一种体外根管预备质量数字化评估方法及系统与流程

本发明涉及口腔医学技术领域，尤其涉及一种体外根管预备质量数字化评估方法及系统。

背景技术：

根管预备是指采用机械和化学的方法尽可能地清除根管系统内的感染物质，达到清洁、成形根管的目的，根管预备的质量是决定根管治疗后患牙能否长期保存的重要因素之一。根管预备的质量与医生受训水平、根管预备技术及器械使用等环节紧密相关。因此，综合评估根管预备质量对医生操作水平的提升、根管预备方法和器械的评估和选择等均有帮助。

数十年来，对根管预备操作的体外评估主要包括以下几方面：

1、根管壁清洁程度，根管清理、成形和冲洗可显著减少可培养的细菌数目。根管壁清洁程度的常用研究方法有根管内细菌培养法、离体牙切片测量法及离体牙显微ct扫描测量法；2、根管台阶形成，是根管预备过程中常见的操作性失误之一，是指在根管壁表面人为形成的不规则形态，导致根管原有通路发生改变，可组织器械进入原通畅根管的尖部，如处理不当会导致根管预备不充分和根管充填不全。常用的研究根管是否形成台阶的方法有直接探查根管和比较根管治疗术中术后的x线片，若根管充填位置较初始工作长度位置短1mm以上或根充影像偏离了根管初始弯曲路径即认为形成台阶；3、根尖孔扩大，根尖孔扩大、根尖狭窄区破坏可增加冲洗液、牙本质碎屑、感染物或充填材料突入根尖周组织的机会，此外根尖孔扩大还可能增加根管微渗漏发生的几率。根尖孔的扩大通过根管预备器械探查即可获知；4、根管偏移，在预备弯曲根管时根管偏移是最常见的并发症之一，往往根管弯曲度越大，产生的偏移越严重。此外，根管偏移还受根管预备器械的类型、横断面及尖端设计、合金的物理性质、根管预备方法的影响。根管偏移的常见研究方法为离体牙或树脂块模型预备前后二维影像根管中心的测量和cbct图像测量；5、剩余牙本质壁厚度，剩余牙本质壁厚度与牙根的强度之间存在直接关系，尽可能地保留健康的牙本质是至关重要的。过度切削根方牙本质可能造成带状穿孔和牙根纵折。剩余牙本质壁厚度的常用研究方法有离体牙截根测量、二维x线片测量和显微ct扫描测量；6、根尖孔外碎屑推出在根管治疗时，或多或少会有牙本质碎屑、牙髓组织、坏死组织、微生物及代谢产物以及冲洗液被推出根尖孔，造成根尖周炎症及术后疼痛肿胀。如何避免或尽量减少将碎屑推出根尖孔是根管治疗研究的重要课题之一。根尖孔外碎屑推出的常用研究方法是在离体牙上行根管预备，收集预备过程中推出离体牙根尖孔的冲洗液和牙本质碎屑并称重。

综合现有研究来看，其局限性主要体现在两点：研究对象和研究方法。上述六项的研究对象主要均为离体牙，因此研究难免会受于离体牙的收集难度和变异度的影响。根管偏移可使用预成树脂块根管模型进行操作研究，但现有树脂块根管模型形态规则且与真实根管形态差异大，仅能简单反映根管弯曲度，在树脂块根管模型上的根管预备操作与实际根管预备操作存在明显差异。从研究方法的角度来看，部分研究因素如根管剩余牙本质壁厚需要对离体牙进行切片或截根等破坏性处理，操作繁杂且不具有可重复性。而若使用显微ct扫描预备前后根管的方法进行研究，尽管所得数据精度高而非破坏性，但研究受限于显微ct的高成本，故多为小样本量研究，使其结果的可信度受到影响。

此外，尽管对根管预备效果的各项评估已分别有大量研究，但尚未有对上述因素进行综合考量的数字化评价方法。在实际根管预备操作中，上述因素间是存在正反变关系的。如对于根管壁薄弱处而言，当根管清洁程度越高，剩余牙本质壁厚度越可能存在过小的情况，使根管抗折强度过低、易发生牙根纵折。在类似此种情况下，权衡各项因素并进行综合评估有明显重要性。

目前在临床根管预备的效果研究中，实验者通常采用从临床收集拔除的离体牙进行根管预备的练习。然而，天然牙齿的牙本质为不透明物质，根管预备的效果无法直接观察到，不利于操作者反馈自身的操作效果，也不利于实验者评估预备效果。同时值得注意的是，以往对根管预备质量的评估仅靠肉眼观察及经验判断，无法避免不同个体之间不同评判标准而造成的误差，从而难以保证对每一个操作者根管预备评估的准确性和客观性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种体外根管预备质量数字化评估方法及系统，能够对根管预备的效果进行综合评估考量，提高根管预备评估的准确性和客观性。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种体外根管预备质量数字化评估系统，用于评价不同操作者通过不同器械及方法根管预备效果的评估，以数字化的评估方式反映根管预备前后形态的变化，便于医学教学准确且客观的进行评估，同时为根管预备的器械与方法的探索提供新思路。

为实现上述目的，本发明提供了一种体外根管预备质量数字化评估方法，其特征在于，包括如下步骤：根据评估标准，选择评估因子建立不同权重的评分算式，进行根管预备质量的评估，所述评分算式中的各评估因子的权重之和为1。

进一步地，所述评估因子包括牙模型根管预备的器械型号情况、根尖孔外碎屑情况、根尖孔扩大情况、台阶形成情况、根管清洁程度、中心偏移度、剩余最小根管壁厚中的一种或多种，且所述评分算式中的评估因子至少包括中心偏移度、根管清洁程度以及剩余最小根管壁厚中的一种。

进一步地，所述根管清洁程度、所述中心偏移度和所述剩余最小根管壁厚中的评估方法包括：进行cbct或显微ct扫描，使用扫描结果进行比对评估。

进一步地，所述评分算式中的评估因子不少于两种。

进一步地，所述牙模型包括一批基于离体牙数字化影像的3d打印仿真树脂牙模型，其中一颗树脂牙模型作为标准牙模型，其余树脂牙模型作为根管预备用牙模型。

进一步地，所述根管清洁程度、所述中心偏移度和所述剩余最小根管壁厚中的评估方法包括：对未经根管预备的所述标准牙模型和经根管预备后的所述根管预备用牙模型分别进行cbct或显微ct扫描，比较两者扫描结果，得出所述根管清洁程度、所述中心偏移度和所述剩余最小根管壁厚。

进一步地，所述评分算式中的评估因子同时包含所述根管清洁程度、所述中心偏移度和所述剩余最小根管壁厚。

进一步地，所述树脂牙模型是基于cbct或显微ct扫描真实离体牙的根管系统，然后通过软件处理得到三维打印文件，并采用高精度3d打印机，使用树脂材料制作。

进一步地，所述树脂材料为visijetm3crystal树脂材料。

进一步地，所述根管清洁程度的评估方法包括：在所述标准牙模型的根管内注入显影剂，然后进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁某横截面(a0)；在预备后的所述根管预备用牙模型的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁对应横截面(a1)；将预备前根管壁某横截面(a0)与预备后根管壁对应横截面(a1)进行比对，依次计算所有相对应横截面预备前后边缘线重合度，得出预备后树脂牙根管清洁程度。

进一步地，所述根管清洁程度的评估方法还包括：以横截面上所述预备前根管壁某横截面(a0)为准，至预备后根管壁的最小距离小于测量误差距离的所述预备前根管壁某横截面(a0)即为重合部分，计算所述预备前根管壁某横截面(a0)的重合部分长度与全长的比值即可得预备前后根管的重合度，该数值越高，表示根管清洁程度越低。

进一步地，所述中心偏移度的评估方法包括：在所述标准牙模型的根管内注入显影剂，然后进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管各横截面几何中心点(b0)；在预备后的所述根管预备用牙模型的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管各横截面几何中心点(b1)；将预备前根管各横截面几何中心点(b0)与预备后根管各横截面几何中心点(b1)进行比对，得出各对应横截面几何中心点的距离，取其最大值，得出根管预备前后中心偏移度。

进一步地，所述中心偏移度的评估方法还包括：横截面上预备前后根管中心点的距离|b0-b1|大于测量误差时即认为根管发生偏移，即得到评估预备前后根管偏移程度。

进一步地，所述剩余最小根管壁厚的评估方法包括：在根管预备后的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁距根尖4mm处横截面周长上任一点至树脂牙体表面的最小距离，即为此横截面上根管预备后剩余最小壁厚，从而反映根管抗折强度。

进一步地，所述方法还包括在未经根管预备的树脂牙模型根管内和根管预备后的树脂牙模型根管内注入显影剂以增强扫描显影的效果。

进一步地，所述显影剂包括碘化油。

进一步地，所述方法还包括将计入评估的根管段按一定厚度截取若干横截面，分别测量各横截面上预备前后根管的重合度、几何中心点偏移度及最小根管壁厚。

进一步地，所述图像处理软件包括选择mimics和geomagic软件进行三维重建和根管预备前后图像的重叠比对。

进一步地，评分算式为y＝ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+gx7，其中，x1为根管预备操作使用的器械型号情况、x2为根管孔外碎屑情况、x3为根尖孔扩大情况、x4为台阶情况、x5为根管清洁程度、x6为中心偏移度、x7为剩余最小根管壁厚、a、b、c、d、e、f、g为权重且a+b+c+d+e+f+g＝1。

进一步地，所述方法还包括当根管预备操作使用的器械的主尖锉至少比初尖锉大三号时，x1记为100，否则，x1记为0；当根管孔外无碎屑时，x2记为100，否则，x2记为0；当根尖孔扩大情况存在时即主尖锉超出根尖孔，x3记为0，否则x3记为100；当无台阶形成时即工作长度至根尖距离小于或等于0.5mm时，x4记为100，当工作长度至根尖距离大于0.5mm且小于或等于1mm时，x4记为80，当工作长度至根尖距离大于1mm且小于或等于1.5mm时，x4记为60，当工作长度至根尖距离大于1.5mm且小于或等于2mm时，x4记为40，当工作长度至根尖距离大于2mm，x4记为0；当根管预备前后整体重合度为k％时，x5记为100-k；当根管预备前后根管中心距离改变量为nmm，测量误差为imm，已知器械平均偏移为jmm，当n≤i时，x6记为100，当n＞i时，x6记为(40n+60i-100j)/(i-j)，当存在侧穿情况时，x6记为0；当剩余最小根管壁厚大于或等于1mm时，x7记为100，当剩余最小根管壁厚小于1mm时，x7记为y/初始最小厚度，其中，y为剩余最小根管壁厚；a＝b＝c＝d＝0.05，e＝0.4，f＝g＝0.2。

进一步地，所述系统包括如上述所述评估方法的评估单元。

进一步地，所述系统还包括：牙模制作单元，所述牙模型制作单元用于制作树脂牙模型。

进一步地，所述系统还包括：记录单元和扫描比对单元；

其中，所述记录单元，用于记录根管预备前后使用的器械型号、台阶、根尖孔扩大和根管孔外碎屑情况；所述扫描对比单元，用于对未经根管预备的树脂牙模型和根管预备后的树脂牙模型分别进行cbct或显微ct扫描，比较两者扫描结果，并将得出的预备后树脂牙根管清洁程度、偏移度和剩余最小根管壁厚发送给所述记录单元，由所述记录单元进行记录。

进一步地，所述系统还包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器运行所述计算机程序；

所述计算机程序的步骤如下：

步骤一，所述牙模型制作单元制作基于离体牙数字化影像的3d打印仿真树脂牙模型；

步骤二，在所述树脂牙模型上进行根管预备操作，记录所述根管预备操作使用前后的器械型号、台阶、根尖孔扩大和根管孔外碎屑情况；

步骤三：对所述未经根管预备的树脂牙模型和所述根管预备后的树脂牙模型分别进行cbct扫描或显微ct扫描，比较两者扫描结果，得出所述预备后树脂牙根管清洁程度、偏移度和剩余最小根管壁厚；

步骤四：所述评估单元建立所述评分算式进行评估。

本发明的评估方法及系统具有如下有益效果：(1)本发明的研究对象为3d打印模型牙，具有真实牙齿的外形以及根管形态，外观透明，具有可重复性。操作者的操作体验佳；(2)本发明通过cbct扫描及软件分析进行评价，不具有破坏性，具有较好的可重复性；(3)本发明使用cbct扫描预备前后根管进行评价，成本低、耗时短、可运用于临床，方便大样本量研究以及临床即时评测；(4)本发明权衡各项因素并进行综合评估；(5)本发明通过cbct及软件分析进行评价，具有客观性及准确性，排除人工肉眼评分的主观因素。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的方法流程图；

图2是预备前后根管壁横截面比对示例图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在本发明的一个具体较佳实施例中，评分算式为牙模型根管预备的器械型号情况、根管孔外碎屑情况、根尖孔扩大情况、台阶情况、根管清洁程度、中心偏移度、剩余最小根管壁厚中的一种，其中根管清洁程度、中心偏移度和剩余最小根管壁厚中的评估方法为使用cbct或显微ct扫描，使用扫描结果进行比对评估。

在本发明的其他较佳实施例中，评分算式也可以包括牙模型根管预备的器械型号情况、根管孔外碎屑情况、根尖孔扩大情况、台阶情况、根管清洁程度、中心偏移度、剩余最小根管壁厚中的两种及以上，且包含根管清洁程度、中心偏移度和剩余最小根管壁厚中的至少一种。在评分算式中，各项评估因子的权重之和为1。如评分算式包含根管清洁程度和剩余最小根管壁厚两种评估因子，这两种评估因子存在正反变关系，当根管清洁程度越高，剩余牙本质壁厚度越可能存在过小的情况，使根管抗折强度过低、易发生牙根纵折；因此可以根据实际情况的不同，将两者的权重设置为0.5和0.5或者0.4和0.6等不同的权重对。

在本发明的另一个具体较佳实施例中，采用了3d技术制作牙模型作为根管预备质量评估。具体为使用基于离体牙数字化影像的3d打印制作一批仿真树脂牙模型，其中一颗树脂牙模型作为标准牙模型，其余树脂牙模型作为根管预备用牙模型。制作牙模型的方法为cbct或显微ct扫描真实离体牙的根管系统，得到原始dicom数据，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，采用高精度3d打印机，使用visijetm3crystal树脂材料制作。

在本实施例中，对未经根管预备的树脂牙模型和根管预备后的树脂牙模型分别进行cbct扫描，比较两者扫描结果，得出预备后树脂牙根管清洁程度、偏移度和剩余最小根管壁厚。

具体地，根管清洁程度的评估方法为：在标准牙模型的根管内注入显影剂，然后进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁某横截面(a0)；在预备后的根管预备用牙模型的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁对应横截面(a1)；将预备前根管壁某横截面(a0)与预备后根管壁对应横截面(a1)进行比对，计算预备前后横截面边缘线重合度，得出预备后树脂牙根管清洁程度；

中心偏移度的评估方法为：在标准牙模型的根管内注入显影剂，然后进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管各横截面几何中心点(b0)；在预备后的根管预备用牙模型的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管各横截面几何中心点(b1)；将预备前根管各横截面几何中心点(b0)与预备后根管各横截面几何中心点(b1)进行比对，得出各对应横截面几何中心点的距离，取其最大值，得出根管预备前后中心偏移度；

剩余最小根管壁厚的评估方法为：在根管预备后的根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁距根尖4mm处横截面周长上任一点至树脂牙体表面的最小距离，即为此横截面上根管预备后剩余最小壁厚，从而反映根管抗折强度。

在本发明评估系统的一个具体较佳实施例中，系统包括：牙模制作单元，用于制作树脂牙模型；记录单元，用于记录根管预备前后使用的器械型号、台阶、根尖孔扩大和根管孔外碎屑情况；扫描对比单元，用于对未经根管预备的树脂牙模型和根管预备后的树脂牙模型分别进行cbct扫描，比较两者扫描结果，并将得出的预备后树脂牙根管清洁程度、偏移度和剩余最小根管壁厚发送给记录单元，由记录单元进行记录；评估单元，用于根据各项评分标准建立不同权重的评分算式进行评估，其中，评分算式为y＝ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+gx7，其中，x1为根管预备操作使用的器械型号情况、x2为根管孔外碎屑情况、x3为根尖孔扩大情况、x4为台阶情况、x5为根管清洁程度、x6为偏移度、x7为剩余最小根管壁厚、a、b、c、d、e、f、g为权重且a+b+c+d+e+f+g＝1。

整个评估系统还包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器运行所述计算机程序，如图1所示，具体步骤如下：

步骤(1)：制作一批基于离体牙数字化影像的3d打印仿真树脂牙模型，其中，一颗树脂牙模型作为标准牙模型，其余牙模型作为根管预备用牙模型。该步骤中的树脂牙模型是基于cbct或显微ct扫描真实离体牙的根管系统，得到原始dicom数据，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，采用高精度3d打印机，使用visijetm3crystal树脂材料制作。

步骤(2)：对在根管内注入显影剂后的标准牙模型进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁某横截面(a0)、根管各横截面几何中心点(b0)。

步骤(3)：记录其余牙模型根管预备前后使用的器械型号、台阶、根尖孔扩大和根管孔外碎屑情况；在根管内注入显影剂，进行cbct或显微ct扫描，并采用图像处理软件提取根管壁对应横截面(a1)、根管各横截面几何中心点(b1)以及根管壁距根尖4mm处横截面周长上任一点至树脂牙体表面的最小距离。

值得一提的是，在步骤(2)和步骤(3)之前还包括在未经根管预备的树脂牙模型根管内和根管预备后的树脂牙模型根管内注入碘化油等显影剂的步骤，如此可增强扫描显影的效果。

如图2所示，将预备前根管壁某横截面(a0)与预备后根管壁对应横截面(a1)进行比对，计算预备前后横截面边缘线重合度，得出预备后树脂牙根管清洁程度。具体为：以横截面上预备前根管壁(a0)为准，至预备后根管壁的最小距离小于测量误差距离的预备前根管壁(a0)即为重合部分，计算预备前根管壁(a0)的重合部分长度与全长的比值即可得预备前后根管的重合度，该数值越高，表示根管清洁程度越低。

将预备前根管各横截面几何中心点(b0)与预备后根管各横截面几何中心点(b1)进行比对，得出各对应横截面几何中心点的距离，取其最大值，得出根管预备前后中心偏移度。图2中两者的几何中心点重合，为了显出区别特别标在不同位置。具体为：横截面上预备前后根管中心点的距离|b0-b1|大于测量误差时即认为根管发生偏移，计算预备前后根管中心点的距离|b0-b1|并与所使用器械的已知平均偏移进行比较和计算，即得到评估预备前后根管偏移程度。

预备后根管壁距根尖4mm处横截面周长上任一点至树脂牙体表面的最小距离(c1)即为此横截面上根管预备后剩余最小壁厚，从而反映根管抗折强度。

在本发明系统的另一具体较佳实施例中，还包括步骤(4)：将计入评估的根管段按一定厚度截取若干横截面，分别测量各横截面上预备前后根管的重合度、几何中心点偏移度及最小壁厚。值得一提的是，步骤(4)可以在制作仿真树脂牙模型完成后任意时刻完成。

步骤(5)：根据各项评分标准，建立不同权重的评分算式进行评估，评分算式为y＝ax1+bx2+cx3+dx4+ex5+fx6+gx7，其中，x1为根管预备操作使用的器械型号情况、x2为根管孔外碎屑情况、x3为根尖孔扩大情况、x4为台阶情况、x5为根管清洁程度、x6为偏移度、x7为剩余最小根管壁厚、a、b、c、d、e、f、g为权重且a+b+c+d+e+f+g＝1。其中，当根管预备操作使用的器械的主尖锉至少比初尖锉大三号时，x1记为100，否则，x1记为0；当根管孔外无碎屑时，x2记为100，否则，x2记为0；当根尖孔扩大情况存在时即主尖锉超出根尖孔，x3记为0，否则x3记为100；当无台阶形成时即工作长度至根尖距离小于或等于0.5mm时，x4记为100，当工作长度至根尖距离大于0.5mm且小于或等于1mm时，x4记为80，当工作长度至根尖距离大于1mm且小于或等于1.5mm时，x4记为60，当工作长度至根尖距离大于1.5mm且小于或等于2mm时，x4记为40，当工作长度至根尖距离大于2mm，x4记为0；当根管预备前后整体重合度为k％时，x5记为100-k；当根管预备前后根管中心距离改变量为nmm，测量误差为imm，已知器械平均偏移为jmm，当n≤i时，x6记为100，当n＞i时，x6记为(40n+60i-100j)/(i-j)，当存在侧穿情况时，x6记为0；当剩余最小根管壁厚大于或等于1mm时，x7记为100，当剩余最小根管壁厚小于1mm时，x7记为y/初始最小厚度，其中，y为剩余最小根管壁厚；a＝b＝c＝d＝0.05，e＝0.4，f＝g＝0.2。

在本发明的评估方法和系统的另一较佳具体实施例中，给出了评分算式的组成以及各个评估因子的权重构成，还对具体计分进行了示例，表1是根据本具体实施方式测得的根管预备评估表。通过该表可见，本发明通过评分算式对树脂牙体外根管预备操作进行数字化评估，能够对根管预备质量给出具体数据，使评估准确客观，数据可以进行相互比较，可以对不同操作者之间进行根管预备质量的比较，并且可以根据各项评分数据，提示操作者的操作缺点，以进一步改进操作技术，提高临床技能，从而适用于教学领域。

表1

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。