主权项:
1.一种上下颌相对运动实时监测方法,其特征在于,所述方法基于光学定位仪、上颌参考板、下颌参考板和探针,所述上颌参考板和所述下颌参考板分别固定设置于上颌牙和下颌牙上,所述探针上设置有探针参考板,所述方法包括以下步骤: S1.扫描获取口腔三维数据,根据所述口腔三维数据建立口腔三维模型,所述口腔三维模型包括上颌模型和下颌模型; S2.通过采集上颌参考板和探针参考板的多组实时位置数据进行上颌标定,基于上颌标定分析得到定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系; S3.通过采集下颌参考板和探针参考板的多组实时位置数据进行下颌标定,基于下颌标定分析得到定位仪坐标系、下颌参考板坐标系和下颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系; S4.通过采集探针参考板的实时位置,获取耳蜗髁突在定位仪坐标系中的坐标; S5.通过光学定位仪采集上颌参考板和下颌参考板的实时位置,获取上颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标,获取下颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标; S6.基于耳蜗髁突在定位仪坐标系中的坐标和下颌牙在定位仪坐标系中的实时坐标,分析得到耳蜗髁突和下颌牙的相对位置关系; S7.结合上颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标、下颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标和耳蜗髁突和下颌牙的相对位置关系,分析得到上颌牙、下颌牙和耳蜗髁突的实时运动轨迹,并在口腔三维模型中显示上颌牙、下颌牙和耳蜗髁突的实时相对位置。 2.根据权利要求1所述的一种上下颌相对运动实时监测方法,其特征在于,步骤S1具体包括: S101.通过口腔扫描获取患者口腔的三维点云数据; S102.对患者口腔的三维点云数据进行去噪、对齐和配准,得到经过数据预处理的三维点云数据; S103.基于经过数据预处理的三维点云数据进行口腔三维重建,得到所述口腔三维模型。 3.根据权利要求2所述的一种上下颌相对运动实时监测方法,其特征在于,在步骤S103中,口腔三维重建过程具体包括: S1031.遍历计算三维点云数据中每个数据点P与所有其他数据点的距离,确定每个数据点P所对应的相邻点Q; S1032.基于数据点P和相邻点Q计算三维点云数据中每个数据点P的法向量,具体为:计
算点P与最近邻点Q之间的差向量:V=Q-P;计算差向量的协方差矩阵,其中,k是最近邻点的数量,是数据点P与第i个相邻点Q的差
向量;对协方差矩阵进行特征值分解:,其中,U是特征向量矩阵,A是对角矩
阵;选择特征值最小的特征向量作为点P的法向量:,其中,是特征向量矩阵U的第
一列;
S1033.基于法向量进行曲面重建从而得到三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系; S1034.根据三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系将三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系进行配准,获得所述口腔三维模型。 4.根据权利要求1所述的一种上下颌相对运动实时监测方法,其特征在于,步骤S2具体包括: S201.采集上颌参考板和探针参考板的实时位置数据,获取上颌牙上的特征点在不同状态下的位姿数据; S202.根据上颌牙的位姿数据获取上颌牙上的特征点分别在定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系下的三维坐标值[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1, By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1]; S203.将上颌牙上的特征点在定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系下的三维坐标值[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1,By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1]进行两两配对,得到多组上坐标转换数据; S204.根据配对得到的坐标转换数据进行转换矩阵计算,分析[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1,By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1] 三者两两之间的矩阵转换关系的平移向量[t_x, t_y, t_z],并分析得到对应的平移变换矩阵T、旋转矩阵R和缩放因子S; S205.根据平移变换矩阵T、旋转矩阵R和缩放因子S,获取定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系。 5.根据权利要求1所述的一种上下颌相对运动实时监测方法,其特征在于,步骤S7具体包括: S701.采集上颌牙、下颌牙的实时坐标,并按时间顺序分别对上颌牙、下颌牙的实时坐标进行排序; S702.根据排序后上颌牙、下颌牙的实时坐标,分析得到上颌牙和下颌牙的实时运动轨迹; S703.基于耳蜗髁突和下颌牙的相对位置关系,生成耳蜗髁突的实时运动轨迹; S704.对上颌牙、下颌牙、耳蜗髁突的实时运动轨迹进行可视化处理,在口腔三维模型中显示上颌牙、下颌牙和耳蜗髁突的实时相对位置。 6.一种上下颌相对运动实时监测系统,其特征在于,所述系统基于光学定位仪、上颌参考板、下颌参考板和探针,所述上颌参考板和所述下颌参考板分别固定设置于上颌牙和下颌牙上,所述探针上设置有探针参考板,所述系统包括: 模型建立模块,用于扫描获取口腔三维数据,根据所述口腔三维数据建立口腔三维模型,所述口腔三维模型包括上颌模型和下颌模型; 上颌标定模块,用于通过采集上颌参考板和探针参考板的多组实时位置数据进行上颌标定,基于上颌标定分析得到定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系; 下颌标定模块,用于通过采集下颌参考板和探针参考板的多组实时位置数据进行下颌标定,基于下颌标定分析得到定位仪坐标系、下颌参考板坐标系和下颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系; 髁突定位模块,用于通过采集探针参考板的实时位置,获取耳蜗髁突在定位仪坐标系中的坐标; 实时定位模块,用于通过光学定位仪采集上颌参考板和下颌参考板的实时位置,获取上颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标,获取下颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标; 坐标绑定模块,用于基于耳蜗髁突在定位仪坐标系中的坐标和下颌牙在定位仪坐标系中的实时坐标,分析得到耳蜗髁突和下颌牙的相对位置关系; 轨迹显示模块,用于结合上颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标、下颌牙在定位仪坐标系和口腔模型坐标系中的实时坐标和耳蜗髁突和下颌牙的相对位置关系,分析得到上颌牙、下颌牙和耳蜗髁突的实时运动轨迹,并在口腔三维模型中显示上颌牙、下颌牙和耳蜗髁突的实时相对位置。 7.根据权利要求6所述的一种上下颌相对运动实时监测系统,其特征在于,所述模型建立模块包括: 口腔扫描单元,用于通过口腔扫描获取患者口腔的三维点云数据; 预处理单元,用于对患者口腔的三维点云数据进行去噪、对齐和配准,得到经过数据预处理的三维点云数据; 模型重建单元,用于基于经过数据预处理的三维点云数据进行口腔三维重建,得到所述口腔三维模型。 8.根据权利要求7所述的一种上下颌相对运动实时监测系统,其特征在于,所述模型重建单元包括: 近点计算组件,用于遍历计算三维点云数据中每个数据点P与所有其他数据点的距离,确定每个数据点P所对应的相邻点Q; 法向量分析组件,用于基于数据点P和相邻点Q计算三维点云数据中每个数据点P的法
向量,具体为:计算点P与最近邻点Q之间的差向量:V=Q-P;计算差向量的协方差矩阵,其中,k是最近邻点的数量,是数据点P与第i个相邻点Q的差
向量;对协方差矩阵进行特征值分解:,其中,U是特征向量矩阵,A是对角矩
阵;选择特征值最小的特征向量作为点P的法向量:,其中,是特征向量矩阵U的第
一列;
曲面重建组件,用于基于法向量进行曲面重建从而得到三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系; 模型建立组件,用于根据三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系将三维点云数据中每个数据点P的相对位置关系进行配准,获得所述口腔三维模型。 9.根据权利要求6所述的一种上下颌相对运动实时监测系统,其特征在于,所述上颌标定模块包括: 数据采集单元,用于采集上颌参考板和探针参考板的实时位置数据,获取上颌牙上的特征点在不同状态下的位姿数据; 坐标获取单元,用于根据上颌牙的位姿数据获取上颌牙上的特征点分别在定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系下的三维坐标值[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1,By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1]; 坐标配对单元,用于将上颌牙上的特征点在定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系下的三维坐标值[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1,By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1]进行两两配对,得到多组上坐标转换数据; 矩阵分析单元,用于根据配对得到的坐标转换数据进行转换矩阵计算,分析[Ax1,Ay1,Az1]、[Bx1,By1,Bz1]和[Cx1,Cy1,Cz1] 三者两两之间的矩阵转换关系的平移向量[t_x,t_y, t_z],并分析得到对应的平移变换矩阵T、旋转矩阵R和缩放因子S; 标定执行单元,用于根据平移变换矩阵T、旋转矩阵R和缩放因子S,获取定位仪坐标系、上颌参考板坐标系和上颌牙坐标系三者两两之间的矩阵转换关系。 10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述的计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被处理器执行时,处理器执行权利要求1-5中任一项所述的上下颌相对运动实时监测方法。