TW202019351A - 臨床牙科教育訓練系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種臨床牙科教育訓練方法，蒐集記錄學習者在學習時的操作行為，或是練習牙科手術時的相關數據，並透過數據分析各項操作指標以產生分析結果，供學習者得知自身於操作過程中的缺失，以加強技術不足之處，進而提升教學績效。

Description

臨床牙科教育訓練系統及其方法

本發明係有關於一種教育訓練系統，且特別有關於一種可即時記錄操作過程並據以產生結果數據的臨床牙科教育訓練系統。

在現行的牙科教學訓練系統中，主要是讓學習者在牙科教學用的假人上直接對牙齒模型進行施作，這樣的學習方式並沒有辦法對學習者的操作流程進行評估。例如：鑽頭鑽入齒槽骨的深度及車牙的形狀是否完善，或是在操作過程中是否傷害內部牙髓，或是以不當的施力角度給予牙齒與齒槽骨力量，上述這些狀況都會造成牙齒術後產生其他的後遺症。然而，這些因素在學習操作的過程中，除了老師目視指導外，都無法透過數據化的方式進行評估分析，僅能於未來從實務操作中來獲取經驗，對於病患而言，實屬相當危險的方式。

有鑑於此，本發明之主要目的係在提供一種臨床牙科教育訓練系統及其方法，俾能收集學生在學習行為上診療操作的相關數據，並藉由系統分析、掃描分析或是AI分析達到檢視學習者在學習上的操作細節，並且可依此給予施作上的建議，克服 習知無法輔助操作過程的缺點。此外，藉由本發明的系統與方法可增進牙科學習者的技術，並且有客觀評分的教學績效或指標，兼具評分系統教育產品的目的。

為達成上述目的，本發明提供一種臨床牙科教育訓練系統，包括一手持定位部、一定位板、一影像追蹤擷取系統與一伺服器。該手持定位部包括複數個第一定位標記，並用以與一鑽頭部連接，該些第一定位標記設置於該手持定位部，並相對位於該鑽頭部的另一側。該定位板包括複數個第二定位標記與一支架，其中，該支架被結合在牙齒模型，使得該定位板被固定在一供影像追蹤擷取裝置的偵測區，藉以可追蹤牙齒模型的位置。該影像追蹤擷取系統取得該些第一定位標記之位置，並轉換為複數第一定位訊號，與取得該些第二定位標記之位置，並轉換為複數第二定位訊號。該伺服器預儲存該牙齒模型的一影像數據，並自該影像追蹤擷取系統訊號連接取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，將該些第一定位訊號與該些第二定位訊號轉換為複數操作訊號，將該些操作訊號與預儲存之一課程數據進行比對分析，以產生一操作分數與一操作錯誤數據。藉由本發明之臨床牙科教育訓練系統可蒐集學習者的操作過程，並據以產生課程數據或評分，回饋學習數據給使用者，以加強技術不足之處。

較佳的，本發明之臨床牙科教育訓練系統可儲存一教學數據，並將該教學數據所包括的一教學影像顯示在該螢幕上，以供該使用者進行引導操作。如此，可引導使用者作出合理的判斷或選擇，進一步地，更可提供立體教學影像或其他資訊來協助操作。

進者，伺服器係根據操作訊號與課程數據的差異產生操作分數或是操作錯誤數據；或是，進行路徑比對後，將其差 異轉變成操作分數或是操作錯誤數據。

進者，伺服器進一步連接一掃描裝置，該掃描裝置用於掃描施作後的牙齒模型，並將掃描後的結果傳送至該伺服器，以供伺服器根據該結果進行分析評估。

為達成上述目的，本發明還提供一種臨床牙科教育訓練之方法。首先，經由一影像追蹤擷取系統取得一手持定位部之複數第一定位標記之位置與一定位板之複數第二定位標記之位置，其中，該些第一定位標記連接於該手持定位部之一鑽頭部。將該些第一定位標記之位置轉換為複數第一定位訊號，以及將該些第二定位標記之位置轉換為複數第二定位訊號。自該影像追蹤擷取系統取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，並儲存於一伺服器，該伺服器將該些第一定位訊號、該些第二定位訊號轉換成複數操作訊號。將該些操作訊號與所儲存之一課程數據進行比對分析，以產生一操作分數與一操作錯誤數據。本發明之臨床牙科教育訓練方法蒐集學習者的操作過程，並再據以產生課程數據以及評分，藉此方法可以提供教學者、學習者客觀的比較標準，據以可針加強施術較弱(錯誤率較高的階段)的操作學習數據給使用者加強技術不足之處。

較佳的，本發明之臨床牙科教育訓練方法更包括取得一教學數據，並將該教學數據所包含的教學影像顯示在該螢幕上，以供該使用者進行引導操作。如此，可引導使用者作出合理的判斷或選擇，進一步可提供教學影像或其他資訊來協助操作。

1‧‧‧臨床牙科教育訓練系統

10‧‧‧牙齒模型

101‧‧‧上顎模具

102‧‧‧下顎模具

103‧‧‧牙模型本體

20‧‧‧手持定位部

201‧‧‧鑽頭部

202、301、301'‧‧‧定位標記

30、30'‧‧‧定位板

302、301'‧‧‧支架

40‧‧‧影像追蹤擷取系統

50‧‧‧伺服器

501‧‧‧顯示單元

502‧‧‧處理單元

503‧‧‧記憶單元

504‧‧‧引導模組

505‧‧‧分析單元

圖1係為本發明第一實施例之臨床牙科教育訓練系統之示意圖。

圖2係為本發明實施例之伺服器的功能方塊圖。

圖3係為本發明實施例之臨床牙科教育訓練方法的步驟流程圖。

圖4係為本發明實施例之臨床牙科教育訓練系統之示意圖。

圖5係為本發明第二實施例之臨床牙科教育訓練系統之示意圖。

以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

圖1係為本發明第一實施例之臨床牙科教育訓練系統之示意圖。請參照圖1，臨床牙科教育訓練系統1包括在一頭部模型H之一牙齒模型10、一手持定位部20、一定位板30、一影像追蹤擷取系統40、一伺服器50。該牙齒模型10又可含一上顎模具101以及一下顎模具102，且該上顎模具101及該下顎模具102分別包括複數個牙模型本體103。該手持定位部20包括複數個定位標記202，並可用於結合一鑽頭部201，此些定位標記202係設置在該鑽頭部201的相對側，以供影像追踨擷取裝置追縱位置。該定位板30包括複數個定位標記301與一支架302。該支架302被連接在該牙齒模型10上，並使該定位板30上的定位標記301被固定位於在頭部模型H之一被偵測區。又，該支架302可在連接後與上顎模具101或是下顎模具102連動，以供影像追蹤擷取系統40確認牙齒模型10的即 時位置，達到取得手持定位部20相對於牙齒模型10的相對位置狀態。

在本發明實施例中，該影像追蹤擷取系統40可取得該手持定位部20之複數第一定位訊號與該定位板30之複數第二定位訊號。在一實施例中，該些第一定位訊號可以是該些定位標記202發射之複數第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號可以是該些定位標記301發射之複數第二追蹤訊號。在另一實施例中，該些第一定位訊號可以是該影像追蹤擷取系統40發射給該些定位標記202且被該些定位標記202反射後形成之該些第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號可以是該影像追蹤擷取系統40發射給該些定位標記301且被該些定位標記301反射後形成之該些第二追蹤訊號。又於另一實施例中，該些第一定位訊號為該些定位標記202主動發出之可見光或是不可見光，該些第二定位訊號為該些定位標記301主動發出之可見光或不可見光。又，在一時間區間內，該些第一定位訊號可各自連接形成一路徑資訊，即代表操作者拿著該手持定位部20的運動路徑。

在另一實施例中，該影像追蹤擷取系統40可進一步設置以即時取得該牙齒模型10的影像數據，並根據該牙齒模型10的影像數據以及該些第一定位訊號與該些第二定位訊號取得該手持定位部20與該定位板30間的複數相對位置訊號。

圖2係為本發明實施例之伺服器50的功能方塊圖。該伺服器50電性訊號連接於該影像追蹤擷取系統40，用以自該影像 追蹤擷取系統40取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，並且將該些第一定位訊號與該些第二定位訊號轉換成複數操作訊號N1、N2…Nm。

配合圖3所示，該伺服器50包括一顯示單元501、一處理單元502、一記憶單元503、一分析單元504及一引導單元505。該處理單元502用以自該影像追蹤擷取系統40取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，並將該些第一定位訊號、該些第二定位訊號與該些相對位置訊號轉換成該些操作訊號N1、N2…Nm。該些操作訊號可以轉換成對應之複數操作影像，用來讓使用者/學生檢視自己的臨床操作手勢。

該記憶單元503電訊連接於該處理單元502，用以儲存該些第一定位訊號與該些第二定位訊號及該些操作訊號。該分析單元504自該記憶單元503取得根據使用者之操作行為所產生之該些操作訊號(例如：移動路徑、鑽入角度)，利用一人工智慧(AI)系統數據分析或是各類演算法將該操作訊號與該記憶單元中儲存之一課程數據(例如：標準操作方法或是建議操作方法)進行比對分析，分析完後產生一操作分數與操作錯誤數據(例如：鑽錯位置)，然後將該操作分數儲存在該記憶單元503中，並可依指令傳送到顯示單元501進行顯示。該操作錯誤數據亦可於該顯示單元501，並以文字或模擬影像方式或是數據呈現方式顯示在該顯示單元501，以供操作者輕易了解問題與錯誤，達到加強技術之效果。

該處理單元502可進一步地自該記憶單元503取得一 教學數據，並將該教學數據所包括的教學影像顯示於該顯示單元501，操作者得以對應該教學數據之教學影像進行手術操作練習，亦或者是該處理單元502訊號連接一引導模組505，引導模組505可為一般顯示裝置、立體影像顯示裝置或是指示燈裝置。所述之一般顯示裝置或是立體影像顯示裝置用以播放影像，而指示燈裝置可為直接照設於指定位置，以達到即時指導之效用。課程數據與該教學數據還包括牙模分析與選取、鑽針分析與選用、操作流程、牙齒模型車削等等。

以下以一範例說明如何取得最佳化的鑽針選用模式。藉由收集使用者車削時所使用的鑽針型號及選用順序等資料，AI系統數據分析可以探討同一學生在同一門課程車削，該學生在經多次車削練習後，將鑽針選用趨勢、分數變化、車削耗用時間等訊息反饋給該學生做為後續修正、強化自身技巧方向。例如：在A課程，使用了1、2、3、4、5共5種鑽針，耗用了60分鐘，得到80分。在第二次，一樣是A課程，使用了1、3、5共3種鑽針，耗用了50分鐘，得到70分。在第三次，一樣是A課程，使用了1、3、4、5共3種鑽針，耗用了50分鐘，得到85分。如此一來，可在車削耗用時間及鑽針選用上取得平衡。其中，時間、鑽針種類與分數之間的關係，可透過演算法進行換算，依各參數之間的相互關係進行各種運算，以取得對應的成績，然而，成績高低僅為判斷的依據之一，並非綜合評斷好壞，其可代表某區間的表現優劣距離標準作業的遠近，或是群體間的相互比較結果。此外，可進一步 藉由AI系統數據判斷或是演算法分析學生的臨床操作手勢，得出學生常用的習慣手勢、路徑，並以此判斷學生可能發生操作錯誤的原因，並且給予修改建議與最佳操作模式。再進一步，可依此記錄數據衍生至未來跟隨操作者的習慣數據，即當操作者要進行對應手術時，僅需由系統自動擷取該名操作者的相關資料，系統即可依據其慣用手勢的區域，自動安排其他器械設備到指定不會干擾操作者也不會影響設備作業的位置。更甚者，可以透過此些數據作為系統登入的依據，減少各種人為疏失的可能，提升安全性。

進者，可結合一掃描裝置，用以對完成施作的牙齒進行掃描，並與預存於伺服器內標準進行比較分析，據以產生一差異分析結果，此差異分析結果可經由演算法或是比例分析或是外觀分析來判斷結果是否屬於合格的範圍。伺服器亦可經由整合手勢分析與結果分析，取得一綜合性的判斷結果，避免受限於既有的知識而忽略其他可能。

圖4係為本發明實施例之臨床牙科教育訓練方法之步驟流程圖，該方法應用於一伺服器中。

步驟S301，經由一影像追蹤擷取系統取得一手持定位部之複數第一定位標記之位置與一定位板之複數第二定位標記之位置，其中，該些第一定位標記連接於該手持定位部之一鑽頭部。

步驟S302，將該些第一定位標記之位置轉換為複數 第一定位訊號，藉以供系統判斷手持定位部的即時位置，以及將該些第二定位標記之位置轉換為複數第二定位訊號，藉以供系統判斷牙齒模型的即時位置。該些第一定位訊號可以是該手持定位部之複數第一定位標記發射之複數第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號可以是該定位板之複數第二定位標記發射之複數第二追蹤訊號。該些第一追蹤訊號或是第二追蹤訊號可以是由一影像追蹤擷取系統發射給該些第一定位標記與該些第二定位標記，再由該些第一定位標記反射之該些第一追蹤訊號，及被該些第二定位標記反射之該些第二追蹤訊號。亦或者是由該些第一定位標記、第二定位標記主動發出之可見光或是不可見光而產生的第一定位訊號與第二定位訊號，再經由影像追踨擷取系統擷取。

步驟S303，自該影像追蹤擷取系統取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，並且將該些第一定位訊號、該些第二定位訊號與預儲之一影像數據轉換成複數操作訊號(即對應為操作者移動路徑、鑽入角度…等相關資訊)。

步驟S304，利用一AI系統數據分析或是各類演算法將該些操作訊號與預儲存之一課程數據(例如，標準操作方法或是建議操作方法)進行比對分析，以產生一操作分數與操作錯誤數據(例如：鑽錯位置、深度、角度或是鑽錯位置、深度或角度的差異程度)。

步驟S305，進一步提供一教學數據，並將該教學數據之教學影像顯示在螢幕上，以供該使用者進行引導操作。其中， 顯示的方式進一步包括立體投影或是虛擬實境是混合實境或是光線指引的方式。

圖5係為本發明第二實施例之臨床牙科教育訓練系統之示意圖。

與圖1不同的是，第二實施例之牙科教育訓練系統1的定位板30'。該包括定位板30'包括固定架301'與複數個定位標記302'。該固定架301'被固定在該頭部模型H上，使得該定位板30'被固定在偵測區內。此實施例固定的方式，將會使定位板30’跟隨著上顎模具101移動，而前一實施例的固定方式是設置於下顎模具102，故是隨下顎模具102移動，可依不同的施術位置選擇合適的定位。

本發明之牙科教育訓練系統藉由蒐集學生/使用者的操作經歷、課程數據以及評分，回饋給AI系統進行整合分析後，進一步反饋給使用者去加強技術不足之處，進而提升教學績效。該系統提供引導功能，從牙模的選取、鑽針的選擇、操作的流程...等去引導使用者作出合理的判斷或選擇，進一步可提供教學影像或其他資訊來協助操作。又，藉由蒐集課程的操作紀錄回饋到開發端並利用AI系統進行使用者行為分析(分析個人習慣)後，再進一步將矯正的資訊反饋到產品上，當使用者再次使用時，系統將會特別提醒該名使用者，以達到矯正行為以及提升教學績效。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所 為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧臨床牙科教育訓練系統

10‧‧‧牙齒模型

101‧‧‧上顎模具

102‧‧‧下顎模具

103‧‧‧牙模型本體

20‧‧‧手持定位部

201‧‧‧鑽頭部

202‧‧‧定位標記

30‧‧‧定位板

40‧‧‧影像追蹤擷取系統

50‧‧‧伺服器

Claims (10)

1. 一種臨床牙科教育訓練系統，包括：一手持定位部，包括複數個第一定位標記，又，此手持定位部可用以連接於一鑽頭部；一定位板，包括複數個第二定位標記與一支架，其中，該支架被結合於一牙齒模型，並使該定位板被固定在一偵測區內；一影像追蹤擷取系統，用以取得該些第一定位標記之位置，並轉換為複數第一定位訊號，與取得該些第二定位標記之位置，並轉換為複數第二定位訊號；以及，一伺服器，其預儲存該牙齒模型的一影像數據，並自該影像追蹤擷取系統訊號連接取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，將該些第一定位訊號與該些第二定位訊號轉換為複數操作訊號，將該些操作訊號與預儲存之一課程數據進行比對分析，據以產生一操作分數或一操作錯誤數據。
2. 如申請專利範圍第1項所述之臨床牙科教育訓練系統，其中，該伺服器儲存一教學數據，並可將該教學數據所包括之一教學影像顯示在一螢幕上，以供該使用者進行引導操作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之臨床牙科教育訓練系統，其中，該些第一定位訊號為該手持定位部之複數第一定位標記發射之複數第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號為該定位板之複數第二定位標記發射之複數第二追蹤訊號；或是，該些第一定位訊號為該影像追蹤擷取系統發射給該些第一定位標記且被該些第一定位標記反射之該些第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號為該影像追蹤擷取系統發射給該些第二定位標記且被該些第二定位標記反射之該 些第二追蹤訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之臨床牙科教育訓練系統，其中，該伺服器根據該些操作訊號與該課程數據之差異以產生該操作分數或該操作錯誤數據；或是，該伺服器根據該些操作訊號與該課程數據進行路徑比對，並將其差異轉化成該操作分數或該操作錯誤數據。
5. 如申請專利範圍第1項所述之臨床牙科教育訓練系統，其中該伺服器進一步訊號連接一掃描裝置，該掃描裝置用於掃描施作後之牙齒模型，並將掃描後的結果傳送至該伺服器。
6. 一種臨床牙科教育訓練之方法，包括：經由一影像追蹤擷取系統取得一手持定位部之複數第一定位標記之位置與一定位板之複數第二定位標記之位置，其中，該些第一定位標記連接於該手持定位部之一鑽頭部；將該些第一定位標記之位置轉換為複數第一定位訊號，以及將該些第二定位標記之位置轉換為複數第二定位訊號；自該影像追蹤擷取系統取得該些第一定位訊號與該些第二定位訊號，並儲存於一伺服器，該伺服器將該些第一定位訊號與該些第二定位訊號轉換成複數操作訊號；以及將該些操作訊號與所儲存之一課程數據進行比對分析，以產生一操作分數與一操作錯誤數據。
7. 如申請專利範圍第6項所述之臨床牙科教育訓練方法，其更包括下列步驟： 存取一儲存於該伺服器的教學數據，並將該教學數據所包括之一教學影像顯示在一螢幕上，以供該使用者進行引導操作。
8. 如申請專利範圍第6項所述之臨床牙科教育訓練方法，其中，該些第一定位訊號為該手持定位部之複數第一定位標記發射之複數第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號為該定位板之複數第二定位標記發射之複數第二追蹤訊號；或是，該些第一定位訊號為該影像追蹤擷取系統發射給該些第一定位標記且被該些第一定位標記反射之該些第一追蹤訊號，且該些第二定位訊號為該影像追蹤擷取系統發射給該些第二定位標記且被該些第二定位標記反射之該些第二追蹤訊號。
9. 如申請專利範圍第6項所述之臨床牙科教育訓練方法，其中，根據該些操作訊號與該課程數據之差異以產生該操作分數或該操作錯誤數據；或者，根據該些操作訊號與該課程數據進行路徑比對，並將其差異轉化成該操作分數或該操作錯誤數據。
10. 如申請專利範圍第6項所述之臨床牙科教育訓練方法，其中，該伺服器進一步訊號連接一掃描裝置，該掃描裝置用於掃描施作後的牙齒模型，據以取得一施作結果，該伺服器分析該施作結果並比較一內存之掃描數據後，產生一施作報告。

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