阅读说明：本技术 测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统及方法 (Pre-evaluation system and method for measuring dentition meshing stress index and occlusion function ) 是由 王美青 端木正 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统及方法,通过三维位移传感器采集咬合运动轨迹,通过坐标定位和面部识别照相机进行咬合运动轨迹测量；牙列三维模型进行模型重建,去除噪声后进行光滑以及局部修复处理,得到用于工程计算的上下牙列整体模型；测量牙列的啮合应力分布后处理显示,对测量牙列数据结果进行数据重构与匹配；对牙列啮合应力分布进行计算仿真；咬合运动的三维运动轨迹后处理显示,进行咬合过程运动学分析；将三维牙列模型以及运动学分析数据化以及参数化,作为基本条件采用数值分析方法进行牙列咬合应力分布仿真与验证,从而为不同的咬合功能提供个性化评估。(The invention discloses a pre-evaluation system and a pre-evaluation method for measuring dentition meshing stress index and a meshing function, wherein a three-dimensional displacement sensor is used for acquiring a meshing motion track, and a coordinate positioning camera and a face recognition camera are used for measuring the meshing motion track; carrying out model reconstruction on the dentition three-dimensional model, removing noise, and then carrying out smoothing and local repair treatment to obtain an upper dentition overall model and a lower dentition overall model for engineering calculation; after the meshing stress distribution of the dentition is measured, processing and displaying are carried out, and data reconstruction and matching are carried out on the measured dentition data result; calculating and simulating dentition meshing stress distribution; post-processing and displaying the three-dimensional motion trail of the occlusion motion, and performing kinematic analysis of the occlusion process; the three-dimensional dentition model and the kinematics analysis are subjected to datamation and parameterization, and are used as basic conditions to simulate and verify dentition occlusion stress distribution by adopting a numerical analysis method, so that personalized evaluation is provided for different occlusion functions.)

测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统及方法

技术领域

本发明属于牙列啮合检测技术领域，特别涉及测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统及方法。

背景技术

目前咬合功能关乎整个口颌系统：颞下颌关节、牙齿咬合、口颌系统肌肉。各部分协调配合时，才能保证口颌系统的健康。开发一种评估咬合功能的装置及系统显得至关重要。实际上临床上采用激光扫描、咬合应力检测仪、肌电仪、下颌运动轨迹描记等方法，检测咬合功能，各设备具备独立性和不同程度的联合使用特征，但目前只能作为医生评估咬合功能时的参考，还没有能够实现牙列啮合应力指数以及咬合功能预评估的方法。目前临床上咬合功能评估基本依靠医生个人经验，尚无用于评估牙齿咬合功能的装置和系统，长期以来一直用较为单一的咬合应力测试仪进行咬合力大小的评估，缺乏定量指标，且其敏感性、特异性都距临床需求相差很远，属于经验性很强的操作。一些电子检测设备，只能对咬合运动过程进行一定的分析，咬合时颌面运动轨迹信息存在一定偏差，影响判断咬合接触的所需准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统及方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统，包括牙列模型采集单元、牙列啮合应力采集单元和咬合功能测量单元；牙列模型采集单元用于确定牙列三维模型及模型重建；牙列啮合应力采集单元用于采集牙列啮合应力分布；咬合功能测量单元用于测量各种咬合运动全过程，测量得到的运动学分析数据用于咬合功能预评估。

进一步的，牙列模型采集单元通过牙列扫描装置，提取牙列模型中的牙列三维扫描图像，计算牙列的三维模型；

牙列啮合应力采集单元包括牙列定位装置、牙齿咬合传感器和牙齿应力传输线；牙齿咬合传感器设置在牙列定位装置上，牙齿咬合传感器通过传输数据线与工作站相连进行数据传输到工作站后直接映射到所测量的压力模型上进行显示；

咬合功能测量单元包括颌面固定装置、咬合运动三维位移传感器、咬合运动面部识别照相机和三维坐标定位装置；咬合运动三维位移传感器设置在颌面固定装置上，咬合运动面部识别照相机位于面部前方，咬合运动三维位移传感器和咬合运动面部识别照相机通过传输线与工作站相连，将颌面牙列运动规律及相关参数输入工作站。

进一步的，测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统的方法，包括以下步骤：

S01：采集牙列模型：牙列模型采集单元通过牙列扫描装置，提取牙列模型中的牙列三维扫描图像，计算牙列的三维模型；

S02：采集牙列啮合应力分布：连接牙齿咬合传感器，将传感器膜片贴在牙列定位装置上，选取基准点定位牙列模型，牙齿咬合，牙齿应力数据传输到工作站；

S03：测量咬合运动参数：使用颌面固定装置固定颌面，通过三维位移传感器采集咬合运动轨迹，通过坐标定位和面部识别照相机进行咬合运动轨迹测量；

S04：咬合啮合测量数据重构：测量牙列的啮合应力分布后处理显示，对测量牙列数据结果进行数据重构与匹配；

S05：咬合啮合应力指数计算：基于提取的三维数字模型修复后得到的工程模型，对牙列啮合应力分布进行计算仿真；

S06：咬合运动学分析：咬合运动的三维运动轨迹后处理显示，确定咬合运动过程中的基点，通过基点定位不同咬合过程中的中心点运动规律，进行咬合过程运动学分析；

S07：咬合功能预评估：将三维牙列模型以及运动学分析数据参数化，做为基本条件采用数值分析方法进行牙列咬合应力分布仿真与验证，从而根据不同数据精准分析咬合功能。

进一步的，步骤S01具体包括：

根据不同的测量个体，获得若干基本的口腔尺寸，通过激光或者CT扫描装置采集牙列模型；牙列模型采集单元通过传输数据线与工作站相连进行数据传输，提取牙列的三维点云数据。

进一步的，步骤S03中，包括以下步骤：

S31：通过定装置定位测量的颌面范围，确定颌面运动的检测基点；

S32：使用高分辨率相机采集进行颌面的前面、侧面以及下面的咬合运动轨迹；

S33：以基点为参考点，将颌面三个方向咬合运动轨迹进行合成输入工作站中。

进一步的，步骤S05中，包括以下步骤：

S51：去除噪声后进行光滑以及局部修复处理，得到用于工程计算的上下牙列整体模型；

S52：对于上下牙列整体模型设置种子点并进行网格划分；

S53：定义材料属性，并确定静态载荷边界计算条件进行仿真。

进一步的，步骤S07中，结合步骤S06中测量咬合过程运动规律，从而根据不同咬合运动进行咬合功能的评估。

进一步的，S07中的仿真包括以下方法：牛顿迭代法、拉格朗日插值法、Hermite算法、Runge-Kutta算法、Euler算法、有限单元法、有限体积法、有限差分法或边界单元法。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明通过牙列采集模块通过牙列扫描装置，提取所述牙列模型中的牙列三维模型；连接牙列应力测试传感器，提取牙齿咬合时应力数据；通过三维位移传感器采集咬合运动轨迹，通过坐标定位和面部识别照相机进行咬合运动轨迹测量；牙列三维模型进行模型重建，去除噪声后进行光滑以及局部修复处理，得到用于工程计算的上下牙列整体模型；测量牙列的啮合应力分布后处理显示，对测量牙列数据结果进行数据重构与匹配；对牙列啮合应力分布进行计算仿真；咬合运动的三维运动轨迹后处理显示，进行咬合过程运动学分析；将三维牙列模型以及运动学分析数据化以及参数化，作为基本条件采用数值分析方法进行牙列咬合应力分布仿真与验证，从而为不同的咬合功能提供个性化评估。

本发明利用牙列三维测量建模技术及应力咬合测试结果，结合运动轨迹测量曲线进行数值分析，从而综合性的评估不同咬合运动姿态下的咬合功能的健全性。

本发明将为牙列正颌、修复、正畸、牙体充填、牙周等有关咬合功能评估，提供便利、有效的咬合功能评估装置和系统。

附图说明

图1是本发明的方法流程图

图2是本发明的牙列三维数字模型

图3是本发明的牙列应力咬合检测结果。

图4是本发明的咬合运动轨迹测量示意图

图5是本发明的应力咬合指数仿真示意图。

图6是本发明的不同咬合运动功能评估示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图6，测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统，包括牙列模型采集单元、牙列啮合应力采集单元和咬合功能测量单元；牙列模型采集单元用于确定牙列三维模型及模型重建；牙列啮合应力采集单元用于采集牙列啮合应力分布；咬合功能测量单元用于测量各种咬合运动全过程；

牙列模型采集单元通过牙列扫描装置，提取牙列模型中的牙列三维扫描图像，计算牙列的三维模型；

牙列啮合应力采集单元包括牙列定位装置、牙齿咬合传感器和牙齿应力传输线；牙齿咬合传感器设置在牙列定位装置上，牙齿咬合传感器通过传输数据线与工作站相连进行数据传输到工作站后直接映射到所测量的压力模型上进行显示；

咬合功能测量单元包括颌面固定装置、咬合运动三维位移传感器、咬合运动面部识别照相机和三维坐标定位装置；咬合运动三维位移传感器设置在颌面固定装置上，咬合运动面部识别照相机位于面部前方，咬合运动三维位移传感器和咬合运动面部识别照相机通过传输线与工作站相连，将颌面牙列运动规律及相关参数输入工作站。

测量牙列啮合应力指数及咬合功能预评估系统的方法，包括以下步骤：

S01：采集牙列模型：牙列模型采集单元通过牙列扫描装置，提取牙列模型中的牙列三维扫描图像，计算牙列的三维模型；

S02：采集牙列啮合应力分布：连接牙齿咬合传感器，将传感器膜片贴在牙列定位装置上，选取基准点定位牙列模型，牙齿咬合，牙齿应力数据传输到工作站；

S03：测量咬合运动参数：使用颌面固定装置固定颌面，通过三维位移传感器采集咬合运动轨迹，通过坐标定位和面部识别照相机进行咬合运动轨迹测量；

S04：咬合啮合测量数据重构：测量牙列的啮合应力分布后处理显示，对测量牙列数据结果进行数据重构与匹配；

S05：咬合啮合应力指数计算：基于提取的三维数字模型修复后得到的工程模型，对牙列啮合应力分布进行计算仿真；

S06：咬合运动学分析：咬合运动的三维运动轨迹后处理显示，确定咬合运动过程中的基点，通过基点定位不同咬合过程中的中心点运动规律，进行咬合过程运动学分析；

S07：个性化的咬合功能预评估：将三维牙列模型以及运动学分析数据化以及参数化，做为基本条件采用数值分析方法进行牙列咬合应力分布仿真与验证，从而根据不同咬合运动进行咬合功能的评估。

步骤S01具体包括：

根据不同的测量个体，获得若干基本的口腔尺寸，通过激光或者CT扫描装置采集牙列模型；牙列模型采集单元通过传输数据线与工作站相连进行数据传输，提取牙列的三维点云数据。

步骤S03中，包括以下步骤：

S31：通过定装置定位测量的颌面范围，确定颌面运动的检测基点；

S32：使用高分辨率相机采集进行颌面的前面、侧面以及下面的咬合运动轨迹；

S33：以基点为参考点，将颌面三个方向咬合运动轨迹进行合成输入工作站中。

步骤S05中，包括以下步骤：

S51：去除噪声后进行光滑以及局部修复处理，得到用于工程计算的上下牙列整体模型；

S52：对于上下牙列整体模型设置种子点并进行网格划分；

S53：定义材料属性，并确定静态载荷边界计算条件进行仿真。

步骤S07中，包括以下步骤：

S71：通过步骤中S01-S03项中的牙列采集模块、压力咬合应力分布模块以及咬合功能运动模块获得的基本分析测量数据；

S72：通过步骤S04-S05项中的基于牙列模型的及牙列咬合三维应力测量数据进行系统仿真与验证；

S73：结合步骤S06中测量咬合过程运动规律，从而根据个性化的进行不同咬合运动时咬合功能评估。

S07中的仿真包括以下数值模拟方法：牛顿迭代法、拉格朗日插值法、Hermite算法、Runge-Kutta算法、Euler算法、有限单元法、有限体积法、有限差分法或边界单元法。

如图2所示的采集牙列模型：牙列采集模块通过牙列扫描装置，提取所述牙列模型中的牙列三维扫描图像，计算牙列的三维模型。

如图3所示的采集牙列啮合应力分布：采集牙列啮合应力分布：连接牙列应力测试传感器，将传感器膜片贴在咬合器上，选取基准点定位牙列模型，牙齿咬合，牙齿应力数据传输到系统部分；

如图4所示的测量咬合运动参数：使用颌面固定装置(图中2)固定颌面(图中3)，通过三维位移传感器采集咬合运动轨迹，通过坐标定位和面部识别照高速相机(图中1)进行咬合运动轨迹测量，将分为以下步骤：

步骤1，通过定装置定位测量的颌面范围，确定颌面运动的检测基点；

步骤2，使用高分辨率相机采集进行颌面的前面、侧面以及下面的咬合运动轨迹；

步骤3，以基点为参考点，将颌面三个方向咬合运动轨迹进行合成输入系统中。

咬合啮合测量数据重构：测量牙列的啮合应力分布后处理显示，对测量牙列数据结果进行数据重构与匹配；

咬合啮合应力指数计算：基于提取的三维数字模型修复后得到的工程模型，对牙列啮合应力分布进行计算仿真，将分为以下步骤：

步骤1，去除噪声后进行光滑以及局部修复处理，得到用于工程计算的上下牙列整体模型；

步骤2，对于上下牙列整体模型设置种子点并进行网格划分；

步骤3，定义材料属性，并确定静态载荷边界计算条件进行仿真。

咬合运动学分析：咬合运动的三维运动轨迹后处理显示，需要确定咬合运动过程中的基点，通过基点定位不同咬合过程中的中心点运动规律，进行咬合过程运动学分析；

个性化的咬合功能预评估：将三维牙列模型以及运动学分析数据化以及参数化，做为基本条件采用数值分析方法进行牙列咬合应力分布仿真与验证，从而根据不同数据精准分析咬合功能，将分为以下步骤：

步骤1，通过所述权利要求的1-4项中的牙列采集模块、压力咬合应力分布模块以及咬合功能运动模块获得的基本分析测量数据；

步骤2，通过所述权利要求的5-6项中的基于牙列模型的及牙列咬合三维应力测量数据进行系统仿真与验证；

步骤3，结合所述权利要求的7项中测量咬合过程参数化运动规律，从而根据个性化的进行不同咬合运动时咬合功能评估。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。