在體數(shù)字化下頜運動虛擬還原研究.pdf

1、下頜運動是涉及頜面部諸多結構的復雜生理功能運動,頜面部很多生理及病理改變均可影響下頜運動,因此下頜運動的檢查有著特別的臨床意義。依據(jù)虛擬現(xiàn)實技術原理研究下頜運動及其功能,再現(xiàn)上下牙列之間、顳下頜關節(jié)區(qū)的整個運動過程,對頜面部相關疾病的診斷及治療有著指導意義。本研究利用人體正常的下頜功能運動,對下頜運動的還原進行以下研究工作。
　　 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,無顳下頜關節(jié)疾患。以其頭顱頜面部CT(Computerized Tomography,CT)掃描數(shù)據(jù)為基礎,采用Mimics 11.0(Materialise Corp.Belgium)三維重建軟件。首先重建上下頜骨模型,使其關節(jié)解剖結構清晰,旨在觀察下頜運動中顳下頜關節(jié)結構的相對運動關系。建立上下牙列模型,牙列的尖窩結構準確,了解下頜開閉口運動中上下牙列尖窩移動方式。同時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)的解剖學研究,并可三維顯示、空間定位、測量計算；也可明確軟組織的形變過程,確定下頜運動中咀嚼肌的作用,為其生物力學分析提供可靠依據(jù),為三維數(shù)字化預測頜面部重建修復提供了基礎。
　　 2.下頜運動信息采集及分析
　　 受試者端坐位,采用Motion Capture運動捕捉及分析系統(tǒng),6個Eagle-4數(shù)字動作捕捉鏡頭呈半環(huán)形排列,系統(tǒng)標定后,掃描受試者下頜開閉

4、口運動,記錄其下前牙粘貼的4 個標志物相對于上前牙粘貼的3 個標志物的運動軌跡。虛擬探針標定上下頜右側中切牙近中切角、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)計學分析通過軟件測量計算的上下切點、左側上下第二雙尖牙舌尖、右側上下第二雙尖牙舌尖之間距離,與口內(nèi)相對應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,因此運動捕捉及分析系統(tǒng)采集下頜運動的數(shù)據(jù)信息方法準確便利。分析下頜

5、運動的6個自由度(degree of freedom,DOF)(3個線位移和3個角位移),形成下頜運動數(shù)字化規(guī)律；結合上下頜骨的3D數(shù)字化模型及系統(tǒng)標定,實現(xiàn)還原下頜運動狀態(tài),既可視化了下頜運動過程中顳下頜關節(jié)結構及上下牙列之間位置關系,又從解剖位置關系上驗證了此采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可靠性。再此基礎之上,形成了下頜運動量化及可視化的研究方法。
　　 3.下頜運動數(shù)字化虛擬還原實現(xiàn)
　　 在Autodesk 3dsmax

6、 8.0(Autodesk.America)軟件中,利用獨立的上下頜骨、上下牙列的3D數(shù)字化模型和切點在開閉口運動中變化的6個自由度,真實再現(xiàn)了正常人的開閉口運動過程,實現(xiàn)下頜運動過程的虛擬還原。形成了可視化的下頜運動過程的動態(tài)檢查方法,又在動態(tài)環(huán)境中佐證了運動捕捉及分析采集下頜運動數(shù)據(jù)的可靠性,也為虛擬環(huán)境下完成復雜的下頜運動的虛擬仿真提供了基礎,隨著進一步研究,通過網(wǎng)路虛擬平臺,進行人機交互,方便于研究其解剖結構及教學,并可以設計、

7、模擬手術及遠程醫(yī)療。
　　 本研究結論
　　 (1)頜面部三維數(shù)字化模型的建立:利用人體醫(yī)學常規(guī)CT圖像,分別重建出具有解剖結構的上下頜骨、上下牙列、翼內(nèi)肌、翼外肌3D數(shù)字化模型。顳下頜關節(jié)結構清晰,上下牙列尖窩及外形符合其解剖外形。為形態(tài)學研究及生物力學分析提供基礎。
　　 (2)下頜功能運動信息采集:利用Motion Capture運動捕捉及分析系統(tǒng),獲得下頜運動中的任一點6個自由度,實現(xiàn)了下頜運動狀態(tài)的數(shù)字

8、化還原。建立了下頜運動的量化及可視化的研究方法,并可以進一步用于虛擬仿真研究。
　　 (3)實現(xiàn)下頜運動虛擬還原:利用頜面部的3D數(shù)字化模型,運動捕捉及分析系統(tǒng)記錄的下頜運動的6個自由度,在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)下頜運動虛擬還原,可視化了開閉口運動過程。既建立下頜運動過程的可視化研究方法,又從另一個角度佐證了運動捕捉及分析系統(tǒng)采集下頜運動過程數(shù)據(jù)的可靠性,并且為進一步虛擬仿真提供基礎。
　　 綜上所述,基于解剖結構三維數(shù)字化建模