该探针模拟器能够独立测量探针作用力及静止力

《Advanced Robotics》：Probing simulator capable of independently measuring probing force and resting force

探针力实时监测与静止力独立测量模拟器研发及临床验证

　　在牙周病检查过程中，精确的探针力度以及有效的手部稳定技巧是临床工作者必须掌握的关键技能。这些技能的熟练程度直接影响到检查的准确性，进而影响到对患者牙周状况的判断与治疗方案的制定。为了满足这一培训需求，我们设计并开发了一种集成传感器的探针模拟器，该设备能够实时反馈探针力度和手部休息力度的数据。这种模拟器的引入，为牙科教育和临床技能提升提供了一个全新的工具，使学习者能够在接近真实临床环境的条件下进行练习，同时能够通过可视化数据了解自身操作的优劣。

传统的牙周病检查培训多依赖于实际操作和主观反馈，缺乏对力度数据的量化分析。这不仅限制了学习者对自身技能的评估，也使得教学过程难以标准化。为了解决这一问题，我们提出了一种能够独立测量探针力度和休息力度的模拟器。该设备由两个力传感器（load cells）以及模拟牙槽骨、牙齿、舌头和黏膜的组件构成。这种结构设计确保了在进行探针操作时，能够准确区分探针力度和休息力度，避免了不同部位施加的力相互干扰。通过这种方式，用户可以在练习过程中实时监测自身的操作力度，从而更有效地调整和改进技巧。

探针模拟器的结构设计充分考虑了临床操作的实际情况。例如，在模拟牙槽骨的组件上，力传感器被专门用于测量探针操作时的力度，而舌头和牙齿部分则连接至另一个力传感器，用于记录手部在操作过程中的休息力度。这样的设计使得模拟器能够模拟真实的牙周检查场景，使学习者在练习时能够获得与临床操作一致的反馈。此外，模拟器的黏膜部分采用了硅胶材料，以模拟真实口腔组织的柔软性，从而提升训练的真实感。

为了进一步提升模拟器的使用体验，我们还开发了一款配套的应用程序，该程序能够实时显示探针力度和休息力度的数据，并提供历史数据的记录与回放功能。通过应用程序，用户可以直观地看到自己在操作过程中的力度变化，从而更好地理解如何在实际操作中保持适当的力度。同时，应用程序的界面设计也考虑到了用户的操作便利性，例如，它能够自动识别并显示可用的串口（COM port），使得连接过程更加简单直观。此外，应用程序还具备自适应显示功能，当测量到的力度超过设定范围时，界面会自动扩展显示范围，帮助初学者及时发现并纠正过度施力的问题。

在验证实验中，我们对模拟器的性能进行了全面测试。实验结果表明，模拟器能够准确区分探针力度和休息力度，并且在不同部位施加力时，数据能够被正确分类。例如，当手指放在牙齿或舌头部分时，仅记录休息力度，而当探针插入牙周袋底部时，仅记录探针力度。这一特性确保了模拟器在测量过程中的准确性，为后续的技能评估和培训提供了可靠的数据支持。同时，实验还对比了专家与新手在使用该模拟器时的表现，发现专家在探针操作过程中能够稳定地保持在20–25克力（gf）的最优范围内，而新手则表现出较大的力度波动，尤其是在探针操作时容易施加过大的力度。这一结果验证了模拟器在区分不同技能水平方面的有效性，并表明其在个性化训练中的潜力。

在实际应用中，该模拟器不仅可以用于牙科学生的培训，还可以为临床工作者提供持续的技能提升工具。通过实时反馈和数据分析，使用者能够更清晰地了解自己在操作中的不足之处，并针对性地进行改进。此外，模拟器的可视化功能也使得教学过程更加直观和高效，教师可以借助模拟器的数据分析结果，为学生提供更具体的指导，从而提升整体培训效果。

尽管该模拟器在功能上取得了显著进展，但在实际应用中仍存在一些需要改进的地方。例如，当前的模拟器使用了一个整体的牙齿模型，这在一定程度上简化了结构连接，但也限制了其在模拟复杂牙周检查场景时的准确性。特别是在磨牙区域，由于需要在六个不同的点进行探针操作，现有的模拟器未能完全复现真实的牙周检查条件。因此，未来的研究方向之一是改进牙齿模型的设计，使其能够模拟牙齿之间的间隙，从而提升训练的真实性和适用性。

总的来说，这种集成传感器的探针模拟器为牙周病检查技能的培训提供了一个创新的解决方案。它不仅能够提供精确的力度数据，还能通过实时可视化帮助使用者更好地掌握操作技巧。随着技术的不断发展，我们相信这种模拟器将在牙科教育和临床实践中发挥越来越重要的作用，为提高检查的准确性和一致性做出积极贡献。未来，我们计划将该模拟器推广至更多的医学教育机构，以评估其在教学中的实际效果，并根据反馈进一步优化设计，使其更加贴近真实的临床操作环境。