专利名称：下颌运动轨迹记录系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗检测装置，尤其涉及一种下颂运动轨迹记录系统与方法。
背景技术：
人体下颂运动是由牙、咀嚼肌和颞下颂关节共同参与的一种复杂的三维运动，其 运动模式与口颂系统的健康状况密切相关，可以通过下颂运动的特征分析并认识咀嚼、吞 咽及语言等功能，对颞下颂关节病变作分析诊断及疗效判断，也可以根据下颂运动的规律 设计牙合架，还需要根据下颂运动的个体特征设计制作修复体。下颂运动轨迹的记录手段最初是通过尸体解剖探索下颂运动规律，1921年， B. McCollum研制了一种机械式的下颂运动描记仪，通过夹板、面弓和描记笔板记录下颂的 运动，尽管目前应用的运动面弓做了许多改进，仍然过于繁琐和复杂，不利于推广。1975年 Jankelson等发明了下颂运动仪系统，该系统是一种磁电量转换方式的描记仪，能从矢状 面、冠状面和水平面观测下颂中切牙切点运动轨迹，但容易受外界微磁场或电磁场环境干 扰；20世纪80年代，美国Grbh公司研制成功的髁突运动轨迹描记仪，将经典的髁突运动轨 迹描记与计算机相结合，还可以通过分析软件进行定性、定量的研究；近年来，德国KaVo公 司研发了 ARCUS digma下颂运动轨迹记录仪，该设备集成了超声波传感器技术和计算机技 术，能够测量和显示上下颂咬合运动轨迹。但这些装置结构复杂不仅价格高昂，而且操作不 方便，在设备维护、材料消耗等环节上投入成本过高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下颂运动轨迹记录系统，该系统制造成本低，操作更 方便、测试准确度高效果好。为了实现上述目的，本发明提供了一种下颂运动轨迹记录分析系统，其包括测试 标记杆、至少两个红外摄像头和用于分析摄像记录数据的电脑主机，测试标记杆后端固定 在测试者的下颂切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露出口外随着下颂一起运动， 反映下颂运动轨迹，红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的运动轨迹，将运动轨迹数据 传送给电脑主机分析处理，判断下颂运动和上下牙列咬合是否正常。进一步，所述测试标记杆对应上切牙的部位弯曲呈凹形，用于对应避让上切牙的 咬合，不影响所述测试标记杆随着下颂一起运动。进一步，所述测试标记杆后端由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位； 或者所述测试标记杆后端通过磁性装置固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通 过压膜方式固定在下颂切牙表部位。进一步，所述测试标记杆前端的标记物为表面涂有反光材料的小圆球，可随着下 颂一起运动，反映下颂运动轨迹。进一步，所述两个红外摄像头通过可调整高度和角度的支架固定在测试者面部周 围，其中一个红外摄像头放于测试者面部正前方，记录所述测试标记杆前端的标记物在额状面，即冠状面上的运动轨迹，另一个红外摄像头放于测试者的侧面，记录所述测试标记杆 前端的标记物在矢状面上的运动轨迹。本发明还提供了一种下颂运动轨迹记录方法，其包括以下步骤a、将测试标记杆后端固定在下颂切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露出 口外并随下颂一起运动；b、通过至少2个带红外发射装置的红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的运 动轨迹，将运动轨迹数据传送给电脑主机分析处理；C、通过在电脑中重建所述标记物的运动轨迹，对应反映了测试者下颂运动的三维 轨迹，将记录的下颂运动三维轨迹和计算出的相关参数分别与系统存储的下颂标准运动轨 迹和标准参数作比较，判断下颂运动和上下牙列咬合是否正常。进一步，所述测试标记杆后端由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位； 或者所述测试标记杆后端通过磁性装置固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通 过压膜方式固定在下颂切牙部位。进一步，步骤a之后还包括步骤al 对红外摄像头进行校正，调整所述红外摄像头 参数，用于增强记录所述测试标记杆前端标记物运动轨迹的准确度。进一步，步骤b具体包括当进行颂位及牙合稳定性测试时，从测试者闭口的静止 姿势位开始记录，张口至最大位置，然后闭口下颂前伸至上切牙对下切牙回到闭口的静止 姿势位，系统同步显示其运动轨迹及位移值，重复该运动至少2次，将数据传给所述电脑主 机分析处理；当进行开闭口轨迹的运动速率及平滑度测试时，从测试者牙尖交错位开始记录， 先自然开闭口 1次，继而大而快地开闭口 1次，将数据传给所述电脑主机分析处理，系统同 步显示出2次运动的轨迹及速率；当进行下颂边缘运动轨迹测试时，测试者依次完成最大开闭口运动，最大前伸运 动，最大左、右侧方运动，要求每项运动都以闭口的静止姿势位为起点及终点，将数据传给 所述电脑主机分析处理，系统同步记录显示下颂边缘运动轨迹。进一步，步骤c具体包括当进行颂位及牙会稳定性测试时，分别求得2次以上在 垂直方向、前后方向及侧方向的运动位移差，再分别求得垂直方向、前后方向及侧方向运动 位移差的均值，分别与设定的阀值作比较，如果超出阀值，则表明测试者判断下颂运动和 I:稳定性不正常，需进行医治；当进行开闭口轨迹的运动速率及平滑度测试时，将记录的下颂运动三维轨迹及速 率分别与系统存储的下颂标准运动轨迹及标准速率作比较，判断所述三维轨迹的下颂运动 指数是否一样，如果不同，则表明下颂运动和牙齿咬合不正常；当进行下颂边缘运动轨迹测试时，系统比较最大开闭口运动中的开口轨迹和闭口 轨迹之间位移距离是否超过规定的阀值；或者系统比较最大前伸运动中的开口轨迹和闭口 轨迹之间位移距离是否超过规定的阀值；或者系统比较最大左、右侧方运动中的开口轨迹 和闭口轨迹之间位移距离是否超过规定的阀值，如果判断超过阀值，则表明对应某个方向 的咬合与肌功能不协调。采用本发明下颂运动轨迹记录系统与方法可记录测试者在张闭口、侧方运动、下 颂前伸、后退、咀嚼运动等典型运动中下前牙切点的运动轨迹，直接反映下颂运动及牙齿咬
5合匹配程度，并由运动轨迹图的特征可以认识肌功能紊乱的客观现象。例如正常开、闭口轨 迹是基本一致的，如果闭口轨迹脱离开口轨迹距离过大，比如超过0. 5mm以上，则表明咬合 与肌功能不协调。所以下颂运动轨迹表现的是下颂运动，实际上是颂骨肌功能正常与否的 客观标志，是非常有用的医疗检查手段。当然，本发明下颂运动轨迹记录模式和方法的改进，对口腔内科牙体修复、口腔修 复义齿制作、口腔牙周科的咬合调磨、口腔正畸科咬合调整，尤其是颞下颂关节专科颞下颂 关节紊乱病的诊断和治疗均有重要意义。该方法的建立是颞下颂关节康复训练系统与方法 的基础，也是后续建立颅颂面运动体系的基础。本发明下颂运动轨迹记录系统制造成本低，操作更方便、匹配运用轨迹计算分析 软件，使测试准确度提高。
图1是本发明下颂运动轨迹记录系统中，测试标记杆的实施例一的结构示意图。图2是本发明下颂运动轨迹记录系统中，测试标记杆的实施例二的结构示意图。图3是本发明下颂运动轨迹记录分析方法的方框示意图。图4是利用本发明系统拍摄的正常下颂运动轨迹记录模式图。图5是利用本发明系统拍摄的左侧咀嚼及张口疼痛病人的下颂边缘运动轨迹图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合说明书附图对本发 明作进一步地详细描述。本发明下颂运动轨迹记录分析系统包括，测试标记杆、至少2个红外摄像头，最好 选择带红外发射装置的红外摄像头，红外摄像头连接有用于分析摄像记录数据的电脑主 机。测试标记杆后端固定在测试者的下颂切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露出 口外并随着下颂一起运动，反映下颂运动轨迹，红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的 运动轨迹，将运动轨迹数据传送给电脑主机分析处理，判断下颂运动和上下牙列咬合是否 正常。具体的，电脑主机中有三维运动轨迹重建软件、三维轨迹分析判断程序，以及一个 数据库，存储有不同年龄、不同性别人群的下颂标准运动轨迹及各项参数，参数包括下颂上 下运动标准速率、各个运动方向的判断阀值等。如图1所示，测试标记杆对应上切牙的部位弯曲呈凹形1，用于对应避让上切牙的 咬合，即防止前门牙阻挡测试标记杆随下颂一起运动。测试标记杆后端固定在测试者的下 颂切牙，前端连接一个标记物2露出口外随着下颂一起运动。根据本发明的一个其他实施 方式，如图2所示，测试标记杆后端呈拱形3，用于固定卡在下切牙上。标记物为一个可反射红外光的小圆球，小圆球涂有反光材料，这样可方便红外摄 像头记录其运动轨迹。测试标记杆后端由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位； 或者测试标记杆后端通过磁性装置固定在下颂切牙部位，比如用2个强力小磁铁把测试标 记杆后端吸住固定好；或者测试标记杆后端通过压膜方式固定在下颂切牙表面，比如用弹 性橡胶套或压膜将测试标记杆后端固定在4颗下颂切牙表面。
红外摄像头通过可调整高度和角度的支架固定在测试者面部周围，采用至少两个 红外摄像头。例如，当采用两个红外摄像头时，其中一个红外摄像头可放于测试者面部正前 方，记录测试标记杆前端的标记物的在额状面，即冠状面上的运动轨迹；另一个红外摄像头 可放于测试者的侧面，记录测试标记杆前端的标记物的在矢状面上的运动轨迹。两个从不 同位置拍摄的运动轨迹组合起来，通过电脑中的坐标重建算法可得到测试标记杆标记物的 三维运动轨迹，即对应符合测试者的下颂三维运动轨迹。比如一个摄像头拍摄x(左右)方 向和ζ (上下)方向，另外一个摄像头拍摄y (前后)方向和ζ (上下)方向，两个摄像头拍 摄画面合在一块就能还原χ，ι, ζ三个方向的坐标。当然如果采用三个摄像头拍摄，效果会 更好，但也增加了一些成本。系统通过电脑主机分析处理测试者的下颂三维运动轨迹，和标准下颂运动轨迹及 阀值比较，具体是在张闭口、侧方运动、下颂前伸、后退、咀嚼运动等典型运动中下前牙切点 的运动轨迹，由运动轨迹图的特征可以认识下颂肌肉功能紊乱的情况和牙齿咬合情况是否正常。如图3所示，本发明还公开了一种下颂运动轨迹记录方法，其包括以下步骤101、将测试标记杆后端固定在测试者下颂切牙部位，测试标记杆前端连接一个标 记物露出口外并随下颂一起运动；102、通过至少2个带红外发射装置的红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的 移动轨迹，将移动轨迹数据传送给电脑主机分析处理；103、通过在电脑中重建标记物的位移轨迹，对应反映了测试者下颂运动的三维轨 迹，将记录的下颂运动三维轨迹和计算出的相关参数分别与系统存储的下颂标准运动轨迹 和标准参数作比较，判断下颂运动和上下牙列咬合是否正常。具体的，本发明公开的下颂运动轨迹记录方法，包括步骤1、将2台带红外光发射功能的红外摄像头交叉固定于患者面部周围，其中一个红 外摄像头可放于测试者面部正前方，记录测试标记杆前端的标记物的在额(冠)状面上的 运动轨迹，另一个红外摄像头可放于测试者的侧面，记录测试标记杆前端的标记物的在矢 状面上的运动轨迹。2、受试者端坐，双瞳平面与地平面平行，头位固定，肩部以上无支撑。将测试标记 杆后端固定于测试者的下切牙上，测试标记杆前端的标记小球伸出口外。测试标记杆后端 由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位；或者测试标记杆后端通过磁性装置固定 在下颂切牙部位；或者测试标记杆后端通过压膜方式固定在下颂切牙表面。打开电脑主机 中的下颂运动轨迹记录软件系统，并进行摄像头的校准，确认标记小球在摄像范围内，适当 进行调整。3、嘱测试者保持牙尖交错位，并行张闭口运动，当获得连续6秒的稳定记录资料 后，开始进行测试。4、当进行颂位及·稳定性测试时，受试者叩齿2下，从姿势位(mandibl印osture position, MPP)开始记录，即从测试者闭口的静止姿势位开始记录，慢慢张口至最大位置， 然后慢慢闭口，下颂前伸至牙切对切回到闭口的静止姿势位，系统同步显示其运动轨迹及 位移值，重复该运动至少2次，将数据传给电脑主机分析处理。电脑主机中的控制软件分别 求得2次以上在垂直方向、前后方向及侧方向的运动位移差，再分别求得垂直方向、前后方向及侧方向运动位移差的均值，分别与设定的阀值作比较，阀值设定范围是0. 05-0. 50mm, 可以依据测试者年龄、性别进行调整。比如设定阀值为0.25mm，若其中任一方向(垂直方 向、前后方向、侧方向)的位移差大于0. 25mm，则表明该患者MPP-ICP不稳定，即下颂运动和 稳定性不正常，需进行医治。当进行开闭口轨迹的运动速率及平滑度测试时，受试者从牙尖交错位 (intercuspal position, ICP)开始记录，先自然开闭口 1次，继而大而快地开闭口 1次，将 数据传给电脑主机分析处理，系统同步显示出2次运动的轨迹及速率。电脑主机中的控制 软件将记录的下颂运动三维轨迹及速率与系统存储的下颂标准运动轨迹及标准速率分别 作比较，判断这些轨迹的下颂运动指数是否一样，如果不同，则判断下颂运动和牙齿咬合不 正常。当进行下颂边缘运动轨迹测试时，测试者依次完成最大开闭口运动，最大前伸运 动，最大左、右侧方运动，要求每项运动都以闭口的静止姿势位为起点及终点，将数据传给 电脑主机分析处理，系统同步记录显示下颂边缘运动轨迹。计算及比较这些轨迹的下颂运 动指数(mandibular movement index，MMI)，MMI主要利用冠状面轨迹进行。电脑主机中的 控制软件比较最大开闭口运动中的开口轨迹和闭口轨迹之间位移距离是否超过规定的阀 值；或者系统比较最大前伸运动中的开口轨迹和闭口轨迹之间位移距离是否超过规定的阀 值；或者系统比较最大左、右侧方运动中的开口轨迹和闭口轨迹之间位移距离是否超过规 定的阀值。如果判断超过阀值，则表明对应某个方向的咬合与肌功能不协调。阀值设定范围 是0.20-0. 60mm，可以依据测试者年龄、性别进行调整。例如，正常开、闭口轨迹是基本一致 的，对于25岁的男性，如果最大开闭口运动中闭口轨迹脱离开口轨迹距离过大，超过0. 5mm 以上，则表明咬合与肌功能不协调，需医治。图4为利用本发明建立的系统拍摄的正常下颂运动轨迹记录模式图。其中左侧图 为矢状面边缘运动基本图形记录了最大张闭口运动，最大前伸及后退运动。P点表示最大 前伸位；0点表示最大张口位；RCP点表示后退接触位；ICP点表示最大牙尖交错位。正常情 况下，从最大前伸位⑵到最大张口位(0)轨迹恒定，从前上到后下呈一光滑曲线，而前伸 轨迹(即ICP点至P点轨迹)受切导影响，曲线较不规整。图4中右侧图为冠状面边缘运动轨迹，反映最大张口及最大侧向运动。R点表示右 侧边缘运动咬合位；L点表示左侧边缘运动咬合位；0点表示最大张口位；ICP点表示最大 牙尖交错位。正常情况下，张闭口运动为垂直方向居中的直线(左右方向弯曲变化不大)； 侧向边缘运动左右基本对称。从侧向边缘咬合位到最大张口位的轨迹比较稳定(即R点或 L点至0点轨迹)。图5为一左侧咀嚼及张口疼痛病人的下颂边缘运动轨迹。各方向的运动轨迹，特 别是左侧边缘为张口轨迹异常，各转折点较偏离正常边缘运动模式图，且以患侧显著。此 外，运动范围，特别是张口度减小。左右侧向运动、垂直张闭口运动轨迹出现不规则偏摆，估 计该患者出现关节内紊乱，导致张口型的变异，而前伸轨迹的短且不规则，提示可能该患者 有覆牙合深、覆盖浅的咬合状况。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方 式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式
，对本 发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
权利要求
一种下颌运动轨迹记录系统，其特征在于包括测试标记杆、至少两个红外摄像头和用于分析摄像记录数据的电脑主机，测试标记杆后端固定在测试者的下颌切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露出口外并随着下颌一起运动，反映下颌运动轨迹，红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的运动轨迹，将运动轨迹数据传送给电脑主机分析处理，判断下颌运动和上下牙列咬合是否正常。
2.根据权利要求1所述的下颂运动轨迹记录系统，其特征在于所述测试标记杆对应 上切牙的部位弯曲呈凹形，用于对应避让上切牙的咬合。
3.根据权利要求1或2所述的下颂运动轨迹记录系统，其特征在于所述测试标记杆 后端由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通过磁性 装置固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通过压膜方式固定在下颂切牙部位。
4.根据权利要求1或2所述的下颂运动轨迹记录系统，其特征在于所述测试标记杆 前端的标记物为一个表面涂有反光材料的小圆球，可随着下颂一起运动，反映下颂运动轨 迹。
5.根据权利要求1所述的下颂运动轨迹记录系统，其特征在于所述两个红外摄像头 通过可调整高度和角度的支架固定在测试者面部周围，其中一个红外摄像头放于测试者面 部正前方，记录所述测试标记杆前端的标记物在冠状面上的运动轨迹，另一个红外摄像头 放于测试者的侧面，记录所述测试标记杆前端的标记物在矢状面上的运动轨迹。
6.一种下颂运动轨迹记录方法，其包括以下步骤a、将测试标记杆后端固定在测试者下颂切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露 出口外并随着下颂一起运动；b、通过至少2个带红外发射装置的红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的运动轨 迹，将运动轨迹数据传送给电脑主机分析处理；C、通过在电脑中重建标记物的运动轨迹，对应反映了测试者下颂运动的三维轨迹，将 记录的下颂运动三维轨迹和计算出的相关参数分别与系统存储的下颂标准运动轨迹和标 准参数作比较，判断下颂运动和上下牙列咬合是否正常。
7.根据权利要求6所述的下颂运动轨迹记录方法，其特征在于所述测试标记杆后端 由钢丝或塑料丝通过牙间隙固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通过磁性装置 固定在下颂切牙部位；或者所述测试标记杆后端通过压膜方式固定在下颂切牙部位。
8.根据权利要求6所述的下颂运动轨迹记录方法，其特征在于步骤a之后还包括步 骤al 对所述红外摄像头进行校正，调整所述红外摄像头的各项参数，用于增强记录所述 测试标记杆前端标记物运动轨迹的准确度。
9.根据权利要求6所述的下颂运动轨迹记录方法，其特征在于步骤b具体包括当进行颂位及牙合稳定性测试时，从测试者闭口的静止姿势位开始记录，张口至最大位置，然后闭口下颂前伸至上切牙对下切牙回到闭口的静止姿势位，系统同步显示其运动轨 迹及位移值，重复该运动至少2次，将数据传给所述电脑主机分析处理；当进行开闭口轨迹的运动速率及平滑度测试时，从测试者牙尖交错位开始记录，先自 然开闭口 1次，继而大而快地开闭口 1次，将数据传给所述电脑主机分析处理，系统同步显 示出2次运动的轨迹及速率；当进行下颂边缘运动轨迹测试时，测试者依次完成最大开闭口运动，最大前伸运动，最2大左、右侧方运动，要求每项运动都以闭口的静止姿势位为起点及终点，将数据传给所述电 脑主机分析处理，系统同步记录显示下颂边缘运动轨迹。
10.根据权利要求6所述的下颂运动轨迹记录方法，其特征在于步骤c具体包括 当进行颂位及·稳定性测试时，分别求得2次以上在垂直方向、前后方向及侧方向的 运动位移差，再分别求得垂直方向、前后方向及侧方向运动位移差的均值，分别与设定的阀 值作比较，如果超出所述阀值，则表明测试者判断下颂运动和牙昏稳定性不正常，需进行医 治；当进行开闭口轨迹的运动速率及平滑度测试时，将记录的下颂运动三维轨迹及速率分 别与系统存储的下颂标准运动轨迹及标准速率作比较，判断所述三维轨迹的下颂运动指数 是否一样，如果不同，则表明下颂运动和牙齿咬合不正常；当进行下颂边缘运动轨迹测试时，系统比较最大开闭口运动中的开口轨迹和闭口轨迹 之间位移距离是否超过规定的阀值；或者系统比较最大前伸运动中的开口轨迹和闭口轨迹 之间位移距离是否超过规定的阀值；或者系统比较最大左、右侧方运动中的开口轨迹和闭 口轨迹之间位移距离是否超过规定的阀值，如果判断超过阀值，则表明对应某个方向的咬 合与肌功能不协调。
全文摘要
本发明公开了一种下颌运动轨迹记录方法，其包括以下步骤a、将测试标记杆后端固定在测试者下颌切牙部位，测试标记杆前端连接一个标记物露出口外并随着下颌一起运动；b、通过至少2个带红外发射装置的红外摄像头记录测试标记杆前端标记物的运动轨迹，将运动轨迹数据传送给电脑主机分析处理；c、通过在电脑中重建标记物的运动轨迹，对应反映了测试者下颌运动的三维轨迹，将记录的下颌运动三维轨迹和计算出的相关参数分别与系统存储的下颌标准运动轨迹和标准参数作比较，判断下颌运动和上下牙列咬合是否正常。此外，本发明还公开了一种下颌运动轨迹记录系统。
文档编号A61B5/11GK101912267SQ201010263040
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者宋嵘, 张志光, 蒋庆, 许跃 申请人:中山大学