背景技术：
1、咀嚼系统是一种极其复杂的肌肉骨骼系统，由两个骨结构组成，即下颌和颅骨，它们通过两个颞下颌关节(tmj)连接。咀嚼系统用于日常任务，如说话和咀嚼，这对于从食物中提取营养至关重要。
2、人类颌骨咀嚼食物、说话等的操作机制是一种复杂的操作，涉及许多单独的肌肉和两个相互连接但独立的tmj，将下颌(下颌)连接到颅骨两侧的颞骨。
3、颌骨肌肉在颌骨运动过程中以复杂的三维方式移动颌骨。有三块颌骨闭合肌肉(咬肌、颞肌和内侧翼状肌)和四块颌骨张开肌肉(外侧翼状肌、二腹肌、下颌舌骨肌和颏舌骨肌)。肌肉的基本功能单元是运动单元。颌骨肌肉的内部结构很复杂，许多颌骨肌肉都呈现出复杂的羽状(羽毛状)内部结构。在每块颌骨肌肉中，中枢神经系统(cns)似乎能够激活具有特定方向的肌肉纤维的独立区域。这意味着每块颌骨肌肉都能够产生特定颌骨运动所需的一系列力矢量(大小和方向)。在产生任何所需运动时，cns会激活不同肌肉中的运动单元。运动分为自愿运动、反射运动和节律运动。cns的许多部分都参与颌骨运动的产生。面部运动皮层是大脑皮层产生自愿运动(例如张口、闭合、前伸和侧向颌骨运动)的最终输出通路。反射证实有助于细化运动的通路，可被高级运动中枢用于产生更复杂的运动。咀嚼或嚼是一种有节奏的运动，由脑干中的中枢模式发生器控制。中枢模式发生器可以通过食物团的感觉信息和来自高级中枢的自愿命令进行修改。
4、咀嚼运动很复杂，包括颌骨、面部和舌头运动，这些运动由颌骨、面部和舌头肌肉驱动。牙合的变化似乎能够对颌骨肌肉的活动和颌骨关节的运动产生重大影响。
5、颞下颌关节(tmj)是下颌髁和颅骨中的关节盂之间的可移动关节，关节盘介于两者之间。运动通过旋转(髁和关节盘之间)和平移(髁-关节盘复合体和关节盂之间)的组合发生。
6、这种高度的移动性，特别是平移运动，反映在关节盘与髁的附接方式以及透明软骨的缺失上。髁突和窝被纤维软骨覆盖，关节盘由密集的胶原纤维网络组成，这些纤维网络沿与功能负荷有关的不同方向定向。髁突运动复杂，咀嚼时两个髁突都会承受负荷。tmj能够通过重塑来适应负荷变化。
7、咀嚼系统紊乱甚至可能由上述不同组件性能的最小偏差引起。颞下颌关节紊乱(tmd)可能是此类紊乱之一，它包括多种不同的紊乱，涉及tmj、咀嚼肌和相关结构，单独或同时发生。超过100种不同的疾病会影响肌肉骨骼系统，其中许多疾病也可能涉及tmj。其中一些疾病很少见，但也有少数疾病相对常见，例如骨关节病和骨关节炎(oa)以及类风湿性关节炎(ra)。显然，影响tmj的几种疾病可能会导致牙合紊乱。“牙合(或咬合，occlusion)”一词代表了牙齿的静态和动态关系以及颌骨肌肉和颞下颌关节(tmj)的综合作用。
8、骨关节炎(oa)是tmj的一种退化，但一般来说是一种良性疾病，症状轻微或没有症状，预后可能较差。在oa中，关节退化中加入了炎症成分。如果及早诊断，与疼痛和功能障碍相关的急性炎症阶段通常可以通过简单的治疗逆转。
9、tmd可能导致患者不适，例如疼痛和咀嚼系统或身体其他部位功能下降。与许多其他疾病一样，及早识别和诊断可以通过开始及早治疗为患者带来可逆转的情况。
10、在某个特定时间点很难对tmd等与颌骨运动相关的病症进行早期诊断，因为一种病症与简单的测量之间没有明确的关系，可以通过简单的测量将tmd分为关节源性或肌源性。这是因为患有原发性关节疾病的患者通常有继发性肌肉功能障碍，而患有原发性肌肉疾病的患者可能会出现关节症状。
11、在牙科实践的各个方面，对牙齿的静态和动态关系进行详细评估对于临床评估非常重要。这些信息将有助于了解与功能和副功能相关的特定牙齿关系，并以此为基础进行治疗。目前的临床牙合评估方法包括通过物理纸测量颌骨的不同相对位置的牙齿接触。此外，还可以使用视觉模拟量表(vas)检查牙齿和修复体磨损、肌肉疼痛等临床病征，以及观察源自tmj的声音。这是一个繁琐且耗时的过程，需要临床医生进行大量的手动工作和主观评估技能。
12、随着牙科数字解决方案的出现，可以使用3d采集设备和计算机软件更快、更准确地进行此类牙合评估。
13、因此，需要更快、更准确地评估牙合变化。
技术实现思路
1、因此，在一个方面，本文公开了一种用于监测颌骨运动随时间变化的方法，其中该方法包括以下步骤：
2、-使用口内扫描仪在初级时间点获得初级相对颌骨运动数据集，其中所述初级相对颌骨运动数据集表示上颌和下颌之间的相对运动，
3、-使用口内扫描仪在次级时间点获得次级相对颌骨运动数据集，其中所述次级相对颌骨运动数据集表示所述上颌和所述下颌之间的相对运动，
4、其中该方法还包括计算机实施的方法，其中所述计算机实施的方法包括以下步骤：
5、-接收所述初级相对颌骨运动数据集和所述次级相对颌骨运动数据集，
6、-获得表示期望和/或规则化咬合特性的模型类，
7、-通过将所述初级相对颌骨运动数据集拟合到所述模型类来获得初级模型参数，
8、-通过将所述次级相对颌骨运动数据集拟合到所述模型类来获得次级模型参数，
9、-基于将所述初级模型参数与所述次级模型参数进行比较来确定监测信息，
10、-显示所述监测信息。
11、所公开的计算机实施的方法能够随时间推移而详细量化和跟踪动态颌骨运动。这可以及早识别任何新出现的颌骨活动性差异，这可能是潜在发展状况的警告信号。它使牙医能够在大多数状况可逆的早期阶段采取预防措施。
12、因此，如将公开和进一步讨论的那样，所公开的方法能够通过随时间推移而量化和监测患者咀嚼系统特定颌骨运动的可动性来及早识别牙合紊乱。通过获得患者牙列的3d信息(例如上颌和下颌的3d数字模型)，可以量化下颌运动。通过获得多个患者特定的咬合配置，描述上颌和下颌之间的相对颌骨运动，并将这些咬合配置拟合到近似咀嚼系统力学的数学模型上，可以提供一组患者特定的参数，这些参数表征患者在数据采集时的咀嚼系统。数学模型可以是具有有限数量的参数的相对简单的模型，也可以是高度接近人类咀嚼系统的自然解剖结构的更先进的模型。通过在某一时间点采集一组咬合配置并获得第一组颌骨模型参数，可以将患者特定的颌骨运动与从在第二时间点获得的第二组咬合配置获得的第二组颌骨模型参数进行比较。这使得能够详细评估患者特定的模型参数或下颌的边界运动。
13、如本文所用，术语“初级”和“次级”用于在时间上区分特征和项目。因此，初级相对颌骨运动数据集或初级咬合扫描都是在同一大致时间点(通常是在第一次患者就诊时)进行的。因此，次级相对颌骨运动数据集或次级咬合扫描是另一时间点(例如后续患者就诊)进行的一组咬合扫描。但是，初级相对颌骨运动数据集和次级相对颌骨运动数据集也可以在同一患者就诊时进行，其中在获得相对颌骨运动数据集之间进行了治疗。治疗可能是安装牙冠或植入物的外科手术，这可能会影响颌骨运动。虽然没有进一步详细讨论，但可以在不同的时间点获得三级、四级、五级等咬合扫描。
14、初级咬合扫描可以包括第一初级咬合扫描和第二初级咬合扫描。由于患者需要在咬合位置之间移动，因此第一初级咬合扫描和第二初级咬合扫描不可能在完全相同的时间进行。然而，出于例如治疗、评估和临床观察的目的，第一初级咬合扫描和第二初级咬合扫描可以被视为在同一时间点进行，以便获得可用于本文所述监测目的的连贯运动数据。
15、如本文所述，相对颌骨运动数据集包含描述患者上颌和下颌之间的相对运动的数据。本文中，相对颌骨运动数据集也可以称为颌骨运动数据集或颌骨运动数据。颌骨运动数据集可以通过使用口内扫描仪获得，例如通过在患者上颌和下颌相对于彼此移动时连续扫描上颌和下颌。
16、在一个实施例中，相对颌骨运动数据集可以通过获得咬合扫描来获得。咬合扫描是对患者上颌和下颌静态牙合的单次离散扫描。因此，多个(例如，第一、第二、第三、第四等)咬合扫描可以表示帧，这些帧可以在序列中提供为视频流，例如，如果通过使用口内扫描仪记录动态牙合来获得动态牙合。
17、简化解剖复杂性的数学模型可用于映射记录的数据。即使这些模型不能复制解剖上正确的颌骨运动的所有方面，它们仍然可能对患者的诊断和治疗计划非常有用，因为它们提供了一种跟踪和监测患者特定变化的方法，例如静态和/或动态牙合。
18、通过“数学建模”或“建模”，我们理解我们根据某些最优性标准导出/估计/拟合描述数据集的模型。数学模型可以包括模型类和拟合模型。更具体地说，模型类是具有一个或多个要确定/计算/拟合的自由参数的数学表达式(旨在对某些数据进行建模)。拟合模型是具有确定的自由参数的模型类。
19、最简单的示例之一是一条线，其中模型类将是y＝a*x+b，其中x和y分别是输入数据和输出数据，并且a和b是自由参数。拟合模型可以是y＝2*x+3，其中a＝2和b＝3是自由参数。
20、模型类可以具有确定性和/或随机性成分，这意味着模型或模型类的某些(或全部)部分可以根据统计分布进行公式化表示。后者是随机部分。一个示例可以是y＝a*x+b+e，其中e是正态分布中的一个元件，其均值为零，标准差为1.2。那么a*x+b将是确定性部分，e是随机部分。请注意，该模型也可以描述为正态分布，其均值为a*x+b，标准差为1.2。
21、“动态牙合的期望特性”可以理解为我们想要了解的特性，例如咬合的接触点分布或tmj的运作。
22、术语“规则化特性”是统计模型拟合中常用的术语，其中通常会将偏差加到估计值中以减少噪音。这就是所谓的偏差方差权衡。这种偏差通常基于先验假设或知识，在贝叶斯统计框架中被称为“先验”。规则化特性的一个常见示例是平滑数据(例如网格表面)以减少噪音。
23、在另一个方面，公开了一种用于评估颌骨运动的方法，其中该方法包括以下步骤：
24、-使用口内扫描仪在初级时间点获得初级相对颌骨运动数据集，其中所述初级相对颌骨运动数据集表示所述上颌和所述下颌之间的相对运动，
25、其中该方法还包括计算机实施的方法，其中所述计算机实施的方法包括以下步骤：
26、-接收所述初级相对颌骨运动数据集，
27、-获得表示期望和/或规则化咬合特性的模型类，
28、-通过将所述初级相对颌骨运动数据集拟合到所述模型类来获得初级模型参数，
29、-基于将所述初级模型参数与参考数据集进行比较来确定监测信息，
30、-显示所述监测信息。
31、这提供了一种解决方案，其中可以通过观察某一时间点的运动来诊断评估患者的咬合。
32、例如，颌骨运动可以用滞后来描述，即，张开颌骨时上颌和下颌之间的相对运动与闭合颌骨时相比是不同的。不存在滞后现象可能是tmj疾病的征兆。
33、因此，在第二方面，在一个实施例中，参考数据集可以包括滞后现象标准。基于将初级模型参数与滞后现象标准进行比较来确定监测信息的步骤可以包括确定初级模型参数是否描述滞后现象。
34、在一个实施例中，参考数据集可以包括上颌和/或下颌的锥形束计算机断层摄影(cbct)扫描。通过将初级模型参数与cbct扫描形式的参考数据集进行比较，可以验证初级模型参数的准确性。可以确定初级模型参数和cbct扫描之间的差异，其中cbct扫描提供患者头骨相对于下颌的解剖学准确数据。在cbct扫描时，可以直接提取一种配置中的tmj的取向并将其与初级模型参数进行比较。
35、在另一个实施例中，参考数据集可以包括治疗计划。治疗计划可以是基于正畸治疗的颌骨模拟运动模式。通过将初级模型参数与治疗计划形式的参考数据集进行比较，可以确定治疗计划与颌骨运动之间的差异。确定的差异可能表明需要修改治疗计划。基于确定的差异，用户可以基于初级模型参数创建修改后的治疗计划。
36、在又另一个实施例中，参考数据集可以包括描述颌骨运动的典型颌骨参考参数。可以通过统计方法从多个记录的颌骨运动中获得典型颌骨参考参数。统计方法的一个示例可以是最佳拟合线方法。统计方法可以考虑年龄、性别、种族、生活条件、基因中的一个或多个，以实现对患者的真实表现。
37、由典型颌骨参考参数描述的颌骨运动可以称为颌骨的理想运动轨迹。该理想运动轨迹可以描述仅由旋转或仅平移组成的平滑运动。通过将初级模型参数与颌骨的理想运动轨迹进行比较，可以在监测信息中检测到旋转和平移，从而指示潜在的tmj紊乱。
38、监测颌骨运动随时间的变化可以有利于跟踪正畸治疗的进展。更具体地说，可以监测牙齿运动是否偏离计划的正畸治疗所指定的期望运动。
39、根据一个实施例，本文公开了一种用于监测颌骨运动随时间变化的计算机实施的方法，其中该方法包括以下步骤：
40、-接收初级相对颌骨运动数据集和次级相对颌骨运动数据集，
41、-通过将次级相对颌骨运动数据集与所述初级相对颌骨运动数据集进行比较来确定颌骨运动的变化，其中所述次级相对颌骨运动数据集对应于一颗或多颗牙齿，其中与对应于所述初级相对颌骨运动数据集的一颗或多颗牙齿的位置相比，所述一颗或多颗牙齿被重新定位，以及
42、-显示所确定的颌骨运动的变化。
43、重新定位的一个或多个牙齿可以对应于计划的正畸治疗的阶段，例如重新定位的一个或多个牙齿可以对应于计划的正畸治疗的中期治疗阶段。
44、初级相对颌骨运动数据集可以对应于在第一次患者就诊时扫描的初级颌骨运动。次级相对颌骨运动数据集可以对应于在后续患者就诊时扫描的次级颌骨运动。
45、一个或多个牙齿可以包括在初级颌骨运动和次级颌骨运动期间建立牙合接触的至少一个牙齿。可替代地，一个或多个牙齿可以包括仅在初级颌骨运动期间或仅在次级颌骨运动期间建立牙合接触的至少一个牙齿。
46、在本公开的实施例中，公开了一种非暂时性计算机可读介质，其包括指令，该指令当由计算机执行时，可以使得计算机根据任何所呈现的实施例执行方法。
47、在本公开的实施例中，公开了体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括指令，该指令当计算机执行时，可使计算机根据任何所呈现的实施例执行方法。
48、在另一个方面，公开了一种用于口腔内扫描牙科对象的扫描仪系统。扫描仪可以包括用于接收牙科对象的图像的扫描探头、用于可视化牙科对象的数字3d表示的外围输出装置以及耦合到扫描探头和外围输出装置的计算机处理器。计算机处理器可以从扫描探头接收数据并且可以将计算的数据输出到外围输出装置。可以通过应用本文讨论的方法的步骤来使用扫描仪系统。
49、可以理解的是，当前公开的重点是使用口腔内扫描仪来获得用于监测颌骨运动变化的方法中的相对颌骨运动数据集。在另一个实施例中，可以使用除口腔内扫描仪之外的其他装置。
50、此类其他装置例如可以是实验室台式扫描仪，例如3shape a/s的e系列扫描仪，或诸如cbct扫描仪之类的x射线扫描。
1.一种用于监测颌骨运动随时间变化的方法，其中该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型类描述六个自由度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型类是咬合器的数字表示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型类是标准化人类颌骨的数字表示。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述模型类是确定性的。
6.根据权利要求1–4中的任一项所述的方法，其中所述模型类是随机的。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中通过以数字方式显示所述初级模型参数和次级模型参数中的至少一个来显示所述监测信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中监测信息包括所述初级模型参数和所述次级模型参数之间的变化。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述监测信息被可视化为热图。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中比较所述初级模型参数和所述次级模型参数包括使用边界运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使用边界运动图确定所述边界运动。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述边界运动图是posselt包络图。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的方法，其中所述模型类包括所述边界运动的表示。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的方法，其中所述初级相对颌骨运动数据集和所述次级相对颌骨运动数据集至少部分地表示所述上颌和下颌的一个或多个边界运动位置。
15.根据权利要求10-14中的任一项所述的方法，其中所述初级模型参数和所述次级模型参数表示边界运动。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中获得所述初级和/或次级相对颌骨运动数据集的步骤包括分别在初级和/或次级时间点处使用口内扫描仪获得至少第一和第二初级和/或次级咬合扫描，每个初级和/或次级咬合扫描包括相对于彼此处于不同颌骨运动位置处的所述上颌和下颌的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中通过确定所述至少第一和第二初级咬合扫描之间的对应关系来建立初级参考框架，并且通过确定所述至少第一和第二次级咬合扫描之间的对应关系来建立次级参考框架。
18.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述初级参考框架和所述次级参考框架之间的框架对应关系。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中该方法还包括：获得所述患者的上颌的至少部分和下颌的至少部分的至少第一数字3d表示。
20.根据权利要求16和19所述的方法，其中获得所述初级和/或次级相对颌骨运动集还包括基于所述第一初级和/或次级咬合扫描对所述至少第一数字3d表示的上颌和下颌进行第一初级和/或次级对齐，以及基于所述第二初级和/或次级咬合扫描对所述至少第一数字3d表示的上颌和下颌进行第二初级和/或次级对齐。
21.一种用于评估颌骨运动的方法，其中该方法包括以下步骤：
22.根据权利要求21的方法，其中所述参考数据集包括滞后标准。
23.根据权利要求22所述的方法，其中基于将所述初级模型参数与所述滞后标准进行比较来确定监测信息的步骤包括：确定所述初级模型参数是否描述滞后。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述参考数据集包括所述上颌和/或下颌的cbct扫描。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述参考数据集包括所述颌骨的理想运动轨迹，其中所述理想运动轨迹描述仅由旋转或仅由平移组成的平滑运动。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述参考数据集包括治疗计划。
27.一种用于监测颌骨运动随时间变化的计算机实施的方法，其中该方法包括以下步骤：
28.一种用于口腔内扫描牙科对象的扫描系统，包括用于接收所述牙科对象的图像的扫描探头、用于可视化所述牙科对象的数字3d表示的外围输出装置以及耦合到所述扫描探头和所述外围输出装置的计算机处理器，其中所述计算机处理器从所述扫描探头接收数据并将计算的数据输出到所述外围输出装置，其中通过应用根据权利要求1-26中的任一项所述的方法的步骤来使用所述扫描系统。
29.一种非暂时性计算机可读介质，包括指令，所述指令当由计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1-26中的任一项所述的方法。
30.一种体现在非暂时性计算机可读介质中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，所述指令当由计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1至26中的任一项所述的方法。
