下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法。


背景技术：

2.下颌运动是人体相关肌肉产生的一种复杂而精细的空间三维运动，它能执行和完成口颌系统的各种功能，可反映下颌系统肌肉、颞下颌关节、咬合三者之间的关系。下颌运动的表现形式、运动类型以及位移等特征均可反映口颌系统的生理病理状态，也可用于疾病治疗前后的对比分析。因此，下颌运动的动态分析长期以来一直是颞颌关节病、咬合疾病、以及牙列缺损缺失修复治疗的关键手段。
3.下颌运动轨迹的研究手段随着技术发展不断改进，从解剖学方法、影像学方法一直延伸到目前临床上最常用的描记仪方式。然而一些常见的下颌运动描记仪使用方法复杂，且需要患者拍摄锥形束ct(cone beam ct，简称cbct)，增加了患者辐射量。


技术实现要素：

4.本发明提供一种下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法，用以解决现有技术中的下颌运动描记仪使用方法复杂、对患者辐射量较大的缺陷，以提高下颌运动捕捉的便利性。
5.本发明提供一种下颌运动捕捉系统，包括下牙列视觉标记装置、上牙列视觉标记装置、视觉探针和视觉定位仪，所述下牙列视觉标记装置包括柔性贴合片和第一视觉标记件，所述柔性贴合片的一侧能够粘附于患者的下牙列的外表面，所述柔性贴合片的另一侧连接于所述第一视觉标记件；所述上牙列视觉标记装置包括标记支撑件以及安装于所述标记支撑件上的第二视觉标记件，所述标记支撑件能够附接于所述患者的上牙列或者与所述上牙列静止连接的颅面部；所述视觉探针的末端安装有第三视觉标记件，所述第一视觉标记件、所述第二视觉标记件和所述第三视觉标记件均位于所述视觉定位仪的图像采集范围内。
6.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉系统，所述标记支撑件为头戴式设备，所述头戴式设备能够佩戴于所述患者的颅面部。
7.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉系统，所述头戴式设备包括相连的刚性支撑和松紧调节机构，所述松紧调节机构能够将所述刚性支撑固定于所述患者的额头部位，所述第二视觉标记件固接于所述刚性支撑。
8.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉系统，所述头戴式设备包括设有鼻托的支撑架，所述支撑架能够挂接于所述患者的耳部，所述第二视觉标记件固接于所述支撑架。
9.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉系统，还包括牙列导板，所述牙列导板能够套接于所述下牙列的上端和/或所述上牙列的下端；所述牙列导板设有多个与所述视觉探针的尖端相适配的定位凹槽。
10.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉系统，还包括下颌运动模拟装置，所述下颌运动模拟装置包括上颌静平台、下颌动平台以及六自由度驱动装置，所述上颌静平台朝向所述下颌动平台的一侧设有上牙列模型安装位，所述下颌动平台朝向所述上颌静平台的一侧设有下牙列模型安装位；所述六自由度驱动装置安装于所述下颌动平台背离所述上颌静平台的一侧。
11.本发明还提供一种下颌运动捕捉方法，包括：
12.获取患者的上牙列口内扫描模型和下牙列口内扫描模型；
13.将下牙列视觉标记装置粘附于患者的下牙列的外表面，将上牙列视觉标记装置附接于所述患者的上牙列或者与所述上牙列静止连接的颅面部；
14.用户手持视觉探针依次触碰所述患者的下牙列上的多个第一解剖标志点，获取所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标，将所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标与对应的所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标进行一一配准，以将所述下牙列口内扫描模型匹配至所述患者的下牙列的实际空间位置上；
15.用户手持视觉探针依次触碰所述患者的上牙列上的多个第二解剖标志点，获取所述第二解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及所述第二解剖标志点在所述上牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标，将所述第二解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标与对应的所述第二解剖标志点在所述上牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标进行一一配准，以将所述上牙列口内扫描模型匹配至所述患者的上牙列的实际空间位置上；
16.获取所述患者在进行下颌运动时所述下牙列视觉标记装置和所述上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，更新所述下牙列口内扫描模型和所述上牙列口内扫描模型的位置和姿态。
17.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉方法，所述将所述下牙列口内扫描模型匹配至所述患者的下牙列的实际空间位置上，进一步包括：
18.用户手持视觉探针依次触碰所述患者的下牙列上的多个第一解剖标志点，获取所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及同一时刻下所述下牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态；
19.基于坐标转换关系，将所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标转换到所述下牙列视觉标记装置所在的坐标系下表示；
20.获取所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标，将所述第一解剖标志点在所述下牙列视觉标记装置所在的坐标系下的坐标与对应的所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标进行一一配准，以将所述下牙列口内扫描模型匹配至所述患者的下牙列的实际空间位置上；
21.所述将所述上牙列口内扫描模型匹配至所述患者的上牙列的实际空间位置上，进一步包括：
22.用户手持视觉探针依次触碰所述患者的上牙列上的多个第二解剖标志点，获取所述第二解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及同一时刻下所述上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态；
23.基于坐标转换关系，将所述第二解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标转换
到所述上牙列视觉标记装置所在的坐标系下表示；
24.获取所述第二解剖标志点在所述上牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标，将所述第二解剖标志点在所述上牙列视觉标记装置所在的坐标系下的坐标与对应的所述第二解剖标志点在所述上牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标进行一一配准，以将所述上牙列口内扫描模型匹配至所述患者的上牙列的实际空间位置上。
25.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉方法，所述更新所述下牙列口内扫描模型的位置和姿态，进一步包括：
26.基于所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及同一时刻下所述下牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，计算所述第一解剖标志点与所述下牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系；
27.基于所述第一解剖标志点与所述下牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系以及进行下颌运动时所述下牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，更新所述下牙列口内扫描模型的位置和姿态；
28.所述更新所述上牙列口内扫描模型的位置，进一步包括：
29.基于所述第二解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及同一时刻下所述上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，计算所述第二解剖标志点与所述上牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系；
30.基于所述第二解剖标志点与所述上牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系以及进行下颌运动时所述上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，更新所述上牙列口内扫描模型的位置和姿态。
31.本发明还提供另一种下颌运动捕捉方法，包括：
32.获取患者的上牙列口内扫描模型、下牙列口内扫描模型以及咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系；
33.将下牙列视觉标记装置粘附于患者的下牙列的外表面，将上牙列视觉标记装置附接于所述患者的上牙列或者与所述上牙列静止连接的颅面部；
34.用户手持视觉探针依次触碰所述患者的下牙列上的多个第一解剖标志点，获取所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标，将所述第一解剖标志点在视觉定位仪的坐标系下的坐标与对应的所述第一解剖标志点在所述下牙列口内扫描模型的坐标系下的坐标进行一一配准，以将所述下牙列口内扫描模型匹配至所述患者的下牙列的实际空间位置上；
35.获取所述患者在咬合状态下的下牙列视觉标记装置和上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，计算所述下牙列视觉标记装置与所述上牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系；基于所述咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系以及所述下牙列视觉标记装置与所述上牙列视觉标记装置的相对位置和姿态关系，将所述上牙列口内扫描模型匹配至所述患者的上牙列的实际空间位置上；
36.获取所述患者在进行下颌运动时所述下牙列视觉标记装置和所述上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态，更新所述下牙列口内扫描模型和所述上牙列口内扫描模型的位置和姿态。
37.根据本发明提供的一种下颌运动捕捉方法，在所述获取咬合状态下上牙列和下牙
列的外部曲面之间的相对位置关系之前，还包括：
38.使所述患者的上牙列和下牙列咬合在一起并咬住印模材料；
39.在所述获取所述患者在咬合状态下的下牙列视觉标记装置和上牙列视觉标记装置在视觉定位仪的坐标系下的位置和姿态之前，还包括：
40.将凝固后的所述印模材料置于所述患者的上牙列和下牙列之间，使所述患者的上牙列和下牙列重新咬合在一起。
41.本发明还提供一种下颌运动模拟方法，包括如上述所述的下颌运动捕捉方法，还包括：
42.基于上牙列口内扫描模型和下牙列口内扫描模型，制作上牙列实物模型和下牙列实物模型；
43.基于患者在采集时间段内的下牙列口内扫描模型和所述上牙列口内扫描模型的位置和姿态，计算所述下牙列口内扫描模型相对于所述上牙列口内扫描模型的相对位置和姿态；
44.将所述上牙列实物模型固定在上颌静平台的下侧，将所述下牙列实物模型固定在下颌动平台的上侧；
45.基于所述下牙列口内扫描模型相对于所述上牙列口内扫描模型的相对位置和姿态，控制安装于所述下颌动平台的下侧的六自由度驱动装置的运行量，以调整所述下颌动平台的位置和姿态。
46.本发明提供的下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法，其中下颌运动捕捉系统将第一视觉标记件通过柔性贴合片粘附于患者的下牙列，因而第一视觉标记件可以间接地反映患者下牙列的空间位置和姿态，同样地，将第二视觉标记件通过标记支撑件附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部，因而第二视觉标记件可以间接地反映患者上牙列的空间位置和姿态，再通过视觉定位仪来实时地探测第一视觉标记件以及第二视觉标记件的空间位置及姿态，进而可以捕捉患者上下颌的相对运动；同时，该系统还利用视觉探针将虚拟图像中的上、下牙列口内扫描模型与其对应的实际解剖位置匹配在一起，使得上下颌的相对运动可以通过虚拟图像的形式显示，用于指导用户完成各种测量、分析以及其它后续操作。该下颌运动捕捉系统提高了下颌运动的捕捉及记录的准确性，同时提升了操作的便利性，还减少了患者受到的辐射剂量。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1是本发明提供的下颌运动捕捉系统的结构示意图；
49.图2是本发明提供的下牙列视觉标记装置的安装示意图；
50.图3是本发明提供的牙列导板和视觉探针配合使用的示意图；
51.图4是本发明提供的下颌运动模拟装置的结构示意图；
52.图5是本发明提供的下颌运动捕捉方法的流程示意图之一；
53.图6是本发明提供的将下牙列口内扫描模型匹配至患者的下牙列的实际空间位置的步骤示意图；
54.图7是本发明提供的下颌运动捕捉方法的流程示意图之二；
55.图8是本发明提供的使患者的上牙列和下牙列咬合在一起并咬住印模材料的步骤示意图；
56.图9是本发明提供的下颌运动模拟方法的流程示意图；
57.图10是本发明提供的制作下牙列实物模型的步骤示意图。
58.附图标记：
59.1、下牙列视觉标记装置；
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11、第一视觉标记件；
60.12、柔性贴合片；
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121、开口槽；
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13、连接体；
61.14、牙列导板；
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2、上牙列视觉标记装置；
62.21、第二视觉标记件；
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3、视觉探针；
63.31、第三视觉标记件； 4、视觉定位仪；
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41、显示屏；
64.51、上颌静平台；
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52、下颌动平台；
65.53、六自由度驱动装置；
66.6、下牙列实物模型；
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7、上牙列实物模型；
67.8、下牙列口内扫描模型；
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81、第一解剖标志点；
68.9、上牙列口内扫描模型；
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10、印模材料。
具体实施方式
69.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
70.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
71.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。
72.如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种下颌运动捕捉系统，包括下牙列视觉标记装置1、上牙列视觉标记装置2、视觉探针3和视觉定位仪4，下牙列视觉标记装置1包括柔性贴合片12和第一视觉标记件11，柔性贴合片12的一侧能够粘附于患者的下牙列的外表面，柔性贴合片12的另一侧连接于第一视觉标记件11。上牙列视觉标记装置2包括标记支撑件以及安装于标记支撑件上的第二视觉标记件21，标记支撑件能够附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部。视觉探针3的末端安装有第三视觉标记件31，第一视觉标记件11、第二视觉标记件21和第三视觉标记件31均位于视觉定位仪4的图像采集范围内。
73.具体地，下牙列视觉标记装置1的柔性贴合片12可由铝合金或其它塑性变形性能好的材料制成，使用前可以根据预制的患者的下牙列实物模型对柔性贴合片12进行预弯曲，然后再使用口腔专用的粘附材料将柔性贴合片12粘附在下牙列的牙齿外表面。具体的粘贴位置可以靠近下牙列的牙齿的根部，避免影响上下颌的牙齿咬合关系。第一视觉标记件11连接于柔性贴合片12的外侧面，并可由患者的口腔内伸出，以便于被视觉定位仪4采集图像信号。
74.上牙列视觉标记装置2通过标记支撑件附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部，标记支撑件也可以采用柔性贴合片12贴合于患者的上牙列，或者采用牙列导板嵌合于上牙列。此外，由于上牙列与人体的颅骨是固定连接关系，因而还可以将标记支撑件固定在患者的颅面部，例如标记支撑件可以采用头戴式设备，患者只需在检测时佩戴头戴式设备即可，整体使用方便快捷，且可以重复利用。通过视觉定位仪4采集第二视觉标记件21的图像信息，可以捕捉患者的头部运动，进而间接反映了上牙列的运动。
75.视觉探针3为一杆状结构，视觉探针3的中部设有供用户抓握的把持部，视觉探针3的末端安装有第三视觉标记件31，以便于被视觉定位仪4采集图像信号，视觉探针3的顶端设有针尖部。使用前可以对视觉探针3进行标定，进而在实际使用时通过用户移动视觉探针3，利用探针的尖端接触预设的待测点，来获得该待测点在视觉定位仪4的坐标系下的空间位置信息。例如，可以通过视觉探针3接触患者下牙列上的预设标记点，由于这些预设标记点在虚拟图像中的下牙列口内扫描模型上同样位于相同的位置，进而可以将下牙列的实际位置与虚拟图像中的下牙列口内扫描模型进行配准，继而可以将下颌运动通过虚拟图像的形式显示，用于指导用户完成各种测量、分析以及其它后续操作。
76.本实施例提供的下颌运动捕捉系统，将第一视觉标记件11通过柔性贴合片12粘附于患者的下牙列，因而第一视觉标记件11可以间接地反映患者下牙列的空间位置和姿态，同样地，将第二视觉标记件21通过标记支撑件附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部，因而第二视觉标记件21可以间接地反映患者上牙列的空间位置和姿态，再通过视觉定位仪4来实时地探测第一视觉标记件11以及第二视觉标记件21的空间位置及姿态，进而可以捕捉患者上下颌的相对运动；同时，该系统还利用视觉探针3将虚拟图像中的上、下牙列口内扫描模型与其对应的实际解剖位置匹配在一起，使得上下颌的相对运动可以通过虚拟图像的形式显示，用于指导用户完成各种测量、分析以及其它后续操作。该下颌运动捕捉系统提高了下颌运动的捕捉及记录的准确性，同时提升了操作的便利性，还减少了患者受到的辐射剂量。
77.进一步地，如图2所示，在本发明实施例中，柔性贴合片12在长度方向上间隔地开设有多个开口槽121。具体地，开口槽121为长圆孔形，口腔专用的粘附材料可以涂覆在开口槽121处或者柔性贴合片12的其他合适位置。通过开设开口槽121可以增强柔性贴合片12的易弯曲性，同时避免柔性贴合片12在弯曲并粘附于患者的下牙列时产生褶皱，影响粘附的牢固程度。
78.进一步地，如图1所示，在本发明实施例中，标记支撑件为头戴式设备，头戴式设备能够佩戴于患者的颅面部。在一个具体的实施例中，头戴式设备包括相连的刚性支撑和松紧调节机构，松紧调节机构能够将刚性支撑固定于患者的额头部位，第二视觉标记件21固接于刚性支撑。具体地，刚性支撑可以为具备一定刚度的弧形条，弧形条可以贴合于患者的
额头部位。刚性支撑的两端通过松紧调节机构连接在一起，形成一环形结构，通过调节松紧调节机构来调节环形结构的内径，进而实现刚性支撑与患者额头之间的松紧度调节，方便患者穿脱头戴式设备。调节松紧调节机构可以采用弹性绑带或者带松紧旋钮或者卡扣的伸缩带，还可以采用两个交叠的带体，两个带体在交叠部分处通过齿轮齿条机构或者棘轮棘爪机构连接，进而可以调节两个带体的交叠部分的长度，实现松紧度的调节。除此之外，松紧调节机构还可以采用其他的结构，只要能够实现松紧调节即可，此处不做限制。
79.在另一个具体的实施例中，头戴式设备还可以包括设有鼻托的支撑架，支撑架能够挂接于患者的耳部，第二视觉标记件21固接于支撑架。该实施例中的头戴式设备采用类似眼镜的结构，患者穿戴时将鼻托置于鼻梁上，同时将支撑架的两端挂接在耳部即可。此外，头戴式设备还可以采用类似帽子、头箍、耳机等的结构形式，此处不做限制。
80.更进一步地，如图1所示，在本发明实施例中，第一视觉标记件11、第二视觉标记件21和第三视觉标记件31均包括多个标记位，每个标记位安装有反光球或者反光片等反光部件。多个标记位中至少有三个标记位的位置不共线。通过设置至少三个不共线的反光球或者反光片，使得视觉定位仪4可以实时探测第一视觉标记件11、第二视觉标记件21和第三视觉标记件31的空间位置及姿态，进而间接地反映下颌、上颌以及视觉探针的空间位置和姿态。
81.进一步地，如图3所示，在本发明实施例中，该下颌运动捕捉系统还包括牙列导板14，牙列导板14能够套接于下牙列的上端和/或上牙列的下端。牙列导板14设有多个与视觉探针3的尖端相适配的定位凹槽。具体地，以下牙列安装有牙列导板14为例进行说明，可以在下牙列口内扫描模型的基础上设计牙列导板14，牙列导板14的内表面紧密贴合在下牙列上，并在牙列导板14的待测标志点处(如牙齿尖端点等具有明显特征的点)开设多个定位凹槽，定位凹槽可以为与视觉探针3的尖端形状一致的锥形槽，使得视觉探针3可准确地与待测标志点接触。牙列导板14可采用3d打印方式制作而成，使用时将其扣在患者下牙列的上半部分，不与柔性贴合片12干涉。通过设置牙列导板14可以避免因用户经验不足而无法准确触碰患者的牙齿上的预设的待测标志点所造成的配准误差。
82.进一步地，如图1和图2所示，下牙列视觉标记装置1还包括连接体13，连接体13的一端连接于柔性贴合片12，连接体13的另一端朝远离下牙列的方向延伸并连接于第一视觉标记件11。具体地，连接体13靠近柔性贴合片12的一端具有一定弧度，方便连接体13从患者口内伸出。连接体13与第一视觉标记件11和柔性贴合片12之间的连接可以采用插接、粘接或者一体化连接等方式。
83.进一步地，如图1所示，视觉定位仪4还连接有显示屏41。通过显示屏41可以将患者的上下颌相对运动以虚拟图像的形式展示给用户，用于指导用户完成各种测量、分析以及其它后续操作。
84.在上述实施例的基础上，如图4所示，该下颌运动捕捉系统还包括下颌运动模拟装置，下颌运动模拟装置包括上颌静平台51、下颌动平台52以及六自由度驱动装置53，上颌静平台51朝向下颌动平台52的一侧设有上牙列模型安装位，用于安装上牙列实物模型7；下颌动平台52朝向上颌静平台51的一侧设有下牙列模型安装位，用于安装下牙列实物模型6。六自由度驱动装置53安装于下颌动平台52背离上颌静平台51的一侧，六自由度驱动装置53可以包括六个电动推杆，在电动推杆的两端各设置一个万向铰链以与下颌动平台52和底板连
接，通过控制六个电动推杆的伸缩运动，完成下颌动平台52在空间六个自由度的运动，从而可以动态调整下牙列模型相对于上牙列模型的位置和姿态。通过以静止不动的上颌为参考基准，让下颌模型运动来进行实物模拟，可以为后续诊断与研究提供基础。
85.如图5所示，本发明还提供一种下颌运动捕捉方法，包括：
86.步骤s110：获取患者的上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8。
87.具体地，使用口内扫描仪器分别扫描患者的上下颌牙列，获取患者的上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8。然后还可以对上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8进行修整处理，如补洞、平滑、删除不需要的三角面等。口内扫描仪是基于光学原理制造的仪器，利用三维成像方法在单个位置采集到牙齿表面的三维数据点云，然后在口内相机移动过程中，不断将不同位置采集的三维数据叠加，最后形成完整的三维数据模型。与传统的cbct相比，口内扫描仪不存在辐射问题。
88.步骤s120：将下牙列视觉标记装置1粘附于患者的下牙列的外表面，将上牙列视觉标记装置2附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部。
89.步骤s130：将患者下牙列实际位置与下牙列口内扫描模型8进行配准。如图1和图6所示，用户手持视觉探针3依次触碰患者的下牙列上的多个第一解剖标志点81，获取第一解剖标志点81在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标，将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标进行一一配准，以将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置上。
90.具体地，第一解剖标志点81可以为牙齿尖端点等具有明显特征的点。通过视觉探针3直接测量获得的多个第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标表示为p
v1
、p
v2
、
…
p
vn
，对应的第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标表示为p
s1
、p
s2
、
…
p
sn
。
91.由于采集过程中患者的下颌牙列位置可能发生变化，为了获得固定的相对位置关系，可将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标转换到第一解剖标志点81在下牙列视觉标记装置1所在的坐标系下予以表示，具体步骤包括：
92.在视觉探针3触碰第一解剖标志点81时，获取当前时刻下下牙列视觉标记装置1在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，由齐次矩阵表示。
93.由于第一解剖标志点81相对于下牙列视觉标记装置1的位置关系是固定的，因而可以基于坐标转换关系，将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标转换到第一解剖标志点81在下牙列视觉标记装置1所在的坐标系下，转换公式为第一解剖标志点81在下牙列视觉标记装置1所在的坐标系下的坐标表示为p
m1
、p
m2
、
…
p
mn
。
94.如图6所示，将患者实际空间位置上的第一解剖标志点81(坐标为p
m1
、p
m2
、
…
p
mn
)与下牙列口内扫描模型8中对应的第一解剖标志点81(坐标为p
s1
、p
s2
、
…
p
sn
)这两组点集中一一对应的点进行配准，进而可以将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置上。具体地，对这两组一一对应的点集可采用奇异值分解(svd)的方法计算最优变换，获得两个点集之间的空间转换关系(包含旋转和平移关系)，即通过旋转和平移可将两个对应点集匹配在一起。
95.步骤s140：将患者上牙列实际位置与上牙列口内扫描模型9进行配准。用户手持视觉探针3依次触碰患者的上牙列上的多个第二解剖标志点，获取第二解剖标志点在视觉定位仪4的坐标系下的坐标以及第二解剖标志点在上牙列口内扫描模型9的坐标系下的坐标，将第二解剖标志点在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第二解剖标志点在上牙列口内扫描模型9的坐标系下的坐标进行一一配准，以将上牙列口内扫描模型9匹配至患者的上牙列的实际空间位置上。步骤s140与步骤s130类似，此处不再赘述。
96.步骤s150：获取患者在进行下颌运动时下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，更新下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态。
97.具体地，以更新下牙列口内扫描模型8的位置和姿态为例进行说明，上牙列口内扫描模型9的位置和姿态的更新与之类似，不再赘述。具体步骤包括：
98.基于第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标以及同一时刻下下牙列视觉标记装置1在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，计算第一解剖标志点81与下牙列视觉标记装置1的相对位置和姿态关系。由于第一解剖标志点81(坐标为p
m1
、p
m2
、
…
p
mn
)相对于下牙列视觉标记装置1所在的坐标系的位置姿态是固定的，可由变换矩阵t来描述。
99.基于第一解剖标志点81与下牙列视觉标记装置1的相对位置和姿态关系t以及进行下颌运动时下牙列视觉标记装置1在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态更新下牙列口内扫描模型的位置，更新后的位置为：t
′
＝t
m
·
t。
100.如图7和图8所示，本发明还提供另一种下颌运动捕捉方法，包括：
101.步骤s210：获取患者的上牙列口内扫描模型9、下牙列口内扫描模型8以及咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系。
102.具体地，与步骤s110类似，可以使用口内扫描仪器在患者张口状态下分别扫描患者的上下颌牙列，获取患者的上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8。然后还可以对上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8进行修整处理，如补洞、平滑、删除不需要的三角面等。然后，使患者的上牙列和下牙列咬合在一起并咬住印模材料10，印模材料10是采取口腔阴模时所用的材料，这种材料富有弹性，流动性与可塑性良好，凝固后物理性质稳定。待咬合稳定后(即印模材料10凝固后)，再次使用口内扫描仪器扫描上下牙列中间部分的曲面，即可获取咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系。更具体地，为了保证咬合关系的稳定，可在牙列的两侧各咬住一个印模材料10。
103.步骤s220：将下牙列视觉标记装置1粘附于患者的下牙列的外表面，将上牙列视觉标记装置2附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部。
104.步骤s230：用户手持视觉探针3依次触碰患者的下牙列上的多个第一解剖标志点81，获取第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标以及第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标，将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标进行一一配准，以将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置上。步骤s230与步骤s130相同，此处不再赘述。
105.步骤s240：获取患者在咬合状态下的下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，计算下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标
记装置2的相对位置和姿态关系；基于咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系以及下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标记装置2的相对位置和姿态关系，将上牙列口内扫描模型9匹配至患者的上牙列的实际空间位置上。
106.具体地，让患者重新咬合一次，为了保证上下牙列咬合时与步骤s210记录的相对位置关系一致，可将凝固的印模材料10塞在牙列的两侧用来限制上下牙列相对运动，以保证两次咬合状态一致。然后再通过视觉定位仪4获取咬合状态下的下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2的位置和姿态，计算下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标记装置2的相对位置和姿态关系。由于在步骤s230中，已经将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置，因而，基于咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系以及下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标记装置2的相对位置和姿态关系，可以将上牙列口内扫描模型9匹配至患者的上牙列的实际空间位置上。
107.步骤s250：获取患者在进行下颌运动时下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，更新下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态。步骤s250与步骤s150相同，此处不再赘述。
108.如图9和图10所示，本发明还提供一种下颌运动模拟方法，包括如上述所述的下颌运动捕捉方法，还包括：
109.步骤s310：基于上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8，制作上牙列实物模型7和下牙列实物模型6。
110.具体地，如图10所示，以制作下牙列实物模型6为例，对下牙列口内扫描模型8的边界向下(或指定方向)投影，生成包含牙齿模型的基台(如图10中的右图所示)，最终通过3d打印等方式加工制造出下牙列实物模型6。
111.步骤s320：基于患者在采集时间段内的下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态，计算下牙列口内扫描模型8相对于上牙列口内扫描模型9的相对位置和姿态。
112.步骤s330：如图4所示，将上牙列实物模型7固定在上颌静平台51的下侧，将下牙列实物模型6固定在下颌动平台52的上侧。
113.步骤s340：基于下牙列口内扫描模型8相对于上牙列口内扫描模型9的相对位置和姿态，控制安装于下颌动平台52的下侧的六自由度驱动装置53的运行量，以调整下颌动平台52的位置和姿态。通过以上颌牙列为参考基准(静止不动)，让下颌牙列模型运动来进行实物模拟，为后续诊断与研究提供基础。
114.在上述实施例的基础上，该下颌运动捕捉系统还包括一电子设备，包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如上述任一种实施例中的下颌运动捕捉方法的步骤。
115.具体地，该电子设备通过通信接口与口内扫描仪器和视觉定位仪4进行数据通信，以获取患者的上牙列口内扫描模型9和下牙列口内扫描模型8；并在用户手持视觉探针3依次触碰患者的下牙列上的多个第一解剖标志点81时，获取第一解剖标志点81在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标，将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第一解剖标志点81在下牙列
口内扫描模型8的坐标系下的坐标进行一一配准，以将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置上；以及在用户手持视觉探针3依次触碰患者的上牙列上的多个第二解剖标志点时，获取第二解剖标志点在视觉定位仪4的坐标系下的坐标以及第二解剖标志点在上牙列口内扫描模型9的坐标系下的坐标，将第二解剖标志点在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第二解剖标志点在上牙列口内扫描模型9的坐标系下的坐标进行一一配准，以将上牙列口内扫描模型9匹配至患者的上牙列的实际空间位置上；接着，获取患者在进行下颌运动时下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，更新下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态。视觉定位仪4可以通过显示屏41实时显示下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置并对其进行动态更新。
116.或者，该电子设备通过通信接口与口内扫描仪器和视觉定位仪4进行数据通信，以获取患者的上牙列口内扫描模型9、下牙列口内扫描模型8以及咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系；并在用户手持视觉探针3依次触碰患者的下牙列上的多个第一解剖标志点81时，获取第一解剖标志点81在视觉定位仪的坐标系下的坐标以及第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标，将第一解剖标志点81在视觉定位仪4的坐标系下的坐标与对应的第一解剖标志点81在下牙列口内扫描模型8的坐标系下的坐标进行一一配准，以将下牙列口内扫描模型8匹配至患者的下牙列的实际空间位置上；以及在患者处于在咬合状态下，获取下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，计算下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标记装置2的相对位置和姿态关系，基于咬合状态下上牙列和下牙列的外部曲面之间的相对位置关系以及下牙列视觉标记装置1与上牙列视觉标记装置2的相对位置和姿态关系，将上牙列口内扫描模型9匹配至患者的上牙列的实际空间位置上；接着，获取患者在进行下颌运动时下牙列视觉标记装置1和上牙列视觉标记装置2在视觉定位仪4的坐标系下的位置和姿态，更新下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态。视觉定位仪4可以通过显示屏41实时显示下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置并对其进行动态更新。
117.进一步地，该电子设备还可以通过通信接口与下颌运动模拟装置进行数据通信，下颌运动模拟装置可以基于患者在采集时间段内的下牙列口内扫描模型8和上牙列口内扫描模型9的位置和姿态，计算下牙列口内扫描模型8相对于上牙列口内扫描模型9的相对位置和姿态；然后基于下牙列口内扫描模型8相对于上牙列口内扫描模型9的相对位置和姿态，控制安装于下颌动平台52的下侧的六自由度驱动装置53的运行量，以调整下颌动平台52的位置和姿态，以上颌牙列为参考基准(静止不动)，让下颌牙列模型运动来进行实物模拟。
118.通过以上实施例可以看出，本发明提供的下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法，其中下颌运动捕捉系统将第一视觉标记件11通过柔性贴合片12粘附于患者的下牙列，因而第一视觉标记件11可以间接地反映患者下牙列的空间位置和姿态，同样地，将第二视觉标记件21通过标记支撑件附接于患者的上牙列或者与上牙列静止连接的颅面部，因而第二视觉标记件21可以间接地反映患者上牙列的空间位置和姿态，再通过视觉定位仪4来实时地探测第一视觉标记件11以及第二视觉标记件21的空间位置及姿态，进而可以捕捉患者上下颌的相对运动；同时，该系统还利用视觉探针3将虚拟图像中的上、下牙列口内扫描
模型与其对应的实际解剖位置匹配在一起，使得上下颌的相对运动可以通过虚拟图像的形式显示，用于指导用户完成各种测量、分析以及其它后续操作。该下颌运动捕捉系统提高了下颌运动的捕捉及记录的准确性，同时提升了操作的便利性，还减少了患者受到的辐射剂量，又能以实物动态模拟上下颌相对运动。
119.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。