口腔医学教学中根管预备效果检测方法及其装置

摘要

本发明公开了一种口腔医学教学中根管预备效果检测方法及其装置。该方法是将根管预备前后的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管分别用蓝色染料和红色染料染色后进行数码定焦拍摄；采用图像处理软件提取所拍摄图像中的预备前后根管外壁轮廓、预备前后根管中心轴线，并在预备前后根管中心轴线上间隔设定多个预备前后标记点；最后将对应图像进行重叠比对，确定比对图像上对应标记点的相对位置，来检测评估根管的预备效果。其装置主要由设置在底座上的量角器、设置在量角器中心孔内的旋转轴，设置在旋转轴上端用于固定透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管的基台、以及与计算机相连的数码相机组成。本发明便于学生及教师直观地评估根管预备前后形态的变化。

说明书

技术领域

本发明属于口腔医学教学领域，具体地指一种口腔医学教学中根管预备 效果检测方法及其装置。

背景技术

牙髓病与根尖周病是口腔内常见的、由各种外界因素导致的炎性疾病。 根管治疗术是目前针对牙髓病与根尖周病最有效的一种治疗方式，其通过完 善的根管预备以达到彻底去除髓腔及根尖周组织中炎性及坏死物质的目的。 因此，根管治疗术的成功与否很大程度上取决于根管预备的质量。根管预备 包括机械预备与根管冲洗，高质量的根管预备应当是通过根管器械的机械预 备与彻底的化学冲洗，基本去除根管壁上的残屑与玷污层。首先，根管的机 械预备是通过各种不锈钢或者镍钛材质的根管锉顺应根管方向均匀切削管 壁，若根管弯曲、细小或者不规则，则在预备过程中会产生偏离根管原走剖 方向，导致根管弯曲内侧牙本质被过分切削而弯曲外侧牙本质未预备到位， 或是在根尖三分之一区域产生台阶、穿孔、根尖链状拉开，或者是根尖偏移 等问题。再者，由于根管的解剖形态并不规则，常规的根管器械并不能与根 管内每一处牙本质相接触到。有研究表明，大约有61%的面积无法被预备器 械接触，因此无法通过机械预备的方法完全去除感染的部分牙本质，而充分 的化学冲洗对于机械预备后根管的清理起到十分重要的补充作用。

目前，医科学生在进入临床实习阶段前，通常采用从临床收集拔除的离 体牙进行根管预备的练习。牙齿生理上具有复杂根管系统结构，如主根管、 侧支根管、副根管、根管狭区、根管交通支、根尖分叉和分歧等。学生使用 离体牙进行根管预备的操作学习，可以更真切地体会根管的复杂结构，缩小 实习操作与临床椅旁操作之间的差距，增强日后接诊患者的信心。

然而，天然牙齿的牙本质为不透明物质，学员们根管预备的效果无法直 接观察到，不利于学员们反馈自身的操作效果，也不利于教师评估学员成绩。 针对上述问题，有学者将经过机械预备与冲洗之后的牙齿劈开评估根管预备 的效果，但这种方法无法将机械预备及冲洗后的效果与之前根管初始状态进 行比较。为了解决上述问题，另有学者先将预备前的根管横断为三个截面， 用反转片记录横截面根管形态后，恢复根管的连续性并进行预备及冲洗，然 后再将三个部分拆开，重新用反转片记录横截面根管形态，并与之前的根管 进行比较，从而对根管预备的效果进行评估。但这种方法的不足之处在于： 无论是纵向劈开还是横断截开，都只能反映根管的局部形态，而对于根管的 整体情况无法准确把握。因此，用以上两种离体牙模型都不能很好地评估学 员根管预备及冲洗的效果。

同时值得注意的是，以往教师对学生根管预备质量的评价仅靠肉眼观察 及经验判断，无法避免因视觉偏差以及不同教师之间不同评判标准而造成的 误差，从而难以保证对每一个学生预备根管评估的准确性与客观性。

因此，如何保持牙齿原有的复杂根管系统结构，克服牙本质不透明性所 带来的障碍，从而使得学员在实习中能最大可能地接近临床椅旁的根管预备 体验，同时能客观、精确地反映出根管预备前后形态的改变，以便于教师进 行评估和指导，针对这两方面的问题，目前国内外尚未见有相应的教学模型 和解决方法。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种口腔医学教学中根管预备效果检测方法及 其装置，用于教学过程中学生根管预备效果的检测，以直观图像与具体数据 相结合的形式准确反映根管预备前后形态的变化，便于学生及教师直观地评 估根管预备前后形态的变化。

为实现上述目的，本发明所设计的口腔医学教学中根管预备效果检测方 法，包括如下步骤：

1）将根管预备前的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管用蓝色染料对其 根管系统进行染色；

2）将根管系统染成蓝色的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管固定在可 水平自由旋转的基台上；

3）对于透明树脂牙模型，以其牙冠颊面为正平面；对于透明树脂模拟根 管，以完整显示根管弯曲方向的中心轴面为正平面；将数码相机镜头以垂直 于该正平面的方向对透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管进行定焦拍摄，获 得预备前正面图像；

4）保持数码相机镜头方位不变，将基台沿同一旋转方向分别转动45°和 90°，并在45°和90°的位置对透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管进行定 焦拍摄，分别获得预备前偏转图像和预备前侧面图像；

5）将所得预备前正面图像、预备前偏转图像和预备前侧面图像存储于计 算机中，利用图像处理软件提取各图像中的预备前根管外壁轮廓、预备前根 管中心轴线，并在预备前根管中心轴线上间隔设定多个预备前标记点；

6）取下拍摄完毕的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管，按临床程序进 行根管机械预备；

7）采用冲洗液对根管机械预备后的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管 进行清洗；

8）对清洗完毕的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管进行干燥，再用红 色染料对其根管系统进行染色；

9）将根管系统染成红色的透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管重新固定 在可水平自由旋转的基台上；

10）重复上述步骤3）和步骤4）的操作，获得预备后正面图像、预备后 偏转图像和预备后侧面图像；

11）将所得预备后正面图像、预备后偏转图像和预备后侧面图像存储于 计算机中，利用图像处理软件提取各图像中的预备后根管外壁轮廓、预备后 根管中心轴线，并在预备后根管中心轴线上间隔设定与所述多个预备前标记 点位置一一对应的多个预备后标记点；

12）再利用图像处理软件将预备前正面图像与预备后正面图像、预备前 偏转图像与预备后偏转图像、预备前侧面图像与预备后侧面图像进行重叠比 对，确定比对图像上预备前根管中心轴线与预备后根管中心轴线的相对位置；

13）最后利用图像处理软件分别测量预备前根管中心轴线上的多个预备 前标记点与预备后根管中心轴线上一一对应的多个预备后标记点之间的距 离，即可检测评估根管的预备效果。

作为优选方案，所述透明树脂牙模型是基于显微CT扫描真实离体牙的 根管系统，以所得原始DICOM数据为基础，通过Mimics软件三维处理得到 宏观及微观仿生的三维打印STL文件，并将STL文件数据进行模型重建、提 交至高精度3D打印机，使用透明树脂材料制作而成的。这样，模拟真实离体 牙能够更加客观清楚地反映出天然根管的结构，便于学生更加接近临床解剖 实践。

作为优选方案，所述透明树脂模拟根管选用市售总体长度和弯曲度数标 准化的透明树脂模拟根管，并在所拍摄透明树脂模拟根管图像的中心轴线上 至少间隔设定有8个标记点。这样，将模拟根管标准化并合理间隔标记，便 于学生更加深刻理解根管解剖构造。

进一步地，所拍摄透明树脂模拟根管图像的中心轴线分为两段，从根管 口至中间弯曲起始处的一段被三等分，从中间弯曲起始处至根管尖的一段被 四等分，每一等分点即为1个标志点，合计间隔设定有8个标记点。这样， 可以用最少和最有效的标志点全面反映根管预备前后的偏移状况，既便于教 师进行评估和指导，也便于学生熟练掌握。

再进一步地，所述数码相机定焦拍摄的焦距控制为20～40cm，最好控制 在30cm。这样，可以获得微距离清晰图像，便于观察比较。

更进一步地，所述图像处理软件选择Photoshop软件和Image-Pro Plus软 件，所述Photoshop软件用于根管预备前后图像的重叠比对，所述Image-Pro Plus软件用于根管预备前后对应标记点之间的距离测量。这两种图像处理软 件技术成熟，能够精准高效确定比对数据。

本发明为实现上述方法而设计的口腔医学教学中根管预备效果检测装 置，包括底座，所述底座上设置有量角器，所述量角器的中心孔内设置有垂 直于底座的旋转轴，所述旋转轴的下端设置与量角器相配合的指针，所述旋 转轴的上端设置有用于固定透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管的基台；所 述底座上还设置有相机支架，所述相机支架上设置有用于拍摄透明树脂牙模 型或透明树脂模拟根管的数码相机，所述数码相机的数据输出端与计算机的 数据输入端连接。

作为优选方案，所述相机支架为相对于基台垂向高度和水平间距均可调 节的机械支架。这样，可以根据实际情况及时调整数码相机与透明树脂牙模 型或透明树脂模拟根管的拍摄间距，从而获得清晰的图像。

与传统口腔医学教学中常规的根管预备练习相比，本发明的优点主要体 现在如下几方面：

其一，透明树脂牙模型、特别是经真实牙齿三维扫描重建所得的透明树 脂牙模型能清楚、直观地反映出天然根管的复杂系统，使得学生对于根管解 剖有更深刻的理解。透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管的透明质地使得学 员与教师能直观地发现根管预备中出现的问题，例如根管堵塞、肩台形成及 器械折断发生的部位等，对于冲洗不充分造成的根尖区牙本质碎屑堆积等问 题也能直观反映。

其二，透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管通过两次染色，能让操作者 实时、动态地观测到根管预备的效果，以及时发现根管预备过程中的不足并 加以修正。数字化测量及评估系统将学生根管预备的效果同时以形态对比和 精确数字评估的形式体现，实现了定性与定量相结合的双向评估，从而更真 实、客观、全面地反映出学生根管预备的质量。

其三，数字化测量及评估系统可以将同一学生不同阶段根管预备的效果 图像信息存储于电脑中，学生可以对比其前后操作练习的效果，或者以教师 根管预备前后的数据信息作为评价标准进行比较，从而有利于学生自己总结 经验、循序渐进，稳步提高根管预备的质量。

附图说明

图1为一种口腔医学教学中根管预备效果检测装置的结构示意图。

图2为透明树脂牙模型的预备前正面图像示意图。

图3为透明树脂牙模型的预备前偏转图像示意图。

图4为透明树脂牙模型的预备前侧面图像示意图。

图5为透明树脂牙模型的预备后正面图像示意图。

图6为透明树脂牙模型的预备后偏转图像示意图。

图7为透明树脂牙模型的预备后侧面图像示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明的口腔医学教学中根管预备效果检测装置，包括底 座8，该底座8上设置有量角器7，量角器7的中心孔内设置有垂直于底座8 的旋转轴6，旋转轴6的下端设置与量角器7相配合的指针9，旋转轴6的上 端设置有用于固定透明树脂牙模型或透明树脂模拟根管4的基台5；底座8 上还设置有相机支架3，相机支架3上设置有用于拍摄透明树脂牙模型或透明 树脂模拟根管4的数码相机2，数码相机2的数据输出端与计算机1的数据输 入端连接。其中，相机支架3为相对于基台5垂向高度和水平间距均可调节 的机械支架。

本发明的装置是通过以下方法实现在口腔医学教学中对根管预备效果检 测的：

实施例1：

1）从临床收集拔除的真实离体牙，这里以上颌第一前磨牙为例，采用显 微CT扫描真实离体牙的根管系统，以所得原始DICOM数据为基础，通过 Mimics软件三维处理得到宏观及微观仿生的三维打印STL文件，并将STL 文件数据进行模型重建、提交至高精度3D打印机，使用透明树脂材料制作得 到透明树脂牙模型。将这种根管预备前的透明树脂牙模型用蓝色染料对其根 管系统进行染色。

2）将根管系统染成蓝色的透明树脂牙模型固定在图1所示口腔医学教学 中根管预备效果检测装置的基台5上。

3）以该透明树脂牙模型的牙冠颊面为正平面，调整数码相机2的焦距为 30cm，将数码相机2的镜头以垂直于该正平面的方向对透明树脂牙模型进行 定焦拍摄，此时指针9指向量角器7上度数为0°的位置，获得预备前正面图 像A₀，如图2所示。

4）保持数码相机2镜头方位不变，将基台5绕旋转轴6逆时针分别转动 45°和90°，相应地，指针9指向量角器7上度数分别为45°和90°的位 置，并在45°和90°的位置对透明树脂牙模型进行定焦拍摄，数码相机2定 焦拍摄的焦距仍为30cm，分别获得预备前偏转图像A₄₅和预备前侧面图像A₉₀， 如图3、4所示。

5）将所得预备前正面图像A₀、预备前偏转图像A₄₅和预备前侧面图像A₉₀存 储于计算机1中，利用Photoshop8.0图像处理软件（Adobe公司，美国）提取 各图像中的预备前根管外壁轮廓M₁、预备前根管中心轴线L₁，并在预备前根 管中心轴线L₁上间隔设定多个预备前标记点a₁、a₂、……a_N，仍如图2～4所示。 基于测量精准的要求，预备前根管中心轴线L₁上至少应该间隔确定8个标记 点，即a_N≥8。

6）取下拍摄完毕的透明树脂牙模型，按临床程序进行根管机械预备，根 管机械预备标准形态为：从根管口到根尖孔方向为锥度逐渐减小的圆柱状， 连续流畅，无偏移、无台阶、无穿孔等。

7）采用标准冲洗液对根管机械预备后的透明树脂牙模型进行清洗。

8）对清洗完毕的透明树脂牙模型进行干燥，再用红色染料对其根管系统 进行染色。

9）将根管系统染成红色的透明树脂牙模型重新固定在图1所示口腔医学 教学中根管预备效果检测装置的基台5上。

10）重复上述步骤3）和步骤4）的操作，获得预备后正面图像BB₀、预备 后偏转图像BB₄₅和预备后侧面图像BB₉₀，如图5～7所示。

11）将所得预备后正面图像BB₀、预备后偏转图像BB₄₅和预备后侧面图像BB₉₀存储于计算机1中，利用Photoshop8.0图像处理软件（Adobe公司，美国）提 取各图像中的预备后根管外壁轮廓M₂、预备后根管中心轴线L₂，并在预备后 根管中心轴线L₂上间隔设定与所述多个预备前标记点a₁、a₂、……a_N位置一一 对应的多个预备后标记点b₁、b₂、……b_N，仍如图5～7所示。

12）再利用Photoshop8.0图像处理软件将预备前正面图像A₀与预备后正面 图像BB₀、预备前偏转图像A₄₅与预备后偏转图像BB₄₅、预备前侧面图像A₉₀与预 备后侧面图像BB₉₀进行重叠比对，确定比对图像上预备前根管中心轴线L₁与预 备后根管中心轴线L₂的相对位置。

13）最后利用Image-Pro Plus6.0图像处理软件（Media Cybernetics公司， 美国）分别测量预备前根管中心轴线L₁上的多个预备前标记点a₁、a₂、……a_N与预备后根管中心轴线L₂上一一对应的多个预备后标记点b₁、b₂、……b_N之间 的距离，即可检测评估根管的预备效果。

实施例2：

1）选用市售总体长度和弯曲度数标准化的透明树脂模拟根管4，将这种 根管预备前的透明树脂模拟根管4用蓝色染料对其根管系统进行染色。

2）将根管系统染成蓝色的透明树脂模拟根管4固定在图1所示口腔医学 教学中根管预备效果检测装置的基台5上。

3）以完整显示根管弯曲方向的中心轴面为正平面，调整数码相机2的焦 距为30cm，将数码相机2的镜头以垂直于该正平面的方向对透明树脂模拟根 管4进行定焦拍摄，此时指针9指向量角器7上度数为0°的位置，获得预备 前正面图像A₀，如图2所示。

4）保持数码相机2镜头方位不变，将基台5绕旋转轴6逆时针分别转动 45°和90°，相应地，指针9指向量角器7上度数分别为45°和90°的位 置，并在45°和90°的位置对透明树脂模拟根管4进行定焦拍摄，数码相机 2定焦拍摄的焦距仍为30cm，分别获得预备前偏转图像A₄₅和预备前侧面图像 A₉₀，如图3、4所示。

5）将所得预备前正面图像A₀、预备前偏转图像A₄₅和预备前侧面图像A₉₀存 储于计算机1中，利用Photoshop8.0图像处理软件（Adobe公司，美国）提取 各图像中的预备前根管外壁轮廓M₁、预备前根管中心轴线L₁，并在预备前根 管中心轴线L₁上间隔设定多个预备前标记点a₁、a₂、……a_N，仍如图2～4所示。 本实施例中，将预备前根管中心轴线L₁分为两段，从根管口至中间弯曲起始 处的一段被三等分，从中间弯曲起始处至根管尖的一段被四等分，每一等分 点即为1个标志点，合计间隔确定有8个标记点，即a_N=8。

6）取下拍摄完毕的透明树脂模拟根管4，按临床程序进行根管机械预备， 根管机械预备标准形态为：从根管口到根尖孔方向为锥度逐渐减小的圆柱状， 连续流畅，无偏移、无台阶、无穿孔等。

7）采用标准冲洗液对根管机械预备后的透明树脂模拟根管4进行清洗。

8）对清洗完毕的透明树脂模拟根管4进行干燥，再用红色染料对其根管 系统进行染色。

9）将根管系统染成红色的透明树脂模拟根管4重新固定在图1所示口腔 医学教学中根管预备效果检测装置的基台5上。

10）重复上述步骤3）和步骤4）的操作，获得预备后正面图像BB₀、预备 后偏转图像BB₄₅和预备后侧面图像BB₉₀，如图5～7所示。

11）将所得预备后正面图像BB₀、预备后偏转图像BB₄₅和预备后侧面图像BB₉₀存储于计算机1中，利用Photoshop8.0图像处理软件（Adobe公司，美国）提 取各图像中的预备后根管外壁轮廓M₂、预备后根管中心轴线L₂，并在预备后 根管中心轴线L₂上间隔设定与所述8个预备前标记点a₁、a₂、……a₈位置一一 对应的8个预备后标记点b₁、b₂、……b₈。

12）再利用Photoshop8.0图像处理软件（Adobe公司，美国）将预备前正 面图像A₀与预备后正面图像BB₀、预备前偏转图像A₄₅与预备后偏转图像BB₄₅、预 备前侧面图像A₉₀与预备后侧面图像BB₉₀进行重叠比对，确定比对图像上预备前 根管中心轴线L₁与预备后根管中心轴线L₂的相对位置。

13）最后利用Image-Pro Plus6.0图像处理软件（Media Cybernetics公司， 美国）分别测量预备前根管中心轴线L₁上的8个预备前标记点a₁、a₂、……a₈与 预备后根管中心轴线L₂上一一对应的8个预备后标记点b₁、b₂、……b₈之间的 距离，即可检测评估根管的预备效果。

根据每一个标记点前后距离的变化数据反映了根管预备所产生的根管偏 移程度，在预备到相同号数的根管器械时，数据越小则表示偏移越少，根管 预备质量越好。同时，在预备前后重叠的根管图像中，还可以着重观察根尖 部位是否发生链状拉开、台阶形成、肘状变形等问题。还可选择性使用不同 工作长度、弯曲度数、弯曲部位的标准化标准化透明树脂模拟根管，进行不 同难易程度的根管预备，通过调整对根管中轴线及测量标志点的确定，即可 实现评估。