一种髁突运动轨迹确定方法
阅读说明：本技术 一种髁突运动轨迹确定方法 (Condyle motion trajectory determination method ) 是由 曹清华 许振丰 徐玉峰 云峰 于 2020-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种髁突运动轨迹确定方法,包括：建立坐标系：建立用于轨迹测量发射坐标系和接收坐标系；静态测量：在发射坐标系下,测量左、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；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；动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；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。本发明的方法可确定髁突的运动轨迹,而且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,具有个体性、实用性的优点。(The invention relates to a method for determining a motion track of an condylar process, which comprises the following steps: establishing a coordinate system: establishing a transmitting coordinate system and a receiving coordinate system for track measurement; static measurement: measuring the static positions of the left and right condyles and the following point under the emission coordinate system, and calculating the position difference between the left and right condyles and the following point; performing coordinate conversion to obtain the position difference between the left and right condyles and the follow-up point under the receiving coordinate system; dynamic measurement: measuring a series of pose data of a follow-up point which follows the movement of the lower jaw; and calculating the dynamic tracks of the left and right condyles according to the pose data and the position difference between the left and right condyles and the follow-up point under the receiving coordinate system. The method can determine the motion trail of the condylar process, does not depend on an equilateral triangle and an included angle between the triangle and the occlusal surface under the assumed condition, and has the advantages of individuality and practicability.)
技术领域
本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种髁突运动轨迹确定方法。
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，为了得到髁导斜度及切导斜度，需要患者进行做下颚的各种运动，首先获得下颌中切牙及髁突的运动轨迹。由面弓结构及佩戴方式知，面弓测量接收器与咬合叉固联，咬合叉粘连在患者下牙列，即中切牙与接收器固联，根据咬合叉结构参数，很容易得到中切牙轨迹。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突运动轨迹确定方法，获得高精度的两侧髁突运动轨迹。
本发明公开了一种髁突运动轨迹确定方法，包括以下步骤：
建立坐标系：建立用于轨迹测量的两组坐标系，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，以固定在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；所述随动点在随动中与右、左侧髁突保持位置不变；
静态测量：在发射坐标系下，测量左、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；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；
动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；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。
进一步地，在进行左、右侧髁突的静态位置测量时，通过多次测量后取平均得到左、右侧髁突的静态位置。
进一步地，在进行左、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；使接收器的测量基准点接触到人脸髁突位置，以接收器的测量基准点为支点进行多次测量。
进一步地，所述随动点的确定包括：将面弓佩戴在人头上，同时安装好咬合叉，人头保持静止不动，调整咬合叉在合适位置，保持牙齿闭合，将接收器的测量基准点连接在咬合叉的另一端；将接收器与咬合叉的连接点作为随动点。
进一步地，所述咬合叉一端粘贴在下牙列上，与中切牙固联，与两侧髁突均构成刚体结构。
进一步地，所述接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差计算过程包括；
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
其中，
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，动态测量中，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
其中，
本发明至少可实现以下有益效果之一：
本发明的方法可确定髁突的运动轨迹，而且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，具有个体性、实用性的优点。并且本发明可获得较精准的轨迹曲线，为进一步求解髁导、切导参数奠定了基础。
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为本实施例中的髁突运动轨迹确定方法流程图；
图2为本实施例中的坐标系关系图；
图3为本实施例中的前伸右髁突轨迹(矢状面)比较图；
图4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突运动轨迹确定方法，采用发射器发射探测信号，接收器接收探测信号的方式进行位置测量，其具体的方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、坐标定义：建立用于轨迹测量的两组坐标系，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，以固定在随动点的接收器的前、上、右为三轴方向的接收坐标系；所述随动点在随动中与右、左侧髁突保持位置不变；
具体的，如图2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2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)。
步骤S2、静态测量：在发射坐标系下，测量左、右侧髁突以及随动点的静态位置，所述随动点跟随下颌运动并与与右、左侧髁突保持位置不变；计算左、右侧髁突与随动点的位置差；进行坐标转换，得到接收坐标系下左、右侧髁突与随动点的位置差；
具体包括以下步骤：
步骤S201、测量右侧髁突P1、左侧髁突P2两个髁突的静态位置；
测量时，人头保持静止不动，保持牙齿闭合。
将接收器平放，使接收器的测量基准点接触到人脸髁突位置(髁突位置可手触摸确定)，以该基准点为支点(保持顶点和髁突位置接触点不变)，将接收器进行左右、上下、侧滚等运动使其能够接收到发射器发射的信号，接收器基准点的设置使位置测量的精度更高。
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
步骤S202、测量随动点的静态位置；
具体的，随动点的确定包括：将面弓佩戴在人头上，同时安装好咬合叉(咬合叉一端粘贴在下牙列上，即，咬合叉与中切牙固联，与两侧髁突均构成刚体结构)，人头保持静止不动，调整咬合叉在合适位置，保持牙齿闭合，将接收器的测量基准点连接在咬合叉的另一端。将接收器与咬合叉的连接点作为随动点。
在静态位置接收器接发射器发射的信号，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。
步骤S203、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。
步骤S204、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：
步骤S3、动态测量：测量跟随下颌运动的随动点的系列位姿数据；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。
具体包括：
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。
2)计算动态时髁突轨迹；
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：
采用本实施例的方法，实际测量得到的左右髁突轨迹如图3～4所示：
由图3～图4比对的可知，利用本实施例涉及的方法进行髁突轨迹计算，可获得较精准的轨迹曲线(与zebris的轨迹曲线进行比较)，为进一步求解髁导、切导参数奠定了基础，由此，本发明实施例提供的髁突轨迹确定方法，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。
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