一种牙周探诊训练评价系统及方法

本发明涉及牙科教学训练，特别是一种牙周探诊训练评价系统及方法。

背景技术：

1、牙周探诊是牙周病学最基础、最核心的临床技能，其操作规范性直接影响诊断准确性。教科书建议的理想探诊压力为20-25克力（约0.2-0.25n），探诊角度要求与牙体长轴平行（颊舌侧）或向邻面中央倾斜10-15°（邻面），且需按顺序探查每牙6个位点。

2、然而，现有技术存在以下不足：（1）传统探诊完全依赖操作者手感，初学者难以掌握20-25克力的精确感觉，现有部分专利虽引入了压力传感器，但仅提供简单的超限报警，缺乏过程性评价和教学指导功能；（2）探针尖端进入龈下后，操作者无法看到探针与牙体、牙周组织的相对位置，虽已有可视化探针方案，但其摄像头设置于手柄侧方或通过鹅颈管固定，视角受限，无法实现“所见即所探”的直观体验；（3）现有姿态感应方案采用加速度传感器检测探针整体姿态，无法精确监测探针尖端相对于牙体的角度，且未与教学评价系统联动；（4）现有技术均止步于“数据采集与简单反馈”，未将多源传感数据与ai智能评分、个体化成长档案、教学预警等功能整合，难以形成“训练—评价—改进”的完整教学闭环。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种牙周探诊训练评价系统及方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种牙周探诊训练评价系统，包括探针本体、压力传感器、内窥成像模块、姿态感应模块、照明模块、无线通信模块、边缘计算终端和ai评价云平台，探针本体包括尖端、杆部和手柄，压力传感器设置在手柄的握持区，内窥成像模块用于收集操作区域图像，姿态感应模块设置在手柄内，用于检测探针空间姿态与角度，无线通信模块用于将数据实时传输到边缘计算终端，ai评价云平台用于生成评分与报告。

3、优选的，边缘计算终端包括数据同步模块、处理模块、报警判定模块、输出模块和存储模块；

4、数据同步模块用于接收并同步多源传感器数据；

5、处理模块用于对压力信号进行滤波、对姿态数据进行解算和视频流编码；

6、报警判定模块基于预设阈值实时判定力度、角度和位点是否异常；

7、输出模块用于进行语音提示、屏幕显示和震动反馈。

8、优选的，ai评价云平台包括ai评分模块、成长档案模块、教学预警模块和数据分析模块；

9、ai评分模块基于深度学习模型对操作数据进行评分；

10、成长档案模块用于记录历次操作数据，生成技能成长曲线；

11、教学预警模块用于识别共性问题和个体薄弱环节，并推送预警信息；

12、数据分析模块用于分析班级学情和评估教学效果。

13、一种牙周探诊训练评价方法，包括上述牙周探诊训练评价系统，还包括以下步骤：

14、s1：学生在训练前将探针本体进行佩戴，边缘计算终端使压力传感器归零与姿态感应模块校准；

15、s2：内窥成像模块实时采集探诊区域图像，压力传感器根据≥100hz的频率采集探诊压力，姿态感应模块同步采集探针本体在空间中的三维角度和运动轨迹；

16、s3：上述多源数据通过无线通信模块传输至边缘计算终端，并通过边缘计算终端依次进行数据同步、压力滤波、姿态解算、异常判定和报警输出；

17、s4：边缘计算终端将全部数据按标准格式保存，并在训练结束后自动上传至ai评价云平台；

18、s5：ai评价云平台进行自动评分、生成技能成长曲线、教学预警和班级学情分析，形成可追溯的教学闭环。

19、优选的，步骤s3中，对压力信号采用二阶低通滤波和滑动平均滤波进行去噪，其中，二阶低通滤波的公式为：

20、；

21、其中，为第点滤波后压力值，为第点原始压力采样值，、和均为前向滤波系数，且 ，和均为反馈滤波系数，为采样点序号；

22、滑动平均滤波的公式为：

23、；

24、其中，为当前平滑压力值，为第点原始压力，为滑动窗口长度，值为10。

25、优选的，步骤s3中，姿态解算的计算公式为：

26、；

27、；

28、其中，为机体姿态四元数，，且满足，为陀螺仪测得的角速度向量，为角速度向量模，为四元数乘法运算，为imu采样时间间隔。

29、优选的，步骤s3中，判定公式为：

30、；

31、其中，为角度偏差值，为实测探针与牙体长轴夹角，为标准探诊角度。

32、优选的，步骤s5中，还包括以下步骤：

33、s51：力度控制评分公式为：

34、；

35、其中，为力度得分，为第  点有效压力值，为理想参考压力，为允许波动范围，为有效采样点数，为单点最大扣分不超过100%，为最终得分不低于0分；

36、压力超限占比公式为：

37、；

38、其中，为压力超限时长占比，为压力> 30g的总时长，为有效操作总时长；

39、位点覆盖完整性评分公式为：

40、；

41、其中，为位点完整性得分，为已规范探查位点数量，为应探查总位点数量；

42、角度规范得分公式为：

43、；

44、其中，为角度规范得分，为本次操作的平均角度偏差，为最大允许角度偏差；

45、操作效率得分公式为：

46、；

47、其中，为操作效率得分，为本次操作实际用时，为标准参考用时；

48、综合评分计算公式为：

49、；

50、其中，为综合得分，均为权重系数；

51、s52：生成技能成长指数，

52、；

53、其中，为第  次训练后的技能水平，为第  次综合得分 ，为平滑系数，为上一次技能水平；

54、s53：教学预警的判定标准为：

55、；

56、其中，为标准化得分，为学生本次综合得分，为班级平均分，为班级标准差。

57、本发明具有以下优点：本发明将内窥成像模块集成在探针尖端，实现所见即所探的直观操作体验，并通过压力传感器、内窥成像模块和姿态感应模块与边缘计算终端进行实时反馈，引入ai评价云平台进行操作自动评分与教学闭环，解决了传统牙周探诊训练中力度控制难、路径规范难、个体化指导不足的问题，可广泛应用于口腔医学教学训练。

1.一种牙周探诊训练评价系统，其特征在于：包括探针本体（1）、压力传感器（2）、内窥成像模块（3）、姿态感应模块（4）、照明模块、无线通信模块（5）、边缘计算终端（6）和ai评价云平台（7），所述探针本体（1）包括尖端、杆部和手柄，所述压力传感器（2）设置在手柄的握持区，所述内窥成像模块（3）用于收集操作区域图像，所述姿态感应模块（4）设置在所述手柄内，用于检测探针空间姿态与角度，所述无线通信模块（5）用于将数据实时传输到所述边缘计算终端（6），所述ai评价云平台（7）用于生成评分与报告。

2.根据权利要求1所述的牙周探诊训练评价系统，其特征在于：所述边缘计算终端（6）包括数据同步模块、处理模块、报警判定模块、输出模块和存储模块；

3.根据权利要求2所述的牙周探诊训练评价系统，其特征在于：所述ai评价云平台（7）包括ai评分模块、成长档案模块、教学预警模块和数据分析模块；

4.一种牙周探诊训练评价方法，包括权利要求1~3任意一项所述牙周探诊训练评价系统，其特征在于：还包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的牙周探诊训练评价方法，其特征在于：所述步骤s3中，对压力信号采用二阶低通滤波和滑动平均滤波进行去噪，其中，二阶低通滤波的公式为：

6.根据权利要求5所述的牙周探诊训练评价方法，其特征在于：所述步骤s3中，姿态解算的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的牙周探诊训练评价方法，其特征在于：所述步骤s3中，判定公式为：

8.根据权利要求7所述的牙周探诊训练评价方法，其特征在于：所述步骤s5中，还包括以下步骤：