弓使用过程中，为了得到髁导斜度，需要患者进行做下颚的各种运动，获得髁突的运动轨迹。对于髁突的运动轨迹，目前采用的方法有：a)默认两侧髁突与下颌中切牙构成边长为95mm～140mm的等边三角形；b)默认咬合平面与上述等边三角形之间的夹角为经验平均值(15°～25°)。原方法没有考虑患者个体的差异，实用性较差。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在公开了一种髁导斜度的测量装置，获得高精度的两侧髁突运动轨迹。
本发明公开了一种髁导斜度的测量装置，包括发射器、接收器、处理器、第一测量夹具和第二测量夹具；
所述发射器，用于发射测量髁突位置的电磁信号；
所述接收器，用于接收所述电磁信号，进行位置解算得到位置信息；
所述第一测量夹具，用于在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，夹持接收器，提供测量基准点实现左、右侧髁突静态位置测量；
所述第二测量夹具，用于将接收器夹持于下颌运动的随动点上，使接收器随下颌运动时与右、左侧髁突的位置保持不变；以使接收器能测量随动点的静态位置和随下颌运动时的动态位姿数据；
所述处理器，用于根据测量的左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；根据测量的动态位姿数据结合所述位置差数据计算左、右侧髁突的动态轨迹；根据下颌做前伸或后退过程中髁突运动轨迹计算前伸髁导斜度；根据下颌进行侧向移动过程中髁突运动轨迹计算侧方髁导斜度。
进一步地，在使用第一测量夹具夹持接收器进行左、右侧髁突的静态位置测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合；使第一测量夹具的测量基准点接触到人脸髁突位置。
进一步地，所述左、右侧髁突的静态位置测量为多次测量，在测量时，以测量基准点为支点，将第一测量夹具进行包括上下、左右以及侧滚在内的运动，在不同姿态下得到多个测量结果，进行平均后作为左、右侧髁突的静态位置。
进一步地，所述第二测量夹具为咬合叉结构，咬合叉的一端用于固定在牙齿上，咬合叉的另一端夹持接收器；咬合叉被咬合后，接收器与两侧髁突均构成刚体结构。
进一步地，在使用第二测量夹具夹持接收器进行随动点的静态位置测量时，咬合叉粘贴在下牙列上，与中切牙固联，人头保持静止不动，保持牙齿闭合。
进一步地，所述处理器根据测量的左、右侧髁突以及随动点的静态位置计算左、右侧髁突与随动点的位置差的过程包括；
在发射坐标系下计算右侧髁突与随动点的位置差左侧髁突与随动点的位置差
进行坐标转换，得到接收坐标系下的位置差；
其中：j＝1为右侧髁突，j＝2为左侧髁突；L为发射系到接收系的坐标转换矩阵。
进一步地，发射系到接收系的坐标转换矩阵
L11＝cosTC0*cosTP0
L12＝sinTP0
L13＝sinTC0*(-cosTP0)
L21＝sinTR0*sinTC0-cosTR0*cosTC0*sinTP0
其中，L22＝cosTR0*cosTP0；
L23＝cosTR0*sinTC0*sinTP0+sinTR0*cosTC0
L31＝sinTR0*cosTC0*sinTP0+cosTR0*sinTC0
L32＝sinTR0*(-cosTP0)
L33＝cosTR0*cosTC0-sinTR0*sinTC0*sinTP0
TC0、TP0、TR0分别为随动点的静态位置上接收器的航向姿态角、俯仰姿态角、翻滚姿态角。
进一步地，在下颌运动时的动态测量中，下颌做前伸、后退、左则、右则运动，带动夹持在随动点的接收器随动，接收发射器的发射信号，测量得到一系列接收器的位姿数据：P4(TX4k、TY4k、TZ4k、TC4k、TP4k、TR4k)(k＝1,2,3,...N)；N为动态测量的次数；TX4k、TY4k、TZ4k分别表示，发射坐标系下，接收器的位置坐标三分量；TC4k、TP4k、TR4k分别表示，发射坐标系下，接收器的航向、俯仰、翻滚三个姿态角。
进一步地，右髁突轨迹：
左髁突轨迹：
其中，L01k为接收系到发射系的坐标转换矩阵。
进一步地，接收系到发射系的坐标转换矩阵
L11k＝cosTC4k*cosTP4k
L12k＝sinTR4k*sinTC4k-cosTR4k*cosTC4k*sinTP4k
L13k＝sinTR4k*cosTC4k*sinTP4k+cosTR4k*sinTC4k
L21k＝sinTP4k
其中，L22k＝cosTR4k*cosTP4k。
L23k＝sinTR4k*(-cosTP4k)
L31k＝sinTC4k*(-cosTP4k)
L32k＝cosTR4k*sinTC4k*sinTP4k+sinTR4k*cosTC4k
L33k＝cosTR4k*cosTC4k-sinTR4k*sinTC4k*sinTP4k
本发明至少可实现以下有益效果之一：
本发明不依赖于假设条件下的等边三角形及三角形与咬合面的夹角确定髁突的运动轨迹，具有个体性、实用性的优点。得到髁突轨迹的精准，计算的髁导斜度具有很强的实际应用价值，显著提升了电磁面弓面向市场应用的可能性。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实施例中的坐标系关系图；
图2为本实施例中的第一测量夹具的原理示意图；
图3为本实施例中的第二测量夹具的原理示意图；
图4为本实施例中的发射器、接收器以及左右髁突的位置关系示意图；
图5为本实施例中的前伸右髁突轨迹(矢状面)比较图；
图6为本实施例中的前伸左髁突轨迹(矢状面)比较图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例公开了一种髁导斜度的测量装置，包括发射器、接收器、处理器、第一测量夹具和第二测量夹具；
所述发射器，用于发射测量髁突位置的电磁信号；
所述接收器，用于接收所述电磁信号，进行位置解算得到位置信息；
所述第一测量夹具，用于在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，夹持接收器，提供测量基准点实现左、右侧髁突静态位置测量；
所述第二测量夹具，用于将接收器夹持于下颌运动的随动点上，使接收器随下颌运动时与右、左侧髁突的位置保持不变；以使接收器能测量随动点的静态位置和随下颌运动时的动态位姿数据；
所述处理器，用于根据测量的左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；根据测量的动态位姿数据结合所述位置差数据计算左、右侧髁突的动态轨迹；根据下颌做前伸或后退过程中髁突运动轨迹计算前伸髁导斜度；根据下颌进行侧向移动过程中髁突运动轨迹计算侧方髁导斜度。
在本实施例的髁导斜度的测量装置中，涉及到以下在轨迹测量时用到的坐标系，具体包括以发射器为原点，以发射器的前、上、右为三轴方向的发射坐标系；以随下颌运动的随动点为原点，以夹持在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；
如图1所示为发射坐标系(用T表示)与接收坐标系之间的关系图，为了更清晰的说明，坐标系之间的关系，图中增加了过渡坐标系(用T’表示)；
发射坐标系定义T：三轴定义为X1、Y1、Z1，原点在用于发射测量信号的发射器的固定点或者中心点，三轴相对于发射器，X1指向前方(即发射器发射信号的方向)、Y1指向上方、Z1指向右方。
过渡坐标系定义为T’：三轴定义为X1’、Y1’、Z1’，原点在随下颌运动的随动点，三轴分别与发射坐标系T三轴平行；所述随动点在随下颌运动时与右、左侧髁突保持位置不变。
接收坐标系定义为R：三轴定义为X2、Y2、Z2，原点在随动点，以固定在随动点，用于接收测量信号的接收器的前、上、右为三轴方向；即X2指向接收器前方(即接收器接收信号的方向)、Y2指向上方、Z2指向右方。
图1中点的定义，在发射坐标系下，P1、P2、P3、P4含义及其表示如下：P1：右侧髁突P1(TX1；TY1；TZ1)；
P2：左侧髁突P2(TX2；TY2；TZ2)；
P3：中切牙位置P3(TX3；TY3；TZ3)；
P4：随动点位置P4(TX4；TY4；TZ4)。
具体的，所述第一测量夹具如图2所示，在接收器夹持位置加持接收器，第一测量夹具的测量基准点与加持后的接收器的中心点呈固定位置关系，即通过测量基准点的位置可对应出，接收器中心点的位置，通过以第一测量夹具的测量基准点对左、右侧髁突的静态位置进行测量可提高测量的精度。
进一步地，在使用第一测量夹具夹持接收器进行左、右侧髁突的静态位置测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合；将第一测量夹具平放，测量基准点接触到人脸髁突位置(髁突位置可手触摸确定)，接收发射器发射的电磁信号进行位置解算得到位置信息。
为了测量到更准确的左、右侧髁突的静态位置，本实施例进了多次测量，并且在测量时，以测量基准点为支点，将第一测量夹具进行上下、左右以及侧滚等运动，在不同姿态下得到多个测量结果，进行平均后作为左、右侧髁突的静态位置。
测量右侧髁突时，可得到一组数据，记为：
P1(XP1i、YP1i、ZP1i)(i＝1,2,3,...,n)
其中：XP1、YP1、ZP1分别表示，静态时，发射坐标系下，右侧髁突的位置坐标三分量；i＝1,2,3,...,n，表示在该处测量了n个值。
测量左侧髁突时，可得到一组数据，记为：
P2(XP2j、YP2j、ZP2j)(j＝1,2,3,...,m)
其中：XP2、YP2、ZP2分别表示，静态时，发射坐标系下，左侧髁突的位置坐标三分量；j＝1,2,3,...,m，表示在该处测量了m个值。
分别对右、左侧髁突测量值计算取平均，得到发射坐标系下右、左两个髁突的静态位置：
P1：右侧髁突
P2：左侧髁突
具体的，如图3所示，所述第二测量夹具为咬合叉结构，咬合叉的一端用于固定在牙齿上，咬合叉的另一端夹持接收器；咬合叉被咬合后，接收器与两侧髁突均构成刚体结构。
具体的，在使用第二测量夹具夹持接收器进行随动点的静态位置测量时，咬合叉粘贴在下牙列上，与中切牙固联，人头保持静止不动，保持牙齿闭合。具体的，发射器、接收器以及左右髁突的位置关系如图4所示；
在随动点的静态位置接收器接发射器发射的电磁信号，测量得到随动点P4 的静态位置信息和接收器的姿态信息；
位置信息及接收器相对于发射坐标的航向、俯仰、翻滚三个姿态角记为， P4(TX40、TY40、TZ40、TC0、TP0、TR0)；TX40、TY40、TZ40分别表示，静态时，发射坐标系下，随动点P4的坐标三分量；TC0、TP0、TR0分别表示航向、俯仰、翻滚三个姿态角。
为确定髁突的动态轨迹，处理器首先要根据测量的左、右侧髁突以及随动点的静态位置，计算左、右侧髁突与随动点的位置差；
具体的，所述处理器根据测量的左、右侧髁突以及随动点的静态位置计算左、右侧髁突与随动点的位置差的过程包括；
1)分别计算髁突P1、P2与随动点P4的在发射坐标系下的位置差。
2)进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；
具体包括：
(1)坐标平移得到过渡坐标系T’的位置差；
是在发射坐标系T下计算得到，由于T’坐标与T坐标平行，通过平移可得到过渡坐标系T’下，不变。
(2)坐标旋转，得到接收坐标系R下的位置差；
其中：j＝1为右侧髁突，j＝2为左侧髁突。
L为发射系到接收系的坐标转换矩阵，具体为：
L11＝cosTC0*cosTP0
L12＝sinTP0
L13＝sinTC0*(-cosTP0)
L21＝sinTR0*sinTC0-cosTR0*cosTC0*sinTP0
L22＝cosR0*cosP0。
L23＝cosTR0*sinTC0*sinTP0+sinTR0*cosTC0
L31＝sinTR0*cosTC0*sinTP0+cosTR0*sinTC0
L32＝sinTR0*(-cosTP0)
L33＝cosTR0*cosTC0-sinTR0*sinTC0*sinTP0
具体的，在动态测量时，处理器得到跟随下颌运动的随动点的测量系列位姿数据；根据所述位姿数据，以及接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差，计算左、右侧髁突的动态轨迹。
更具体的动态测量过程如下：
1)下颌做前伸、后退、左则、右则运动，带动固定在随动点的接收器随动，接收发射器的发射信号，测量得到一系列接收器位姿的测量数：
P4(TX4k、TY4k、TZ4k、TC4k、TP4k、TR4k)(k＝1,2,3,...N)；N为动态测量的次数。TX4k、TY4k、TZ4k分别表示，发射坐标系下，接收器的位置坐标三分量； TC4k、TP4k、TR4k分别表示，发射坐标系下，接收器的航向、俯仰、翻滚三个姿态角。
2)根据位姿数据计算结合接收坐标系R下的位置差，计算动态时髁突轨迹；
具体的，右髁突轨迹：
左髁突轨迹：
其中Lo1为接收系到发射系的坐标转换矩阵，具体为：
L11k＝cosTC4k*cosTP4k
L12k＝sinTR4k*sinTC4k-cosTR4k*cosTC4k*sinTP4k
L13k＝sinTR4k*cosTC4k*sinTP4k+cosTR4k*sinTC4k
L21k＝sinTP4k
L22k＝cosTR4k*cosTP4k。
L23k＝sinTR4k*(-cosTP4k)
L31k＝sinTC4k*(-cosTP4k)
L32k＝cosTR4k*sinTC4k*sinTP4k+sinTR4k*cosTC4k
L33k＝cosTR4k*cosTC4k-sinTR4k*sinTC4k*sinTP4k
根据下颌做前伸或后退过程中髁突运动轨迹计算前伸髁导斜度；
具体的，
获得的下颌做前伸或后退过程中髁突运动轨迹；
计算下颌做前伸或后退过程中髁突运动轨迹与参考平面(如水平面)的夹角得到前伸髁导斜度；
根据下颌进行侧向移动过程中髁突运动轨迹计算侧方髁导斜度；
具体的，
根据获得的下颌进行侧向移动过程中髁突运动轨迹；具体为非工作侧的髁突向前向内向下的运动轨迹；
计算非工作侧的髁突向前向内向下的运动轨迹与矢状面的夹角得到侧方髁导斜度。
本实施例实际测量得到的左右髁突轨迹如图5～图6所示：
通过图5～图6中的轨迹曲线的比对可知，在本实施例中得到了较精准的髁突轨迹，(与zebris的轨迹曲线进行比较)。
由此，本发明实施例不依赖于假设条件下的等边三角形及三角形与咬合面的夹角确定髁突的运动轨迹，具有个体性、实用性的优点；得到髁突轨迹的精准，计算的髁导斜度具有很强的实际应用价值，显著提升了电磁面弓面向市场应用的可能性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。