本發明涉及口腔正畸醫療，尤其涉及一種顳下頜關節旋轉模擬的正畸可視化系統及方法。

背景技術：

1、錯合畸形是世界衛生組織公布的三大口腔疾病之一，其發病率及危害性僅次于牙周病和齲病，已成為全球范圍內的重要口腔健康問題。錯合畸形不僅影響患者的咀嚼功能和口腔健康，還可能導致面部美觀受損，進而影響患者的心理狀態與生活質量。特別是對于面部后縮和下頜高角的患者，正畸治療中通過下頜骨的逆時針旋轉能夠顯著改善側面容貌及咬合關系，具有重要的臨床價值。然而，現有正畸方案設計主要依賴醫師的經驗和二維影像判斷，缺乏科學、系統的分析工具，導致治療方案的設計不夠精準，治療時間長且患者體驗較差。

2、現有技術中，cbct影像技術為口腔正畸提供了頜骨和牙列的三維結構數據，為正畸診斷和治療方案設計提供了基礎。然而，在實際應用中，如何有效利用這些數據實現下頜骨旋轉的精確模擬和牙齒位移的量化仍面臨諸多技術瓶頸。，現有技術未能充分整合顳下頜關節的動態特性，無法準確反映髁突與關節窩的解剖關系，導致下頜骨旋轉的基準點不明確；缺乏基于接觸壓力分布模型的旋轉角度動態優化方法，難以實現旋轉過程的平滑調整與精確控制；現有工具對上下牙列的嵌入與分離狀態模擬不充分，垂直方向位移的量化計算精度不足，無法滿足正畸治療對高精度動態分析的需求。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種顳下頜關節旋轉模擬的正畸可視化系統及方法，以解決現有技術中無法準確模擬顳下頜關節動態特性、下頜骨旋轉優化不足及牙齒位移量化不精確等局限性問題。通過結合硬組織影像數據提取、接觸壓力分布建模、旋轉參數動態優化及牙齒位移計算，實現下頜骨旋轉的高精度模擬與動態平滑優化，精準量化上下牙列的垂直方向位移，并通過可視化終端直觀展示髁突旋轉軌跡、接觸壓力分布及牙齒嵌入與分離狀態，顯著提高正畸方案的設計精度和治療效果，為臨床診療提供科學、全面的輔助支持。

2、為了實現上述目的，本發明通過如下的技術方案來實現：

3、一種顳下頜關節旋轉模擬的正畸可視化系統，包括：

4、硬組織提取模塊，用于從患者頭顱cbct影像中自動提取硬組織影像數據，所述硬組織影像數據包括關節窩影像、上頜骨影像、上牙列影像、下頜骨影像和下牙列影像；

5、關節識別控制模塊，用于接收髁突影像和關節窩影像，通過基于特征點檢測算法的方法自動識別髁突與關節窩的解剖特征，基于接觸壓力分布模型提取融合特征，并生成優化的髁突旋轉參數；

6、頜骨旋轉控制模塊，用于接收旋轉參數和外部輸入的下頜平面角度調整值，基于接觸壓力一階與二階變化率對旋轉角度進行動態平滑調整，并實時優化下頜骨影像的逆時針旋轉角度；

7、牙齒影像智能虛擬模塊，用于識別上下牙列的形態輪廓，基于旋轉結果模擬牙齒的嵌入或分離，計算每顆牙齒在垂直方向的位移量；

8、微處理器，用于整合各模塊輸出的處理結果，生成動態展示用的影像數據；

9、可視化終端模塊，用于接收所述影像數據，動態展示髁突旋轉軌跡與接觸壓力分布，并通過設定的高壓與低壓閾值對區域進行顏色標記，直觀展示調整效果。

10、作為本發明的一種優選方案，所述硬組織提取模塊包括：

11、上頜提取單元，用于從cbct影像中提取上頜骨影像，并分割出與上頜骨相關聯的上牙列影像；

12、下頜提取單元，用于從cbct影像中提取下頜骨影像，將下頜骨劃分為升支部和體部，其中升支部的頂端為髁突，體部對應的部分與下牙列影像；

13、顳下頜關節提取單元，用于從升支部中提取髁突影像，并從cbct影像中提取關節窩影像，通過解剖分析方法確定髁突與關節窩組成顳下頜關節的解剖關系。

14、作為本發明的一種優選方案，所述關節識別控制模塊包括：

15、形態識別單元，用于接收髁突影像和關節窩影像，通過特征點檢測算法識別髁突與關節窩的解剖形態特征；

16、位置關系記錄單元，用于計算髁突特征點與關節窩中心之間的空間位移量，記錄髁突影像與關節窩影像的相對位置關系；

17、特征融合單元，用于通過動態權重調制方法提取髁突與關節窩的融合特征，所述動態權重調制方法包括：

18、

19、其中，為動態髁突特征融合系數，表示特征點u在時間t時刻的融合強度；為髁突特征點重要性權重，基于髁突與關節窩的解剖特征動態生成；為髁突特征點與關節窩中心的空間位移量；α為特征點融合強度調節系數，用于控制特征點的融合強度；β為髁突距離衰減權重系數，表示特征點權重隨空間位移衰減的程度；γ為位移衰減速率參數，用于控制特征點融合強度隨距離變化的衰減速率；δ為特征點權重平滑參數，用于防止權重波動，保證融合特征的穩定性；

20、旋轉基準點提取單元，用于提取髁突的幾何中心點，作為髁突旋轉的基準點。

21、作為本發明的一種優選方案，所述關節識別控制模塊進一步包括：

22、接觸壓力分布計算單元，用于基于髁突與關節窩接觸區域的接觸壓力分布，計算接觸壓力的分布模型，所述接觸壓力分布模型為：

23、

24、其中，p(x,y)為接觸區域壓力值，表示髁突與關節窩接觸點(x,y)的受力值；σ為接觸壓力峰值，表示接觸區域內的最大壓力值；xc，yc為接觸壓力中心坐標，表示接觸區域壓力的中心位置；r為接觸壓力擴散半徑，用于描述接觸區域內壓力的分布范圍；

25、旋轉參數優化單元，用于根據接觸壓力分布模型，實時調整髁突的旋轉角度，所述旋轉角度的修正公式為：

26、

27、其中，δθt為髁突旋轉角度修正值，表示時間t時刻髁突旋轉的修正量；θcurrent,t為當前髁突旋轉角度；θoptimal為目標優化髁突旋轉角度，基于接觸壓力分布模型計算得到；λ1為角度誤差修正系數，用于修正當前角度與目標角度之間的偏差；λ2為接觸壓力敏感度調節系數，用于反映接觸壓力對髁突旋轉的影響程度；λ3為接觸壓力變化平滑系數，用于平滑接觸壓力變化對旋轉角度修正的影響；表示接觸壓力一階變化率，反應接觸壓力隨髁突旋轉角度變化的速率；表示接觸壓力二階變化率，反映接觸壓力的變化加速度，用于平滑旋轉角度修正。

28、作為本發明的一種優選方案，所述頜骨旋轉控制模塊包括：

29、動態更新單元，用于基于接觸壓力分布模型實時計算接觸壓力的一階變化率和二階變化率，并根據所述變化率動態平滑調整頜骨的旋轉角度。

30、作為本發明的一種優選方案，所述牙齒影像智能虛擬模塊包括：

31、輪廓識別單元，用于識別上下牙列中每顆牙齒的三維形態輪廓；

32、位移計算單元，用于基于所述牙齒形態輪廓，計算每顆牙齒在垂直方向上的位移量。

33、作為本發明的一種優選方案，所述微處理器包括：

34、角度計算單元，用于根據下頜平面角度調整值與標準值之間的差值，生成頜骨旋轉參數；

35、數據整合單元，用于整合硬組織影像數據、旋轉參數、接觸壓力分布數據和牙齒位移數據；

36、結果生成單元，用于生成動態影像數據，所述動態影像數據包括髁突旋轉軌跡、接觸壓力分布圖和牙齒位移變化圖。

37、作為本發明的一種優選方案，所述可視化終端模塊包括：

38、動態顯示單元，用于動態顯示髁突旋轉調整后的軌跡數據和接觸壓力分布數據；

39、接觸壓力可視化單元，用于對所述壓力分布數據進行動態標記，并通過顏色區分高壓區域與低壓區域；

40、對比生成單元，用于生成正畸前后影像數據的對比結果。

41、一種顳下頜關節旋轉模擬的正畸可視化系統的方法，包括以下步驟：

42、s1：從患者的cbct影像中自動提取硬組織影像數據，所述硬組織影像數據包括關節窩影像、上頜骨影像、上牙列影像、下頜骨影像和下牙列影像；

43、s2：基于所述硬組織影像數據，提取髁突影像和關節窩影像，通過特征點檢測算法識別髁突與關節窩的解剖特征，并確定髁突的幾何中心點；

44、s3：基于髁突特征點與關節窩中心的空間位移量，結合接觸壓力分布模型，計算接觸壓力的分布情況，并通過動態權重調制方法生成髁突的旋轉參數；

45、s4：接收外部輸入的下頜平面角度調整值，結合所述髁突旋轉參數，計算初始旋轉角度，并基于接觸壓力分布模型中的一階變化率與二階變化率，對所述旋轉角度進行動態平滑優化，生成優化后的旋轉角度；

46、s5：基于所述優化后的旋轉角度，對下頜骨影像進行逆時針旋轉調整，生成旋轉調整后的下頜骨影像數據；

47、s6：在所述旋轉調整后的下頜骨影像數據基礎上，識別上下牙列的形態輪廓，模擬上下牙列在旋轉調整下的嵌入或分離狀態，并計算每顆牙齒在垂直方向上的位移量；

48、s7：整合旋轉后的下頜骨影像數據、牙齒位移數據和接觸壓力分布數據，生成動態影像數據；

49、s8：將所述動態影像數據傳輸至可視化終端，動態展示髁突的旋轉軌跡、接觸壓力分布及上下牙列的嵌入與分離狀態，并通過顏色標記高壓區域與低壓區域，輸出可視化的矯正結果。

50、根據牙齒位移數據和旋轉調整數據，優化動態影像數據的整合結果；

51、校正髁突旋轉軌跡和接觸壓力分布數據的連續性。

52、與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明通過各模塊的協同工作，實現了顳下頜關節旋轉模擬與牙齒位移量化的高精度可視化展示。系統通過硬組織提取模塊，從患者cbct影像中自動提取包括關節窩、上頜骨、下頜骨、上牙列及下牙列在內的硬組織影像數據，減少人工干預，提高數據提取的效率與準確性。關節識別控制模塊基于特征點檢測算法，精準識別髁突與關節窩的解剖特征，生成優化的髁突旋轉參數，解決了旋轉基準點不明確的問題。頜骨旋轉控制模塊基于接觸壓力分布模型中的一階和二階變化率，對下頜骨的逆時針旋轉角度進行動態平滑調整，確保旋轉過程的平滑性與穩定性。牙齒影像智能虛擬模塊能夠識別上下牙列的形態輪廓，模擬牙齒嵌入或分離狀態，并精準計算每顆牙齒在垂直方向的位移量，為正畸方案提供詳細的牙齒位置信息。微處理器整合各模塊輸出的數據，生成動態展示用的影像數據，通過可視化終端模塊動態展示髁突旋轉軌跡、接觸壓力分布及牙齒位移狀態，并通過設定的高壓與低壓閾值對區域進行顏色標記，使分析結果直觀可見。本發明突破了傳統正畸方案依賴經驗和二維影像的局限性，顯著提高了方案設計的精度與治療效果，縮短了治療時間，改善了患者的治療體驗，具有重要的臨床應用價值和推廣前景。