在體數(shù)字化下頜運(yùn)動(dòng)虛擬還原研究.pdf

1、下頜運(yùn)動(dòng)是涉及頜面部諸多結(jié)構(gòu)的復(fù)雜生理功能運(yùn)動(dòng),頜面部很多生理及病理改變均可影響下頜運(yùn)動(dòng),因此下頜運(yùn)動(dòng)的檢查有著特別的臨床意義。依據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理研究下頜運(yùn)動(dòng)及其功能,再現(xiàn)上下牙列之間、顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程,對頜面部相關(guān)疾病的診斷及治療有著指導(dǎo)意義。本研究利用人體正常的下頜功能運(yùn)動(dòng),對下頜運(yùn)動(dòng)的還原進(jìn)行以下研究工作。
　　 1.頜面部三維數(shù)字化模型的建立
　　 本研究緊密結(jié)合臨床,選擇1名成年男性,確診上下頜骨無

2、畸形、牙列整齊,無顳下頜關(guān)節(jié)疾患。以其頭顱頜面部CT(Computerized Tomography,CT)掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用Mimics 11.0(Materialise Corp.Belgium)三維重建軟件。首先重建上下頜骨模型,使其關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)清晰,旨在觀察下頜運(yùn)動(dòng)中顳下頜關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系。建立上下牙列模型,牙列的尖窩結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確,了解下頜開閉口運(yùn)動(dòng)中上下牙列尖窩移動(dòng)方式。同時(shí)基于頭面部局部解剖知識分辨咀嚼肌的外形輪廓,嘗試

3、建立翼內(nèi)肌、翼外肌的三維數(shù)字化模型。有利于在體肌肉等軟組織的形態(tài)的解剖學(xué)研究,并可三維顯示、空間定位、測量計(jì)算；也可明確軟組織的形變過程,確定下頜運(yùn)動(dòng)中咀嚼肌的作用,為其生物力學(xué)分析提供可靠依據(jù),為三維數(shù)字化預(yù)測頜面部重建修復(fù)提供了基礎(chǔ)。
　　 2.下頜運(yùn)動(dòng)信息采集及分析
　　 受試者端坐位,采用Motion Capture運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng),6個(gè)Eagle-4數(shù)字動(dòng)作捕捉鏡頭呈半環(huán)形排列,系統(tǒng)標(biāo)定后,掃描受試者下頜開閉

4、口運(yùn)動(dòng),記錄其下前牙粘貼的4 個(gè)標(biāo)志物相對于上前牙粘貼的3 個(gè)標(biāo)志物的運(yùn)動(dòng)軌跡。虛擬探針標(biāo)定上下頜右側(cè)中切牙近中切角、上下頜左右第二雙尖牙的舌尖,數(shù)據(jù)經(jīng)過EvaRT(EVa Real-Time)軟件的校正處理。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析通過軟件測量計(jì)算的上下切點(diǎn)、左側(cè)上下第二雙尖牙舌尖、右側(cè)上下第二雙尖牙舌尖之間距離,與口內(nèi)相對應(yīng)位置之間測量值的距離無顯著性差異,其測量方法更加快捷方便,因此運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng)采集下頜運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)信息方法準(zhǔn)確便利。分析下頜

5、運(yùn)動(dòng)的6個(gè)自由度(degree of freedom,DOF)(3個(gè)線位移和3個(gè)角位移),形成下頜運(yùn)動(dòng)數(shù)字化規(guī)律；結(jié)合上下頜骨的3D數(shù)字化模型及系統(tǒng)標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)還原下頜運(yùn)動(dòng)狀態(tài),既可視化了下頜運(yùn)動(dòng)過程中顳下頜關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及上下牙列之間位置關(guān)系,又從解剖位置關(guān)系上驗(yàn)證了此采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性。再此基礎(chǔ)之上,形成了下頜運(yùn)動(dòng)量化及可視化的研究方法。
　　 3.下頜運(yùn)動(dòng)數(shù)字化虛擬還原實(shí)現(xiàn)
　　 在Autodesk 3dsmax

6、 8.0(Autodesk.America)軟件中,利用獨(dú)立的上下頜骨、上下牙列的3D數(shù)字化模型和切點(diǎn)在開閉口運(yùn)動(dòng)中變化的6個(gè)自由度,真實(shí)再現(xiàn)了正常人的開閉口運(yùn)動(dòng)過程,實(shí)現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)過程的虛擬還原。形成了可視化的下頜運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)檢查方法,又在動(dòng)態(tài)環(huán)境中佐證了運(yùn)動(dòng)捕捉及分析采集下頜運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的可靠性,也為虛擬環(huán)境下完成復(fù)雜的下頜運(yùn)動(dòng)的虛擬仿真提供了基礎(chǔ),隨著進(jìn)一步研究,通過網(wǎng)路虛擬平臺,進(jìn)行人機(jī)交互,方便于研究其解剖結(jié)構(gòu)及教學(xué),并可以設(shè)計(jì)、

7、模擬手術(shù)及遠(yuǎn)程醫(yī)療。
　　 本研究結(jié)論
　　 (1)頜面部三維數(shù)字化模型的建立:利用人體醫(yī)學(xué)常規(guī)CT圖像,分別重建出具有解剖結(jié)構(gòu)的上下頜骨、上下牙列、翼內(nèi)肌、翼外肌3D數(shù)字化模型。顳下頜關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)清晰,上下牙列尖窩及外形符合其解剖外形。為形態(tài)學(xué)研究及生物力學(xué)分析提供基礎(chǔ)。
　　 (2)下頜功能運(yùn)動(dòng)信息采集:利用Motion Capture運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng),獲得下頜運(yùn)動(dòng)中的任一點(diǎn)6個(gè)自由度,實(shí)現(xiàn)了下頜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)字

8、化還原。建立了下頜運(yùn)動(dòng)的量化及可視化的研究方法,并可以進(jìn)一步用于虛擬仿真研究。
　　 (3)實(shí)現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)虛擬還原:利用頜面部的3D數(shù)字化模型,運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng)記錄的下頜運(yùn)動(dòng)的6個(gè)自由度,在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)虛擬還原,可視化了開閉口運(yùn)動(dòng)過程。既建立下頜運(yùn)動(dòng)過程的可視化研究方法,又從另一個(gè)角度佐證了運(yùn)動(dòng)捕捉及分析系統(tǒng)采集下頜運(yùn)動(dòng)過程數(shù)據(jù)的可靠性,并且為進(jìn)一步虛擬仿真提供基礎(chǔ)。
　　 綜上所述,基于解剖結(jié)構(gòu)三維數(shù)字化建模