一种基于虚拟现实技术的正畸治疗辅助系统及方法与流程

本发明涉及口腔正畸领域，并具体关注于利用虚拟现实技术辅助正畸治疗的系统与方法。该技术通过创建一个沉浸式的虚拟环境，结合高精度的交互控制和实时反馈机制，模拟正畸治疗过程中的各类操作和体验。此技术旨在优化患者的治疗体验，减轻治疗过程中的焦虑和不适，同时提升患者对正畸治疗过程的认知和合作性。创新性地融合了先进的虚拟现实技术与传统的口腔正畸治疗，为患者及医师提供了一个有效的治疗辅助工具。

背景技术：

1、在口腔正畸领域中，传统的治疗过程往往涉及到牙套佩戴、牙齿矫正及定期调整等环节，患者在经历这一过程中可能会感受到疼痛、不适以及焦虑。尤其是对于儿童和对治疗有恐惧感的患者来说，这种负面情绪可能导致他们抵触治疗，影响治疗效果和治疗计划的顺利进行。此外，患者对治疗过程的认知不足也可能增加治疗的不确定性和困难度。随着科技的发展，虚拟现实（vr）技术因其提供的沉浸式体验而被广泛应用于医疗领域，包括医学教育、手术模拟以及患者的心理辅导等方面。然而，现有技术中缺乏一个系统化的解决方案，能够有效结合vr技术与正畸治疗，同时考虑到患者的体验和治疗的精确性，创造一个互动的、个性化的治疗环境。本发明旨在解决这些技术问题，通过构建一个基于vr的正畸治疗辅助系统，不仅可以增强患者对治疗过程的理解，还能通过游戏化的元素降低他们的焦虑感，从而提升整体的治疗效果。

技术实现思路

1、本发明解决了在口腔正畸治疗中如何减轻患者焦虑感和不适的技术难题。通过引入虚拟现实技术，创建了一个沉浸式的治疗环境，使患者能在安全的虚拟空间内体验整个正畸治疗过程。同时，发明通过精确的运动捕捉和高清晰度的视觉呈现，提供了一种高度仿真的治疗操作模拟，增强了患者对治疗步骤的理解。此外，该系统还实现了个性化调整，根据患者的反馈实时变更虚拟环境和任务难度，确保了治疗方案的个体化和灵活性。总体而言，本发明有效缓解了患者在正畸治疗过程中的心理和生理不适，提高了治疗的可接受度和效果。

2、优选地，vr头盔显示器：采用具有至少2160×1200像素的高分辨率显示面板，并拥有90hz以上的刷新率，以提供低延迟、高清晰度的视觉体验。该设备配备可调节头带和焦距调整，适应不同头型和视力的患者，同时内置防雾镜片，确保长时间佩戴的舒适性。

3、优选地，虚拟现实内容生成器：设计有多种与正畸治疗相关的虚拟环境和情境，如模拟牙科诊所、口腔内视景等。包含至少三个不同阶段的牙齿矫正模拟，每个阶段包括特定操作如托槽粘接、弓丝更换、牙齿旋转校正，以及应急情况处理，如模拟牙套断裂的修复。

4、优选地，交互控制器：具备至少六自由度的动作捕捉能力，通过高精度传感器捕捉患者手部运动。控制器内置震动反馈或其它形式的触觉反馈，模拟真实牙科工具的力度和触感，如模拟牙齿矫形时的细微振动反馈，增加操作的真实性。

5、优选地，感应装置：整合了至少3轴加速度计和3轴陀螺仪的运动跟踪设备，实时精确监测患者头部的空间移动。该装置必须能实现毫秒级的数据更新频率，以确保快速且准确的响应，使虚拟视角与患者的实际动作保持同步。

6、优选地，用户界面：提供至少1080p分辨率的图形显示性能，界面设计直观易懂，展示治疗过程中的关键信息，如可视化的治疗进度条、分数板及简易操作指引。界面还包括一个易于导航的菜单系统，允许患者选择和定制个性化的虚拟治疗环境。

7、优选地，数据处理单元：配置至少1ghz主频的多核处理器，负责实时分析和处理从感应装置和用户界面收集的数据。根据患者的操作表现自动调整后续任务的难度和内容，并提供实时反馈，如模拟牙齿清洁不足时的提醒，或在完成特定任务后的奖励通知。

8、使用方法涉及以下步骤：

9、a) 启动系统后，根据患者的正畸治疗方案选择相应的虚拟环境和任务等级。

10、b) 患者戴上经过适配的vr头盔显示器，拿起交互控制器开始在虚拟环境中体验治疗过程。

11、c) 高精度感应装置实时追踪患者头部动作，确保虚拟视角随患者动作同步更新。

12、d) 患者根据虚拟环境中的指示完成一系列任务，如模拟牙齿清洁、牙套调整等，每种任务都有不同的难度级别和分步指导。

13、e) 数据处理单元根据患者的操作表现自动调整后续任务的难度，并提供实时反馈。

14、f) 治疗结束时，患者通过用户界面查看自己的总体表现和进步，并根据成就解锁新的虚拟奖励或挑战。

15、综合来看，本发明所提供的技术方案不仅优化了正畸治疗流程，也提升了患者的整体治疗体验。高度的技术集成和个性化设置增强了患者合作性，提升治疗效果。通过引入虚拟现实技术，该系统为患者提供了一个沉浸式的治疗环境，使其能够在一个安全、受控且高度逼真的虚拟世界中进行牙齿矫正操作的学习与实践。此外，该系统还提供了多种治疗模式，包括单人治疗、多人治疗和游戏化治疗等，以满足不同患者的需求。

16、本发明通过引入虚拟现实技术到口腔正畸治疗中，显著改善了患者的治疗体验，降低了治疗过程中的焦虑和不适感。高度沉浸的虚拟环境和精确模拟的治疗操作增强了患者对正畸流程的认知，提升了他们对治疗方案的信心和合作性。个性化调整功能确保了每位患者都能获得量身定制的治疗体验，优化了治疗效率。此外，游戏化元素的融入不仅增加了治疗的趣味性，还激励患者积极参与治疗过程，从而进一步提高了治疗依从性和最终的治疗效果。总之，本发明为传统的正畸治疗方法带来了创新的、有益的补充，具有广阔的应用前景和实际效益。

17、需保护发明创新点主要体现在以下几个方面：1. 多模式治疗模拟：该vr系统提供单人治疗、多人治疗和游戏化治疗等多种模式，通过个性化配置满足不同患者需求，这是一大创新点。2. 高度集成的交互系统：整合了高精度的头部跟踪和手势识别技术，实现了与虚拟环境的无缝互动，增强了用户的沉浸感和体验。3. 智能调节的虚拟现实内容：能够根据用户的操作技能和治疗进展自动调整难度和内容，确保治疗适应个体的学习曲线。4. 丰富的虚拟操作反馈机制：通过震动反馈或其它形式的触觉反馈，模拟真实牙科操作力度和触感，提高了模拟的真实度。5. 紧急情况模拟与应对：在虚拟治疗中引入紧急情况模拟，训练患者的应对能力，如模拟牙套断裂的修复，这增加了治疗的全面性和实用性。这些创新点不仅优化了正畸治疗流程，也大大提升了患者的整体治疗体验，并有望改善治疗效果。

技术特征：

1.权利要求所述的基于虚拟现实技术的正畸治疗辅助系统，其特征在于，包含以下组件：

2.根据权利要求1所述的系统，其中虚拟现实内容生成器所设计的虚拟环境和情境，其特征在于，能够高度仿真地再现正畸治疗中牙齿矫正、牙套适配与调整、口腔内部结构扫描等关键步骤，同时提供相应的视觉和听觉反馈，确保患者在安全且受控的虚拟空间内得到真实的治疗感受。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中交互控制器的设计，其特征在于，能够通过高级触觉反馈技术和力感应机制，模拟实际正畸治疗中的操作力度和手感，如牙齿微调时的细微振动反馈，牙套调整时的阻力模拟，从而提升患者操作的真实性和准确性。

4.权利要求所述的利用虚拟现实技术辅助正畸治疗的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

技术总结本发明涉及一种基于虚拟现实技术的正畸治疗辅助系统及其使用方法，旨在改善传统正畸治疗中患者的体验，减轻其焦虑和不适。该系统包括虚拟现实头盔显示器、内容生成器、交互控制器、感应装置、用户界面和数据处理单元。利用此系统，患者可以在沉浸式的虚拟环境中体验正畸治疗过程，通过完成与治疗相关的互动任务和挑战，不仅能够获得奖励激励，还能有效地缓解治疗过程中的负面情绪。此外，系统可以根据患者行为和反馈调整虚拟环境，以适应不同患者的需求。本发明提供的辅助系统和方法，通过游戏化元素和高度个性化的治疗体验，显著提高了患者尤其是儿童患者的治疗依从性，同时优化了治疗效果。此种技术的应用，在口腔正畸领域中具有创新性和实用性，为患者和医生提供了一种新的治疗选择。技术研发人员：贾京晨,栗洪师,高原,王文斌,冯明珠受保护的技术使用者：中国人民解放军空军特色医学中心技术研发日：技术公布日：2024/8/1