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Sistema asistido por realidad aumentada para el entrenamiento en el tallado dental en la educación odontológica

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DOI:

10.3791/73392

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18 de agosto de 2026

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1Department of Oral and Maxillofacial Surgery, The Affiliated Stomatology Hospital, Kunming Medical University, 2Yunnan Key Laboratory of Stomatology, School of Stomatology, Kunming Medical University, 3Digital Center of Stomatology, The Affiliated Stomatology Hospital, Kunming Medical University

En este artículo

Resumen

El sistema de tallado dental asistido por realidad aumentada (AR-ATCS) reconoce marcadores de objetos 3D y superpone un modelo dental virtual sobre un bloque de cera real, proporcionando una referencia visual tridimensional para ayudar a los estudiantes dentales principiantes durante el tallado dental.

Resumen

El objetivo de este protocolo es mejorar la enseñanza de la anatomía dental mediante el desarrollo y aplicación de un sistema de tallado dental asistido por realidad aumentada (AR-ATCS). La morfología dental es un componente fundamental de la educación odontológica, que requiere que los estudiantes dominen estructuras anatómicas tridimensionales (3D) complejas y referencias funcionales esenciales para procedimientos clínicos como la odontología restauradora y el tratamiento endodóntico. Tradicionalmente, estas habilidades se adquieren mediante ejercicios de tallado en bloques de cera; sin embargo, este enfoque suele estar limitado por una baja eficiencia instructiva y una brecha cognitiva considerable cuando los estudiantes intentan transformar ilustraciones bidimensionales (2D) de libros de texto en estructuras físicas tridimensionales. Para abordar estos desafíos, este protocolo describe la integración de la tecnología de realidad aumentada (AR) en la formación manual de tallado dental. El sistema utiliza seguimiento de objetos tridimensionales y algoritmos de visión por computadora para superponer un modelo virtual de diente 3D de alta fidelidad sobre el espacio de trabajo físico. Al reconocer marcadores de seguimiento específicos mediante la cámara de un dispositivo móvil, el sistema proyecta una guía digital a la escala y orientación correctas directamente sobre el bloque de cera. Esta alineación entre lo virtual y lo físico permite a los estudiantes visualizar la morfología del diente objetivo en tiempo real e identificar desviaciones en su progreso de tallado conforme ocurren. El protocolo proporciona un flujo de trabajo detallado para establecer el entorno de realidad aumentada, alinear los modelos virtuales con los materiales físicos y utilizar el sistema como una herramienta de entrenamiento autoguiada. Al ofrecer retroalimentación visual interactiva desde múltiples ángulos, el sistema reduce la dependencia de demostraciones continuas por parte del instructor y minimiza el impacto de errores irreversibles en el tallado. En conjunto, este enfoque asistido por realidad aumentada proporciona una herramienta complementaria de orientación visual para la formación tradicional en anatomía dental, apoyando a los estudiantes principiantes durante el tallado de dientes y ofreciendo un marco más eficiente para practicar la morfología dental.

Introducción

La morfología dental es un componente fundamental de la educación odontológica, cuyo objetivo es ayudar a los estudiantes a comprender sistemáticamente la morfología anatómica del diente y sus características estructurales tridimensionales1,2. La práctica de tallado dental, como parte importante de la enseñanza de la morfología dental, no solo refleja el dominio que los estudiantes tienen de la anatomía dental, sino que también entrena su destreza manual y sus habilidades operatorias3,4. Proporciona una base esencial para la práctica clínica, particularmente en el tratamiento protésico2,5.

La formación tradicional en tallado dental generalmente se realiza bajo la supervisión de instructores, en la que los estudiantes tallan la morfología anatómica de los dientes anteriores y posteriores utilizando bloques de cera o jabón3,5. Sin embargo, el desequilibrio entre el número de instructores y estudiantes dificulta que los profesores brinden una orientación individualizada suficiente dentro de un período docente limitado4,5. Además, los estudiantes suelen experimentar dificultades cognitivas considerables al transformar imágenes bidimensionales en formas tridimensionales, lo que puede reducir tanto la eficiencia del aprendizaje como la efectividad del proceso de enseñanza2,5,6.

En los últimos años, con el rápido desarrollo de las tecnologías digitales, la impresión tridimensional, la realidad aumentada, la realidad virtual y otros enfoques digitales se han aplicado gradualmente en la enseñanza de la anatomía médica y en la docencia de laboratorios dentales6,7,8,9. Estas tecnologías superan las limitaciones de los atlas tradicionales bidimensionales, la observación de modelos físicos y la demostración por parte del profesor en la presentación espacial, proporcionando a los estudiantes una experiencia de aprendizaje más intuitiva, dinámica y tridimensional5,6,9.

La realidad aumentada es una tecnología de visualización que superpone información virtual generada por computadora sobre el entorno real en tiempo real, logrando así la fusión entre lo virtual y lo real y la interacción entre humano y computadora. Al complementar datos tridimensionales e información espacial en escenarios del mundo real, la RA puede ampliar la percepción del observador sobre estructuras espaciales complejas10,11. Esta característica hace que la RA sea especialmente adecuada para escenarios prácticos de enseñanza que requieren comprensión espacial y coordinación ojo-mano. Actualmente, la tecnología de RA se ha aplicado preliminarmente en la enseñanza de anatomía y ha recibido comentarios positivos11,12,13. Más allá de los entornos educativos, la RA también se ha trasladado a la odontología clínica. Por ejemplo, Macrì y colaboradores informaron el uso de la RA para la exposición quirúrgica asistida de un diente incluido, demostrando que el registro espacial basado en RA y la superposición virtual-real en tiempo real pueden aplicarse en la navegación quirúrgica oral14. Esta aplicación clínica proporciona un respaldo adicional para la introducción de la visualización espacial guiada por RA en la formación de morfología dental.

En este protocolo, la tecnología de realidad aumentada (AR) se utilizó para ayudar en la formación de tallado dental al proporcionar a los estudiantes una referencia visual tridimensional continua e intuitiva durante la práctica, lo que puede servir como complemento a la orientación convencional del instructor. Con este fin, se desarrolló conjuntamente un sistema de tallado dental asistido por AR que consta principalmente de software de AR, una cámara de alta definición, una base portadora de bloque de cera y cuatro marcadores tridimensionales de seguimiento de objetos fabricados por separado. Los marcadores se ensamblaron sobre la base portadora, la cual mantiene el bloque de cera en una posición predefinida. Durante el funcionamiento, el sistema captura imágenes del área de trabajo física mediante la cámara. Una vez que se reconoce un marcador tridimensional de objeto en la base, el modelo virtual del diente se superpone en tiempo real sobre la posición correspondiente en el bloque de cera en la interfaz de visualización, proporcionando así a los estudiantes una referencia visual para el tallado.

Con base en este sistema, se realizó una validación con una sola muestra. Un estudiante que había completado el curso de anatomía dental realizó el procedimiento de tallado dental bajo la guía del protocolo propuesto con asistencia de realidad aumentada. El diente tallado fue escaneado y procesado luego como un modelo tridimensional, y se llevó a cabo un análisis objetivo de desviación morfológica mediante la comparación con el modelo estándar del diente. Los resultados preliminares con una sola muestra sugirieron la viabilidad de utilizar el AR-ATCS como herramienta auxiliar para la formación en morfología dental.

Protocolo

1. Establecimiento del modelo digital estándar del diente

NOTA: En este protocolo, se utilizó el primer molar mandibular izquierdo como diente objetivo para demostrar la viabilidad del flujo de trabajo de tallado dental asistido por RA. Para otras posiciones dentales, el flujo de trabajo puede aplicarse tras importar el modelo digital estándar del diente correspondiente y volver a definir su relación espacial con el marcador tridimensional del objeto. Este paso requiere aproximadamente 10 min.

  1. Escaneo de la cámara del modelo estándar de diente
    1. Preparar el modelo estándar de diente.
      NOTA: En este protocolo, utilice un modelo dental estándar compatible con un bloque de cera de 25 mm × 25 mm × 50 mm.
    2. Aplique una capa delgada y uniforme de polvo de escaneo o de un aerosol antirreflectante sobre la superficie del modelo estándar del diente para reducir los errores de escaneo relacionados con la reflexión.
    3. Coloque y asegure el modelo de diente estándar preparado en el soporte del escáner tridimensional de cámara (equipado con cámaras duales de 24 MP y precisión de escaneo <10 µm). Asegúrese de que el modelo sea estable y de que el área objetivo de escaneo esté completamente expuesta (Figura 1A).
    4. Abra el software de escaneo 3D, cree un nuevo pedido y asígnele un nombre según la posición del diente objetivo. Confirme la configuración de escaneo y haga clic en Iniciar escaneo.
    5. Después de escanear, inspeccione la integridad del modelo digital. Si no se observan defectos evidentes, exporte el modelo escaneado en formato STL y establezca la unidad en milímetros (Figura 1B).
  2. Segmentación y procesamiento del modelo dental escaneado (Figura 1C)
    1. Abrir el software de procesamiento de datos de escaneo 3D.
    2. Haga clic en Archivo > Abierto, seleccione el archivo STL del modelo estándar del diente y haga clic en Abierto.
    3. En la ventana de selección de unidad, seleccione Milímetros y haga clic en Vale.
    4. Haga clic en Polígonos > Recortar > Recortar con plano. Ajuste manualmente la posición del plano de corte al nivel planeado para la sección de la raíz.
    5. Confirme la región de corte, haga clic en Plano de intersección > Eliminar selección > Cierre de intersección > Vale para eliminar la porción excesiva de la raíz y cerrar el borde abierto, y obtener un modelo digital estándar de diente hermético.
    6. Haga clic en Archivo > Guardar y elija Archivo STL (binario) (*.STL) en la lista Tipo de archivo.
  3. Construcción de la base del modelo dental estándar (Figura 1D)
    ​NOTA: Este paso se utiliza para construir una base regular para el modelo digital estándar del diente, estableciendo así una relación espacial estable entre el modelo estándar, el bloque de cera y la base de seguimiento de realidad aumentada (AR). Los nombres exactos de las opciones del menú pueden variar ligeramente entre versiones del software.
    1. Abra el software de modelado 3D.
    2. Haga clic en Archivo > Abierto y seleccione el archivo STL del modelo digital estándar del diente.
    3. Haga clic en Opciones, importar como Cuerpo sólido o Cuerpo superficial, y seleccione Crear cuerpos de malla delimitados por caras individuales > Agrupar facetas en carasy haga clic en Vale y Abierto, de modo que las facetas triangulares en la parte inferior del modelo dental puedan reconocerse como una cara de referencia relativamente completa.
    4. Cree el punto central de la base del modelo. Seleccione la superficie inferior del modelo del diente, haga clic en Características > Punto > Centro del rostro > Vale para generar el punto central (denominado Punto1).
    5. Elija la superficie inferior del modelo de diente como plano de croquis y haga clic en Boceto > Rectángulo central, dibuje un rectángulo centrado en Punto 1, y haga clic en Dimensión inteligente para ajustar el rectángulo a 25 mm × 25 mm. Haga clic en Salir del croquis (denominado Boceto 1).
    6. Seleccionar Boceto 1. En la pestaña Características, haga clic en Sobresaliente extruido/base. Bajo Dirección 1, seleccione Ciego, establezca la Profundidad en 20 mm y haga clic en Vale para generar la base del modelo estándar de diente.

2. Diseño del soporte para el bloque de cera y la base de seguimiento AR

NOTA: Los marcadores tridimensionales para el seguimiento de objetos y la base de bloque de cera para el seguimiento de realidad aumentada son componentes personalizados. Su diseño puede variar según el propósito y la estrategia de modelado. Por lo tanto, la base descrita en este protocolo no es el único diseño posible y puede modificarse, siempre que se mantengan la fijación del bloque de cera, el reconocimiento de los marcadores y la comodidad en el manejo. Este paso requiere aproximadamente 30 min.

  1. Diseño del hueco del bloque de ceraFigura 2A, B)
    1. Usando el software de modelado 3D, haga clic en Nuevo > Parte > Vale en la página principal.
    2. Elija el Plano superior y haga clic en Boceto. Haga clic en Rectángulo central y dibuje el boceto inicial centrado en el Origen.
    3. Haga clic en Dimensión inteligente para configurar el rectángulo en 40 mm × 40 mm, haga clic en Dimensión de salida (denominado Boceto 1).
    4. Elija Boceto 1, haga clic en Características > Sobresaliente extruido/base, bajo Dirección 1, elija Ciego, y establezca la Profundidad en 32,5 mm para crear un cuboide de 40 mm × 40 mm × 32,5 mm (denominado Jefe – Extruir 1).
    5. Elija la superficie superior del ortoedro, haga clic en Boceto > Rectángulo central, y crear el boceto inicial centrado en el Origen. A continuación, haga clic en Dimensión inteligente y establezca el tamaño del rectángulo en 25,2 mm × 25,2 mm (denominado Boceto 2). Este tamaño acomoda un bloque de cera de 25 mm × 25 mm con una tolerancia de ensamblaje de aproximadamente 0,2 mm.
    6. Elija Boceto 2, haga clic en Características > Corte extruidoy ajuste la profundidad de corte a 20 mm para crear el hueco en el bloque de cera.
  2. Diseño de conectores negativos para los marcadores de seguimiento de objetos tridimensionales
    1. Elija una superficie vertical del ortoedro y haga clic en Boceto > Rectángulo central, dibuje un rectángulo sobre la cara seleccionada, haga clic en Dimensión inteligente, y ajústelo a 5,2 mm × 5,2 mm (denominado Boceto 3).
    2. Haga clic en Características > Corte extruido, elija Boceto 3y ajuste la profundidad de corte a 5 mm.
    3. Repita los pasos anteriores para crear cavidades en las cuatro superficies verticales. Para la cavidad en la superficie inferior, establezca el tamaño del croquis en 10,2 mm × 10,2 mm y la profundidad de corte en 10 mm.
    4. Haga clic en Guardar y guarde el portamuestras de cera como un SLDPRT archivo.
  3. Diseño para estabilidad de la base y comodidad al tallar
    1. Usando el software de modelado 3D, haga clic en Nuevo > Parte > Vale en la página principal.
    2. Seleccione el Plano superior y haga clic en Boceto > Círculo, dibuje un círculo de 80 mm de diámetro centrado en el Origen (denominado Sesbozo 1).
    3. Elija el Boceto 1, haga clic en Características > Sobresaliente extruido/basey ajuste la profundidad a 5 mm para crear una placa circular estabilizadora.
    4. Haga clic en Plano derecho y dibuje un triángulo rectángulo isósceles con el Origen como el punto medio de la hipotenusa, una longitud de lado de 40 mm y un ángulo de 45° para crear un croquis (denominado Boceto 2).
    5. Elija Boceto 2, haga clic en Características > Protuberancia/base extruida, elija Plano medio bajo Dirección, y ajuste la profundidad a 40 mm para generar una estructura inclinada de 45° (denominada Boss-Extruir 2).
    6. Elija la superficie inclinada, haga clic en Boceto> Rectángulo central, dibuje un rectángulo central de 10 mm × 10 mm, haga clic en Cuerpo/base extruido, y ajuste la profundidad a 10 mm para crear el conector de soporte a la base.
    7. Haga clic en Guardar y guarde la estructura de soporte estabilizadora como un archivo SLDPRT.
  4. Diseño de los marcadores para el seguimiento de objetos tridimensionales
    ​NOTA: El marcador debe tener una estructura rígida, características superficiales estables y suficiente complejidad geométrica para mejorar la estabilidad del reconocimiento y seguimiento de objetos tridimensionales.
    1. Usando el software de modelado 3D, haga clic en Nuevo > Parte > Vale en la página principal.
    2. Elija el Plano superior y haga clic en Boceto > Polígono, dibuje un hexágono centrado en el Origen, haga clic en Dimensión inteligente, establezca la longitud del lado en 7,5 mm (denominado Boceto 1).
    3. Elija Boceto 1, haga clic en Características > Sobresaliente extruido/basey ajuste la profundidad a 10 mm.
    4. Elija la cara inferior, haga clic en Boceto> Rectángulo central, dibuje un rectángulo central de 5 mm × 5 mm (denominado Boceto 2).
    5. Elija Boceto 2, haga clic en Características > Protuberancia/Base extruiday ajuste la profundidad a 5 mm para formar un pasador que encaje en el conector hembra de la base.
    6. Utilice el Borrador función con la cara superior como plano neutro. Seleccione cada superficie lateral como plano de inclinación y aplique ángulos de inclinación diferentes a cada superficie para aumentar la asimetría de las características geométricas. Ajuste los ángulos de inclinación según el rendimiento de reconocimiento, evitando la simetría completa entre todas las superficies laterales.
    7. Seleccione la superficie superior del marcador, haga clic en Boceto > Texto, e introduzca una etiqueta de texto para agregar características visuales locales y ayudar al reconocimiento (denominado Boceto 3).
    8. Elija Boceto 3, haga clic en Características > Sólido extruido/basey establezca la profundidad de extrusión en 2 mm.
    9. Repita los pasos anteriores para crear los cuatro marcadores laterales correspondientes a las superficies mesial, distal, vestibular y lingual.
    10. Haga clic en Guardar y guarde cada marcador como un archivo SLDPRT.
  5. Ensamblaje de los marcadores de la base y del receptor de andrógenos y confirmación de las relaciones espaciales
    1. Usando el software de modelado 3D, haga clic en Nuevo > Ensamblaje > Vale en la página principal.
    2. Haga clic en Insertar componentes, importe la base de cera con seguimiento AR, la estructura de soporte estabilizadora y los marcadores de seguimiento del objeto tridimensional.
    3. Haga clic en Aparear función y aplicación Coincidente, paralelo, perpendicularo otras relaciones de apareamiento para definir las posiciones espaciales entre los marcadores y la base.
    4. Haga clic en Guardar como, seleccione STL formato y haga clic en Opciones en la ventana.
    5. Confirmar Guardar todos los componentes de un ensamblaje en un solo archivo no está seleccionado, haga clic en Vale > Guardar, exporte los archivos STL individuales por separado para la importación del modelo y la configuración de las relaciones espaciales en el software de realidad aumentada.

3. Impresión 3D y postprocesamiento de los modelos

NOTA: Utilizando la impresora y los parámetros de impresión descritos en este protocolo, imprimir un conjunto completo de modelos tarda aproximadamente 70 min.

  1. Selección de material y configuración de la impresora (Figura 2C,D)
    1. Utilice filamento de ácido poliláctico (PLA) mate gris para imprimir, a fin de reducir los reflejos y facilitar el reconocimiento por la cámara de realidad aumentada.
    2. Utilice una impresora 3D FDM con carcasa cerrada para controlar el entorno de impresión y mejorar la estabilidad del proceso. Ajuste los parámetros según las características de la impresora y del filamento.
    3. Importe el modelo STL al software de laminado. Determine la orientación óptima moviendo, rotando y seleccionando la superficie de impresión para reducir errores durante la impresión.
    4. Configure los parámetros de laminado mediante el software de laminado. Estos parámetros pueden ajustarse según la impresora y el material específicos.
  2. Parámetros recomendados de laminado
    1. Establezca el diámetro de la boquilla en 0,4 mm, la temperatura de la boquilla en 220 °C y la temperatura de la plataforma de impresión en 55 °C. Utilice una plataforma de impresión PEI texturizada.
    2. Establezca la altura de capa en 0,2 mm, la densidad de relleno en 15 % y la velocidad de impresión en 50 mm/s para la primera capa, 200 mm/s para la pared exterior y 300 mm/s para la pared interior.
    3. Habilite soportes automáticos en árbol cuando existan estructuras voladas. Omita las estructuras de soporte si no hay voladizos. Habilite el enfriamiento.
    4. Calibre la impresora antes de imprimir e inspeccione el color del filamento y el estado de su superficie.
  3. Postprocesamiento de los modelos impresos
    1. Tras la impresión y el enfriamiento, retire la plataforma de impresión y dóblela suavemente para despegar naturalmente el modelo, protegiendo así la textura superficial de la plataforma.
    2. Retire cuidadosamente las estructuras de soporte utilizando pinzas de punta fina. Después de eliminar los soportes, inspeccione el modelo en busca de posibles problemas de integridad o deformaciones. Si las áreas de contacto con los soportes están ásperas, lícelas suavemente con papel de lija o una lima para mejorar la estabilidad de la base.

4. Configuración del software de realidad aumentada y registro virtual-real

NOTA: En este protocolo, se utilizó un software de realidad aumentada (AR) para importar el modelo digital estándar del diente y generar la superposición virtual-real. Se empleó una cámara RGB de alta definición para capturar imágenes RGB de 1080p a 30 fps. No se utilizó la función de detección de profundidad de la cámara para el seguimiento ni para la registración (Figura 3A,B). La importación de los modelos virtuales al software y la configuración del color y la transparencia del modelo tardaron menos de 1 min. El proceso de registración tardó menos de 5 s, y se logró la navegación en tiempo real inmediatamente después de una registración exitosa.

  1. Preparación del hardware
    1. Encienda la computadora y conecte la cámara de alta definición mediante un puerto USB 3.0. Confirme que el sistema reconozca la cámara.
      ​NOTA: Los parámetros de calibración de la cámara se definieron previamente durante el desarrollo del software y se utilizaron para el registro de realidad aumentada (AR). No se requirió calibración adicional durante su uso posterior. Para otros sistemas de AR, se debe realizar una calibración repetida de la cámara según los requisitos del sistema.
  2. Importación del modelo y configuración de visualización
    1. Abra el software de realidad aumentada (AR).
    2. Haga clic en Importar STL, seleccione la carpeta que contiene los archivos STL del modelo digital estándar del diente y de los modelos de marcadores de AR, e importe los modelos necesarios.
    3. Configure el modelo dental virtual en color blanco para obtener un alto contraste con el bloque de cera roja, y establezca la transparencia en 0,4 para facilitar la observación de la relación entre el instrumento de tallado y el límite del modelo dental.
  3. Inicio de la navegación y registro de realidad aumentada (AR)
    NOTA: Durante el registro, evite cubrir el marcador con la mano o con los instrumentos de tallado. Si el sistema no puede reconocer el marcador, retire el obstáculo y ajuste nuevamente la base para que el marcador vuelva a entrar claramente en el campo de visión de la cámara.
    1. Seleccione el marcador de AR y haga clic en Navegación Virtual > Navegación por Cámara. En la ventana emergente, seleccione la cámara que se utilizará e inicie la navegación de realidad aumentada (AR).
    2. Coloque el marcador físico de seguimiento tridimensional en el centro del campo de visión de la cámara, manteniendo una distancia de trabajo de aproximadamente 25 cm. Utilice un fondo no reflectante y evite la iluminación directa intensa en el área de trabajo para mantener un reconocimiento estable del marcador.
    3. Ajuste el ángulo de la cámara de modo que el eje óptico sea aproximadamente perpendicular a la superficie del marcador o forme un ángulo oblicuo de aproximadamente 30°–45°, permitiendo que el contorno del marcador virtual en el software se superponga lo más posible al marcador físico en tamaño, orientación y posición.
      ​NOTA: Cuando el marcador virtual se superpone estrechamente al marcador físico, el sistema lo reconoce automáticamente y completa el registro, habilitando el seguimiento en tiempo real. El contorno del marcador virtual cambia de rojo a verde, y el modelo dental virtual se muestra entonces según su relación espacial predefinida con el marcador, superponiéndose establemente en la posición correspondiente sobre el bloque de cera.
    4. Haga clic en Configuración de Parámetros para ajustar el umbral de calidad de seguimiento.
      NOTA: Este umbral se utiliza para determinar la calidad del ajuste entre el modelo virtual y la escena real; el registro se considera exitoso solo cuando la coincidencia de características y la confianza en la localización alcanzan el umbral preestablecido. En este sistema, el umbral de calidad de seguimiento se estableció en 0,7 basándose en pruebas preliminares repetidas. Este valor se seleccionó porque permitió un reconocimiento rápido mientras mantenía un seguimiento en tiempo real y un registro virtual-real estables. Umbrales más bajos permitían un registro más fácil del marcador, pero reducían la precisión del registro, mientras que umbrales más altos aumentaban la dificultad y el tiempo requerido para el registro del marcador.

5. Procedimiento de tallado dental asistido por RA

  1. Introduzca el bloque de cera de 25 mm × 25 mm × 50 mm en el hueco de la base del bloque de cera para seguimiento AR. Asegúrese de que la base del bloque de cera esté completamente asentada contra el fondo del hueco y de que el bloque de cera esté estable.
  2. Inicie la navegación AR. Determine el área y la dirección de corte inicial en función de la superposición entre el modelo virtual del diente y el bloque de cera. Gire lentamente la base para observar el modelo virtual del diente desde diferentes ángulos de visión.
  3. Observe el modelo virtual del diente desde la dirección de visión correspondiente al marcador de seguimiento de objeto tridimensional reconocido y sus superficies adyacentes. Evite basarse en la superficie opuesta, ya que podría no mostrarse de forma estable cuando solo se reconozca un marcador individual.
  4. Gire el soporte del bloque de cera para exponer el marcador de seguimiento de objeto tridimensional mesial, distal, vestibular o lingual según sea necesario. En Ajustes del modelo, seleccione el marcador correspondiente para cambiar la superficie de visualización.
  5. Ajuste el color y la transparencia del modelo virtual del diente en Ajustes del modelo según la etapa de observación.
  6. Retire cualquier mano o instrumento que obstruya el marcador. Si el sistema no logra reconocer el marcador debido a una obstrucción o a una rotación rápida de la base, ajuste lentamente la posición de la base hasta que el marcador sea reconocido nuevamente, y luego continúe tallando (Figura 3C,D).

Resultados

El AR-ATCS reconoció con éxito el marcador tridimensional de seguimiento de objetos en la base y superpuso de forma estable el modelo virtual del diente sobre la posición correspondiente en el bloque de cera en tiempo real. El modelo virtual representó con precisión las principales estructuras anatómicas, los límites morfológicos y los contornos superficiales, incluyendo cúspides, fosas y surcos, crestas marginales, contornos de la superficie axial y el contorno de la corona. Cuando la base se giró lentamente y el marcador de seguimiento permaneció sin obstrucciones, se mantuvo un registro estable entre el modelo virtual del diente y el bloque de cera. Esto permitió la visualización de la morfología del diente objetivo desde múltiples perspectivas, incluyendo vistas vestibular, lingual, mesial, distal y oclusal. Estos hallazgos demuestran que el sistema proporciona una referencia visual tridimensional continua que facilita la identificación de desviaciones morfológicas locales durante el tallado del diente.

Cuando el marcador de seguimiento quedaba parcialmente obstruido por la mano del operador o por los instrumentos de tallado, o cuando la base giraba demasiado rápidamente, se interrumpía el reconocimiento del marcador, lo que provocaba la pérdida de la superposición del modelo virtual. Al reposicionar la base y eliminar el obstáculo, se restablecía el reconocimiento del marcador y se recuperaba el registro estable entre lo virtual y lo real, permitiendo reanudar el tallado.

Se realizó un análisis de desviación por superposición en el plano de la imagen bidimensional para evaluar el error de superposición virtual-real. En cada ensayo de registro, la cámara se mantuvo fija y la base de tallado dental con el marcador de seguimiento de objeto se movió al centro del campo de visión de la cámara. Cuando el contorno del marcador virtual coincidía aproximadamente con el contorno del marcador físico, el sistema completaba automáticamente el registro. Luego se capturó una imagen bidimensional superpuesta. Se seleccionaron cuatro puntos anatómicos en las esquinas de la base de tallado dental a partir de cada imagen capturada, y se registraron las coordenadas físicas y virtuales correspondientes a estos puntos (Figura 4). La distancia euclidiana entre cada par de puntos físico-virtual se calculó como la desviación de superposición bidimensional. Para cada superficie, se realizaron 10 ensayos de registro repetidos, y en cada ensayo se midieron cuatro pares correspondientes de puntos anatómicos físico-virtuales. Por lo tanto, se analizaron 40 pares de puntos por superficie, lo que dio un total de 200 pares de puntos en cinco superficies. Para las superficies vestibular, distal, mesial y lingual, el registro se realizó utilizando el marcador de seguimiento de objeto correspondiente a cada superficie. Para la superficie oclusal, primero se completó el registro utilizando marcadores en las otras superficies, y luego se rotó la base para obtener la imagen de superposición en vista oclusal. Esta rotación adicional podría haber contribuido a la mayor desviación observada en esta vista. La desviación media global de superposición bidimensional fue de 0,679 ± 0,381 mm, con una desviación RMS de 0,778 mm. La superficie oclusal mostró la mayor desviación y variabilidad, mientras que las superficies vestibular, distal, mesial y lingual presentaron desviaciones de superposición menores (Tabla 1).

El resultado del tallado presentado aquí se obtuvo de un solo estudiante que recientemente había completado un curso de anatomía dental y realizó el procedimiento de tallado del diente en menos de 2 horas bajo la supervisión continua del AR-ATCS; por lo tanto, el análisis cuantitativo de desviación representa datos de una sola muestra. Se realizó un análisis tridimensional de desviación comparando el modelo del diente tallado escaneado con el modelo estándar del diente. Utilizando una tolerancia predefinida de ±0,5 mm, el 52,26 % de los puntos de la superficie cayeron dentro de este rango. La desviación media con signo fue de 0,1025 mm, y la desviación cuadrática media (RMS) fue de 0,7434 mm. Las desviaciones máxima positiva y máxima negativa fueron de +1,9275 mm y −1,9272 mm, respectivamente. El mapa de desviación codificado por colores indicó que las discrepancias morfológicas más grandes se localizaron principalmente en la superficie oclusal y en regiones seleccionadas del contorno axial (Figura 5). Estos valores de desviación representan la discrepancia acumulada entre el modelo final del diente tallado y el modelo estándar del diente tras el escaneo tridimensional y la alineación de modelos, y no mediciones aisladas del error de tallado, del error de registro del AR o del error de escaneo.

Estos resultados preliminares de una sola muestra respaldan la viabilidad técnica del flujo de trabajo AR-ATCS. Durante el procedimiento de tallado dental observado, el sistema mantuvo una superposición en tiempo real del modelo dental virtual sobre el bloque de cera físico, proporcionando una referencia tridimensional sobre la morfología dental y las características anatómicas relacionadas.

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Figura 1: Preparación del modelo digital estándar del diente de cera. (A) Escaneo tridimensional del diente de cera estándar. (B) Datos iniciales del escaneo del diente de cera estándar y estructuras circundantes. (C) Modelo digital del diente estándar procesado tras el recorte y la optimización de la superficie. (D) El modelo del diente estándar se alineó con la base virtual del bloque de cera para definir su posición espacial en el sistema de realidad aumentada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Diseño y fabricación de la base portadora del bloque de cera. (A) Modelo de diseño tridimensional de la base portadora del bloque de cera y el marcador de seguimiento de objeto diseñado por separado. (B) Configuración de la relación espacial entre el modelo digital estándar del diente y la base portadora del bloque de cera. (C) La base portadora del bloque de cera impresa en 3D con el marcador de seguimiento de objeto impreso por separado. (D) El bloque de cera se monta sobre la base portadora impresa en 3D para el tallado del diente asistido por realidad aumentada en pasos posteriores.

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Figura 3: Flujo de trabajo del tallado dental asistido por realidad aumentada. (A) Interfaz del software de navegación de realidad aumentada que muestra el modelo digital del diente estándar importado y un marcador tridimensional para el seguimiento de objetos. (B) Tras reconocer el marcador tridimensional en la base, el sistema superpone en tiempo real el modelo virtual del diente estándar sobre la posición correspondiente del bloque de cera físico. (C) El tallado inicial del diente se realiza bajo guía de realidad aumentada, utilizando el modelo dental virtual como referencia morfológica tridimensional. (D) Se realizan ajustes finos de las estructuras anatómicas locales, incluyendo cúspides, fosas y surcos, crestas marginales y contornos de las superficies axiales, bajo orientación de realidad aumentada. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4: Medición de la desviación del superpuesto en el plano de imagen bidimensional tras el registro de realidad aumentada. Tras el registro automático de realidad aumentada, se capturó una imagen superpuesta bidimensional. P1–P4 indican los cuatro puntos de referencia seleccionados en la base física para tallar dientes, y P1′–P4′ indican los puntos de referencia correspondientes seleccionados en el superpuesto virtual. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 5: Análisis tridimensional de la desviación del modelo de diente tallado en comparación con el modelo de diente estándar. Se muestran mapas de desviación tridimensionales desde la vista vestibular (A), vista lingual (B), vista oclusal (C), vista mesial (D) y vista distal (E). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

SuperficiePares de puntos, nMedia ± DE (mm)RMS (mm)Mín. (mm)Máx. (mm)
Superficie vestibular400.711 ± 0.2260.7450.2351.174
Superficie distal400.489 ± 0.1560.5130.1460.913
Superficie mesial400.510 ± 0.2070.5490.1940.856
Superficie lingual400.540 ± 0.2620.5990.1811.098
Superficie oclusal401.145 ± 0.4941.2450.272.401
Total2000.679 ± 0.3810.7780.1462.401

Tabla 1: Desviación del solapamiento en el plano de imagen bidimensional del registro virtual-real de realidad aumentada.

Discusión

La enseñanza de la anatomía dental ha evolucionado con el tiempo, adoptando un modelo clásico que combina la instrucción teórica con la formación práctica. Comprender con precisión la morfología anatómica de los dientes constituye un fundamento importante para la práctica clínica bucal, especialmente en procedimientos relacionados con tratamientos protésicos, tratamientos endodónticos, reconstrucción oclusal y restauración con implantes. Por tanto, los investigadores han explorado continuamente nuevos métodos y tecnologías educativas para apoyar el establecimiento de sistemas de conocimiento anatómico. Estudios previos han mejorado principalmente la enseñanza de la anatomía dental mediante la optimización de los métodos docentes y la exploración de la aplicabilidad de distintos materiales para tallado. Con el desarrollo de las tecnologías digitales, la escaneo tridimensional, la reconstrucción tridimensional, la impresión 3D, la realidad virtual y la realidad aumentada han pasado gradualmente de aplicaciones clínicas a la educación médica, proporcionando nuevas herramientas para que los estudiantes comprendan estructuras tridimensionales complejas15. En el futuro, a medida que avancen la inteligencia artificial y la computación móvil, se espera que estas tecnologías se integren en la enseñanza rutinaria de forma más económica y conveniente.

En este sistema, se puede reutilizar el modelo estándar de diente. Los marcadores de seguimiento tridimensional se pueden diseñar en software de modelado 3D, y sus relaciones espaciales se pueden determinar antes de ser importados directamente al software de realidad aumentada. Luego, todo el flujo de trabajo puede completarse mediante la impresión 3D de la base para tallado de dientes. Vale la pena destacar que el uso de modelos dentales impresos en 3D como referencias físicas para la formación en tallado dental también ha demostrado tener valor educativo, con ventajas como bajo costo, morfología intuitiva y observación repetida. Sin embargo, la tecnología de realidad aumentada ofrece navegación visual en tiempo real. Puede proporcionar una referencia visual tridimensional en tiempo real, rotacional y con transparencia ajustable en el entorno real de tallado del bloque de cera13. A medida que la tecnología continúa desarrollándose, se espera que la realidad aumentada se aplique a la educación de forma más económica, sencilla y conveniente. Por lo tanto, la enseñanza asistida por realidad aumentada tiene un potencial considerable para su futura evolución.

Para los sistemas de RA, la calidad de la visualización, la estabilidad del seguimiento y la precisión del registro son factores técnicos clave que determinan la fiabilidad de la superposición virtual-real y la experiencia del usuario16. Estudios previos han explorado el uso de sistemas de RA para la enseñanza del tallado dental, pero la mayoría han adoptado el seguimiento mediante imágenes5,13. En contraste, el sistema actual utiliza un seguimiento tridimensional de objetos. El seguimiento mediante marcadores de imagen ofrece una preparación sencilla, bajo costo y fácil implementación, y puede proporcionar un reconocimiento estable cuando el marcador es claramente visible y se encuentra dentro de un ángulo de visión adecuado. Durante el tallado dental, el bloque de cera a menudo necesita rotarse para que el operador pueda observar la morfología del diente objetivo desde múltiples ángulos. En estas condiciones, un marcador de imagen puede no permanecer completamente visible dentro del campo de visión de la cámara, lo que puede interrumpir el reconocimiento del marcador y limitar la continuidad de la guía de RA en tiempo real. En comparación con el seguimiento de imágenes, que depende principalmente de marcadores planos, el seguimiento tridimensional de objetos estima la pose espacial del objeto basándose en su contorno geométrico y en sus características visuales naturales. Esto permite al sistema registrar el modelo dental virtual con la base física del bloque de cera desde múltiples ángulos de visión, adaptándose así más estrechamente al escenario real de tallado dental, en el que el operador necesita rotar y observar el bloque de cera durante la práctica. Sin embargo, este enfoque normalmente requiere un modelo CAD o un modelo escaneado tridimensional del objeto a rastrear, seguido de impresión 3D y ensamblaje, lo que incrementa la complejidad de la preparación del modelo en comparación con el seguimiento mediante marcadores planos. Por tanto, una estrategia práctica consiste en fijar el bloque de cera sobre una base con estructuras geométricas y características visuales distintivas. Basándose en este método de seguimiento, el sistema optimiza la estrategia de rastreo mediante marcadores ensamblados en la base para observar el modelo dental virtual dentro de un campo de visión rectangular. Durante la iteración del sistema, se incorporó una función de ajuste del umbral de registro para equilibrar la sensibilidad de reconocimiento y la precisión de superposición. Un umbral más bajo mejora el éxito del reconocimiento, pero puede reducir la estabilidad de la superposición, mientras que un umbral más alto mejora la precisión del registro, pero puede aumentar la dificultad de reconocimiento. Además, la interfaz de seguimiento permite a los usuarios cambiar entre modelos de seguimiento y ajustar la transparencia en tiempo real, simplificando así la operación.

Sin embargo, este sistema aún presenta varias limitaciones. En primer lugar, el sistema actual depende de una computadora y una cámara externa de alta definición. La conexión de los dispositivos y su disposición espacial son relativamente complejas, lo que limita su aplicación en la enseñanza a gran escala. Para reducir costos y mejorar la accesibilidad, se están realizando esfuerzos para adaptar el sistema a dispositivos móviles como tabletas y teléfonos inteligentes. En segundo lugar, el rendimiento del reconocimiento se ve afectado por la iluminación, el ángulo de la cámara, la oclusión del marcador y la velocidad de rotación de la base. Cuando el marcador está ocluido o la base gira demasiado rápido, el sistema puede dejar de reconocerlo, y es necesario volver a exponer el marcador para que el reconocimiento se restablezca. Otra limitación de este protocolo es que se utilizaron varios paquetes de software comerciales o personalizados para el diseño del modelo, el procesamiento de mallas y el registro de realidad aumentada. Algunas funciones podrían sustituirse parcialmente mediante alternativas de código abierto o de bajo costo. Por ejemplo, FreeCAD o Blender podrían utilizarse para el diseño y edición de modelos tridimensionales, y MeshLab o CloudCompare para el procesamiento de mallas. Además, Unity combinado con Vuforia Engine podría proporcionar un marco de desarrollo potencial para realidad aumentada basada en el reconocimiento de objetos tridimensionales, como el seguimiento basado en modelos objetivo. No obstante, reproducir el flujo de trabajo de realidad aumentada utilizado en este protocolo aún requeriría desarrollo adicional de software, optimización de parámetros y validación. Por lo tanto, aunque los pasos de modelado y procesamiento de mallas podrían reproducirse parcialmente utilizando software alternativo, el módulo de seguimiento y registro de realidad aumentada implementado en este protocolo no puede sustituirse directamente por un paquete existente de código abierto sin un desarrollo y validación adicionales.

Finalmente, el análisis de desviación en la superposición del plano de imagen bidimensional solo puede reflejar parcialmente la precisión de superposición del sistema. Dado que el tallado dental es un procedimiento tridimensional, los datos actuales no pueden demostrar completamente la precisión del registro tridimensional necesaria para la formación en tallado dental fino. Tampoco se evaluaron por separado los efectos de la oclusión de marcadores, el ángulo de la cámara, la iluminación y la velocidad de rotación sobre el rendimiento del registro. Por lo tanto, aún no está claro si el sistema proporciona la precisión suficiente para la guía en tallado dental fino. Finalmente, este estudio solo completó una validación del flujo de trabajo con una muestra única, y su capacidad para mejorar la calidad del tallado y los resultados de aprendizaje de los estudiantes aún debe confirmarse mediante estudios controlados con muestras grandes.

En resumen, este estudio propone un protocolo de tallado dental asistido por realidad aumentada basado en el seguimiento de objetos tridimensionales. Los resultados de validación con una sola muestra sugieren que este flujo de trabajo puede lograr una superposición de realidad aumentada entre el modelo dental estándar y la escena operativa física del bloque de cera, proporcionando una referencia visual tridimensional intuitiva para la formación en tallado dental. Aunque los resultados actuales no pueden demostrar directamente que su efecto educativo sea superior al de los métodos tradicionales, este protocolo muestra la viabilidad y el valor de investigar más a fondo la aplicación de la tecnología de realidad aumentada en la enseñanza del tallado dental. Con los avances en dispositivos móviles, algoritmos de reconocimiento tridimensional e inteligencia artificial, la educación en tallado dental asistida por realidad aumentada podría integrarse en la enseñanza de laboratorio dental de manera más económica, conveniente y escalable.

Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.

Agradecimientos

Este trabajo fue respaldado por el Equipo de la Universidad Médica de Kunming para el Diagnóstico y Tratamiento de Malformaciones Craneofaciales Complejas (2024XKTDTS08), el Proyecto de Investigación del Centro Clínico Médico Provincial de Yunnan (2024YNLCYXZX0227, 2024YNLCYXZX0229), el Centro de Investigación Clínica de Yunnan para Enfermedades Orales (202505AJ310001) y el Plan de Apoyo para la Formación de Talento de Alto Nivel de la Provincia de Yunnan (YNWR-MY-2020-086).

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Escáner 3DSHINING 3DAutoScanEPCG-BD032G26Utilizado para el escaneo tridimensional del diente de cera estándar.
CámaraIntal RealSenseD415Utilizada para adquirir el campo visual en tiempo real para el reconocimiento del marcador de objeto tridimensional.
Instrumento de tallado de cera dentalTallar el bloque de cera.
E3D CMFHunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China.https://www.e3d-med.com/Software de navegación aumentada (AR).
Impresora 3D por FDMBambu Lab31B8BP631300564Utilizada para fabricar la base del portablock de cera y el marcador de seguimiento de objeto tridimensional.
Geomagic Wrap3D Systems Corporationversión 2021Utilizado para procesar los datos de escaneo tridimensional del diente de cera estándar.
Filamento PLABambu Lab10105Utilizado para la impresión 3D por FDM.
SOLIDWORKS Dassault Systèmesversión 2025Utilizado para la modelación tridimensional de la base del portablock de cera y del marcador de seguimiento de objeto.
Bloque de ceraPráctica de tallado dental.

Referencias

  1. Lone M, McKenna JP, Cryan JF, Downer EJ, Toulouse A. A survey of tooth morphology teaching methods employed in the United Kingdom and Ireland. Eur J Dent Educ. 2018;22(3):e438-e443.
  2. Overskott HL, Markholm CE, Sehic A, Khan Q. Different methods of teaching and learning dental morphology. Dent J (Basel). 2024;12(4):114.
  3. Conte DB, et al. Educational interventions to improve dental anatomy carving ability of dental students: A systematic review. Anat Sci Educ. 2021;14(1):99-109.
  4. Alzer H, Ismail NH, Alsoleihat F. Blended learning with video demonstrations enhances dental students' achievements in tooth carving. Adv Med Educ Pract. 2023;14:1425-1431.
  5. Lim EJ, Kim YS, Im JE, Lee JG. Mobile educational tool based on augmented reality technology for tooth carving: Results of a prospective cohort study. BMC Med Educ. 2023;23(1):462.
  6. Hsu MS, Yeh CL, Cheng SJ, Lin CP. Transforming dental morphology education: The impact of three-dimensional digital simulation on practical skill development. Int Dent J. 2025;75(6):103904.
  7. Abdalla R. Teaching dental anatomy and morphology: An updated clinical- and digital-based learning module. Eur J Dent Educ. 2020;24(4):650-659.
  8. Fayyaz Y, Ali M, Ullah R, Shaikh MS. Applications of 3D-printed teeth in dental education: A narrative review. J Taibah Univ Med Sci. 2024;19(4):816-822.
  9. Elgreatly A, et al. Students' perception of digital waxing software for dental anatomy education. J Oral Sci. 2022;64(2):178-180.
  10. Azuma RT. A survey of augmented reality. Presence: Teleoperators Virtual Environ. 1997;6(4):355-385.
  11. Zafar S, Zachar JJ. Evaluation of HoloHuman augmented reality application as a novel educational tool in dentistry. Eur J Dent Educ. 2020;24(2):259-265.
  12. Bolek KA, De Jong G, Henssen D. The effectiveness of the use of augmented reality in anatomy education: A systematic review and meta-analysis. Sci Rep. 2021;11(1):15292.
  13. Schrenker J, Del Hougne M, Schmitter M, Hohne C. Using augmented reality to enhance wax-up training in dental education: A feasibility study. Sci Rep. 2025;15(1):27633.
  14. Macrì, M., D’albis, G., D’albis, V., Timeo, S., Festa, F. Augmented reality-assisted surgical exposure of an impacted tooth: A pilot study. Applied Sciences. 2023;13 (19):11097.
  15. Dzyuba N, Jandu J, Yates J, Kushnerev E. Virtual and augmented reality in dental education: The good, the bad and the better. Eur J Dent Educ. 2025;29(3):497-515.
  16. Ma L, Huang T, Wang J, Liao H. Visualization, registration and tracking techniques for augmented reality-guided surgery: A review. Phys Med Biol. 2023;68(4):04TR02.

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