[发明专利]颞下颌关节运动重建系统

权利要求书

1.一种颞下颌关节运动重建系统，其特征在于：包括标记点的检测模块、视频采集模块、图像处理模块和运动重建模块，

标记点的检测模块，让被拍摄者佩戴口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为M_u1、M_u2、M_u3、M_u4、M_u5，固定于下牙列保持器的标记点为M_d1、M_d2、M_d3、M_d4、M_d5；

视频采集模块，采用两台摄像头即摄像头A与摄像头B，利用双目视觉技术中张正友摄像头标定方法进行标定，并获得摄像头组的参数；建立以两台摄像头的中点为世界坐标原点的三维坐标系，让被拍摄者正对坐标原点站立，使被拍摄者面部处于摄像头A与摄像头B共同的拍摄区域，让被拍摄者遵照诊断或测试需求做关节运动，利用光学采集装置采集被拍摄者的图像序列；分别采集被拍摄者的上颌口内固定标记装置和下颌口内固定标记装置的CT影像数据，收集被拍摄者颞下颌关节的CT影像数据；

图像处理模块，利用图像处理算法提取标记点M于t时刻在摄像头A与摄像头B所采集的图像中的坐标m_l(u_l，v_l)与m_r(u_r，v_r)，并据此结合摄像头的参数计算标记点M在t时刻在世界坐标系中的空间坐标M_t(x，y，z)，对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该运动视频序列所在时段的空间坐标-时间矩阵MT；分别利用t时刻上颌的标记点组的空间坐标M_u1(t)、M_u2(t)、M_u3(t)、M_u4(t)、M_u5(t)与下颌的标记点组的空间坐标M_d1(t)、M_d2(t)、M_d3(t)、M_d4(t)、M_d5(t)结合采集到的口内固定标记装置的CT影像数据，分别确定所标识的口内固定标记装置的上牙列保持器和下牙列保持器于t时刻的空间位置信息；

运动重建模块，利用图像处理算法处理被拍摄者的CT影像数据，分割出被拍摄者的上、下颌骨；并将分割后的上下颌骨部分中的牙列信息与口内固定标记装置的牙列保持器部分进行配准，将保持器的运动转换为上、下颌骨的运动，从而获得颞下颌关节的运动情况；

采用以下步骤：

S1、制作被拍摄者的口内固定标记装置，包括上牙列保持器、下牙列保持器、延伸臂和标记点，让被拍摄者佩戴该口内固定标记装置，佩戴时将口内固定标记装置沿着牙齿压入即可，固定于上牙列保持器的标记点为M_u1、M_u2、M_u3、M_u4、M_u5，固定于下牙列保持器的标记点为M_d1、M_d2、M_d3、M_d4、M_d5；

S2、利用双目视觉技术中张正友摄像机标定方法进行标定，并获得摄像头组的参数；摄像头镜头中心连线为X轴，与地面平行，Y轴垂直于地面，Z轴垂直于X轴与Y轴，建立以两台摄像头的中点为世界坐标原点的三维坐标系；

S3、让被拍摄者正对坐标原点站立，使被拍摄者面部处于摄像头A与摄像头B共同的拍摄区域，让被拍摄者遵照诊断或测试需求做关节运动，利用光学采集装置采集被拍摄者的图像序列；

S4、分别采集被拍摄者的上颌口内固定标记装置和下颌口内固定标记装置的CT影像数据，收集被拍摄者颞下颌关节的CT影像数据；

S5、利用图像处理算法提取标记点M于t时刻在摄像头A与摄像头B所采集的图像中的坐标m_l(u_l，v_l)与m_r(u_r，v_r)，并据此结合摄像头的参数计算标记点M在t时刻在世界坐标系中的空间坐标M_t(x，y，z)，对于运动视频序列的每一帧图像重复该操作获得标记点M于该运动视频序列所在时段的空间坐标-时间矩阵MT；

S6、分别利用t时刻上颌的标记点组的空间坐标M_u1(t)、M_u2(t)、M_u3(t)、M_u4(t)、M_u5(t)与下颌的标记点组的空间坐标M_d1(t)、M_d2(t)、M_d3(t)、M_d4(t)、M_d5(t)结合步骤S4采集到的口内固定标记装置的CT影像数据，分别确定所标识的口内固定标记装置的上牙列保持器和下牙列保持器于t时刻的空间位置信息；步骤S6包括以下的步骤：

S61、根据矩阵变换公式，首先将双目视觉计算出来的空间坐标转换到CBCT影像的坐标系当中，这一步需要对空间坐标-时间矩阵MT_u1，MT_u2，MT_u3，MT_u4，MT_u5，MT_d1，MT_d2，MT_d3，MT_d4，MT_d5的第一帧的空间坐标根据CBCT影像当中的标记点进行矩阵变换，计算得到变换矩阵mCamera2CT，mCamera2CT就是坐标系变换矩阵；

S62、得到了坐标系变换矩阵，再将空间坐标-时间矩阵MT_u1，MT_u2，MT_u3，MT_u4，MT_u5，MT_d1，MT_d2，MT_d3，MT_d4，MT_d5每一帧的空间坐标乘以mCamera2CT变换矩阵，使所有的空间坐标映射到CBCT影像的坐标系当中；

S63、根据步骤S61中同样的矩阵变换公式，将空间坐标-时间矩阵MT_u1，MT_u2，MT_u3，MT_u4，MT_u5，MT_d1，MT_d2，MT_d3，MT_d4，MT_d5每一帧空间坐标都与第一帧计算变换矩阵，得到变换矩阵序列TM_i，这个变换矩阵序列就传递了颌骨位移的运动信息，用于下一步骤对CBCT体素进行坐标变换；

S7、利用图像处理算法处理被拍摄者的CT影像数据，分割出被拍摄者的上、下颌骨；并将分割后的上下颌骨部分中的牙列信息与口内固定标记装置的牙列保持器部分进行配准，将保持器的运动转换为上、下颌骨的运动，从而获得颞下颌关节的运动情况。