本发明专利技术提供了一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法和装置，所述方法结合个性化正向动力学参数以及个性化逆向动力学参数，在虚拟仿真过程中考虑舌骨的位置变化，采用正逆双向仿真结合的方式对患者的下颌运动进行虚拟仿真，该虚拟仿真最大程度地预测患者术后的运动形态。患者术后的运动形态。患者术后的运动形态。
【技术实现步骤摘要】
一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法和装置
[0001]本申请属于计算机仿真领域，特别涉及一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法和装置。
技术介绍
[0002]虚拟仿真下颌运动在颞下颌关节疾病诊断、功能评价、牙科材料实验、颌面关节疾病治疗、颌面修复重建、人工关节以及仿生材料等方面均具有重要作用。颞下颌关节是颌面部的重要关节，其与周围肌肉共同决定下颌运动。下颌运动过程中关节、韧带、肌腱、颌骨、牙齿等的力与运动参数虽然可以从离体实验中获取，但与真实人体仍存在差异。由于功能解剖的复杂性及伦理所限，目前并不能基于在体实验虚拟重现完整精确的下颌运动。人体中执行下颌运动功能的下颌骨、咀嚼肌、关节、韧带等组织可以视作一个精密的多体系统，运用多体系统动力学方法研究下颌运动已经进入广大学者的视野。现有技术主要包括以下几类仿真模型：
[0003](1)个体化的下颌运动虚拟显示模型仅作为下颌运动的动态显示，本质上并不包含力与运动的关系，无法作为动力学研究模型、仿生材料平台等应用。
[0004](2)下颌运动与力的三维有限元分析是针对某一运动状态时下颌关节受力的分析，本质上是对被动受力的分析，没有主动力和力驱动的运动，并且，该方法运算慢、时间长，不能满足实时运动需求。
[0005](3)肌肉正向驱动的下颌运动模型是使用骨骼肌的力学模型，设定包括粘弹性等力学参数，通过肌肉的力与长度的关系，以及肌肉骨骼的连接方式，驱动下颌骨的运动，该方案所得运动结果的准确性受限于肌肉物理模型的设定，物理模型无法真实模拟不同个体人的肌肉力学和运动。
[0006](4)逆向运动轨迹控制的下颌运动模型，是以设定的运动轨迹为目标，迭代求解实现运动轨迹的控制系统动力学参数，主要用于咀嚼机器人控制。其求解结果往往与人体真实肌肉活动相去甚远，往往用于实验室材料分析等用途，难以应用于直接与人体疾病和康复有关的需求。
技术实现思路
[0007]为解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法和装置，所述方法结合个性化正向动力学参数以及个性化逆向动力学参数，在虚拟仿真过程中考虑舌骨的位置变化，采用正逆双向仿真结合的方式对患者的下颌运动进行虚拟仿真，该虚拟仿真最大程度地预测患者术后的运动形态。
[0008]本申请的目的在于提供以下几个方面：
[0009]第一方面，本申请提供一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法，所述方法包括：
[0010]获取个性化正向动力学参数；
[0011]通过逆向动力学方法获取个性化逆向动力学参数；
[0012]根据所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学参数采用正向动力学方法生成动力学仿真数据。
[0013]在一种可实现的方式中，所述获取个性化正向动力学参数包括：
[0014]采集表面肌电数值；
[0015]对所述表面肌电数值进行预处理生成正向动力学参数。
[0016]进一步地，对所述表面肌电数值进行预处理包括：
[0017]将采集到的表面肌电数据进行翻正处理；
[0018]翻正处理后的表面肌电进行滤波；
[0019]获取各时间滑窗内滤波后数据均值的最大值；
[0020]根据所述各时间滑窗内滤波后数据均值的最大值对表面肌数据进行归一化处理。
[0021]在一种可实现的方式中，所述获取个性化逆向动力学参数包括：
[0022]获取下颌运动学参数，所述下颌运动学参数包括舌骨运动学参数；
[0023]获取骨骼肌肉几何参数；
[0024]根据所述下颌运动学参数以及所述骨骼肌肉几何参数生成逆向动力学参数。
[0025]进一步地，所述获取下颌运动学参数包括：
[0026]采集下颌运动轨迹；
[0027]根据所述下颌运动轨迹计算质心运动轨迹r以及旋转矩阵R；
[0028]根据所述质心运动轨迹r以及旋转矩阵R生成下颌骨上任意点在实验室坐标系内的运动轨迹。
[0029]进一步地，所述获取骨骼肌肉几何参数包括：
[0030]获取口颌肌群几何参数；
[0031]获取骨骼几何参数。
[0032]可选地，所述获取骨骼几何参数包括：
[0033]获取CBCT数据；
[0034]根据CBCT数据重建颌面部骨骼解剖模型；
[0035]根据所述颌面部骨骼解剖模型生成骨骼几何参数。
[0036]可选地，所述获取口颌肌群几何参数包括：
[0037]建立咀嚼肌解剖模型；
[0038]建立骨骼肌解剖模型；
[0039]根据所述咀嚼肌解剖模型与所述骨骼肌解剖模型生成口颌肌群解剖模型；
[0040]根据所述口颌肌群解剖模型获取骨骼肌肉解剖数据。
[0041]进一步地，所述建立咀嚼肌解剖模型包括：
[0042]获取颌面部骨骼解剖模型；
[0043]根据所述颌面部骨骼解剖模型建立咀嚼肌解剖模型。
[0044]可选地，所述根据所述咀嚼肌解剖模型与所述骨骼肌解剖模型生成口颌肌群解剖模型包括：
[0045]确定所述咀嚼肌解剖模型中肌肉附着点；
[0046]确定所述骨骼肌解剖模型中肌肉截面轴线；
[0047]连接所述肌肉附着点与所述肌肉截面轴线。
[0048]在一种可实现的方式中，所述根据所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学参数生成动力学仿真数据包括：
[0049]建立个性化肌骨系统虚拟仿真模型；
[0050]获取所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学参数；
[0051]根据所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学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。
[0052]第二方面，本申请还提供一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真装置，所述装置包括：
[0053]个性化正向动力学参数，用于获取个性化正向动力学参数；
[0054]个性化逆向动力学参数获取模块，用于通过逆向动力学方法获取个性化逆向动力学参数；
[0055]动力学仿真数据生成模块，用于根据所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学参数采用正向动力学方法生成动力学仿真数据。
[0056]在一种可实现的方式中，所述个性化正向动力学参数获取模块具体用于：
[0057]采集表面肌电数值；
[0058]对所述表面肌电数值进行预处理生成正向动力学参数。
[0059]进一步地，对所述表面肌电数值进行预处理包括：
[0060]将采集到的表面肌电数据进行翻正处理；
[0061]翻正处理后的表面肌电进行滤波；
[0062]获取各时间滑窗内滤波后数据均值的最大值；
[0063]根据所述各时间滑窗内滤波后数据均值的最大值对表面肌数据进行归一化处理。
[0064]在一种可实现的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于正逆向多体动力学的个体下颌运动虚拟仿真方法，其特征在于，所述方法包括：获取个性化正向动力学参数；通过逆向动力学方法获取个性化逆向动力学参数；根据所述个性化正向动力学参数以及所述个性化逆向动力学参数采用正向动力学方法生成动力学仿真数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取个性化正向动力学参数包括：采集表面肌电数值；对所述表面肌电数值进行预处理生成正向动力学参数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取个性化逆向动力学参数包括：获取下颌运动学参数，所述下颌运动学参数包括舌骨运动学参数；获取骨骼肌肉几何参数；根据所述下颌运动学参数以及所述骨骼肌肉几何参数生成逆向动力学参数。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述获取下颌运动学参数包括：采集下颌运动轨迹；根据所述下颌运动轨迹计算质心运动轨迹r以及旋转矩阵R；根据所述质心运动轨迹r以及旋转矩阵R生成下颌骨上任意点在实验室坐标系内的运动轨迹。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述获取骨骼肌肉几何参数包括：获取口颌肌群几何参数；获取骨骼几何参数。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述建立咀嚼肌解剖模型包括：获取颌面部骨骼解剖模型；根据所述颌面部骨骼解剖模型建立咀嚼肌解剖模型。7.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晶，郭传瑸，郭建峤，陈俊鹏，吕列夫，
申请(专利权)人：北京大学口腔医学院，
类型：发明
国别省市：
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