[发明专利]一种互动式口腔模拟系统

权利要求书

1.一种互动式口腔模拟系统，其特征在于，包括显示装置和操作装置，所述显示装置用于展示所述装置和口腔模型的相对位置，所述操作装置用于模拟用户对与口腔器械的操作并反馈口腔器械的位置、空间姿态、状态信息；

所述显示装置包括头部姿态获取部件、上位机、图像显示部件；

所述头部姿态获取部件，用于获取用户头部姿态信息；

所述上位机，用于实时计算虚拟空间模型，所述虚拟空间包括口腔模型、以及所述操作装置模拟的操作模型，所述口腔模型相对于所述虚拟空间是位置固定的，所述操作装置模型根据所述操作装置的位置、空间姿态、以及状态信息呈现不同的影像，其相对于所述虚拟空间是位置可变的；

所述虚拟空间模型，包括用于模拟口腔的口腔模型和用于模拟操作器械的操作装置模型；

所述图像显示部件，用于根据所述头部姿态获取部件获取的头部姿态以及所述上位机计算的虚拟空间模型，计算所述虚拟空间模型呈现于具有所述头部姿态的用户的图像，并将所述图像进行显示；

所述口腔模型按照如下方法建立：

1）获取不同年龄段标准的口腔结构信息，所述年龄段包括：乳牙列时期、混合牙列时期、以及恒牙列时期，包括：上下颌骨、颞下颌关节、骨骼的位置、形状、硬度参数、以及上下颌骨内部结构；各牙齿位置、形状、内部结构、硬度参数；牙周组织位置、形状、硬度参数；舌肌、咬肌、颞肌、翼内肌、翼外肌的位置、形状；以及三叉神经以及面神经分布；

2）根据步骤1）中获得的不同年龄段标准的口腔结构信息，针对每一年龄阶段，分别构建上下颌骨立体结构模型、各牙齿立体结构模型、牙周组织立体结构模型、舌立体结构模型、面部肌肉立体模型、以及神经分布立体结构模型；

3）将步骤2）中获得的上下颌骨立体结构模型、各牙齿立体结构模型、牙周组织立体结构模型、舌立体结构模型、面部肌肉立体模型、以及神经分布立体结构模型复合为所述口腔模型；

所述操作装置模型按照如下方法建立：

A、获取不同操作器械的结构及状态信息；所述结构信息包括所述器械各部件的形状、大小及结合方式；所述状态信息包括状态种类、各状态下所述器械各个部件的相对位置、姿态；所述操作器械包括口腔内科器械，所述口腔内科器械包括检查器械、口腔拔牙器械、口腔修复器械、口腔种植器械、和口腔正畸器械，具体包括：

口镜，其姿态信息由操作装置模拟，包括手持点位置、旋转角度、俯仰角度；状态信息，包括镜面显示图像，所述镜面显示图像根据头部姿态获取部件获取的头部姿态信息、口径的位置姿态信息、以及口腔模型，通过计算获得在所述头部姿态下关于口腔镜镜像的口腔模型图像数据，并显示在所述口腔镜镜面位置；

镊子，其姿态信息由操作装置模拟，包括手持点位置、旋转角度、俯仰角度；状态信息，包括开合角度、以及是否受力，所述开合角度根据镊子前端所处位置、根据操作装置状态计算的镊子前端目标位置判断开合角度，并通过迭代计算实时更新；所述是否受力，根据开合角度、镊子前端所处位置以及口腔模型中的具体位置判断：当镊子模型两前端的目标位置均为所述口腔模型的空间位置之内，且镊子模型两前端的前端所述位置均为所述口腔模型的空间位置之外，则判断所述镊子模型受力，否则判断为不受力；受力点处计算与口腔型互动的受力情况，握持点根据受力点的受力情况和关联轴以及下一时刻位置计算握持点的阻力并反馈给操作装置，改变操作装置的电杆特性来改变手持施力的感觉；

探针，其姿态信息由操作装置模拟，包括手持点位置、旋转角度、俯仰角度；关联轴于操作臂的姿态关联；受力点处计算与口腔型互动的受力情况，握持点根据受力点的受力情况和关联轴以及下一时刻位置计算握持点的阻力并反馈给操作装置，改变操作装置的电杆特性来改变手持施力的感觉；

B、根据步骤A中获得的各种操作器械的结构及状态信息，构所述器械的立体模型；

C、将步骤B中构建的所述器械的立体模型，与所述操作装置空间位置和姿态关联，根据所述操作装置空间位置和姿态的变化，确定所述操作装置模型与所述口腔模型的相对位置和相对空间姿态；

所述操作装置，包括左操作臂和右操作臂，所述左操作臂和右操作臂对称设置；所述左操作臂和右操作臂在与所述虚拟空间模型相应的实体空间内独立自由活动，且具有传感器，用于获取所述左操作臂和右操作臂相对于所述实体空间的位置和空间姿态信息，所述位置和空间姿态信息与所述显示装置的虚拟空间模型相关联。