Augmented-Reality-gestütztes System für das Training des Zahnkünstlerschnitts in der dentalen Ausbildung

Zusammenfassung

Das erweiterte Realität unterstützte Zahnhöhlungs-System (AR-ATCS) erkennt 3D-Objektmarkierungen und projiziert ein virtuelles Zahnmodell auf einen realen Wachsblock, wodurch eine dreidimensionale visuelle Referenz bereitgestellt wird, um Zahnmedizinstudenten während der Zahnhöhlung zu unterstützen.

Zusammenfassung

Das Ziel dieses Protokolls besteht darin, die Ausbildung in Zahnanatomie durch die Entwicklung und Anwendung eines erweiterten Realität unterstützten Zahnhau-Systems (AR-ATCS) zu verbessern. Die Zahnmorphologie ist ein grundlegender Bestandteil der zahnmedizinischen Ausbildung, bei dem Studierende komplexe dreidimensionale (3D) anatomische Strukturen sowie funktionelle Orientierungspunkte beherrschen müssen, die für klinische Verfahren wie die restaurative Zahnheilkunde und die endodontische Behandlung unerlässlich sind. Traditionell werden diese Fähigkeiten durch das Modellieren von Zähnen aus Wachsblöcken erworben; dieser Ansatz ist jedoch häufig durch eine geringe Unterrichtseffizienz und eine erhebliche kognitive Lücke eingeschränkt, wenn Studierende zweidimensionale (2D) Lehrbuchabbildungen in dreidimensionale physische Strukturen umsetzen müssen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, beschreibt das Protokoll die Integration der Technologie der erweiterten Realität (AR) in das manuelle Training des Zahnhauens. Das System nutzt 3D-Objektverfolgung und Algorithmen der computergestützten Bildverarbeitung, um ein hochpräzises virtuelles 3D-Zahnmodell in den physischen Arbeitsbereich einzublenden. Durch die Erkennung spezifischer Verfolgungsmarkierungen mittels einer mobilen Kamera projiziert das System eine digitale Hilfslinie in korrektem Maßstab und Ausrichtung direkt auf den Wachsblock. Diese virtuelle und physische Ausrichtung ermöglicht es Studierenden, die gewünschte Zahnmorphologie in Echtzeit zu visualisieren und Abweichungen in ihrem Fortschritt beim Hauen unmittelbar zu erkennen. Das Protokoll stellt einen detaillierten Arbeitsablauf zur Einrichtung der AR-Umgebung, zur Ausrichtung der virtuellen Modelle mit den physischen Materialien und zur Nutzung des Systems als selbstgesteuertes Trainingswerkzeug bereit. Durch die Bereitstellung interaktiver, mehrseitiger visueller Rückmeldungen reduziert das System die Abhängigkeit von kontinuierlichen Demonstrationen durch den Ausbilder und minimiert die Auswirkungen irreversibler Fehler beim Hauen. Insgesamt bietet dieser AR-unterstützte Ansatz ein ergänzendes visuelles Leitwerkzeug für die traditionelle Ausbildung in Zahnanatomie, indem er Studierende in der Anfangsphase des Zahnhauens unterstützt und einen effizienteren Rahmen für das Üben der Zahnmorphologie bereitstellt.

Einleitung

Die Zahnmorphologie ist ein zentraler Bestandteil der zahnmedizinischen Ausbildung und zielt darauf ab, Studierenden ein systematisches Verständnis der anatomischen Zahnform und ihrer dreidimensionalen Strukturmerkmale zu vermitteln^1,2. Das Zahnmodellieren als wichtiger Bestandteil des Zahnmorphologie-Unterrichts spiegelt nicht nur die Beherrschung der Zahnanatomie durch die Studierenden wider, sondern schult auch deren Feinmotorik und operative Fähigkeiten^3,4. Es bildet eine wesentliche Grundlage für die klinische Praxis, insbesondere in der prothetischen Behandlung^2,5.

Die traditionelle Ausbildung im Zahnmodellieren erfolgt gewöhnlich unter Anleitung von Lehrkräften, bei der Studierende die anatomische Morphologie von Front- und Seitenzähnen mithilfe von Wachs- oder Seifenblöcken modellieren^3,5. Aufgrund des Ungleichgewichts zwischen der Anzahl der Lehrkräfte und der Studierenden ist es jedoch schwierig, innerhalb eines begrenzten Unterrichtszeitraums ausreichende individuelle Betreuung zu gewährleisten^4,5. Zudem haben Studierende häufig erhebliche kognitive Schwierigkeiten beim Übergang von zweidimensionalen Abbildungen zu dreidimensionalen Formen, was die Lern- und Lehrwirksamkeit beeinträchtigen kann^2,5,6.

In den letzten Jahren wurden mit der rasanten Entwicklung digitaler Technologien dreidimensionaler Druck, Augmented Reality, Virtual Reality und andere digitale Ansätze zunehmend in der anatomischen Ausbildung und im Unterricht im zahntechnischen Labor eingesetzt^6,7,8,9. Diese Technologien überwinden die räumlichen Darstellungsgrenzen traditioneller zweidimensionaler Atlanten, der Beobachtung physischer Modelle und der Lehrerdemonstrationen und bieten den Studierenden ein anschaulicheres, dynamischeres und dreidimensionales Lernerlebnis^5,6,9.

Die erweiterte Realität ist eine Visualisierungstechnologie, die computergenerierte virtuelle Informationen in Echtzeit in die reale Umgebung einblendet und so eine Verschmelzung von Virtuellem und Realem sowie eine Interaktion zwischen Mensch und Computer ermöglicht. Durch die Ergänzung dreidimensionaler Daten und räumlicher Informationen in realen Szenarien kann die erweiterte Realität die Wahrnehmung komplexer räumlicher Strukturen durch den Beobachter erweitern^10,11. Diese Eigenschaft macht die erweiterte Realität besonders geeignet für praktische Lehrszenarien, die räumliches Verständnis und Hand-Auge-Koordination erfordern. Gegenwärtig wurde die AR-Technologie bereits vorläufig im anatomischen Unterricht eingesetzt und erhielt positive Rückmeldungen^11,12,13. Über den Bildungsbereich hinaus wurde AR auch in die klinische Zahnmedizin übertragen. Beispielsweise berichteten Macrì et al. über den Einsatz der AR-gestützten chirurgischen Freilegung eines eingeschobenen Zahns und zeigten, dass die AR-basierte räumliche Registrierung und die Echtzeit-Überlagerung von Virtuellem und Realem in der oralen chirurgischen Navigation Anwendung finden kann¹⁴. Diese klinische Anwendung bietet zusätzliche Unterstützung für die Einführung der AR-gestützten räumlichen Visualisierung in die Ausbildung zur Zahnmorphologie.

In diesem Protokoll wurde AR-Technologie eingesetzt, um die Zahnmodellierungsübung zu unterstützen, indem den Studierenden während des Trainings eine kontinuierliche, intuitive dreidimensionale visuelle Referenz bereitgestellt wurde, die eine Ergänzung zur herkömmlichen Anleitung durch Dozierende darstellen kann. Zu diesem Zweck wurde ein AR-gestütztes System zur Zahnmodellierung gemeinsam entwickelt und besteht hauptsächlich aus AR-Software, einer hochauflösenden Kamera, einer Halterung für den Wachsblock sowie vier separat hergestellten dreidimensionalen Objektverfolgungsmarkern. Die Marker wurden auf der Trägerbasis montiert, die den Wachsblock in einer vordefinierten Position hält. Während des Betriebs erfasst das System Bilder des physischen Arbeitsbereichs über die Kamera. Nachdem ein dreidimensionaler Objektmarker auf der Basis erkannt wurde, wird das virtuelle Zahnmodell in Echtzeit an der entsprechenden Position auf dem Wachsblock in der Anzeigeoberfläche überlagert, wodurch den Studierenden eine visuelle Referenz für die Modellierung bereitgestellt wird.

Basierend auf diesem System wurde eine Einzelproben-Validierung durchgeführt. Ein Studierender, der den Kurs zur Zahnanatomie abgeschlossen hatte, führte das Zahnschnitzverfahren unter Anleitung des vorgeschlagenen AR-gestützten Protokolls durch. Der geschnitzte Zahn wurde anschließend gescannt und als dreidimensionales Modell verarbeitet, und eine objektive morphologische Abweichungsanalyse wurde durch Vergleich mit dem Standard-Zahnmodell durchgeführt. Die vorläufigen Ergebnisse der Einzelprobenuntersuchung deuten darauf hin, dass der Einsatz des AR-ATCS als unterstützendes Werkzeug für die Ausbildung in der Zahnmorphologie machbar ist.

Protokoll

1. Erstellung des standardisierten digitalen Zahnmodells

HINWEIS: In diesem Protokoll wurde der linke erste Molaren des Unterkiefers als Zielzahn verwendet, um die Durchführbarkeit des AR-gestützten Zahnmodellierungsworkflows zu demonstrieren. Für andere Zahnpositionen kann der Workflow angewendet werden, nachdem das entsprechende standardisierte digitale Zahnmodell importiert und die räumliche Beziehung zum dreidimensionalen Objektmarker neu definiert wurde. Dieser Schritt dauert etwa 10 Minuten.

1. Kammer-Scanning des Standard-Zahnmodells
   1. Bereiten Sie das Standard-Zahnmodell vor.
      HINWEIS: Verwenden Sie in diesem Protokoll ein standardmäßiges Zahnmodell, das mit einem Wachsblock der Größe 25 mm × 25 mm × 50 mm kompatibel ist.
   2. Tragen Sie eine dünne und gleichmäßige Schicht Scanning-Pulver oder einer Anti-Reflexions-Spray auf die Oberfläche des Standard-Zahnmodells auf, um reflectionsbedingte Scanning-Fehler zu reduzieren.
   3. Platzieren und sichern Sie das vorbereitete Standard-Zahnmodell auf dem Halter des kammerförmigen dreidimensionalen Scanners (ausgestattet mit zwei 24-MP-Kameras und einer Scannergenauigkeit <10 µm). Stellen Sie sicher, dass das Modell stabil ist und der gewünschte Scanning-Bereich vollständig freigelegt ist (Abbildung 1A).
   4. Öffnen Sie die 3D-Scansoftware, erstellen Sie eine neue Bestellung und benennen Sie diese entsprechend der Zielzahnposition. Bestätigen Sie die Scan-Einstellungen und klicken Sie an Scan starten.
   5. Nach dem Scannen die Integrität des digitalen Modells überprüfen. Falls keine offensichtlichen Fehler festgestellt werden, das gescannte Modell im STL-Format exportieren und die Einheit auf Millimeter setzen (Abbildung 1B).
2. Segmentierung und Verarbeitung des gescannten Zahnmodells (Abbildung 1C)
   1. Geöffnete 3D-Scan-Datenverarbeitungssoftware
   2. Klicken Sie auf Datei > Öffnen, wählen Sie die STL-Datei des Standard-Zahnmodells aus und klicken Sie auf Öffnen.
   3. Wählen Sie im Einheitenauswahlfenster Millimeter und klicken Sie auf OK.
   4. Klicken Sie auf Polygone > Beschneiden > Trimmen mit der EbenePassen Sie die Position der Schnittebene manuell auf die geplante Wurzelschnitt-Ebene an.
   5. Bestätigen Sie den Schneidbereich, klicken Sie auf Schnittebene > Auswahl löschen > Enger Schnitt > OK um den überschüssigen Wurzelanteil zu entfernen und die offene Begrenzung zu schließen sowie ein wasserdichtes, standardisiertes digitales Zahnmodell zu erhalten.
   6. Klicken Sie auf Datei > Speichern und auswählen STL-Datei (binär) (*.STL) in der Liste „Dateityp“.
3. Konstruktion der Basis des Standard-Zahnmodells (Abbildung 1D)
   ​HINWEIS: Dieser Schritt dient dazu, eine regelmäßige Basis für das standardmäßige digitale Zahnmodell zu erstellen, wodurch eine stabile räumliche Beziehung zwischen dem Standardmodell, dem Wachsblock und der AR-Tracking-Basis hergestellt wird. Die genauen Bezeichnungen der Menüoptionen können je nach Softwareversion leicht variieren.
   1. Öffnen Sie die 3D-Modellierungssoftware.
   2. Klicken Sie auf Datei > Öffnen und wählen Sie die STL-Datei des standardmäßigen digitalen Zahnmodells.
   3. Klicken Sie auf Optionen, importieren als Festkörper oder Oberflächenkörperund auswählen Erstellen Sie Mesh-Körper, die durch einzelne Flächen begrenzt sind > Gruppieren Sie Facetten in Flächenund klicken Sie auf OK und Öffnensodass die dreieckigen Facetten an der Unterseite des Zahnmodells als relativ vollständige Referenzfläche erkannt werden können.
   4. Erstellen Sie den Mittelpunkt der Modellbasis. Wählen Sie die untere Fläche des Zahnmodells aus und klicken Sie auf Merkmale > Punkt > Gesichtsmittelpunkt > OK um den Mittelpunkt (benannt Punkt 1).
   5. Wählen Sie die untere Fläche des Zahnmodells als Skizzierebene aus und klicken Sie auf Skizze > Rechteck zentrieren, zeichnen Sie ein Rechteck, das zentriert ist bei Punkt 1und klicken Sie auf Smart Dimension um das Rechteck auf 25 mm × 25 mm festzulegen. Klicken Sie auf Beenden Sie die Skizze (bezeichnet) Skizze 1).
   6. Auswählen Skizze 1. Klicken Sie im Reiter „Features“ auf Extrudierter Aufsatz/Grundkörper. Unter Richtung 1, auswählen Blind, stellen Sie die Tiefe auf 20 mm ein und klicken Sie auf OK um die Standardzahnmodellbasis zu erzeugen.

2. Konstruktion des Wachsblockhalters und der AR-Tracking-Basis

HINWEIS: Die dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker und die AR-Verfolgungswachsbasis sind kundenspezifische Komponenten. Ihr Design kann je nach Konstruktionszweck und Modellierungsstrategie variieren. Daher ist die in diesem Protokoll beschriebene Basis nicht die einzige mögliche Konstruktion und kann modifiziert werden, solange die Befestigung des Wachsbloks, die Erkennung der Marker und der Handhabungskomfort erhalten bleiben. Dieser Schritt dauert etwa 30 min.

1. Konstruktion der Wachsblock-Aussparung (Abbildung 2A, B)
   1. Mithilfe der 3D-Modellierungssoftware klicken Sie auf Neu > Teil > OK auf der Startseite.
   2. Wählen Sie die Oberer Querschnitt und klicken Sie auf Skizze. Klicken Sie auf Mittleres Rechteck und zeichnen Sie die erste Skizze mittig bei dem Ursprung.
   3. Klicken Sie auf Smart Dimension um das Rechteck auf 40 mm × 40 mm festzulegen, klicken Sie auf Austrittsdimension (bezeichnet) Skizze 1).
   4. Auswählen Skizze 1, klicken Sie auf Merkmale > Extrudierter Aufsatz/Grundkörper, unter Richtung 1, wählen Sie Blind, und stellen Sie die Tiefe auf 32,5 mm ein, um einen Quader mit den Maßen 40 mm × 40 mm × 32,5 mm zu erstellen (benannt als Boss – Extrudieren 1).
   5. Wählen Sie die obere Fläche des Quaders aus, klicken Sie auf Skizze > Rechteck zentrierenund erstellen Sie die erste Skizze zentriert bei der Ursprung. Dann klicken Sie auf Intelligente Dimension und die Rechteckgröße auf 25,2 mm × 25,2 mm festlegen (benannt als Sketch 2). Diese Größe ermöglicht einen 25 mm × 25 mm großen Wachsblock mit einer Montagetoleranz von etwa 0,2 mm.
   6. Auswählen Skizze 2, klicken Sie auf Merkmale > Extrudierte Schnittstelleund stellen Sie die Schnitttiefe auf 20 mm ein, um die Aussparung im Wachsblock zu erzeugen.
2. Konstruktion von Negativabformungen für die dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker
   1. Wählen Sie eine vertikale Fläche des Quaders aus und klicken Sie auf Skizze > Mittleres Rechteck, zeichnen Sie ein Rechteck auf die ausgewählte Fläche und klicken Sie auf Smart Dimensionund stellen Sie es auf 5,2 mm × 5,2 mm ein (benannt als Skizze 3).
   2. Klicken Sie auf Merkmale > Extrudierte Schnittstelle, wählen Sie Skizze 3und stellen Sie die Schnitttiefe auf 5 mm ein.
   3. Wiederholen Sie die obigen Schritte, um Buchsen auf den vier vertikalen Flächen anzulegen. Für die Buchse auf der unteren Fläche stellen Sie die Skizziergröße auf 10,2 mm × 10,2 mm und die Schnitttiefe auf 10 mm ein.
   4. Klicken Sie auf Speichern und speichern Sie den Wachsblockhalter als einen SLDPRT Datei.
3. Konstruktion für Standfestigkeit und Bearbeitungskomfort
   1. Mithilfe der 3D-Modellierungssoftware klicken Sie auf Neu > Teil > OK auf der Startseite.
   2. Wählen Sie die Oberer Bereich und klicken Sie auf Skizze > Kreis, zeichnen Sie einen Kreis mit einem Durchmesser von 80 mm, dessen Mittelpunkt bei der Ursprung (bezeichnet als SAbbildung 1).
   3. Wählen Sie Skizze 1 aus, klicken Sie auf Eigenschaften > Extrudierter Aufsatz/Grundkörperund stellen Sie die Tiefe auf 5 mm ein, um eine kreisförmige Stabilisierungsplatte zu erzeugen.
   4. Klicken Sie auf Rechte Ebene und zeichnen Sie ein gleichschenkliges rechtwinkliges Dreieck mit der Ursprung als Mittelpunkt der Hypotenuse, einer Seitenlänge von 40 mm und einem Winkel von 45°, um eine Skizze (benannt Skizze 2).
   5. Wählen Sie Skizze 2, klicken Sie auf Eigenschaften > Extrudierter Aufsatz/Grundkörper, wählen Sie Mittenebene unter Richtung und stellen Sie die Tiefe auf 40 mm ein, um eine um 45° geneigte Struktur (benannt Boss-Extrude 2).
   6. Wählen Sie die geneigte Oberfläche aus, klicken Sie auf Skizze> Mittleres Rechteck, zeichnen Sie ein 10 mm × 10 mm großes mittig liegendes Rechteck und klicken Sie auf Extrudierter Aufsatz/Grundkörper, und stellen Sie die Tiefe auf 10 mm ein, um den Stützverbinder zur Basis zu erzeugen.
   7. Klicken Sie auf Speichern und speichern Sie die stabilisierende Tragstruktur als SLDPRT-Datei.
4. Design der dreidimensionalen Objekt-Tracking-Marker
   ​HINWEIS: Der Marker sollte eine starre Struktur, stabile Oberflächenmerkmale und ausreichende geometrische Komplexität aufweisen, um die Stabilität der dreidimensionalen Objekterkennung und -verfolgung zu verbessern.
   1. Mithilfe der 3D-Modellierungssoftware klicken Sie auf Neu > Teil > OK auf der Startseite.
   2. Wählen Sie die Oberer Bereich und klicken Sie auf Skizze > Polygon, zeichnen Sie ein Sechseck, das am Ursprung zentriert ist, klicken Sie auf Intelligente Dimension, die Seitenlänge auf 7,5 mm einstellen (benannt als Skizze 1).
   3. Auswählen Skizze 1, klicken Sie auf Merkmale > Extrudierter Aufsatz/Grundkörperund stellen Sie die Tiefe auf 10 mm ein.
   4. Wählen Sie die untere Fläche aus, klicken Sie auf Skizze> Rechteck zentrieren, zeichnen Sie ein 5 mm × 5 mm großes mittig liegendes Rechteck (benannt als Skizze 2).
   5. Wählen Sie Skizze 2, klicken Sie auf Merkmale > Extrudierter Aufsatz/Grundkörperund stellen Sie die Tiefe auf 5 mm ein, um einen Stift zu formen, der in die Negativbuchse der Basis passt.
   6. Verwenden Sie das Entwurf Funktion mit der Oberseite als neutrale Ebene. Wählen Sie jede Seitenfläche als Ziehebene aus und weisen Sie jeder Fläche unterschiedliche Ziehwinkel zu, um die Asymmetrie der geometrischen Merkmale zu erhöhen. Passen Sie die Ziehwinkel basierend auf der Erkennungsleistung an, wobei eine vollständige Symmetrie über alle Seitenflächen vermieden werden sollte.
   7. Wählen Sie die obere Fläche des Markers aus, klicken Sie auf Skizze > Textund geben Sie eine Textbezeichnung ein, um lokale visuelle Merkmale hinzuzufügen und die Erkennung zu unterstützen (benannt Skizze 3).
   8. Wählen Sie Skizze 3, klicken Sie auf Eigenschaften > Extrudierter Aufsatz/Grundkörperund stellen Sie die Extrusionstiefe auf 2 mm ein.
   9. Wiederholen Sie die obigen Schritte, um die vier seitlichen Markierungen entsprechend den mesialen, distalen, bukkalen und lingualen Flächen anzulegen.
   10. Klicken Sie auf Speichern und speichern Sie jeden Marker als SLDPRT-Datei.
5. Aufbau der Basis- und AR-Marker sowie Bestätigung der räumlichen Beziehungen
   1. Mithilfe der 3D-Modellierungssoftware klicken Sie auf Neu > Aufbau > OK auf der Startseite.
   2. Klicken Sie auf Komponenten einsetzen, importieren Sie die AR-Tracking-Wachsblockbasis, die Stützstruktur zur Stabilisierung und alle dreidimensionalen Objekt-Tracking-Marker.
   3. Klicken Sie auf Paarung Funktion und Anwendung Zufällig, Parallel, Senkrechtoder andere Paarungsbeziehungen, um die räumlichen Positionen zwischen den Markern und der Basis zu definieren.
   4. Klicken Sie auf Speichern unter, auswählen STL Format und klicken Sie auf Optionen im Fenster.
   5. Bestätigen Speichern Sie alle Komponenten einer Baugruppe in einer einzigen Datei ist nicht ausgewählt, klicken Sie auf OK > Speichern, exportieren Sie die einzelnen Komponenten-STL-Dateien getrennt, um den Modellimport und die Einrichtung der räumlichen Beziehungen in der AR-Software durchzuführen.

3. 3D-Druck und Nachbearbeitung der Modelle

HINWEIS: Unter Verwendung des in diesem Protokoll beschriebenen Druckers und der Druckparameter dauert das Drucken eines kompletten Modellsatzes etwa 70 Minuten.

1. Materialauswahl und Drucker-Einrichtung (Abbildung 2C,D)
   1. Verwenden Sie mattgraues Filament aus Polylactid (PLA), um Reflexionen zu reduzieren und die Erkennung durch die AR-Kamera zu erleichtern.
   2. Verwenden Sie einen geschlossenen FDM-3D-Drucker, um die Druckumgebung zu kontrollieren und die Druckstabilität zu verbessern. Passen Sie die Parameter an die Eigenschaften des Druckers und des Filaments an.
   3. Importieren Sie das STL-Modell in die Slicing-Software. Bestimmen Sie die optimale Ausrichtung, indem Sie das Modell verschieben, drehen und die Druckoberfläche auswählen, um Druckfehler zu minimieren.
   4. Konfigurieren Sie die Slicing-Parameter mithilfe der Slicing-Software. Die Parameter können je nach spezifischem Drucker und Material angepasst werden.
2. Empfohlene Slicing-Parameter
   1. Stellen Sie den Düsendurchmesser auf 0,4 mm, die Düsentemperatur auf 220 °C und die Bautischtemperatur auf 55 °C ein. Verwenden Sie einen strukturierten PEI-Bautisch.
   2. Stellen Sie die Schichthöhe auf 0,2 mm, die Infill-Dichte auf 15 % und die Druckgeschwindigkeit auf 50 mm/s für die erste Schicht, 200 mm/s für die Außenwand und 300 mm/s für die Innenwand ein.
   3. Aktivieren Sie automatische Baumstützen bei überhängenden Strukturen. Lassen Sie Stützstrukturen weg, wenn keine Überhänge vorhanden sind. Aktivieren Sie die Kühlung.
   4. Kalibrieren Sie den Drucker vor dem Drucken und prüfen Sie Farbe und Oberflächenzustand des Filaments.
3. Nachbearbeitung der gedruckten Modelle
   1. Nach dem Drucken und Abkühlen entfernen Sie die Bauplatte und biegen Sie sie vorsichtig, um das Modell sanft zu lösen, wodurch die Oberflächenstruktur der Bauplatte geschont wird.
   2. Entfernen Sie die Stützstrukturen vorsichtig mit einer Spitzzange. Prüfen Sie nach dem Entfernen der Stützen das Modell auf Beschädigungen oder Verformungen. Falls die Kontaktstellen der Stützen rau sind, schleifen oder feilen Sie diese leicht, um die Standfestigkeit zu verbessern.

4. Einrichtung der AR-Software und virtuelle-registrierte Realität

HINWEIS: In diesem Protokoll wurde Augmented-Reality-(AR-)Software verwendet, um das standardmäßige digitale Zahnmodell zu importieren und die Überlagerung von virtuellen und realen Bildern zu erzeugen. Eine hochauflösende RGB-Kamera diente zur Aufnahme von RGB-Bildern mit 1080p bei 30 Bildern pro Sekunde. Die Tiefensensorik der Kamera wurde nicht zur Positionsverfolgung oder Registrierung verwendet (Abbildung 3A,B). Der Import der virtuellen Modelle in die Software sowie die Einstellung von Modellfarbe und -transparenz dauerte weniger als 1 Minute. Der Registrierungsprozess dauerte weniger als 5 Sekunden, und die Echtzeitnavigation wurde unmittelbar nach erfolgreicher Registrierung erreicht.

1. Vorbereitung der Hardware
   1. Schalten Sie den Computer ein und schließen Sie die hochauflösende Kamera über einen USB-3.0-Anschluss an. Stellen Sie sicher, dass das System die Kamera erkennt.
      ​HINWEIS: Die Kamerakalibrierungsparameter wurden während der Softwareentwicklung vordefiniert und für die AR-Registrierung verwendet. Bei späteren Anwendungen war keine zusätzliche Kalibrierung erforderlich. Bei anderen AR-Systemen sollte die Kamerakalibrierung gemäß den Systemanforderungen wiederholt durchgeführt werden.
2. Import und Anzeigeeinstellungen des Modells
   1. Öffnen Sie die AR-Software.
   2. Klicken Sie auf STL importieren, wählen Sie den Ordner mit den STL-Dateien des standardmäßigen digitalen Zahnmodells und der AR-Markierungsmodelle aus, und importieren Sie die erforderlichen Modelle.
   3. Stellen Sie das virtuelle Zahnmodell auf weiß ein, um einen hohen Kontrast zum roten Wachsblock zu erzielen, und setzen Sie die Transparenz auf 0,4, um die Beobachtung der räumlichen Beziehung zwischen dem Schnitzwerkzeug und der Grenze des Zahnmodells zu erleichtern.
3. Starten der AR-Navigation und Registrierung
   HINWEIS: Während der Registrierung sollte vermieden werden, den Marker mit der Hand oder mit Schnitzwerkzeugen zu verdecken. Falls das System den Marker nicht erkennen kann, entfernen Sie die Sichtbehinderung und justieren Sie den Untergrund neu, sodass der Marker wieder klar im Kamerabild erscheint.
   1. Wählen Sie den AR-Marker aus und klicken Sie auf Virtuelle Navigation > Kameranavigation. Wählen Sie im Popup-Fenster die zu verwendende Kamera aus und starten Sie die AR-Navigation.
   2. Platzieren Sie den physischen dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker in der Mitte des Kamerabildes bei einem Arbeitsabstand von etwa 25 cm. Verwenden Sie einen nicht reflektierenden Hintergrund und vermeiden Sie starke direkte Beleuchtung im Arbeitsbereich, um eine stabile Markererkennung sicherzustellen.
   3. Passen Sie den Kamerawinkel so an, dass die optische Achse annähernd senkrecht zur Markerfläche steht oder einen schrägen Blickwinkel von etwa 30°–45° bildet, sodass die virtuelle Markerumrisslinie in der Software möglichst exakt in Größe, Ausrichtung und Position mit dem physischen Marker übereinstimmt.
      ​HINWEIS: Wenn die virtuelle Markerumrisslinie nahezu deckungsgleich mit dem physischen Marker ist, erkennt das System diesen automatisch, schließt die Registrierung ab und ermöglicht die Echtzeitverfolgung. Die Umrisslinie des virtuellen Markers wechselt von rot auf grün, und das virtuelle Zahnmodell wird gemäß seiner vordefinierten räumlichen Beziehung zum Marker angezeigt und stabil an der entsprechenden Position auf dem Wachsblock überlagert.
   4. Klicken Sie auf Parametereinstellungen, um die Schwelle für die Verfolgungsqualität anzupassen.
      HINWEIS: Diese Schwelle dient zur Beurteilung der Übereinstimmungsqualität zwischen dem virtuellen Modell und der realen Szene; die Registrierung gilt erst dann als erfolgreich, wenn die Merkmalsübereinstimmung und die Lokalisierungssicherheit die voreingestellte Schwelle erreichen. In diesem System wurde die Schwelle für die Verfolgungsqualität auf Grundlage wiederholter Vorversuche auf 0,7 festgelegt. Dieser Wert wurde gewählt, da er eine schnelle Erkennung ermöglichte, während gleichzeitig eine stabile Echtzeitverfolgung und eine zuverlässige virtuell-reale Registrierung gewährleistet waren. Niedrigere Schwellenwerte erleichterten die Markerregistrierung, verringerten jedoch die Genauigkeit, während höhere Schwellen die Schwierigkeit und die Zeit für die Markerregistrierung erhöhten.

5. AR-gestütztes Verfahren zum Zahnmodellieren

1. Setzen Sie den Wachsblock der Größe 25 mm × 25 mm × 50 mm in die Aussparung der AR-Tracking-Wachsblockbasis ein. Stellen Sie sicher, dass die Unterseite des Wachsblocks vollständig auf dem Boden der Aussparung aufliegt und der Wachsblock stabil sitzt.
2. Starten Sie die AR-Navigation. Bestimmen Sie anhand der Überlagerung zwischen dem virtuellen Zahnmodell und dem Wachsblock den anfänglichen Schnittbereich und die Schnittrichtung. Drehen Sie die Basis langsam, um das virtuelle Zahnmodell aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten.
3. Betrachten Sie das virtuelle Zahnmodell aus der Blickrichtung, die dem erkannten dreidimensionalen Objekt-Tracking-Marker und dessen benachbarten Flächen entspricht. Vermeiden Sie die Orientierung an der gegenüberliegenden Fläche, da diese möglicherweise nicht stabil dargestellt wird, wenn nur ein einzelner Marker erkannt wird.
4. Drehen Sie den Wachsblockhalter nach Bedarf, um den mesialen, distalen, bukkalen oder lingualen dreidimensionalen Objekt-Tracking-Marker freizulegen. Wählen Sie in den Modelleinstellungen den entsprechenden Marker aus, um die Betrachtungsfläche zu wechseln.
5. Passen Sie Farbe und Transparenz des virtuellen Zahnmodells in den Modelleinstellungen je nach Beobachtungsstadium an.
6. Entfernen Sie jede Hand oder jedes Instrument, das den Marker verdeckt. Falls das System den Marker aufgrund einer Verdeckung oder einer schnellen Drehung der Basis nicht erkennt, stellen Sie die Basiskonfiguration langsam neu ein, bis der Marker erneut erkannt wird, und setzen Sie anschließend das Ausschneiden fort (Abbildung 3C,D).

Ergebnisse

Das AR-ATCS erkannte erfolgreich den dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker an der Basis und überlagerte stabil das virtuelle Zahnmodell in Echtzeit an der entsprechenden Position auf dem Wachsblock. Das virtuelle Modell repräsentierte präzise die wichtigsten anatomischen Strukturen, morphologischen Grenzen und Oberflächenkonturen, einschließlich der Kuppen, Fossae und Rillen, Randwülste, axialen Oberflächenkonturen und Kronenumrisslinie. Bei langsamer Drehung der Basis und unbehinderter Sicht auf den Verfolgungsmarker blieb die stabile Registrierung zwischen dem virtuellen Zahnmodell und dem Wachsblock erhalten. Dies ermöglichte die Visualisierung der Zielzahnmorphologie aus mehreren Perspektiven, einschließlich bukkaler, lingualer, mesialer, distaler und okklusaler Ansicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass das System eine kontinuierliche dreidimensionale visuelle Referenz bietet, die die Identifizierung lokaler morphologischer Abweichungen während der Zahnmodellierung erleichtert.

Wenn die Verfolgungsmarke teilweise durch die Hand des Bedieners oder durch Schnitzwerkzeuge verdeckt wurde oder wenn die Basis zu schnell gedreht wurde, kam es zu einer Unterbrechung der Markererkennung, was zum Verlust der virtuellen Modellüberlagerung führte. Durch erneutes Positionieren der Basis und Beseitigen der Verdeckung wurde die Markererkennung wiederhergestellt und die stabile Registrierung zwischen virtueller und realer Szene wiederhergestellt, sodass das Schnitzen fortgesetzt werden konnte.

Eine zweidimensionale Analyse der Abweichung bei der Bildplatten-Überlagerung wurde durchgeführt, um den virtuell-realen Überlagerungsfehler zu bewerten. Bei jedem Registrierungsdurchlauf wurde die Kamera fixiert und die Zahnmodellierbasis mit dem Objektverfolgungsmarker in die Mitte des Sichtfelds der Kamera bewegt. Sobald die Umrisslinie des virtuellen Markers annähernd mit der des physischen Markers übereinstimmte, schloss das System die Registrierung automatisch ab. Anschließend wurde ein zweidimensionales Überlagerungsbild aufgenommen. Aus jedem aufgenommenen Bild wurden vier Eckpunkte der Zahnmodellierbasis ausgewählt, und die entsprechenden physischen und virtuellen Koordinaten der Markierungspunkte wurden erfasst (Abbildung 4). Der euklidische Abstand jedes physisch-virtuellen Punktepaars wurde als zweidimensionale Überlagerungsabweichung berechnet. Für jede Oberfläche wurden 10 wiederholte Registrierungsdurchläufe durchgeführt, und in jedem Durchlauf wurden vier entsprechende physisch-virtuelle Markierungspunktpaare gemessen. Somit wurden pro Oberfläche 40 Punktpaare analysiert, was insgesamt 200 Punktpaare über fünf Oberflächen ergab. Für die bukkale, distale, mesiale und linguale Oberfläche erfolgte die Registrierung unter Verwendung des jeweils zugehörigen Objektverfolgungsmarkers. Für die okklusale Oberfläche wurde die Registrierung zunächst mithilfe der Marker auf den anderen Oberflächen abgeschlossen, und die Basis wurde anschließend gedreht, um das Überlagerungsbild aus okklusaler Sicht zu erhalten. Diese zusätzliche Drehung könnte zur größeren beobachteten Abweichung in dieser Ansicht beigetragen haben. Die durchschnittliche zweidimensionale Überlagerungsabweichung betrug insgesamt 0,679 ± 0,381 mm bei einer Effektivwertabweichung (RMS) von 0,778 mm. Die okklusale Oberfläche wies die größte Abweichung und Variabilität auf, während die bukkale, distale, mesiale und linguale Oberfläche geringere Überlagerungsabweichungen zeigten (Tabelle 1).

Das hier gezeigte Schnittergebnis stammt von einem einzelnen Studierenden, der kürzlich einen Kurs zur Zahnanatomie abgeschlossen hatte und den Zahnschnittprozess innerhalb von 2 Stunden unter kontinuierlicher Anleitung durch das AR-ATCS durchführte; daher repräsentiert die quantitative Abweichungsanalyse Einzelstichprobendaten. Die dreidimensionale Abweichungsanalyse erfolgte durch Vergleich des gescannten geschnittenen Zahnmodells mit dem Standardzahnmodell. Unter Verwendung einer vordefinierten Toleranz von ±0,5 mm lagen 52,26 % der Oberflächenpunkte innerhalb dieses Bereichs. Die signierte mittlere Abweichung betrug 0,1025 mm, und die quadratische Mittelabweichung (RMS) betrug 0,7434 mm. Die maximalen positiven und negativen Abweichungen betrugen +1,9275 mm bzw. −1,9272 mm. Die farbkodierte Abweichungskarte zeigte, dass die größten morphologischen Differenzen hauptsächlich auf die Okklusionsfläche und ausgewählte axiale Konturbereiche beschränkt waren (Abbildung 5). Diese Abweichungswerte stellen die kumulative Diskrepanz zwischen dem endgültigen geschnittenen Zahnmodell und dem Standardzahnmodell nach dreidimensionalem Scannen und Modellabgleich dar, nicht hingegen isolierte Messungen von Schnittfehlern, AR-Registrationsfehlern oder Scannfehlern.

Diese vorläufigen Einzelproben-Ergebnisse untermauern die technische Durchführbarkeit des AR-ATCS-Arbeitsablaufs. Während des beobachteten Zahnmodellierungsverfahrens hielt das System eine Echtzeit-Überlagerung des virtuellen Zahnmodells auf den physischen Wachsblock aufrecht und lieferte so eine dreidimensionale Referenz für die Zahnmorphologie und verwandte anatomische Merkmale.

Abbildung 1: Herstellung des digitalen Standard-Modells aus Wachszahn. (A) Dreidimensionales Scannen des Standard-Wachszahns. (B) Ursprüngliche Scandaten des Standard-Wachszahns und der umgebenden Strukturen. (C) Bearbeitetes digitales Modell des Standardzahns nach Beschneiden und Oberflächenoptimierung. (D) Das digitale Modell des Standardzahns wurde mit der virtuellen Wachsblochbasis ausgerichtet, um seine räumliche Position im AR-System festzulegen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Konstruktion und Herstellung der Wachsblock-Trägerbasis. (A) Dreidimensionales Konstruktionsmodell der Wachsblock-Trägerbasis und des separat entworfenen dreidimensionalen Objektverfolgungsmarkers. (B) Räumliche Beziehungskonfiguration zwischen dem Standard-Zahn-Digitalmodell und der Wachsblock-Trägerbasis. (C) Die 3D-gedruckte Wachsblock-Trägerbasis mit dem separat gedruckten Objektverfolgungsmarker. (D) Der Wachsblock ist auf der 3D-gedruckten Trägerbasis montiert, um anschließend die Zahnmodellierung mit AR-Unterstützung durchzuführen.

Abbildung 3: Arbeitsablauf der zahnärztlichen Modellierung mithilfe erweiterter Realität. (A) Benutzeroberfläche der Software zur Navigation mittels erweiterter Realität, die das importierte digitale Standardzahnmodell und einen dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker zeigt. (B) Nach Erkennung des dreidimensionalen Objektmarkers auf der Basis überlagert das System in Echtzeit das virtuelle Standardzahnmodell an der entsprechenden Position des physischen Wachsblocks. (C) Die anfängliche Zahnmodellierung erfolgt unter AR-Unterstützung, wobei das virtuelle Zahnmodell als dreidimensionale morphologische Referenz dient. (D) Feinjustierung lokaler anatomischer Strukturen, einschließlich Kuppen, Fossae und Rillen, Randkämme sowie Konturen der axialen Flächen, unter AR-Unterstützung. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Messung der zweidimensionalen Abweichung der Bildebene nach der AR-Registrierung. Nach der automatischen AR-Registrierung wurde ein zweidimensionales Überlagerungsbild aufgenommen. P1–P4 kennzeichnen die vier Eckpunkte, die auf der physischen Zahnmodellierungsunterlage ausgewählt wurden, und P1′–P4′ kennzeichnen die entsprechenden Punkte, die auf der virtuellen Überlagerung ausgewählt wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Dreidimensionale Abweichungsanalyse des geschnittenen Zahnmodells im Vergleich zum Standard-Zahnmodell. Dreidimensionale Abweichungskarten werden aus bukkaler Sicht gezeigt (A), linguale Ansicht (B), Okklusalansicht (C), mesiale Ansicht (D) und distale Ansicht (E). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Oberfläche	Punktpaare, n	Mittelwert ± SD (mm)	RMS (mm)	Min. (mm)	Max. (mm)
Bukkale Oberfläche	40	0.711 ± 0.226	0.745	0.235	1.174
Distale Oberfläche	40	0.489 ± 0.156	0.513	0.146	0.913
Mesiale Oberfläche	40	0.510 ± 0.207	0.549	0.194	0.856
Linguale Oberfläche	40	0.540 ± 0.262	0.599	0.181	1.098
Occlusale Oberfläche	40	1.145 ± 0.494	1.245	0.27	2.401
Gesamt	200	0.679 ± 0.381	0.778	0.146	2.401

Tabelle 1: Abweichung der zweidimensionalen Bildebenen-Überlagerung bei der AR-Virtuell-Real-Registrierung.

Diskussion

Die Lehre der Zahnanatomie hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt und ein klassisches Lehrmodell übernommen, das theoretischen Unterricht mit praktischer Ausbildung verbindet. Ein genaues Verständnis der anatomischen Zahnmorphologie bildet eine wichtige Grundlage für die klinische zahnärztliche Praxis, insbesondere bei Verfahren im Bereich der prothetischen Behandlung, endodontischen Therapie, okklusalen Rekonstruktion und Implantatversorgung. Daher haben Forscher kontinuierlich neue Lehrmethoden und -technologien erforscht, um den Aufbau anatomischer Wissenssysteme zu unterstützen. Frühere Studien haben die Ausbildung in Zahnanatomie hauptsächlich durch die Optimierung von Lehrmethoden und die Untersuchung der Eignung unterschiedlicher Schnitzmaterialien verbessert. Mit der Entwicklung digitaler Technologien haben dreidimensionales Scannen, dreidimensionale Rekonstruktion, 3D-Druck, Virtuelle Realität und Erweiterte Realität schrittweise von klinischen Anwendungen auf die medizinische Ausbildung übergegriffen und neue Werkzeuge bereitgestellt, mit denen Studierende komplexe dreidimensionale Strukturen besser verstehen können¹⁵. In Zukunft werden diese Technologien voraussichtlich, begleitet von der Entwicklung künstlicher Intelligenz und mobiler Rechentechnik, kostengünstiger und komfortabler in den regulären Unterricht integriert werden.

In diesem System kann das Standard-Zahnmodell wiederverwendet werden. Die dreidimensionalen Objektverfolgungsmarker können in einer 3D-Modellierungssoftware entworfen und ihre räumlichen Beziehungen bestimmt werden, bevor sie direkt in die AR-Software importiert werden. Der gesamte Arbeitsablauf kann dann durch den 3D-Druck der Zahnmodellier-Grundplatte abgeschlossen werden. Es ist erwähnenswert, dass der Einsatz von 3D-gedruckten Zahnmodellen als physische Referenz für die Zahnmodellier-Ausbildung ebenfalls einen pädagogischen Mehrwert aufweist, mit Vorteilen wie geringen Kosten, intuitiver Morphologie und wiederholbarer Beobachtung. Die AR-Technologie bietet jedoch eine Echtzeit-Visuelle Navigation. Sie kann im tatsächlichen Wachsblock-Modellierumfeld eine Echtzeit-, drehbare und durchsichtigkeitsverstellbare dreidimensionale visuelle Referenz bereitstellen¹³. Da sich die Technologie weiterentwickelt, wird erwartet, dass AR in einer kostengünstigeren, einfacheren und bequemeren Form im Bildungsbereich Anwendung finden wird. Daher besitzt der AR-gestützte Unterricht ein erhebliches Potenzial für die weitere Entwicklung.

Für AR-Systeme sind Visualisierungsqualität, Tracking-Stabilität und Registrierungsgenauigkeit zentrale technische Faktoren, die die Zuverlässigkeit der virtuell-realen Überlagerung sowie das Benutzererlebnis bestimmen¹⁶. Frühere Studien haben den Einsatz von AR-Systemen für die Zahnmodellierungs-Ausbildung untersucht, nutzten dabei jedoch überwiegend die Bildverfolgung^5,13. Im Gegensatz dazu verwendet das vorliegende System die dreidimensionale Objektverfolgung. Die Verfolgung mittels Bildmarkern zeichnet sich durch einfache Vorbereitung, niedrige Kosten und einfache Implementierung aus und ermöglicht eine stabile Erkennung, wenn der Marker klar sichtbar ist und sich in einem geeigneten Blickwinkel befindet. Während der Zahnmodellierung muss der Wachsblock häufig gedreht werden, damit der Anwender die Zielzahn-Morphologie aus mehreren Blickwinkeln beobachten kann. Unter diesen Bedingungen bleibt ein Bildmarker möglicherweise nicht vollständig im Sichtfeld der Kamera, was die Markererkennung unterbrechen und die Kontinuität der Echtzeit-AR-Anleitung einschränken kann. Im Vergleich zur Bildverfolgung, die hauptsächlich auf ebenen Bildmarkern basiert, schätzt die dreidimensionale Objektverfolgung die räumliche Pose des Objekts anhand seiner geometrischen Kontur und natürlicher visueller Merkmale. Dadurch kann das System das virtuelle Zahnmodell aus mehreren Blickwinkeln mit dem physischen Wachsblock-Grundkörper registrieren, was dem tatsächlichen Szenario der Zahnmodellierung besser entspricht, bei dem der Anwender den Wachsblock während des Übens drehen und betrachten muss. Dieser Ansatz erfordert jedoch in der Regel ein CAD-Modell oder ein dreidimensional gescanntes Modell des zu verfolgenden Objekts, gefolgt von 3D-Druck und Montage, was die Modellvorbereitung im Vergleich zur ebenen Bildmarker-Verfolgung komplexer macht. Eine praktische Lösung besteht daher darin, den Wachsblock auf einer Basis mit charakteristischen geometrischen Strukturen und visuellen Merkmalen zu befestigen. Basierend auf diesem Tracking-Ansatz optimiert das System die Verfolgungsstrategie, indem es auf im Sockel montierte Marker angewiesen ist, um das virtuelle Zahnmodell innerhalb eines rechteckigen Sichtfelds zu beobachten. Während der Systemiteration wurde eine Funktion zur Anpassung der Registrierungsschwelle hinzugefügt, um eine Balance zwischen Erkennungsempfindlichkeit und Überlagerungsgenauigkeit zu erreichen. Eine niedrigere Schwelle verbessert den Erkennungserfolg, kann jedoch die Stabilität der Überlagerung verringern, während eine höhere Schwelle die Registrierungsgenauigkeit verbessert, jedoch die Erkennung erschweren kann. Zusätzlich ermöglicht die Tracking-Benutzeroberfläche das Umschalten zwischen Tracking-Modellen und die Echtzeit-Anpassung der Transparenz, wodurch die Bedienung vereinfacht wird.

Dieses System weist jedoch weiterhin mehrere Einschränkungen auf. Erstens stützt sich das derzeitige System auf einen Computer und eine externe hochauflösende Kamera. Die Geräteverbindung und räumliche Anordnung sind relativ komplex, was die Anwendung im Großgruppenunterricht einschränkt. Um Kosten zu senken und die Zugänglichkeit zu verbessern, laufen Arbeiten, das System auf mobile Geräte wie Tablets und Smartphones anzupassen. Zweitens wird die Erkennungsleistung durch Beleuchtung, Kamerawinkel, Markerverdeckung und Basenrotationsgeschwindigkeit beeinflusst. Wenn der Marker verdeckt ist oder die Basis zu schnell rotiert, kann das System ihn möglicherweise nicht erkennen, und der Marker muss erneut freigelegt werden, bevor die Erkennung wiederhergestellt ist. Eine weitere Einschränkung dieses Protokolls besteht darin, dass mehrere kommerzielle oder angepasste Softwarepakete für die Modellgestaltung, Mesh-Verarbeitung und AR-Registrierung verwendet wurden. Einige Funktionen könnten teilweise durch Open-Source- oder kostengünstige Alternativen ersetzt werden. Beispielsweise könnten FreeCAD oder Blender für die dreidimensionale Modellgestaltung und -bearbeitung verwendet werden, und MeshLab oder CloudCompare könnten für die Mesh-Verarbeitung eingesetzt werden. Außerdem könnte Unity in Kombination mit der Vuforia Engine ein potenzielles Entwicklungsumfeld für AR auf der Grundlage der Erkennung dreidimensionaler Objekte bieten, wie beispielsweise die modellbasierte Verfolgung. Die Reproduktion des in diesem Protokoll verwendeten AR-Arbeitsablaufs würde jedoch weiterhin zusätzliche Softwareentwicklung, Parameteroptimierung und Validierung erfordern. Daher kann, obwohl die Schritte zur Modellierung und Mesh-Verarbeitung teilweise mit alternativer Software reproduziert werden könnten, das in diesem Protokoll implementierte AR-Tracking- und Registrierungsmodul nicht ohne weitere Entwicklung und Validierung direkt durch ein bestehendes Open-Source-Paket ersetzt werden.

Schließlich kann die zweidimensionale Analyse der Bild-Ebene-Überlagerungsabweichung die Überlagerungsgenauigkeit des Systems nur teilweise widerspiegeln. Da das Zahnmodellieren ein dreidimensionaler Vorgang ist, können die vorliegenden Daten die für ein präzises Zahnmodellier-Training erforderliche dreidimensionale Registrierungsgenauigkeit nicht vollständig belegen. Die Auswirkungen von Marker-Verdeckung, Kamerawinkel, Beleuchtung und Drehgeschwindigkeit auf die Registrierungsleistung wurden ebenfalls nicht separat bewertet. Daher bleibt unklar, ob das System eine ausreichende Genauigkeit für die präzise Anleitung beim Zahnmodellieren bietet. Schließlich wurde in dieser Studie lediglich eine Workflow-Validierung an einer Einzelstichprobe durchgeführt, und die Fähigkeit des Systems, die Modellierqualität und Lernergebnisse der Studierenden zu verbessern, muss noch in kontrollierten Studien mit großen Stichproben bestätigt werden.

Zusammenfassend schlägt diese Studie ein auf der dreidimensionalen Objektverfolgung basierendes Protokoll für die arbeitserleichterte Zahnmodellage mithilfe der Augmented Reality vor. Die Ergebnisse der Einzelproben-Validierung deuten darauf hin, dass dieser Arbeitsablauf eine AR-Überlagerung zwischen dem Standard-Zahnmodell und der physischen Wachsblock-Arbeitsszene ermöglichen kann und somit eine intuitive dreidimensionale visuelle Referenz für die Ausbildung in der Zahnmodellage bereitstellt. Obwohl die aktuellen Ergebnisse nicht direkt belegen können, dass ihre pädagogische Wirkung den herkömmlichen Methoden überlegen ist, zeigt dieses Protokoll die Machbarkeit und den Wert weiterer Forschung zur Anwendung der AR-Technologie in der Ausbildung zur Zahnmodellage auf. Mit Fortschritten bei mobilen Geräten, dreidimensionalen Erkennungsalgorithmen und künstlicher Intelligenz könnte die AR-gestützte Ausbildung in der Zahnmodellage zukünftig kostengünstiger, bequemer und skalierbarer in den zahnmedizinisch-technischen Unterricht integriert werden.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
3D-Scanner	SHINING 3D	AutoScanEPCG-BD032G26	Dient zum dreidimensionalen Scannen des standardmäßigen Wachszahns.
Kamera	Intel RealSense	D415	Dient zur Erfassung des Echtzeit-Sichtfelds zur Erkennung des dreidimensionalen Objektmarkers.
Zahnmedizinisches Wachsmodellierbesteck			Formt den Wachsblock.
E3D CMF	Hunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China.	https://www.e3d-med.com/	AR-Navigationssoftware.
FDM-3D-Drucker	Bambu Lab	31B8BP631300564	Dient zur Herstellung der Trägerbasis für den Wachsblock und des dreidimensionalen Objektverfolgungsmarkers.
Geomagic Wrap	3D Systems Corporation	Version 2021	Dient zur Verarbeitung der dreidimensionalen Scan-Daten des standardmäßigen Wachszahns.
PLA-Filament	Bambu Lab	10105	Dient für den FDM-3D-Druck.
SOLIDWORKS	Dassault Systèmes	Version 2025	Dient zur dreidimensionalen Modellierung der Trägerbasis für den Wachsblock und des Objektverfolgungsmarkers.
Wachsblock			Übung zur Zahnausbildung durch Modellieren.