仿真头模智能传感方法及装置与流程

本发明实施例涉及柔性传感，尤其涉及仿真头模智能传感方法及装置。

背景技术：

1、随着口腔教育的发展，仿真头模作为口腔操作训练的重要工具，在技能培训中发挥着关键作用。传统的口腔教学仿真头模主要通过机械结构模拟口腔解剖特征，为学生提供基础的操作环境。然而，这类模型在模拟真实临床情境、提供精准操作反馈方面存在明显局限性。

2、当前口腔操作技能培训中，仿真头模考核方法主要存在以下技术瓶颈：

3、首先，传统力学反馈机制不足。现有仿真头模多采用机械式阻力模拟装置，仅能提供简单的脱位力阈值反馈，无法记录操作过程中邻牙支点的动态压力分布、器械滑动轨迹等关键参数，导致考核结果缺乏客观量化依据。

4、其次，传感精度与真实性不足。部分改进型模型虽在牙槽骨区域设置了单点压力传感器，但其刚性传感元件与真实牙周膜力学特性差异显著，且无法捕捉施力方向的三维矢量变化，导致操作误差无法被精准识别。

5、第三，缺乏多模态数据融合分析。现有智能考核系统多依赖动作捕捉技术，虽能记录器械运动轨迹，但未与生物力学数据进行多模态数据融合分析，导致对“以邻牙为支点过度撬动”等典型错误操作的实时标记准确率不足。

6、最后，实时纠错与评分机制不完善。多采用离线视频回放结合人工评分方式，评估结果滞后于实际操作，缺乏标准操作参数的定量化数据库，难以为学习者提供及时有效的反馈指导。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种仿真头模智能传感方法，用以实现精准力学感知、多模态数据融合分析、实时异常操作识别与警告，提升口腔操作技能训练的效果与评估的及时性和客观性，该方法包括：

2、在预设时长内采集对仿真头模进行操作的实时多模态数据；实时多模态数据包括实时传感数据及与实时传感数据对应的坐标信息；实时传感数据和/或坐标信息利用铺设于仿真头模中目标邻牙区域的传感阵列层确定；传感阵列层铺设于目标邻牙区域的刚性支撑层上；传感阵列层上覆盖有牙龈模拟封装层；传感阵列层按照预设原点以十字正交方式划分为四个象限；

3、利用硬件时钟对实时多模态数据进行时序对齐；

4、根据时序对齐后的实时传感数据及实时传感数据对应的坐标信息，确定施力中心点坐标信息及施力中心点坐标信息的位移轨迹信息；

5、根据位移轨迹信息，确定实际施力方向与预设施力方向的施力方向偏差数据；

6、根据时序对齐后的实时多模态数据、施力方向偏差数据及预先配置的异常操作判定决策表，输出异常操作警告。

7、本发明的另一个方面还提供一种仿真头模智能传感装置，用以实现精准力学感知、多模态数据融合分析、实时异常操作识别与警告，提升口腔操作技能训练的效果与评估的及时性和客观性，该装置包括：

8、实时多模态数据采集模块，用于在预设时长内采集对仿真头模进行操作的实时多模态数据；实时多模态数据包括实时传感数据及与实时传感数据对应的坐标信息；实时传感数据和/或坐标信息利用铺设于仿真头模中目标邻牙区域的传感阵列层确定；传感阵列层铺设于目标邻牙区域的刚性支撑层上；传感阵列层上覆盖有牙龈模拟封装层；传感阵列层按照预设原点以十字正交方式划分为四个象限；

9、时序对齐模块，用于利用硬件时钟对实时多模态数据进行时序对齐；

10、施力中心点确定模块，用于根据时序对齐后的实时传感数据及实时传感数据对应的坐标信息，确定施力中心点坐标信息及施力中心点坐标信息的位移轨迹信息；

11、施力方向偏差数据确定模块，用于根据位移轨迹信息，确定实际施力方向与预设施力方向的施力方向偏差数据；

12、异常操作警告输出模块，用于根据时序对齐后的实时多模态数据、施力方向偏差数据及预先配置的异常操作判定决策表，输出异常操作警告。

13、本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述仿真头模智能传感方法。

14、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述仿真头模智能传感方法。

15、本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述仿真头模智能传感方法。

16、本发明实施例与现有技术中技术方案相比，通过在预设时长内采集对仿真头模进行操作的实时多模态数据；实时多模态数据包括实时传感数据及与实时传感数据对应的坐标信息；实时传感数据和/或坐标信息利用铺设于仿真头模中目标邻牙区域的传感阵列层确定；传感阵列层铺设于目标邻牙区域的刚性支撑层上；传感阵列层上覆盖有牙龈模拟封装层；传感阵列层按照预设原点以十字正交方式划分为四个象限；利用硬件时钟对实时多模态数据进行时序对齐；根据时序对齐后的实时传感数据及实时传感数据对应的坐标信息，确定施力中心点坐标信息及施力中心点坐标信息的位移轨迹信息；根据位移轨迹信息，确定实际施力方向与预设施力方向的施力方向偏差数据；根据时序对齐后的实时多模态数据、施力方向偏差数据及预先配置的异常操作判定决策表，输出异常操作警告，可以实现精准力学感知、多模态数据融合分析、实时异常操作识别与警告，提升口腔操作技能训练的效果与评估的及时性和客观性。

1.一种仿真头模智能传感方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时多模态数据还包括操作器械位姿信息和/或操作图像；所述器械位姿信息利用安装于操作器械上的位姿追踪器采集。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刚性支撑层上开设有在目标邻牙对应的牙槽嵴顶区域预设深度的下沉定位凹槽；

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四个象限按照位置分为：近中颊侧象限、远中颊侧象限、近中舌侧象限及远中舌侧象限。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在预设时长内采集对仿真头模进行操作的实时多模态数据，包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据时序对齐后的所述实时传感数据及所述实时传感数据对应的坐标信息，确定施力中心点坐标信息及所述施力中心点坐标信息的位移轨迹信息，包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，按照如下公式确定施力中心点坐标信息：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异常操作判定决策表预先配置有与所述象限对应的参数阈值；

9.一种仿真头模智能传感装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8任一所述方法。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述方法。

12.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一所述方法。