專利名稱：牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)及其評鑒方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種牙科教學評鑒裝置及其方法，尤其是關于一種利用光學 定位裝置，輔助量測一操作區(qū)域并且加以評量使用者成績的牙科臨床與教學訓 練模擬追蹤系統(tǒng)及其評鑒方法。
背景技術：
齒科醫(yī)師制作齒模的訓練方法，是將目標齒模樣式放在一旁，以肉眼對照， 同時在人體頭部口腔模型中以手工具進行齒型的雕塑，完成后將齒模取出，再 由實習教師進行肉眼比對以判斷學生切割后的形狀與尺寸是否合乎標準。
因為對齒模相似性的判斷往往會因人而異，會顯得過于主觀。相較于傳統(tǒng) 方法，以光學追蹤的方法，在醫(yī)學上是學生以手工具雕塑齒模的同時追蹤手工 具位置，并以數(shù)學方式推導出其雕塑的齒模形狀，在進行誤差比對分析時可以 有更客觀的結(jié)果。
先前技術中，已存在一些技術是用以追蹤醫(yī)療器材的位置。舉例而言，1997 年4月8日頒予Chander的美國專利第5,617,857號，發(fā)明名稱為"具有互動式 的醫(yī)療器材的成^象系統(tǒng)與方法(Imaging System Having Interactive Medical Instruments And Methods)",其揭示一種成像的系統(tǒng)及方法。此成像系統(tǒng)包括一 醫(yī)療器材主體以及一發(fā)射可被偵測的能源的發(fā)射器。進一步利用 一偵測器及處 理器，以偵測該醫(yī)療器材的位置。
2004年1月6日頒予Cosman的美國專利第6,675,040號，發(fā)明名稱為"光 學目標尋跡系統(tǒng)(Optical Object Tracking System)",其揭示一種光學偵測系統(tǒng)， 用以記錄連接有光學上可偵測的物件的儀器在空間中的位置。數(shù)個攝影機是與 數(shù)據(jù)處理器、影像掃瞄數(shù)據(jù)、以及電腦與相關的圖形顯示器相結(jié)合，而能夠在 手術、診斷、治療設定中，搜尋儀器、標的、病人、以及裝置的位置。
2002年2月26日及2005年2月22日頒予Vilsmeier的美國專利第6,351,659 號及第6,859,660號，發(fā)明名稱為"神經(jīng)導航系統(tǒng)(Neuro-Navigation System)",其揭示一種神經(jīng)導航系統(tǒng)，其包括一反射器參考系統(tǒng)。該參考系統(tǒng)具有一主動 反射器及一標記系統(tǒng)，其加裝或配置于手術治療的身體上以及手術儀器上的結(jié) 構(gòu)，能夠有助于正確將其定位。
2003年10月28曰頒予Vilsmeier的美國專利第6,640,128號，發(fā)明名稱為" 用于輔助導航的牙醫(yī)治療方法及裝置 (Method And Device For The Navigation-Assisted Dental Treatment)",其揭示一種輔助牙醫(yī)治療的方法。首先， 對病人的牙齒及或下顎區(qū)域提供一組三維的體積數(shù)據(jù)組。 一電腦輔助導航或?qū)?跡系統(tǒng)利用該體積數(shù)據(jù)組記錄該病人的牙齒或下顎區(qū)域。相對于該電腦輔助的 導航或?qū)ほE系統(tǒng)，醫(yī)療儀器或裝置將會被記錄。
然而，前述的先前技術無法搭配現(xiàn)有的牙科裝備加以升級，例如其無法搭 配現(xiàn)有的常用牙科手術臺以及手鉆機(手工具)，且前述的現(xiàn)有技術無法根據(jù) 使用者的習慣進行操作的調(diào)整，在裝置的定位以及矯正上亦不便于藉助現(xiàn)有的 個人電腦架構(gòu)，造成更換系統(tǒng)的費用昂貴，進而限制了市場的可能性。
因此， 一種能使用低成本的攝影機建立三維手術器械的運動追蹤器，能利 用現(xiàn)有裝置加以升級，且能配合使用者的操作習慣(例如左手或右手)，并以 自動化方式來改善傳統(tǒng)以人工比對的方法，對齒科醫(yī)師訓練時的準確性及便利 性是有其存在必要性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，利用光學式 追蹤的方式，將兩臺攝影機與激光發(fā)射單元進行定位，配合空間定位技術的使 用來簡化影像處理的過程，而可以利于在醫(yī)師以手工具雕塑齒模時追蹤手工具 位置，并將使用歷程加以儲存，方便讓日后可針對使用歷程的疏失加以改進。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，除了可 用于將現(xiàn)有的模擬或臨床系統(tǒng)直接連接該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)以 進行升級外，亦可直接用于牙醫(yī)師臨床的訓練、操作以及評比上，將可不用更 換任何系統(tǒng)與設備，大幅降低成本，將可更容易應用在教學用途上，為達上述 目的，本發(fā)明提供一種牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，用以追蹤一使用者 利用一手工具的定位，包括一手工具套筒、 一定位單元、 一光學定位模塊、一 信息處理裝置以及一顯示單元，該一手工具套筒是用以套接于與該手工具上并 有有復數(shù)個定位點。該定位單元是用于定位該手工具，設有復數(shù)個標記點，并設有一吊掛結(jié)構(gòu)可固定在一齒顎模型上。該光學定位模塊是偵測該手工具套筒 的位置與角度以及該定位單元的位置，藉此追蹤該手工具與該操作區(qū)間相對的 位移，并至少包含兩臺攝影機，對準該定位單元與該手工具套筒，并與該信息 處理裝置連接，用以取得該定位單元上的該標記點以及該手工具套筒上的該定
位點的進而產(chǎn)生一影像更包含 一激光發(fā)射單元，與該信息處理裝置連接，發(fā) 出一光線以定義出該選定區(qū)。 一信息處理裝置，是處理系統(tǒng)間各元件所有訊號 的處理，建立所有操作歷程中相對應之一座標點，并儲存所有運動模擬的歷程 與結(jié)果。 一顯示單元，顯示該手工具的運動、定位以及使用者操作該系統(tǒng)的評 比結(jié)果。
本發(fā)明還提供了提供牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法，通過 本方法將可用自動化方式來改善傳統(tǒng)以人工比對的方法，降低人為主觀判定的 疏失，讓齒科醫(yī)師訓練時可以更準確找到錯誤以及增加訓練上的便利性，更可 輕易的讓齒科醫(yī)師反復練習提升齒科醫(yī)師的養(yǎng)成教育，本方法將可通過下列步 驟加以實施首先通過牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立待測牙齒模型檔 案，接著通過系統(tǒng)將待測牙齒模型檔案加以量化，再來判斷是否沒有嚴重性的 錯誤，沒有產(chǎn)生錯誤之后，從資料庫擷取出一筆特定規(guī)則與一筆標準牙齒模型 檔案，將可產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該待測牙齒模型檔案之一剖面比較圖， 然后在該標準牙齒模型檔案上找到設定之一特征點位置，接下來便計算該特征 點符合該特定規(guī)則的程度，計算完成后，再判斷是否還要在擷取下一條特定規(guī) 則，最后便計算出評鑒結(jié)果。
本發(fā)明具有如下有益效果(1)系統(tǒng)利用光學式追蹤的方式，將兩臺攝影 機與激光發(fā)射單元進行定位，配合空間定位技術的使用來簡化影像處理的過程， 而可以利于在醫(yī)師以手工具雕塑齒模時追蹤手工具位置，并將使用歷程加以儲 存，方便讓日后可針對使用歷程的疏失加以改進；(2)可用于將現(xiàn)有的模擬或 臨床系統(tǒng)直接連接該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)以進行升級，亦可直接 用于牙醫(yī)師臨床的訓練、操作以及評比上，可不用更換任何系統(tǒng)與設備，大幅 降低成本，將可更容易應用在教學用途上；(3)提供牙科臨床與教學訓練模擬 追蹤系統(tǒng)的評鑒方法，通過本方法將可用自動化方式來改善傳統(tǒng)以人工比對的 方法，降低人為主觀判定的疏失，讓齒科醫(yī)師訓練時可以更準確找到錯誤以及 增加訓練上的便利性，更可輕易的讓齒科醫(yī)師反復練習提升齒科醫(yī)師的養(yǎng)成教 育。為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯，下文特舉本發(fā) 明較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1是本發(fā)明的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的裝置架構(gòu)圖2是本發(fā)明手工具套筒的示意圖3是本發(fā)明手工具套筒上定位點的分布圖4是本發(fā)明定位單元的示意圖5是本發(fā)明定位單元與手工具套筒結(jié)合的示意圖6是本發(fā)明所揭露之一種座標系統(tǒng)建立方法的流程圖7是本發(fā)明的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的應用示意圖8是本發(fā)明牙科臨床操作模擬追蹤的評鑒方法的評鑒規(guī)則建立流程圖9是本發(fā)明牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法的流程圖。
附圖標記說明
100-光學定位模塊；110-攝影機；112-攝影機；114-激光發(fā)射單元；116 -橫軸；200-手工具套筒；210-上側(cè)定位點群組；212-下側(cè)定位點群組；300 -定位單元；310-標記點；320 -定位板；400-手工具；500 -臨床操作追蹤 裝置；510-齒顎模型；520-顯示單元；530 -燈臂組；540-發(fā)光單元；550 -底座；
步驟610 -左右影像二值化；步驟620 -計算光點的影像位置；步驟630 -將影像位置作鏡頭曲扭補償；步驟640-影像點分為空間座標以及手工具套筒兩 組；步驟650-對兩組影像點群進行角度排序；步驟660 -找出左右影像起始對 應點；步驟670-依序配對左右影像點；步驟680 -刪去無法配對成功的影像點； 步驟690-空間座標以及手工具套筒的空間座標計算；
步驟700-通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一標準牙齒模型 檔案；步驟710-通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一現(xiàn)有牙齒模型 檔案；步驟720-設定所要取樣的剖面位置及角度；步驟730 -產(chǎn)生該標準牙齒 模型檔案與該現(xiàn)有牙齒模型檔案之一剖面比較圖；步驟740-在該剖面比較圖上 設定評估的重要位置或角度；步驟750 -產(chǎn)生一筆特定規(guī)則并存入資料庫；步驟 760 -判斷是否不用繼續(xù)建立新的評鑒規(guī)則；
步驟800 -通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立 一待測牙齒模型
9檔案；步驟810-通過該系統(tǒng)將該待測牙齒模型檔案加以量化；步驟820 -判斷 是否沒有嚴重性的錯誤；步驟830 -從資料庫擷取出一筆特定規(guī)則與一筆一標準 牙齒模型檔案；步驟840-產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該待測牙齒模型檔案之一 剖面比較圖；步驟850 -在該標準牙齒模型檔案上找到設定之一特征點位置；步 驟860 -計算該特征點符合該特定規(guī)則的程度；步驟870-判斷是否不用在擷取 下一條特定規(guī)則；步驟880 -計算出評鑒結(jié)果。
具體實施例方式
請參考圖1，圖l是本發(fā)明的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的裝置架構(gòu) 圖，如圖所示本裝置的架構(gòu)圖，牙科臨床操作追蹤裝置500，包括光學定位模塊 100、定位單元300、手工具400、手工具套筒200,本裝置500更與信息處理裝 置與顯示單元連接，但圖未示。
光學定位沖莫塊100至少包含兩臺#_影才幾110及112用以對準定位單元300 與手工具套筒200,并與信息處理裝置連接，用以取得定位單元300上的標記點 310以及手工具套筒200上的定位點，進而產(chǎn)生一影像,其還包含 一激光發(fā)射 單元114 ,其中該等攝影機110及112是固定于橫軸116的兩側(cè)，并與該信息 處理裝置連接，發(fā)出一光線以定義出該選定區(qū)，其固定于橫軸116上。此外， 于本實施例中，橫軸116可依使用者的習慣以及作業(yè)需要進行左右以及上下的 調(diào)整，并客通過調(diào)整使得該等攝影機IIO及112、以及激光發(fā)射單元114位于光 學定位的較佳位置，而該激光發(fā)射單元114則被置于該等攝影機110及112之 間，通過將該等攝影機IIO及112的偵測范圍進行切割以增進光學定位模塊100 的效能。
定位單元300，是設有復數(shù)個標記點310,這里復數(shù)是指兩個或兩個以上， 并設有一吊掛結(jié)構(gòu)可固定在一齒顎模型上，可固定于該齒顎模型外的左右兩側(cè) 之一，并可以將該齒顎模型定位為一操作區(qū)，值得一提的是，該定位單元300 可選擇性的固定于該齒顎模型的左右兩側(cè)，均能實現(xiàn)相同的定位功能，因此可 配合使用者的操作習慣(例如慣用左手或右手)，且不影響定位的功能，此外 定位單元300至少具有4個由發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)或光學反 光標志所產(chǎn)生的標記點310;而該齒顎模型是可通過一注冊函數(shù)配合該定位單元 300的座標軸建立該手工具套筒200于該齒顎模型中的運動以及定位。
手工具400是套接固定于手工具套筒200,手工具套筒200設有復數(shù)個定位點，而通通過該手工具套筒200，將可相對地定位該手工具400于該齒顎模型操 作區(qū)的運動。該手工具400是為是用于牙科臨床操作，可為一電動或氣動鉆頭 或為牙科操作所需的手鉆工具，但亦可為其他牙科所需的臨床工具，而將手工 具的定位以該手工具套筒200加以實現(xiàn)，則避免了需要更換整組特定手工具的 費用，因而降低了成本而增加系統(tǒng)實施的可能。
信息處理裝置是進行裝置間各元件所有訊號的處理，建立所有操作歷程中 相對應之一座標點，并儲存所有運動模擬的歷程與結(jié)果，可用于實現(xiàn)用于光學 定位模塊100的演算法，讀取攝影機110及112傳回的資料，配合依據(jù)本發(fā)明 所需的一特定演算法，定位該手工具套筒200的位置以及該手工具400于該齒 顎模型操作區(qū)的運狀態(tài)，以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，更有一顯示單元，顯示該手工 具的運動、定位以及使用者操作該系統(tǒng)的評比結(jié)果。
值得一提的是，本發(fā)明中，該信息處理裝置是利用一個人電腦通過一影像 擷取卡與該等攝影機110及112連接，并安裝一具有實現(xiàn)該特定演算法功能的 軟件于該個人電腦中加以實現(xiàn)，而激光發(fā)射單元114則通過一 USB標準的接口 與該個人電腦連接，以提供該激光發(fā)射單元114所需的電源并藉此連接該激光 發(fā)射器114以及該信息處理裝置。該信息處理裝置可將信息傳遞至該顯示單元， 而使定位的座標關系影像化，或是將評分的結(jié)果呈現(xiàn)在該顯示單元上。
值得注意的是，前述實施例中，僅陳述了本發(fā)明創(chuàng)新之處，本發(fā)明還可提 供一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)包 含了該牙科臨床操作追蹤裝置500、齒顎模型、顯示單元、燈臂組以及發(fā)光單元 等元件。然而，諸如手工具400 (手鉆)、顯示單元、燈臂組以及光源等元件， 通常已備于現(xiàn)有的牙科臨床設備中，因此本發(fā)明于構(gòu)思時即已特別規(guī)劃使得該 牙科臨床操作追蹤裝置500搭配現(xiàn)有的該類臨床設備即可加以實施，而無須購 買更換整套相關的牙科設備，使得原有的牙科設備能發(fā)揮其原有的功能，或是 與該牙科臨床操作追蹤裝置500結(jié)合以實現(xiàn)本發(fā)明的目標之一可用于將現(xiàn)有 的模擬或臨床系統(tǒng)直接連接該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)以進行升級。
除此之外，本發(fā)明提供的該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)可用于牙醫(yī) 師的訓練以及技能的評比，除此之外，更得以實際應用于牙科的臨床操作上。 而通過燈臂以及定位器可左右自由互換的特性，本發(fā)明更得適用于使用者特殊 的操作習慣，而無須再為其進行特殊調(diào)整。
為了實現(xiàn)前述的定位，該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)由該攝影機110及112所擷取的光點影像開始，進行一系列的運算，直到該定位單元300以及 手工具套筒200的空間位置都被計算出來，再將兩者的位置進行關聯(lián)，使其可 以該定位單元300為準，得到手工具套筒200的相對方位。最后載入該手工具 400的注冊座標，進行轉(zhuǎn)換而取得該手工具400的定位。
其中燈臂組，是指固定光學定位模塊100于一定位位置，而發(fā)光單元固定 于該燈臂，提供該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)(裝置)所需光源。
現(xiàn)請參考圖2，圖2是為本發(fā)明手工具套筒的示意圖；該手工具套筒200大 體上是為圓柱形，可用以套設在該手工具400上。因此，當通過該光學定位模 塊100決定該手工具套筒200的位置時，便可以得知該手工具的位置。如圖所 示，該手工具套筒200的該復數(shù)個定位點可分為一上側(cè)定位點群組210以及一 下側(cè)定位點群組212,該等定位點可為一特定波長的光源，該光源可設置為一發(fā) 光二極管(Light Emitting Diode; LED)。根據(jù)本發(fā)明之一特定實施例，該發(fā)光二 極管可為紅外光發(fā)光二極管，或是以光學反光標志取代。根據(jù)本發(fā)明的又一實 施例，該手工具套筒200共具有18個定位點于上側(cè)定位點群組210及18個定 位點于下側(cè)定位點群組212,沿著該手工具套筒200圓周均勻的配置，再舉例來 說，可每40度配置一個。如此，在任何一個視角下，可以看到至少三個定位點 于上側(cè)定位點群組210及至少三個定位點于下側(cè)定位點群組210。此外，該手工 具套筒200上的上側(cè)定位點群組210以及該下側(cè)定位點群組212各自為一環(huán)狀 排列，上面的定位點均不置于同一直線上，而采用一交錯排列或錯位排列的狀 態(tài)，以避免該等上側(cè)或下側(cè)發(fā)光二極管同時遭到遮蔽。
關于該手工具套筒200側(cè)面的定位點的展開圖，請參照圖3，圖3是本發(fā)明 手工具套筒上定位點的分布圖，如圖所示，該手工具套筒200具有特殊的幾何 排列。上排和下排的對應點為一對。在任何時候，該光學定位模塊100可共同 取到連續(xù)3(或更多)對的亮點。根據(jù)圖3的排列，可以定義出何者為上排，何者 為下排，各對亮點所在角度是第幾度都可得知。由此可定義出手工具套筒200 本身在2個攝影機110、 112的座標系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)方位與位置。在得知手工具套 筒200與參考座標的方位后，可以將手工具套筒200的方位再轉(zhuǎn)換到參考座標 系統(tǒng)上。
據(jù)前所述，精于本技藝者將可了解，該光學定位模塊100可以通過該上側(cè) 定位點群組210及下側(cè)定位點群組212計算該手工具套筒200的三維位置。進 一步得利用已經(jīng)輸入該信息處理裝置中的該手工具套筒200相關的幾何資料，來計算出該手工具400的位置以及角度。
現(xiàn)請參考圖4，圖4是為本發(fā)明定位單元300的示意圖；本領域技術人員將 可了解，當在雕塑齒型時，病人的頭部可能會有些許的移動。為了準確追蹤牙 齒的位置，該定位單元300是架設于該病人的牙床上。再者，該定位單元300 具有復數(shù)個標記點310,舉例而言，具有4個標記點310。 4個發(fā)光二才及管是配 置于該標記點310上。同樣的，該標記點310可為紅外光發(fā)光二極管。如此， 該光學定位模塊100可以追蹤該定位單元300的位置，同時亦可計算該牙醫(yī)手 工具相對于該定位單元300的位置。
請參考圖5，圖5是為本發(fā)明定位單元與手工具套筒結(jié)合的示意圖，為該定 位單元300于該手工具位置400，在操作區(qū)注冊上的應用，如圖所示
定位單元300的定位板320上有四個標記點310,而標記點310的中間會有 一個小孔，大小剛好可以讓該手工具400的鉆頭穿過。該定位單元300，可外接 一固定座，用來支持該手工具400,且高度剛好可以讓該手工具400末端鉆頭穿 過中央的孔洞，并且讓該手工具400末端與鉆頭連"l妄的平面可以貼平該定位單 元300,使得鉆頭的軸向垂直參考座標板。
使用該光學定位模塊100做一次定位，抓取該參考定位單元300上的紅外 光LED燈或光學反光標志的亮點，與該手工具套筒200上的LED燈或光學反 光標志的亮點，計算出相對位置的關系，如此可定位出鉆頭的軸向與該手工具 套筒200的關系，接著便可將操作區(qū)與定位單元300進行注冊，而該操作區(qū)與 該定位單元300以不干擾該光學定位模塊IOO抓取紅外光LED為原則做連結(jié)， 并且^L為一剛體，兩者間的相對關系不變。
本實施例中，已事先有建立電腦三維立體視覺模型，并且可以展示在顯示 單元上。該操作區(qū)的電腦三維立體視覺模型與真實的該操作區(qū)上有互相對應的 數(shù)個標準點。因此，本實施例可使用手工具末端鉆頭的校正后的位置，對真實 操作區(qū)上的數(shù)個標準點做定位，算出相對于該定位單元300的空間點位置。得 到該數(shù)個空間點位置后，便可將相對應的電腦三維操作區(qū)模型的空間座標位置， 轉(zhuǎn)換至與真實操作區(qū)與參考座標點相對關系相同的位置上，如此便完成該操作 區(qū)與該定位單元300的注冊。
請參閱圖6,圖6為本發(fā)明所揭露之一種座標系統(tǒng)建立方法，在建立座標系 統(tǒng)前，我們首先要計算出各標記點310的空間位置，主要的流程如圖所示，包 括下列步驟首先先將左右影像二值化(步驟610),也就是將激光發(fā)射單元114所分割的 左右兩側(cè)的影像進行數(shù)字化(亦即轉(zhuǎn)為二進制系統(tǒng))，接著計算光點的影像位 置(步驟620),并將影像位置作鏡頭曲扭補償(步驟630),也就是缺陷補償，再將 影像點分為空間座標以及手工具套筒兩組(步驟640)，對兩組影像點群進行角度 排序(步驟650)，找出左右影像起始對應點(步驟660)，依序配對左右影像點(步 驟670)，再刪去無法配對成功的影像點(步驟680),最后于完成空間座標以及手 工具套筒的空間座標計算(步驟690)。經(jīng)過上述步驟，可以計算出參考座標與該 手工具套筒200的標記點310位置。影像經(jīng)過計算，可以將參考座標與該手工 具套筒200的標記點群分開。接下來再將參考座標的標記點位置進行一些計算。
請參閱圖7，圖7是為本發(fā)明的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的應用示 意圖，如圖所示，在本圖中所顯示本系統(tǒng)完整應用的態(tài)樣，與前述相同，本系 統(tǒng)包含光學定位模塊100、手工具套筒200、定位單元300、手工具400、齒顎 模型510、顯示單元520、燈臂組530、發(fā)光單元540、底座550，所有的元件均 在前面做過陳述，再此不多贅述，本圖僅是將完整的系統(tǒng)呈現(xiàn)出來并清楚的展 現(xiàn)元件間的連接關系。
接著請參閱圖8,圖8是本發(fā)明牙科臨床操作模擬追蹤的評鑒方法的評鑒規(guī) 則建立流程如圖所示，首先通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一標準牙齒 模型檔案(步驟700),建立完成后，再通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng) 建立一現(xiàn)有牙齒模型檔案(步驟710),再來設定所要取樣的剖面位置及角度(步驟 720),確認好之后，便產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該現(xiàn)有牙齒模型檔案之一剖面 比較圖(步驟730)，在該剖面比較圖上設定評估的重要位置或角度(步驟740)，產(chǎn) 生一筆特定規(guī)則并存入資料庫(步驟750)，最后判斷是否不用繼續(xù)建立新的評鑒 規(guī)則(步驟760),若要繼續(xù)建立新的評鑒規(guī)則會到步驟720,若不用建立新的評 鑒，則結(jié)束本流程。
再來參閱圖9，圖9是為本發(fā)明牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方 法的流程如圖所示，首先通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一待測牙齒 模型檔案(步驟800),然后通過該系統(tǒng)將該待測牙齒模型檔案加以量化(步驟 810),再判斷是否沒有嚴重性的錯誤(步驟820),所謂的嚴重性的錯誤是指使用 者在切削的過程中有產(chǎn)生下列任一的情況傷害到鄰牙、傷害到該牙的牙髓及切削到該牙以外的區(qū)域，若有產(chǎn)生嚴重性的錯誤便直接結(jié)束本流程；若沒有產(chǎn) 生嚴重性的錯誤，則從資料庫擷取出一筆特定規(guī)則與一筆一標準牙齒模型檔案 (步驟830),然后產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該待測牙齒模型檔案之一剖面比較 圖(步驟840),本步驟是強調(diào)在使用者在過程中切削的量、切削的深度及切削的 角度，接著在該標準牙齒模型檔案上找到設定之一特征點位置(步驟850),該特 征點是根據(jù)每一不同的該特定規(guī)則所定的，找到特征點之后，則計算該特征點 符合該特定規(guī)則的程度(步驟860),計算完成后，便判斷是否不用在擷取下一條 特定規(guī)則(步驟870)，若還要擷取下一條特定規(guī)則，則回到步驟830;若不用再 擷取下一條特定規(guī)則，那便計算出評鑒結(jié)果(步驟880)，并結(jié)束本流程。
通過上述揭露方法，得模擬出牙齒被磨削的情況。配合一些牙醫(yī)課程的安 排，讓實習醫(yī)生可以雕塑出其所需要的齒型，而在此訓練系統(tǒng)中進行模擬、評 分。但自然亦不以此為限，通過本發(fā)明所揭露的座標的定位以及結(jié)合而獲得的 信息應用均應視為已為本發(fā)明所揭露，舉例來說，通過座標信息的數(shù)字化，諸 如利用遠距網(wǎng)路傳輸以及監(jiān)控的手工具操作以及評分均成為可能。
值得一提的是，通過本發(fā)明所揭露的系統(tǒng)，醫(yī)療人員可雙手(左撇子/右撇 子)進行設備的操作，并可提供現(xiàn)有醫(yī)療院所半套設備升級，以及設備可用于 臨床上使用等，并且配合校正程序加以應用。
以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術人員理解， 在權(quán)利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它 們都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括一定位單元，是設有復數(shù)個標記點，并設有一吊掛結(jié)構(gòu)用于固定在一齒顎模型上；一手工具套筒，設有復數(shù)個定位點，并套接于一手工具上；一信息處理裝置，是進行裝置間各元件所有訊號的處理，建立所有操作歷程中相對應之一座標點，并儲存所有運動模擬的歷程與結(jié)果；一顯示單元，顯示該手工具的運動、定位以及使用者操作該系統(tǒng)的評比結(jié)果；以及一光學定位模塊，至少包含兩臺攝影機，對準該定位單元與該手工具套筒，并與該信息處理裝置連接，用以取得該定位單元上的該標記點以及該手工具套筒上的該定位點的進而產(chǎn)生一影像，更包含一激光發(fā)射單元，與該信息處理裝置連接，發(fā)出一光線以定義出該選定區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該定位單元至少具有4個由發(fā)光二極管或光學反光標志所構(gòu)成的標記點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該齒顎模型通過一注冊函數(shù)配合該定位單元的座標軸建立該手工具套筒于該齒 顎模型中的運動以及定位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該手工具套筒的該復數(shù)個定位點分為一上側(cè)定位點群組以及一下側(cè)定位點群 組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該手工具套筒的該復數(shù)個定位點的配置是采用下列之一或其組合以避免該上側(cè) 定位點群組或該下側(cè)定位點群組同時被遮蔽 一錯位排列以及一交錯排列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于，該上側(cè)定位點群組以及該下側(cè)定位點群組各自為一環(huán)狀排列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該手工具套筒的該復數(shù)個定位點以及該定位單元的該復數(shù)個標記點為發(fā)光二極 管或光學反光標志中任一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該裝置還包含一燈臂組，其固定于該光學定位模塊于一定位位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在于， 該燈臂組更包含一發(fā)光單元，固定于該燈臂，提供該牙科臨床與教學訓練模擬 追蹤系統(tǒng)所需光源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該手工具是用于牙科臨床操作，其為電動或氣動鉆頭中任一種。
11. 一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，包括一定位單元，設有復數(shù)個標記點，并設有一吊掛結(jié)構(gòu)用以固定在一齒顎模 型上；一手工具套筒，設有復數(shù)個定位點，并套接于一手工具上；手工具，是用于牙科臨床操作，為一電動或氣動鉆頭；該齒顎模型是通過一注冊函數(shù)配合該定位單元的座標軸建立該手工具套筒 于該齒顎模型中的運動以及定位；一信息處理裝置，進行系統(tǒng)間各元件所有訊號的處理，建立所有操作歷程 中相對應之一座標點，并儲存所有運動模擬的歷程與結(jié)果；一顯示單元，顯示該手工具的運動、定位以及使用者操作該系統(tǒng)的評比結(jié)果；一光學定位模塊，至少包含兩臺攝影機，對準該定位單元與該手工具套筒， 并與該信息處理裝置連接，用以取得該定位單元上的該標記點以及該手工具套 筒上的該定位點的進而產(chǎn)生一影像，其包含一激光發(fā)射單元，與該信息處理裝置連接，發(fā)出一光線以定義出該選定區(qū)；一燈臂組，固定該光學定位模塊于一定位位置；以及一發(fā)光單元，固定于該燈臂，提供該牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng) 所需光源。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該定位單元至少具有4個由發(fā)光二極管或光學反光標志所產(chǎn)生的標記點。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該手工具套筒的該復數(shù)個定位點分為一上側(cè)定位點群組以及一下側(cè)定位點 群組。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該手工具套筒的該復數(shù)個定位點的配置是采用下列之一或其組合以避免該 上側(cè)定位點群組或該下側(cè)定位點群組同時被遮蔽 一錯位排列以及一交錯排列。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該上側(cè)定位點群組以及該下側(cè)定位點群組各自為一環(huán)狀排列。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)，其特征在 于，該手工具套筒的該復數(shù)個定位點以及該定位單元的該復數(shù)個標記點是為一 特定波長的光源，該光源設置為一發(fā)光二極管的燈具。
17. —牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法，是運用該系統(tǒng)的功能 預先建立一評鑒規(guī)則于該系統(tǒng)中，再根據(jù)該評鑒規(guī)則來評鑒使用者操作后的成 績，至少包含下列步驟通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一待測牙齒模型檔案； 通過該系統(tǒng)將該待測牙齒模型檔案加以量化； 判斷是否沒有嚴重性的錯誤；從資料庫擷取出一筆特定規(guī)則與一筆一標準牙齒模型檔案；產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該待測牙齒模型檔案之一剖面比較圖；在該標準牙齒模型檔案上找到設定之一特征點位置；計算該特征點符合該特定規(guī)則的程度；判斷是否還不用擷取下一條特定規(guī)則；以及計算出評鑒結(jié)果。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法， 其中建立該評鑒規(guī)則更包含下列步驟通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一標準牙齒模型檔案； 通過一牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)建立一現(xiàn)有牙齒模型檔案； 設定所要取樣的剖面位置及角度；產(chǎn)生該標準牙齒模型檔案與該現(xiàn)有牙齒模型檔案之一剖面比較圖； 在該剖面比較圖上設定評估的重要位置或角度； 產(chǎn)生一筆特定規(guī)則并存入資料庫；以及 判斷是否不用繼續(xù)建立新的評鑒規(guī)則。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法， 其中該在該剖面比較圖上設定評估的重要位置或角度的步驟，是評估在使用者 在過程中切削的量、切削的深度及切削的角度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法， 其中該嚴重性的錯誤是指使用者在切削的過程中有產(chǎn)生下列任一的情況傷害 到鄰牙、傷害到該牙的牙髓及切削到該牙以外的區(qū)域。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)的評鑒方法， 其中該特征點是根據(jù)每一不同的該特定規(guī)則所定的。
全文摘要
一種牙科臨床與教學訓練模擬追蹤系統(tǒng)及其評鑒方法，用以追蹤并產(chǎn)生一使用者操作的坐標狀況，該系統(tǒng)至少包括可用以與手工具結(jié)合之一手工具套筒，該手工具套筒具有復數(shù)個定位點，使該手工具套筒得以被定位、一定位單元，具有復數(shù)個標記點，用以建立坐標，以及一光學定位模塊，用以偵測該手工具套筒的位置與角度以及該定位單元的位置，藉此追蹤該手工具與該定位單元的相對的位移，并加以建立評鑒規(guī)則，進而完成教學評鑒的目的。
文檔編號A61C3/02GK101582213SQ20081008187
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者洪純正, 黃大可 申請人:醫(yī)百科技股份有限公司