文摘
一个基本的4 d成像系统来捕捉下颌运动产生了高分辨率的三维表面数据。荧光微球是刷到的上部和下部区域成像拱门,产生一个高对比度随机光学模式。手持成像设备运行约10厘米从口腔捕获基于时间的角度来看的荧光图像区域。每组图片,包含上、下拱数据,转化为3 d点网使用摄影测量,从而提供一个瞬时相对下巴的位置。八3 d位置每秒捕获。使用的一个3 d帧作为参考,增量转换推导表达自由下颌骨的身体运动。传统的3 d模型的齿列直接注册参考系,允许他们使用派生的动画转换。
1。介绍
把特定的运动到CAD用于牙科修复仍是一个理想的目标。开始的工作Karlsson [1),摄影测量已经越来越多地应用于下颌运动的研究。已经应用于摄影测量目标帧(2- - - - - -4能够描述下颌运动)列示。目标也被附着在牙齿使用各种方法(5- - - - - -9]。一个固有问题使用帧和个人目标所需的动态注册临床数据感兴趣的3 d结构。每个报告方法需要一个特定的技术来实现这一注册。
这份报告提供了一个简短的描述一个新的下颌成像系统,一个相关的4 d模型的推导,其集成到CAD。目前的系统本质上需要扩大颊扫描8赫兹有足够的数据来定义一个本地相对下巴的位置。从3 d表面生产文件,他们可以用来(1)获得增量转换描述运动,(2)直接注册感兴趣的3 d口腔解剖动画。
2。成像方法
大约20的荧光聚苯乙烯微球(珠)μ米直径都刷到的上部和下部区域成像拱门,跨越六个牙齿。这些区域应位于口腔解剖感兴趣的动画。硬性和软性组织可以成像。珠子的目的是产生一个随机的高对比度成像系统光学模式。
珠子悬浮在一个粘性乙醇溶液含有聚乙烯吡咯烷酮和着色剂。刷牙后,酒精蒸发离开微球困在聚合物薄膜。水溶性聚合物薄膜,和这部电影/珠材料是无毒的。参见图1和2。
下的绿色珠子发出荧光成像单元的蓝光。图3是一个彩色图像拍摄下蓝色LED照明和通过一个绿色的带通滤波器。这个过滤器只允许荧光波长(500 - 600 nm)通过成像。事件蓝光也导致牙釉质发出荧光,但彩色电影块荧光来自底层的搪瓷,呈现黑暗的背景。这个生产所需的高对比度场对3 d成像。
3所示。成像设备
在图所示的成像装置4包含三个摄像机安装在低角度和五个蓝色led在前面的脸。单色相机用于临床成像,显示荧光珠白在一个黑暗的背景下。三个激光二极管(黄金光盘)项目红色对齐梁协助用户提供定位设备。穿越两个竖线用于距离和倾斜,而一条水平线位置沿咬合的飞机。10厘米的工作距离,单位有一个视野53 42毫米×40毫米的景深。
三个摄像机同时开火,每秒8倍,产生每秒24图像。的3 d表面应用补丁来源于每组三个图像。一个典型的成像序列持续12秒。在这个时候,九十六3 d位置捕获。一个USB线是用于电力和数据传输。
4所示。临床成像
临床成像是相对简单的,因为牙齿不需要特殊处理。的基本步骤包括(1)使用脸颊牵开器进行访问,(2)刷上珠补丁使用尼龙或microbrush;电影在10秒干,(3)成像,(4)用温水冲洗去除电影。
然后8位单色相机图像传输到实验室进行处理。
5。推导三维表面
温哥华PhotoModeler软件从EOS系统(CA)。每组三个图像,首先推导出两个3 d网格点:一个使用中心和左相机图像,并使用中心和一个右相机图像。这些两点网格合并成一个网格点间距和保存为3 d文件控制在标准格式。图5显示一个相机图像和相应的三维表面。一组3 d文件产生的荧光区域为每个临床捕获的运动序列。系统的点对点的精度约为10μm。
(一)
(b)
6。四维模型
基于时间的3 d帧用于推导出一套相应的六自由度(自由度)表达式来描述下颌骨的自由体下颌运动。首先,定义一个序列的帧作为参考。任何框架可用于这一目的。这个框架定义了固定上层位置和提供了一个较低的参考位置。上面的数据帧n然后注册到上面的参考位置。较低的数据帧n现在是流离失所的较低的参考位置。然后,较低的参考位置注册到较低的数据帧n。这提供了景深表达式(变换)框架n组成的三个翻译和三个旋转角度。这样,景深表达式推导出每一帧定义下颌骨的增量自由体特定临床运动序列。然后使用增量转换驱动动画。与这些文件相关的大量的曲率可以帮助提供准确登记(见图6和7)。
7所示。动画
动画的第一步是注册扩展解剖学感兴趣的序列的参考系。这个解剖获得通过intraoral扫描或扫描石头模型。
模拟通常运行在24帧/秒。由于摄像系统生产数据8赫兹,从Autodesk Maya三维动画软件,Inc .(美国加州圣拉斐尔)用于每个相机坐标系之间插入两个中间位置产生一个更平滑的动画。每个职位然后保存为3 d pdf文件。动画是使用Adobe Acrobat然后运行X Pro(美国加州圣何塞,奥多比公司)。同样,推动动画可以在CAD进行显示和分析运动。
使用USB 3相机预计将提供约3×25帧/秒的加速增长。这个速度足够高不需要插值中间帧。图8说明了运动可以显示,显示三个屏幕截图一个突出序列。
(一)
(b)
(c)
8。动态的计算机辅助设计
记录伸出的的临床评价和横向散漫的运动的偏倚的运动指导牙齿可以提供所需的信息使用CAD开发腭牙齿的轮廓,以便腭表面会咀嚼肌的生理平衡和中性区。
下颌咀嚼运动时的记录提供了CAD开发尖端的信息高度和窝后牙齿的轮廓消除咬合的干扰,提供病人生理齿状的肌肉平衡,并平衡义齿CAD / CAM假牙的遮挡。
定义下颌骨的打开和关闭与头部姿势为CAD / CAM提供长中心提供的信息与上颌前牙的腭表面以适应头部姿态的变化。
9。讨论
动态CAD可以提供牙科技术开发一个真正的(特定的)虚拟发音器官诊断和恢复病人的阻塞在这个病人的生理参数。目前,遮挡恢复使用CAD机械接骨的人或一个静态图像,也可以提供病人的闭塞的生理需求。
本文中描述的成像方法的细化和4 d相机的发展提供了最初的技术来构建运动融入CAD / CAM技术。新设计工具将被要求向CAD集成动态运动数据。
随着发展的继续,越来越大的表面积被成像。准确full-arch动画似乎触手可及。改进远程注册也可以通过结合扫描嘴的两侧。
这种方法的应用程序包括恢复性、诊断和手术的牙科领域。除了提供一个虚拟的发音器官、开发CAD软件链接动态CT或MRI可能提供一个诊断工具开发3 d图像的运动,可以用来治疗颞下颌关节功能障碍。
商业上,系统将集成办公室所有的技术水平。办公室与intraoral或桌面模型扫描仪可以传输数字4 d扫描和实验室模型数据。办公室没有技术,物理模型仍必须被发送到实验室扫描。
10。结论
这项工作表明动态CAD的可行性。4 d技术的发展和真实的虚拟接骨的人可能在未来产生深远影响咬合的疾病的诊断和治疗和颞下颌关节紊乱。