基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统及建立方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114224528A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111244755.2(22)申请日2021.10.26(71)申请人上海交通大学医学院附属第九人民医院地址200111上海市黄浦区制造局路639号(72)发明人肖圣钊石汶轩刘超夏伦果潘晓岗储沨婷胡铮冯齐平(74)专利代理机构上海申浩律师事务所31280代理人陆叶(51)Int.Cl.A61C7/00(2006.01)A61B6/14(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统及建立方法(57)摘要本发明属于基于虚拟现实交互的口腔数字化模型领域，具体公开了基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统及建立方法，包括数据采集模块、数据处理模块、力学分析模块、虚拟现实交互模块、增强现实交互模块、力反馈模块、数字孪生模块以及输出模块，其中数据采集模块，采集患者的颌面部软硬组织影像数据、牙齿扫描、面部图像，呼吸的采集，发音的采集，唾液的采集、血液的采集、基因的采集；采集患者的颌面部软硬组织影像数据，包括利用CT采集患者的颌骨、面部、颈部数据等。本发明通过虚拟现实交互可以实现拔牙正畸虚拟现实以及非拔牙正畸虚拟现实的模拟，而且可以模拟力学分析，从而使得系统能达到提高康复治疗以及手术临床技能培训的目的。CN114224528ACN114224528A权利要求书1/2页1.一种基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统，其特征在于，包括：数据采集模块(1)，用于采集患者的牙颌面颈部软硬组织影像数据、牙齿扫描、面部图像数据、呼吸数据、发音数据、唾液数据、血液数据、基因数据以及全身疾病数据，且面部图像包括二维面部照片、三维、静态、动态图像；数据处理模块(2)，用于对采集的图像及数据进行处理，处理过程包括图像分割、面部提取、呼吸数据处理、发音分析处理、唾液处理、全身疾病数据处理，数据处理模块(2)包括牙颌面颈部数据处理单元、面部图像处理单元、呼吸数据处理单元、发音数据处理单元、唾液数据处理单元、血液数据处理单元以及基因数据处理单元；虚拟现实交互模块(3)，用于模拟拔牙正畸和非拔牙正畸过程，虚拟现实交互模块(3)获取分割后的牙颌面颈部信息，并生成交互模型，且该牙齿交互模型上有托槽和安装弓丝、隐形牙套设计安装、附件粘结、种植支抗植入；力学分析模块(4)，用于将所分割后的牙齿结构进行三维有限元分析处理，并生成三维有限元模型，牙齿三维模型包含牙齿、牙周膜、牙槽骨部件；力反馈模型模块(5)，用于模拟真实的操作中的压感及触感，且手感及触感包括持针器、镊子、结扎丝、橡皮圈、推簧、拉簧、支抗钉、正畸钳的握持感以及触感；数字孪生模块(6)，用于将数据采集信息、处理信息、虚拟现实交互模块(3)中安装的托槽、弓丝、隐形牙套、附件信息、力学分析等信息进行统一整合，并构建数字孪生模型及运算处理；输出模块(7)，用于输出牙齿矫治后的软硬组织变化情况，预测发育变化，治疗风险提示以及需要改进的治疗点。2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统，其特征在于，所述数据采集模块(1)的采集过程包括：基于CT采集患者的颌骨、面部、颈部数据，口内扫描仪扫描口内牙齿数据，面部扫描仪扫描面部软组织轮廓；基于相机拍摄二维、三维面部照片与视频，包括静态、动态的面部轮廓及表情变化；基于麦克风传感器采集呼吸的发音特征、频率、深浅；基于麦克风采集患者自述一段语句的发音特征，包括翘舌音、平舌音、元音、鼻音，自述语句包括但不限于普通话、方言、外语；基于唾液检测仪检测唾液的分泌量、粘稠度、分泌的蛋白分子成分与含量；基于血液采集分析仪采集血液中的蛋白分子成分与含量；基于口腔检测过程分析筛查牙根吸收、牙槽骨壁基因；基于全身疾病采集过程筛查是否患有癫痫、风湿病、肝炎、肾炎、结核病、糖尿病、心脏病、血友病、佝偻病。3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统，其特征在于，所述输出模块(7)输出的牙齿矫治后的软硬组织变化情况包括牙列的排列变化，面部表情变化，呼吸语音变化，并预测发育变化，及牙根、牙槽骨壁、颞下颌关节软骨吸收风险预警，唾液、血液中的蛋白分子变化，输出模块(7)输出需要改进的治疗点，包括托槽的粘接位置、弓丝的粗细及形状的改变。4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统，其特征在于，所述虚拟现实交互模块(3)包括虚拟现实模拟单元与数据处理单元，数据处理单元获取牙颌面颈部信息并对该数据信息进行预处理了，由虚拟现实模拟单元基于信息进行拔牙正畸虚拟现实以及非拔牙正畸虚拟现实模拟。5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实交互的口腔数字孪生模型系统，其特征在于，所