Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo:Description of the industrial invention entitled:
?APPARATO PER TRACCIARE E REGISTRARE I MOVIMENTI DELLA MANDIBOLA DI UNA PERSONA E RELATIVO METODO?APPARATUS FOR TRACKING AND RECORDING THE MOVEMENTS OF A PERSON'S JAW AND METHOD THEREOF?
La presente invenzione riguarda un apparato per tracciare, ricostruire e registrare i movimenti della mandibola di una persona durante la masticazione. In particolare l?invenzione riguarda un apparato in grado rilevare e ricostruire i succitati movimenti in un sistema tridimensionale.The present invention relates to an apparatus for tracking, reconstructing, and recording the movements of a person's jaw during chewing. Specifically, the invention concerns an apparatus capable of detecting and reconstructing the aforementioned movements in a three-dimensional system.
Lo studio del movimento mandibolare e la sua ricostruzione/simulazione sono particolarmente utili sia per il medico odontoiatria sia per l?odontotecnico. Un apparato semplice, ma piuttosto impreciso, utilizzato per ricostruire i movimenti di una mandibola ? il c.d. articolatore. In tale dispositivo sono posizionati i modelli delle arcate dentarie di un paziente il quale riproduce un movimento basilare di apertura e di serraggio della mandibola. Tali dispositivi sono impiegabili da un odontotecnico per realizzare dei dispositivi medici riabilitativi, come ponti, bite, o simili, i quali, a loro volta, sono utilizzati dal dentista per ripristinare funzionalmente o esteticamente la dentatura di un paziente.The study of mandibular movement and its reconstruction/simulation are particularly useful for both dentists and dental technicians. A simple, but rather imprecise, device used to reconstruct jaw movements is the so-called articulator. This device holds models of a patient's dental arches, which reproduce a basic jaw opening and closing movement. These devices can be used by dental technicians to create rehabilitative medical devices, such as bridges, splints, or similar, which, in turn, are used by dentists to functionally or aesthetically restore a patient's teeth.
Avendo a disposizione solo dei dati morfologici della dentatura del paziente, cio? senza informazioni sulla funzione occlusale e masticatoria, con i suddetti articolatori non ? possibile replicare in modo fedele i movimenti della bocca della persona. Il limite principale di questi apparati, difatti, ? mancanza di informazioni relative alla cinematica del movimento masticatorio dell?articolazione temporomandibolare.Having only morphological data of the patient's dentition available, i.e., without information on occlusal and masticatory function, these articulators cannot faithfully replicate the movements of the person's mouth. The main limitation of these devices, in fact, is the lack of information regarding the kinematics of the masticatory movement of the temporomandibular joint.
Con questi apparati noti il dentista deve pertanto adattare successivamente i dispositivi riabilitativi preparati dall?odontotecnico alla reale condizione occlusale del paziente. Ci? comporta un incremento dei costi e il rischio di non ottenere un dispositivo riabilitativo a regola d?arte.With these known devices, the dentist must subsequently adapt the rehabilitative devices prepared by the dental technician to the patient's actual occlusal condition. This leads to increased costs and the risk of not obtaining a state-of-the-art rehabilitative device.
Per questi motivi sono stati sviluppati svariati metodi e relativi apparati per tracciare i movimenti della mandibola di una persona, in particolare della masticazione, al fine di ricavarne un modello digitale che pu? essere impiegato per verificare la corretta forma e dimensione di dispositivo riabilitativo, come ad esempio una protesi dentale.For these reasons, various methods and related devices have been developed to track the movements of a person's jaw, particularly during chewing, in order to obtain a digital model that can be used to verify the correct shape and size of a rehabilitation device, such as a denture.
I sistemi noti sono basati sostanzialmente su tre diverse tecnologie, ovvero il c.d. ?motion capture?, che impiega telecamere e illuminatori/proiettori, le misure inerziali, ottenute mediante l?uso di accelerometri, giroscopi o dispositivi simili, e le misure elettromagnetiche, ottenute con sensori magnetici, induttivi, ecc.The known systems are essentially based on three different technologies: the so-called "motion capture", which uses cameras and illuminators/projectors; inertial measurements, obtained through the use of accelerometers, gyroscopes or similar devices; and electromagnetic measurements, obtained with magnetic, inductive sensors, etc.
La presente invenzione riguarda la prima tipologia di apparati, cio? quelli che sfruttano sensori di tipo ottico. Fra questi sistemi ? possibile distinguere ulteriormente i sistemi del tipo ?marker based motion capture? e quelli ?markerless?. Nel primo caso si impiegano tecniche stereofotogrammetriche che permettono di identificare la posizione tridimensionale e i relativi spostamenti di marker posizionati su punti specifici del paziente. Nell?ambito dell?analisi della cinematica mandibolare la succitata tecnica ? utilizzata prendendo come riferimento il distretto ?mandibola-mascella? al fine di ricavare la cinematica mandibolare.The present invention concerns the first type of apparatus, that is, those that use optical sensors. Among these systems, it is possible to further distinguish between "marker-based motion capture" and "markerless" systems. In the first case, stereophotogrammetric techniques are used to identify the three-dimensional position and relative movements of markers positioned at specific points on the patient. In the analysis of mandibular kinematics, the aforementioned technique is used by taking the "mandible-maxilla" region as a reference in order to derive mandibular kinematics.
Esempi di metodi e relativi apparati noti per tracciare e ricostruire i movimenti masticatori della mandibola di una persona sono descritti ad esempio in US 2016/0262711 A1, US 5340309 A e WO 2018115576 A1.Examples of known methods and related apparatus for tracking and reconstructing the chewing movements of a person's jaw are described, for example, in US 2016/0262711 A1, US 5340309 A, and WO 2018115576 A1.
I sistemi della tecnica nota sono tuttavia perfettibili. In particolare, alcuni di essi forniscono dati poco accurati, ad esempio a causa del modo in cui i marker sono fissati alla mandibola o alla parte temporale o mascellare della persona. Inoltre, spesso gli apparati della tecnica nota sono particolarmente complessi e, oltre ad essere molto costosi, sono anche complicati da utilizzare. Infine, alcuni dei sistemi noti sono anche piuttosto invasivi e arrecano fastidio al paziente sottoposto all?analisi.However, prior art systems are subject to improvement. Specifically, some provide inaccurate data, for example, due to the way the markers are attached to the mandible or the temporal or maxillary region of the patient. Furthermore, prior art devices are often particularly complex and, in addition to being very expensive, are also difficult to use. Finally, some prior art systems are also quite invasive and cause discomfort to the patient undergoing the analysis.
WO 2020/222162 A1 descrive un apparato e un metodo per ricostruire le traiettorie cinematiche del movimento mandibolare che permette di estrapolare un set di dati corrispondenti a coordinate tridimensionali che possono essere impiegati da un robot parallelo in grado di replicare i movimenti dell?articolazione temporomandibolare.WO 2020/222162 A1 describes an apparatus and a method for reconstructing the kinematic trajectories of mandibular movement that allows the extraction of a set of data corresponding to three-dimensional coordinates that can be used by a parallel robot capable of replicating the movements of the temporomandibular joint.
L?apparato comprende una videocamera per l'acquisizione di immagini a colori, un proiettore a raggi infrarossi e una videocamera di profondit?.The device includes a video camera for acquiring color images, an infrared projector and a depth video camera.
La scena "osservata" ? illuminata da luce infrarossa e ripresa dalla telecamera di profondit? che permette una ricostruzione "della profondit??, mappando lo spazio in tre dimensioni.The "observed" scene is illuminated by infrared light and captured by the depth camera, which allows for a "depth" reconstruction, mapping the space in three dimensions.
La telecamera di profondit? fornisce "mappe di profondit?" grazie a un sistema di visione stereoscopica, costituito da una coppia proiettore-camera. Nella scena ? proiettato un pattern noto di luce nella gamma dell'infrarosso e la profondit? degli oggetti viene calcolata studiando la distorsione di detto pattern proiettato sugli oggetti.The depth camera provides "depth maps" using a stereoscopic vision system consisting of a projector and camera pair. A known pattern of infrared light is projected onto the scene, and the depth of objects is calculated by studying the distortion of the pattern projected onto the objects.
La cinematica mandibolare viene analizzata attraverso l'utilizzo di supporti sui quali sono applicati marker riflettenti tridimensionali.Mandibular kinematics is analyzed through the use of supports on which three-dimensional reflective markers are applied.
L?appartato sopra descritto e il relativo metodo, se pur efficienti, sono piuttosto complessi, cos? come il costo dell?apparato, che include la depth-camera e il proiettore a infrarosso, ? abbastanza elevato.The device described above and the related method, although efficient, are rather complex, as is the cost of the apparatus, which includes the depth camera and the infrared projector, which is quite high.
In questo contesto si inserisce ora la presente invenzione il cui scopo ? di risolvere i limiti dei metodi e degli apparati della tecnica nota.It is in this context that the present invention now fits in, the aim of which is to resolve the limitations of the methods and apparatus of the prior art.
In particolare, ? scopo dell?invenzione proporre un apparato semplice e pratico per tracciare i movimenti della mandibola di una persona, apparato utilizzabile da un operatore e, allo stesso tempo, in grado di fornire risultati accurati.In particular, the purpose of the invention is to propose a simple and practical apparatus for tracking the movements of a person's jaw, an apparatus that can be used by an operator and, at the same time, capable of providing accurate results.
In particolare, scopo della presente invenzione ? di fornire un apparato e un metodo meno complessi e costosi rispetto a quelli della tecnica nota.In particular, the object of the present invention is to provide an apparatus and method that are less complex and expensive than those of the prior art.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? di mettere a disposizione un apparato per tracciare i movimenti della mandibola che non arrechi disturbo al paziente in esame.A further aim of the present invention is to provide an apparatus for tracking jaw movements that does not disturb the patient being examined.
Questi ed altri scopi sono raggiunti con un apparato per tracciare e registrare i movimenti della mandibola di una persona, conforme alla rivendicazione 1.These and other objects are achieved by an apparatus for tracking and recording the movements of a person's jaw, according to claim 1.
Nel dettaglio, secondo l?invenzione, l?apparato comprende:In detail, according to the invention, the apparatus comprises:
- un dispositivo di riferimento comprendente due parti da rendere solidali rispettivamente con le arcate dentali superiore e inferiore della persona;- a reference device comprising two parts to be made integral with the upper and lower dental arches of the person respectively;
- una telecamera RGB configurata per inquadrare una scena che include almeno detto dispositivo di riferimento; e - un sistema informatico connesso alla telecamera.- an RGB camera configured to frame a scene that includes at least said reference device; and - a computer system connected to the camera.
Secondo l?invenzione, ciascuna parte del dispositivo di riferimento comprende un supporto con una superficie frontale, la quale, quando l?apparato ? in uso, ? atta a essere rivolta verso la telecamera e da essa inquadrata.According to the invention, each part of the reference device comprises a support with a front surface, which, when the apparatus is in use, is adapted to be faced towards the camera and framed by it.
Come sar? spiegato meglio nel seguito, i due supporti, in condizione operativa, ossia durante la ripresa, sono disposti sostanzialmente in verticale, vale a dire rispettivamente davanti al labbro superiore e davanti al labbro inferiore della persona.As will be better explained below, the two supports, in operational conditions, i.e. during shooting, are arranged substantially vertically, that is, respectively in front of the person's upper lip and lower lip.
La superficie frontale del supporto ? preferibilmente piana e tipicamente ? di un colore uniforme, preferibilmente di tonalit? scure, come ad esempio nero, grigio scuro, blu scuro, ecc.The front surface of the media is preferably flat and is typically a uniform color, preferably dark shades, such as black, dark gray, dark blue, etc.
Su detta superficie frontale sono inoltre applicati almeno quattro riferimenti marker, ciascuno definito da una superficie piana con una forma geometrica regolare e nota. Il colore di tale superficie del riferimento marker ? tipicamente chiaro e in contrasto con il colore della superficie del supporto, ad esempio bianco o grigio chiaro.At least four marker references are also applied to this front surface, each defined by a flat surface with a regular and known geometric shape. The color of this marker reference surface is typically light and contrasting with the color of the substrate surface, for example, white or light gray.
Secondo una variante, i riferimenti marker, inoltre, possono avere la loro superficie esterna costituita da o rivestita di un materiale riflettente.According to a variant, marker references can also have their external surface made of or coated with a reflective material.
La forma dei riferimenti marker ? preferibilmente circolare.The shape of the marker references is preferably circular.
Le superfici dei riferimenti marker possono essere complanari fra loro, o eventualmente su piani sfalsati paralleli fra loro.The surfaces of the marker references can be coplanar with each other, or possibly on staggered planes parallel to each other.
Il numero dei riferimenti marker ? preferibilmente pari, in genere pari a quattro, sei oppure otto.The number of marker references is preferably even, usually four, six or eight.
In tal caso, essi sono distribuiti in due gruppi, ad esempio due coppie laddove sono quattro in totale, disposti simmetrici rispetto ad un asse di mezzeria e/o di simmetria del supporto. Come sar? spiegato meglio nel seguito, tale disposizione permette di identificare meglio le due parti destra e sinistra di ciascuna parte del dispositivo di riferimento, rispetto alla mezzeria e/o asse di simmetria, e di conseguenza, i lati destro e sinistro del volto.In this case, they are distributed in two groups, for example two pairs where there are four in total, arranged symmetrically with respect to a centerline and/or symmetry axis of the support. As will be explained in more detail below, this arrangement allows for better identification of the right and left sides of each part of the reference device, with respect to the centerline and/or symmetry axis, and consequently, the right and left sides of the face.
La posizione dei riferimenti marker nel supporto, ossia la distanza fra essi ? un dato noto.The position of the marker references in the medium, i.e. the distance between them, is a known fact.
La telecamera RGB ? configurata per riprendere con una data frequenza le immagini del dispositivo di riferimento.The RGB camera is configured to take images of the reference device at a given frequency.
Tali immagini possono essere riprese con la mandibola ferma oppure in movimento, ad esempio con un movimento masticatorio.These images can be taken with the jaw still or in motion, for example with a chewing movement.
Il sistema informatico comprende un?unit? di elaborazione configurata per ricevere le immagini catturate dalla telecamera RGB.The computer system includes a processing unit configured to receive images captured by the RGB camera.
Secondo l?invenzione, l?unit? di controllo ? configurata per identificare, per ciascuna immagine, i pixel corrispondenti alla superficie dei riferimenti marker e per calcolare, per ciascuno di essi, la posizione del loro baricentro nell?immagine.According to the invention, the control unit is configured to identify, for each image, the pixels corresponding to the surface of the marker references and to calculate, for each of them, the position of their center of gravity in the image.
Il riconoscimento dell?area dei riferimenti marker ? realizzato preferibilmente mediante un algoritmo del tipo ?Blob detection?. Nel caso in cui i riferimenti marker hanno una forma circolare o di ellisse, l?unit? di controllo ? configurata per identificare dei blob a forma di ellisse.Recognition of the marker reference area is preferably achieved using a "Blob detection" algorithm. If the marker references have a circular or elliptical shape, the control unit is configured to identify elliptical blobs.
Preferibilmente, prima dell?identificazione mediante blob detection, detto algoritmo prevede la sogliatura sui tre canali RGB dell?immagine, mettendo a 0 i pixel sotto soglia.Preferably, before identification by blob detection, this algorithm involves thresholding the three RGB channels of the image, setting the pixels below the threshold to 0.
L?unit? di controllo ? inoltre configurata per classificare i riferimenti marker rispetto al supporto, ossia in funzione della loro posizione in detto supporto (ad esempio destro superiore, destro inferiore sinistro superiore e sinistro inferiore, laddove sono quattro). L?unit? di controllo ? inoltre configurata per calcolare il baricentro di ciascun supporto del dispositivo di riferimento. Tale calcolo ? possibile una volta identificati i baricentri dei vari riferimenti marker, essendo nota la loro posizione nel supporto (parte inferiore o superiore del dispositivo di riferimento) e la geometria di quest?ultimo.The control unit is also configured to classify the marker references with respect to the support, i.e., according to their position on said support (for example, upper right, lower right, upper left, and lower left, where there are four). The control unit is also configured to calculate the center of gravity of each support of the reference device. This calculation is possible once the centers of gravity of the various marker references have been identified, given their position on the support (lower or upper part of the reference device) and the geometry of the latter.
L?unit? di controllo ? inoltre configurata per calcolare la traslazione e la rotazione delle due parti del dispositivo di riferimento, ossia la loro posizione nello spazio, rispetto a un sistema di riferimento solidale con la videocamera RGB, ossia dei due supporti, di coordinate (X, Y, Z, ?, ?, ?).The control unit is also configured to calculate the translation and rotation of the two parts of the reference device, i.e. their position in space, with respect to a reference system integral with the RGB video camera, i.e. of the two supports, with coordinates (X, Y, Z, ?, ?, ?).
Il calcolo della rotazione e traslazione (rototraslazione) di ciascun supporto pu? essere vantaggiosamente realizzato mediante il metodo Perspective-n-Point (PnP).The calculation of the rotation and translation (rototranslation) of each support can be advantageously achieved using the Perspective-n-Point (PnP) method.
Secondo tale metodo data una serie di corrispondenze tra i punti nello spazio reale e le loro proiezioni sul piano dell'immagine, si pu? stimare la posa relativa (sei gradi di libert?) tra un oggetto e la telecamera.According to this method, given a series of correspondences between points in real space and their projections on the image plane, one can estimate the relative pose (six degrees of freedom) between an object and the camera.
La posizione (posa) della telecamera ? quindi composta da sei gradi di libert? (DOF) che sono costituiti dalla rotazione (rollio, beccheggio e imbardata) e dalla traslazione su tre assi della telecamera rispetto al mondo. L?apparato cos? configurato, ? pertanto in grado di determinare la posizione nello spazio delle due parti del dispositivo di riferimento in modo diretto, e quindi di ricostruire la cinematica della mandibola nelle tre dimensioni.The camera's position (pose) is therefore composed of six degrees of freedom (DOF), which consist of the rotation (roll, pitch, and yaw) and the translation on three axes of the camera with respect to the world. The apparatus configured in this way is therefore able to directly determine the spatial position of the two parts of the reference device, and therefore reconstruct the kinematics of the jaw in three dimensions.
In particolare, l?unit? di controllo ? configurata per confrontare i dati relativi alle rototraslazioni del supporto superiore, solidale con la mascella e quindi con il cranio della persona, e del supporto inferiore, solidale con la mandibola, cos? da ottenere i dati relativi agli spostamenti effettivi di quest?ultima durante la masticazione, al netto di eventuali movimenti della testa della persona durante la registrazione.In particular, the control unit is configured to compare the data relating to the rototranslations of the upper support, integral with the jaw and therefore with the person's skull, and the lower support, integral with the mandible, so as to obtain data relating to the actual movements of the latter during chewing, net of any movements of the person's head during the recording.
Differentemente dalle soluzioni della tecnica nota sopra descritte, la presente invenzione permette di ottenere un set di dati rappresentativi del movimento della mandibola della persona con un apparato semplice e poco costoso.Differently from the prior art solutions described above, the present invention allows to obtain a set of data representative of the movement of the person's jaw with a simple and inexpensive apparatus.
Grazie alla conformazione del dispositivo di riferimento, la sua applicazione alle arcate dentali della persona non ? invasiva o fastidiosa e pu? quindi essere effettuata anche su soggetti pi? sensibili.Thanks to the design of the reference device, its application to the person's dental arches is not invasive or bothersome and can therefore be performed even on more sensitive subjects.
Il sistema informatico include preferibilmente anche un?unit? di memoria per memorizzare almeno le immagini riprese dalla videocamera e i dati calcolati dall?unit? di elaborazione.The computer system preferably also includes a memory unit for storing at least the images taken by the video camera and the data calculated by the processing unit.
Il sistema informatico, preferibilmente, include anche una interfaccia di visualizzazione configurata per generare, a partire dal set di dati rappresentativi del movimento della mandibola ottenuti come descritto sopra, una rappresentazione grafica computerizzata su almeno un piano cartesiano (X-Y, X-Z, Y-Z) di una traiettoria di spostamento di un punto di riferimento della mandibola.The computer system preferably also includes a visualization interface configured to generate, from the set of data representative of the movement of the mandible obtained as described above, a computer graphic representation on at least one Cartesian plane (X-Y, X-Z, Y-Z) of a trajectory of movement of a reference point of the mandible.
Tale interfaccia di visualizzazione rende perci? i dati registrati ed elaborati con l?apparato secondo l?invenzione di immediata comprensione per l?odontotecnico cos? come per altri specialisti coinvolti nella gestione del paziente.This visualization interface therefore makes the data recorded and processed with the device according to the invention immediately understandable for the dental technician as well as for other specialists involved in patient management.
Come accennato sopra, il posizionamento dei riferimenti marker sostanzialmente simmetrici rispetto alla mezzeria o all?asse di simmetria del supporto, permette di valutare in maniera precisa e immediata i movimenti laterali della mandibola rispetto alla mascella.As mentioned above, the positioning of the marker references substantially symmetrical with respect to the centerline or axis of symmetry of the support allows for precise and immediate evaluation of the lateral movements of the mandible with respect to the maxilla.
Vantaggiosamente, i supporti e i relativi riferimenti marker della parte superiore e inferiore sono identici nella forma e nelle dimensioni cos? da ottimizzare sia i costi di produzione sia i costi di approvvigionamento per gli utilizzatori.Advantageously, the supports and their corresponding marker references on the upper and lower parts are identical in shape and size, thus optimizing both production costs and procurement costs for users.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione detto supporto comprende una piastrina o un elemento sagomato con una superficie frontale piana, realizzati in un materiale opaco, preferibilmente di colore uniforme. Tipicamente detto supporto ? in metallo o in un materiale polimerico.According to another aspect of the invention, said support comprises a plate or a shaped element with a flat front surface, made of an opaque material, preferably of a uniform color. Typically, said support is made of metal or a polymeric material.
I riferimenti marker hanno un diametro tipicamente compreso fra 5 mm e 20 mm; tale dimensione permette una corretta identificazione e il calcolo del loro baricentro anche quando il supporto ? orientato inclinato rispetto al piano di ripresa della telecamera.Marker references typically have a diameter between 5 mm and 20 mm; this size allows for correct identification and calculation of their center of gravity even when the support is oriented at an angle with respect to the camera's shooting plane.
La distanza fra i riferimenti marker di una parte del dispositivo di riferimento ? compresa tipicamente fra 30 mm e 60 mm.The distance between the marker references of a part of the reference device is typically between 30 mm and 60 mm.
Secondo un aspetto della presente invenzione, detti supporti sono portati ciascuno da un elemento di sostegno rigido fissabile direttamente, rispettivamente, all?arcata dentale superiore e inferiore.According to one aspect of the present invention, said supports are each carried by a rigid support element that can be fixed directly to the upper and lower dental arches, respectively.
Questo tipo di collegamento permette di ridurre al minimo gli errori di misurazione giacch? i marker si muovono sostanzialmente in modo rigido e solidale con la mandibola e la mascella.This type of connection allows measurement errors to be reduced to a minimum since the markers move essentially rigidly and in solidarity with the mandible and maxilla.
Detto elemento di sostegno comprende una placca di fissaggio, da fissare ai denti mediante un prodotto adesivo, come resina o simili, e un?asta che si estende dalla placca di fissaggio e che porta all?estremit? detto supporto. L?asta ha preferibilmente una forma o un orientamento tale per cui quando la persona ha la mandibola serrata, i vertici dei due supporti della parte inferiore e superiore sono vicini ma non si toccano fra loro.This support element comprises a fixing plate, to be secured to the teeth using an adhesive product, such as resin or the like, and a rod extending from the fixing plate and leading to the end of said support. The rod preferably has a shape or orientation such that when the person's jaw is clenched, the vertices of the two supports of the lower and upper parts are close together but do not touch each other.
Per non alterare la funzione occlusale della persona, e quindi il movimento mandibolare naturale, le placche di fissaggio sono preferibilmente conformate in maniera da essere fissate sulla superficie frontale dei denti.In order not to alter the person's occlusal function, and therefore the natural mandibular movement, the fixing plates are preferably shaped in such a way as to be fixed on the front surface of the teeth.
Gli scopi sopra citati sono raggiunti inoltre con un metodo conforma alla rivendicazione 9.The above-mentioned objects are also achieved with a method in accordance with claim 9.
Il metodo per tracciare e registrare i movimenti della mandibola di una persona, secondo l?invenzione, comprende quindi almeno le fasi seguenti:The method for tracking and recording the movements of a person's jaw, according to the invention, therefore comprises at least the following steps:
- predisporre almeno una telecamera RGB;- set up at least one RGB camera;
- predisporre un dispositivo di riferimento comprendente due parti, superiore e inferiore, dove ciascuna parte comprende un supporto con una superficie frontale sulla quale sono predisposti dei riferimenti marker piani, di forma regolare nota, e di un colore in contrasto con quello del supporto; - fissare le due parti superiore e inferiore del dispositivo di riferimento rispettivamente alle arcate dentali superiore e inferiore di una persona in maniera che i supporti siano posizionati davanti al volto;- prepare a reference device comprising two parts, upper and lower, where each part comprises a support with a front surface on which are arranged flat marker references, of known regular shape, and of a color contrasting with that of the support; - attach the two upper and lower parts of the reference device respectively to the upper and lower dental arches of a person so that the supports are positioned in front of the face;
- posizionare la persona di fronte alla telecamera; - riprendere con una certa frequenza immagini di una scena che include almeno il dispositivo di riferimento, o anche tutto il volto della persona; - processare le immagini riprese con un sistema informatico configurato per:- position the person in front of the camera; - frequently take images of a scene that includes at least the reference device, or even the person's entire face; - process the images taken with a computer system configured to:
- identificare l?area e/o il perimetro dei riferimenti marker in ciascuna immagine;- identify the area and/or perimeter of the marker references in each image;
- calcolare il baricentro di ciascun riferimento marker nell?immagine;- calculate the center of gravity of each marker reference in the image;
- calcolare il baricentro di ciascun supporto nell?immagine, essendo nota la posizione reale di ciascun riferimento marker nel supporto e quindi la distanza fra i loro baricentri;- calculate the center of gravity of each support in the image, knowing the actual position of each reference marker in the support and therefore the distance between their centers of gravity;
- calcolare la traslazione e la rotazione di ciascun supporto secondo un sistema di coordinate (X, Y, Z, ?, ?, ?);- calculate the translation and rotation of each support according to a coordinate system (X, Y, Z, ?, ?, ?);
- calcolare la traslazione e la rotazione effettive del supporto inferiore, solidale con la mandibola, rispetto al supporto superiore, solidale con la mascella.- calculate the actual translation and rotation of the lower support, integral with the mandible, with respect to the upper support, integral with the maxilla.
L?invenzione prevede l?analisi della cinematica dell?articolazione temporomandibolare sia in posizione statica (occlusione) sia in movimento, ad esempio durante la masticazione.The invention provides for the analysis of the kinematics of the temporomandibular joint both in static position (occlusion) and in movement, for example during chewing.
L?analisi cinematica cos? ottenuta ? in grado di fornire posizione, angoli e rototraslazioni della parte del dispositivo di riferimento solidale alla mandibola e, quindi, comprende tutte le informazioni di cinematica necessarie e sufficienti alla replicazione del movimento.The kinematic analysis thus obtained is able to provide position, angles and rotational translations of the part of the reference device integral with the jaw and, therefore, includes all the kinematic information necessary and sufficient to replicate the movement.
I dati forniti possono essere interfacciati con un sistema CAD/CAM e comprendono le tre coordinate di posizione e dell?orientamento tramite i tre angoli di Eulero di entrambe le parti del dispositivo di riferimento solidali a mandibola e mascella della persona, oltre ai dati di posizione relativa di una parte del dispositivo di riferimento rispetto all?altra (tre coordinate di posizione e tre di rotazione).The data provided can be interfaced with a CAD/CAM system and includes the three position coordinates and the orientation via the three Euler angles of both parts of the reference device integral with the mandible and maxilla of the person, as well as the relative position data of one part of the reference device with respect to the other (three position coordinates and three rotation coordinates).
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente innovazione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione di un esempio di realizzazione come illustrato nelle figure allegate in cui:Further features and advantages of this innovation will become clearer from the description of an example of implementation as illustrated in the attached figures in which:
- la figura 1 ? una vista prospettica del dispositivo di riferimento dell?apparato secondo una forma di realizzazione dell?invenzione;- Figure 1 is a perspective view of the reference device of the apparatus according to an embodiment of the invention;
- la figura 2 ? una vista prospettica del dispositivo di riferimento dell?apparato secondo un?altra forma di realizzazione dell?invenzione;- Figure 2 is a perspective view of the reference device of the apparatus according to another embodiment of the invention;
- la figura 3 ? una vista prospettica del dispositivo di riferimento di figura 1 applicato alle arcate dentali di una persona;- Figure 3 is a perspective view of the reference device of Figure 1 applied to the dental arches of a person;
- la figura 4 ? una vista schematica dell?apparato secondo l?invenzione in condizione di utilizzo.- Figure 4 is a schematic view of the apparatus according to the invention in use.
Con riferimento alla figura 1 ? illustrato il dispositivo di riferimento 1 dell?apparato secondo l?invenzione. Il dispositivo di riferimento comprende due parti 10, 20 da applicare rispettivamente all?arcata dentale superiore e inferiore. Ciascuna parte comprende un elemento di sostegno 11, 21 con una placca di fissaggio 12, 22 arcuata che presenta una superficie di appoggio concava 13, 23 atta a essere collocata a ridosso della superficie frontale dei denti, come visibile in figura 3. Il fissaggio della placca 12, 22 avviene tipicamente mediante incollaggio ma non sono tuttavia esclusi mezzi di fissaggio alternativi, ad esempio di tipo meccanico.With reference to Figure 1, the reference device 1 of the apparatus according to the invention is illustrated. The reference device comprises two parts 10, 20 to be applied to the upper and lower dental arches respectively. Each part comprises a support element 11, 21 with an arched fixing plate 12, 22 which has a concave support surface 13, 23 suitable for being placed close to the front surface of the teeth, as shown in Figure 3. The fixing of the plate 12, 22 typically occurs by gluing, but alternative fixing means, for example mechanical, are not excluded.
Dalla placca di fissaggio 12, 22 si estende un?asta 15, 25 di forma arcuata, e pi? precisamente incurvata in un piano sostanzialmente verticale. All?estremit? dell?asta ? collegato un supporto 16, 26 comprendente una piastrina sagomata. Detta piastrina del supporto ha preferibilmente una forma tale da presentare un asse di simmetria Y. Nella configurazione di uso del dispositivo di riferimento, detto asse di simmetria Y ? orientato sostanzialmente in verticale, come mostrato nella figura 3.From the fixing plate 12, 22 extends a rod 15, 25 of arched shape, and more precisely curved in a substantially vertical plane. To the end of the rod is connected a support 16, 26 comprising a shaped plate. Said support plate preferably has a shape such as to present an axis of symmetry Y. In the configuration in which the reference device is used, said axis of symmetry Y is oriented substantially vertically, as shown in figure 3.
Preferibilmente la placca e l?asta, che tipicamente sono monouso, sono connesse in modo mobile al supporto cos? da poter riutilizzare quest?ultimo pi? volte per la stessa persona o per persone differenti.Preferably, the plate and rod, which are typically disposable, are movably connected to the support so that the latter can be reused multiple times for the same person or for different people.
Il supporto 16, 26 presenta una superficie frontale 17, 27 sulla quale sono applicati quattro riferimenti marker 18, 28, quest?ultimi aventi una superficie frontale di forma circolare e piana. Detti riferimenti marker 18, 28 possono avere la superficie riflettente, ad esempio rivestita con polvere di alluminio oppure con una vernice colorata e riflettente, preferibilmente di colore uniforme. Le superfici dei riferimenti marker 18, 28 sono tutte complanari fra loro.The support 16, 26 has a front surface 17, 27 on which four marker references 18, 28 are applied, the latter having a circular and flat front surface. Said marker references 18, 28 may have a reflective surface, for example coated with aluminum powder or with a colored and reflective paint, preferably of a uniform color. The surfaces of the marker references 18, 28 are all coplanar with each other.
Detti riferimenti marker 18, 28 sono disposti in due coppie posizionate simmetriche rispetto all?asse di simmetria Y del supporto 16, 26.Said marker references 18, 28 are arranged in two pairs positioned symmetrically with respect to the symmetry axis Y of the support 16, 26.
Nella figura 2 ? illustrata una variante del dispositivo di riferimento 1 nella quale sulla superficie frontale 17, 27 sono applicati sei riferimenti marker 18a, 18b, 28a, 28b, dove alcuni riferimenti, precisamente la coppia di riferimenti 18b, 28b nell?esempio della figura, ? disposta su un piano sfalsato rispetto agli altri riferimenti marker 18a, 28a.Figure 2 shows a variant of the reference device 1 in which six marker references 18a, 18b, 28a, 28b are applied to the front surface 17, 27, where some references, specifically the pair of references 18b, 28b in the example in the figure, are arranged on a plane offset from the other marker references 18a, 28a.
La figura 3 mostra il modo di fissaggio delle due parti 10, 20 del dispositivo di riferimento 1 rispettivamente ai denti D dell?arcata superiore S e inferiore I di una persona.Figure 3 shows the method of fixing the two parts 10, 20 of the reference device 1 to the teeth D of the upper S and lower I arches of a person respectively.
Come accennato sopra, la placca di fissaggio 12, 22 di ciascuna parte 10, 20 ? tipicamente incollata direttamente alla superficie esterna dei denti mediante un adesivo idoneo, cos? da rendere dette parti del dispositivo di riferimento 1 solidali con la mascella e con la mandibola della persona.As mentioned above, the fixing plate 12, 22 of each part 10, 20 is typically glued directly to the external surface of the teeth using a suitable adhesive, so as to make said parts of the reference device 1 integral with the maxilla and mandible of the person.
Nella figura 4 ? illustrato schematicamente l?apparato 100 secondo la presente invenzione in un esempio di utilizzo.Figure 4 schematically illustrates the apparatus 100 according to the present invention in an example of use.
Nell?esempio in figura 4 il dispositivo di riferimento 1 ? applicato ai denti una persona P per la quale si vuole tracciare la cinematica mandibolare. L?apparato 100 comprende inoltre una telecamera 40 di tipo RGB rivolta verso il volto della persona, come mostrato nella figura 4.In the example in Figure 4, the reference device 1 is applied to the teeth of a person P whose mandibular kinematics is to be tracked. The apparatus 100 also includes an RGB camera 40 facing the person's face, as shown in Figure 4.
La telecamera 40 ? connessa un sistema informatico 50 atto a ricevere ed elaborare le immagini riprese dalla telecamera.The camera 40 is connected to a computer system 50 capable of receiving and processing the images captured by the camera.
Il sistema informatico comprende tipicamente almeno un?unit? di elaborazione 60, un?unit? di memoria 70 e preferibilmente anche un?interfaccia video 80.The computer system typically comprises at least one processing unit 60, a memory unit 70 and preferably also a video interface 80.
Il sistema informatico 50 ? inoltre preferibilmente equipaggiato con un programma per elaboratore che consente all?unit? di elaborazione di processare le immagini riprese per ottenere una ricostruzione digitale tridimensionale del movimento della mandibola della persona.The computer system 50 is also preferably equipped with a computer program that enables the processing unit to process the captured images to obtain a three-dimensional digital reconstruction of the movement of the person's jaw.
L'invenzione ? stata descritta a scopo illustrativo e non limitativo, secondo alcune forme preferite di attuazione. Il tecnico esperto del settore potr? trovare numerose altre forme di attuazione e varianti, tutte ricadenti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni che seguono.The invention has been described for illustrative and non-limiting purposes, according to some preferred embodiments. Those skilled in the art will be able to find numerous other embodiments and variations, all falling within the scope of the protection of the claims that follow.
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