个性化虚拟预测重建后颌骨张闭口运动轨迹的方法及系统技术方案

本申请提供一种个性化虚拟预测颌骨重建后下颌骨张闭口运动轨迹的方法及系统，所述方法基于虚拟建模和多体动力学，根据生物力学原理，结合校正后的肌肉参数，对重建颌骨张闭口运动轨迹进行个性化虚拟预测，具体地，所述方法包括采集肌骨数据信息；基于所述骨骼信息生成术前颌骨解剖模型以及虚拟重建后颌骨解剖模型；基于所述术前颌骨解剖模型以及所述肌骨数据信息生成正向动力学仿真模型；基于所述正向动力学仿真模型计算颌骨重建后预测虚拟肌肉内力值；根据所述虚拟重建后颌骨解剖模型以及所述虚拟肌肉内力值生成重建后预测虚拟张闭口运动轨迹，从而实现对下颌骨移植重建术后下颌运动轨迹的精准预测。下颌运动轨迹的精准预测。下颌运动轨迹的精准预测。

【技术实现步骤摘要】
个性化虚拟预测重建后颌骨张闭口运动轨迹的方法及系统


[0001]本申请属于数字化医疗领域，特别涉及个性化虚拟预测重建后颌骨张闭口运动轨迹的方法及系统。

技术介绍

[0002]肿瘤切除、外伤、骨髓炎等疾病往往导致口腔颌面部缺损，随着重建显微外科技术在口腔颌面外科的应用和发展，下颌骨自体骨重建已成为修复颌面缺损、恢复颌骨连续性的常用方法，对恢复基本的面部容貌轮廓和口颌系统功能具有重要意义。
[0003]然而，在目前的技术条件下，下颌骨自体骨重建术后，受试者仍常出现咀嚼、语音功能障碍，甚至发生张口受限、运动偏斜等功能异常。由于下颌骨自体骨重建术后的运动变化较为复杂，除定性规律外，目前，尚未有能够对下颌骨自体骨重建术后具体运动状态进行有效预测的方案。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的问题，本申请提供一种个性化虚拟预测重建后颌骨张闭口运动轨迹的方法及系统，所述方法基于虚拟建模和多体动力学，根据生物力学原理，结合校正后的肌肉参数，从而实现对下颌骨移植重建术后下颌运动轨迹的精准预测。
[0005]本申请的目的在于提供以下几个方面：
[0006]第一方面，本申请提供一种个性化虚拟预测重建颌骨张闭口运动轨迹的方法，所述方法包括：
[0007]采集肌骨数据信息，所述肌骨数据信息包括骨骼信息、肌电信息以及下颌运动信息；
[0008]基于所述骨骼信息生成术前颌骨解剖模型以及虚拟重建后颌骨解剖模型；
[0009]基于所述术前颌骨解剖模型以及所述肌骨数据信息生成正向动力学仿真模型；
[0010]基于所述正向动力学仿真模型计算颌骨重建后预测虚拟肌肉内力值；
[0011]根据所述虚拟重建后颌骨解剖模型以及所述虚拟肌肉内力值生成重建后预测虚拟张闭口运动轨迹。
[0012]在一种可实现的方式中，基于所述骨骼信息生成虚拟重建后颌骨解剖模型包括：
[0013]基于所述骨骼信息生成术前颌骨解剖模型；
[0014]在所述术前颌骨解剖模型上确定待重建区域，并修改所述待重建区域对应的数据，获得缺损颌骨模型；
[0015]获取移植骨模型；
[0016]根据删除后的骨骼信息生成虚拟重建后颌骨解剖模型。
[0017]在一种可实现的方式中，基于所述术前颌骨解剖模型以及所述肌骨数据信息生成正向动力学仿真模型包括：
[0018]根据所述下颌运动信息进行逆向运动学仿真；
[0019]根据所述逆向运动学仿真结果生成降颌肌群PID控制参数；
[0020]根据所述肌电信息生成升颌肌群PID控制参数；
[0021]根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数生成正向动力学仿真模型。
[0022]可选地，所述根据所述下颌运动信息进行逆向运动学仿真包括：
[0023]将所述下颌运动信息与所述骨骼信息基于标记点配准；
[0024]对配准后的下颌运动信息进行下颌运动解析；
[0025]基于所述下颌运动解析结果进行逆向运动学仿真。
[0026]可选地，所述根据所述逆向运动学仿真结果生成降颌肌群PID控制参数包括：
[0027]利用所述逆向运动学仿真结果生成肌纤维长度；
[0028]根据所述肌纤维长度生成降颌肌群PID控制参数。
[0029]可选地，所述根据所述肌电信息生成升颌肌群PID控制参数包括：
[0030]对所述肌电信息进行表面肌电解析；
[0031]根据所述表面肌电解析结果生成升颌肌群PID控制参数。
[0032]可选地，所述根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数生成正向动力学仿真数据包括：
[0033]建立个性化肌骨系统虚拟仿真模型；
[0034]获取所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数；
[0035]根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数利用所述个性化肌骨系统虚拟仿真模型生成动力学仿真数据。
[0036]在一种可实现的方式中，基于所述正向动力学仿真模型计算颌骨重建后预测虚拟肌肉内力值包括：
[0037]利用所述正向动力学仿真模型计算肌肉激活度；
[0038]利用所述肌肉激活度以及肌肉内力校正因子计算颌骨重建后预测虚拟肌肉内力值。
[0039]在一种可实现的方式中，根据所述虚拟重建后颌骨解剖模型以及所述虚拟肌肉内力值生成虚拟张闭口运动轨迹包括：
[0040]将所述虚拟肌肉内力值加载于所述虚拟重建后颌骨解剖模型对应的肌肉上；
[0041]利用所述正向动力学仿真模型根据肌肉上所加载对应虚拟肌肉内力值生成虚拟张闭口运动轨迹。
[0042]第二方面，本申请还提供一种根据第一方面所述方法构建而得的个性化颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹预测系统，所述预测系统包括：
[0043]肌骨数据采集设备，用于采集肌骨数据；
[0044]数据处理设备，用于执行以下步骤：
[0045]基于所述肌骨数据信息生成虚拟重建后颌骨解剖模型以及正向动力学仿真模型；
[0046]基于所述正向动力学仿真模型计算虚拟肌肉内力值；
[0047]根据所述虚拟重建后颌骨解剖模型以及所述虚拟肌肉内力值生成虚拟张闭口运动轨迹。
[0048]第三方面，本申请还提供一种个性化预测颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹的程序，
所用程序用于执行时实现上述第一方面所述个性化预测颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹方法的步骤。
[0049]第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述第一方面所述个性化预测颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹方法的步骤。
[0050]第五方面，一种颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹个性化预测设备，所述检测设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面所述个性化预测颌骨重建虚拟张闭口运动轨迹方法。
[0051]与现有技术相比，本申请提供的方法及系统依据术前下颌运动轨迹、术前表面肌电、术前锥形束计算机断层扫描(Cone Beam Computed Tomography，CBCT)测量所得相关数据，创建个性化肌骨系统生物动力学模型，进一步地，在所述模型基础上，根据个性化术后模拟模型骨架，结合手术前后咀嚼肌相关参数变化的经验值，生成个性化术后肌肉参数预测值，从而生成个性化术后运动状态模型，所述个性化术后运动状态模型结合有肌肉变化参数，使得所述个性化术后运动状态模型的运动状态更加接近真实的运动。
附图说明
[0052]图1示出本申请提供一种个性化预测虚拟重建颌骨张闭口运动轨迹的流程图；
[0053]图2a示出Hill肌肉模型不同激活度下的主动肌力与肌肉长度关系图(实线)和被动力与肌肉长度关系图(虚线)；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种个性化虚拟预测重建后颌骨张闭口运动轨迹的方法，其特征在于，所述方法包括：采集肌骨数据信息，所述肌骨数据信息包括骨骼信息、肌电信息以及下颌运动信息；基于所述骨骼信息生成术前颌骨解剖模型以及虚拟重建后颌骨解剖模型；基于所述术前颌骨解剖模型以及所述肌骨数据信息生成正向动力学仿真模型；基于所述正向动力学仿真模型计算颌骨重建后预测虚拟肌肉内力值；根据所述虚拟重建后颌骨解剖模型以及所述虚拟肌肉内力值生成重建后预测虚拟张闭口运动轨迹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述术前颌骨解剖模型以及所述肌骨数据信息生成正向动力学仿真模型包括：根据所述下颌运动信息进行逆向运动学仿真；根据所述逆向运动学仿真结果生成降颌肌群PID控制参数；根据所述肌电信息生成升颌肌群PID控制参数；根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数生成正向动力学仿真模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述下颌运动信息进行逆向运动学仿真包括：将所述下颌运动信息与所述骨骼信息基于标记点配准；对配准后的下颌运动信息进行下颌运动解析；基于所述下颌运动解析结果进行逆向运动学仿真。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数生成正向动力学仿真数据包括：建立个性化肌骨系统虚拟仿真模型；获取所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数；根据所述降颌肌群PID控制参数以及所述升颌肌群PID控制参数利用所述个性化肌骨系统虚拟仿真模型生成动力学仿真数据。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，陈俊鹏，郭建峤，郭传瑸，
申请(专利权)人：北京大学口腔医学院，
类型：发明
国别省市：