מאמר שיטה

מערכת מבוססת מציאות רבדית לסיוע באימון גילוף שיניים בלימודי רפואת שיניים

59 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/73392

⸱

18 באוגוסט 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

במאמר זה

סיכום

מערכת גילוף שיניים בעזרת מציאות רבדית (AR-ATCS) מזהה סמני אובייקטים בתלת-ממד ומלבישה מודל שן וירטואלי על גבי בלוק שעווה אמיתי, ובכך מספקת רפרנס ויזואלי תלת-ממדי לסיוע לסטודנטים לרפואת שיניים בתחילת דרכם במהלך גילוף השן.

תקציר

מטרתו של פרוטוקול זה היא לשפר את ההוראה באנטומיה דנטלית באמצעות פיתוח ויישום של מערכת לגילוף שיניים בסיוע מציאות רב-שכבתית (AR-ATCS). מורפולוגיה של שיניים היא מרכיב יסודי בחינוך דנטלי, הדורש מהסטודנטים לשלוט במבנים אנטומיים תלת-ממדיים (3D) מורכבים ובנקודות ציון תפקודיות החיוניות להליכים קליניים כגון רפואת שיניים משמרת וטיפולי אנדודונטיה. באופן מסורתי, מיומנויות אלו נרכשות באמצעות תרגילי גילוף בבלוק שעווה; עם זאת, גישה זו מוגבלת לעיתים קרובות בשל יעילות הוראה נמוכה ופער קוגניטיבי משמעותי כאשר סטודנטים מנסים לתרגם איורי ספרי לימוד דו-ממדיים (2D) למבנים פיזיים תלת-ממדיים. כדי להתמודד עם אתגרים אלו, פרוטוקול זה מתאר שילוב של טכנולוגיית מציאות רב-שכבתית (AR) באימון גילוף שיניים ידני. המערכת משתמשת במעקב אחר אובייקטים תלת-ממדיים ובאלגוריתמים של ראייה ממוחשבת כדי להשליח מודל שן וירטואלי תלת-ממדי בעל נאמנות גבוהה על סביבת העבודה הפיזית. באמצעות זיהוי סימני מעקב ייעודיים עם מצלמה של מכשיר נייד, המערכת מקרינה מדריך דיגיטלי בקנה מידה ובכיוון נכונים ישירות על בלוק השעווה. יישור זה, מהמישור הווירטואלי לפיזי, מאפשר לסטודנטים להדמיז את מורפולוגיית השן המבוקשת בזמן אמת ולזהות סטיות בהתקדמות הגילוף שלהם בעת התרחשותן. הפרוטוקול מספק זרימת עבודה מפורטת להקמת סביבת ה-AR, יישור מודלים וירטואליים עם חומרים פיזיים, ושימוש במערכת ככלי אימון בהנחיה עצמית. על ידי אספקת משוב חזותי אינטראקטיבי מרב-זוויות, המערכת מפחיתה את התלות בהדגמות רציפות של המדריך וממזערת את ההשפעה של שגיאות גילוף בלתי הפיכות. באופן כללי, גישה זו בסיוע AR מספקת כלי הנחיה חזותי משלים לאימון מסורתי באנטומיה דנטלית, על ידי תמיכה בסטודנטים מתחילים במהלך גילוף שיניים והצעת מסגרת יעילה יותר לתרגול מורפולוגיה של שיניים.

מבוא

מורפולוגיה דנטלית היא מרכיב ליבה בחינוך לרפואת שיניים, שמטרתו לסייע לסטודנטים להבין באופן שיטתי את המורפולוגיה האנטומית של השן ואת מאפייניה המבניים התלת-ממדיים1,2. תרגול גילוף שיניים, כחלק חשוב מהוראת המורפולוגיה הדנטלית, אינו משקף רק את השליטה של הסטודנטים באנטומיה של השן, אלא גם מאמן את המיומנות הידנית ואת הכישורים האופרטיביים שלהם3,4. הוא מספק בסיס חיוני לפרקטיקה קלינית, בייחוד בטיפול פרוסטודונטי2,5.

הדרכה מסורתית בפיסול שיניים מתבצעת בדרך כלל תחת הדרכתם של מדריכים, כאשר הסטודנטים מפסלים את המורפולוגיה האנטומית של שיניים קדמיות ואחוריות באמצעות בלוקים של שעווה או סבון3,5. עם זאת, חוסר האיזון בין מספר המדריכים למספר הסטודנטים מקשה על המורים לספק הדרכה אינדיבידואלית מספקת במסגרת זמן ההוראה המוגבל4,5. בנוסף, סטודנטים חווים לעיתים קשיים קוגניטיביים ניכרים בעת המרת תמונות דו-ממדיות לצורות תלת-ממדיות, דבר העשוי להפחית הן את יעילות הלמידה והן את אפקטיביות ההוראה2,5,6.

בשנים האחרונות, עם הפיתוח המהיר של טכנולוגיות דיגיטליות, הדפסה תלת-ממדית, מציאות רבדית (augmented reality), מציאות מדומה וגישות דיגיטליות אחרות יושמו בהדרגה בחינוך לאנטומיה רפואית ובהוראה במעבדות דנטליות6,7,8,9. טכנולוגיות אלו מתגברות על המגבלות של אטלסים דו-ממדיים מסורתיים, תצפית במודלים פיזיים והדגמה של מורה בהצגה מרחבית, ובכך מספקות לסטודנטים חווית למידה אינטואיטיבית, דינמית ותלת-ממדית יותר5,6,9.

מציאות רבדית (Augmented reality) היא טכנולוגיית ויזואליזציה המטילה מידע וירטואלי שנוצר במחשב על הסביבה האמיתית בזמן אמת, ובכך משיגה מיזוג בין הממדי הוירטואלי לממדי הממשי ואינטראקציה בין אדם למחשב. באמצעות השלמת נתונים תלת-ממדיים ומידע מרחבי בתרחישים מהעולם האמיתי, AR יכולה להרחיב את תפיסתו של הצופה לגבי מבנים מרחביים מורכבים10,11. תכונה זו הופכת את ה-AR למתאימה במיוחד לתרחישי הוראה מעשיים הדורשים הבנה מרחבית וקואורדינציה בין העין ליד. נכון להיום, טכנולוגיית AR יושמה באופן ראשוני בחינוך לאנטומיה וקיבלה משוב חיובי11,12,13. מעבר למסגרות חינוכיות, AR הוטמעה גם ברפואת שיניים קלינית. לדוגמה, Macrì וחב' דיווחו על שימוש ב-AR לסיוע בחשיפה כירורגית של שן כלואה, והדגימו כי רישום מרחבי מבוסס AR והטלה וירטואלית-ממשית בזמן אמת יכולים לשמש בניווט כירורגי פה14. יישום קליני זה מספק תמיכה נוספת להכנסת ויזואליזציה מרחבית מונחית AR לאימון במורפולוגיה של שיניים.

בפרוטוקול זה, נעשה שימוש בטכנולוגיית AR כדי לסייע באימון גילוף שיניים על ידי אספקת רפרנס ויזואלי תלת-ממדי, רציף ואינטואיטיבי לסטודנטים במהלך התרגול, אשר עשוי לשמש כתוסף להדרכה קונבנציונלית של מדריך. למטרה זו, פותחה במשותף מערכת לגילוף שיניים הנעזרת ב-AR, המורכבת בעיקר מתוכנת AR, מצלמה ברזולוציה גבוהה, בסיס נשא לבלוק שעווה וארבעה מרקרי מעקב אחר אובייקטים תלת-ממדיים שיוצרו בנפרד. המרקרי הורכבו על בסיס הנשא, המחזיק את בלוק השעווה במיקום שנקבע מראש. במהלך הפעולה, המערכת לוכדת תמונות של אזור העבודה הפיזי באמצעות המצלמה. לאחר זיהוי מרקר של אובייקט תלת-ממדי על הבסיס, מודל השן הווירטואלי מושלך בזמן אמת על המיקום התואם בבלוק השעווה בממשק התצוגה, ובכך מסופק לסטודנטים רפרנס ויזואלי לגילוף.

על בסיס מערכת זו, בוצעה ולידציה של דגימה בודדת. סטודנט שסיים את הקורס באנטומיה של השן ביצע את הליך גילוף השן תחת הנחיית הפרוטוקול המוצע המסייע ב-AR. השן הגלויה נסרקה לאחר מכן ועובדה כמודל תלת-ממדי, ובוצע ניתוח אובייקטיבי של סטיות מורפולוגיות באמצעות השוואה למודל השן הסטנדרטי. תוצאות ראשוניות של דגימה בודדת העלו את ההיתכנות של שימוש ב-AR-ATCS ככלי עזר לאימון במורפולוגיה דנטלית.

פרוטוקול

1. הקמה של מודל שן דיגיטלי סטנדרטי

הערה: בפרוטוקול זה, הטוח הראשון התחתון השמאלי שימש כשן היעד כדי להדגים את ההיתכנות של זרימת העבודה של גילוף שיניים בסיוע AR. עבור מיקומי שיניים אחרים, ניתן להחיל את זרימת העבודה לאחר ייבוא המודל הדיגיטלי הסטנדרטי של השן המתאימה והגדרה מחדש של הקשר המרחבי שלה עם סימן האובייקט התלת-ממדי. שלב זה אורך כ-10 min.

  1. סריקת חלל של דגם שן סטנדרטי
    1. הכינו את מודל השן הסטנדרטי.
      הערה: בפרוטוקול זה, השתמש בדגם שן סטנדרטי התואם לבלוק שעווה בגודל 25 מ"מ × 25 מ"מ × 50 מ"מ.
    2. יש למרוח שכבה דקה ואחידה של אבקת סריקה או להתיז ספריי אנטי-רפלקטיבי על פני השטח של דגם השן הסטנדרטי, כדי להפחית שגיאות סריקה הנובעות מהחזרי אור.
    3. מקם והדק את דגם השן הסטנדרטי שהוכן על מתאם הסורק התלת-ממדי מסוג תא (המצויד במצלמות כפולות של 24 MP ובדיוק סריקה <10 µm). ודאו שהדגם יציב ושאזור הסריקה המיועד חשוף במלואו (איור 1A).
    4. פתחו את תוכנת הסריקה בתלת-ממד, צרו הזמנה חדשה ושמרו אותה תחת שם התואם למיקום השן המיועדת. אשרו את הגדרות הסריקה ולחצו על על הפעל סריקה.
    5. לאחר הסריקה, בדוק את תקינות המודל הדיגיטלי. אם לא נצפו פגמים ברורים, ייצא את המודל הסרוק בפורמט STL והגדר את יחידת המידה למילימטרים (איור 1B).
  2. סגמנטציה ועיבוד של מודל השן הסרוק (איור 1C)
    1. פתח תוכנה לעיבוד נתוני סריקה בתלת-ממד.
    2. לחץ על קובץ > פתחבחר את קובץ ה-STL של מודל השן הסטנדרטי, ולחץ על פתח.
    3. בחלון בחירת היחידות, בחר מילימטרים ולחץ על אנא ספק את הטקסט באנגלית שברצונך לתרגם..
    4. לחץ על מצולעים > קיטום > החלק עם פלס/מגרדתכוון ידנית את מיקום מישור החיתוך לגובה חיתוך השורש המתוכנן.
    5. אשרו את אזור החיתוך, לחצו על מישור חיתוך > מחק את הבחירה > חיתוך סמוך > אנא ספק את הטקסט שברצונך לתרגם. כדי להסיר את חלק השורש העודף ולסגור את הגבול הפתוח, ולהשיג מודל שן דיגיטלי סטנדרטי אטום למים.
    6. לחץ על קובץ > שמור ובחרו קובץ STL (בינארי) (*.STL) ברשימת סוגי הקבצים.
  3. בניית בסיס דגם השן הסטנדרטי (איור 1D)
    ​הערה: שלב זה משמש לבניית בסיס רגיל עבור מודל השן הדיגיטלי הסטנדרטי, ובכך הוא מקים קשר מרחבי יציב בין המודל הסטנדרטי, בלוק השעווה ובסיס המעקב של ה-AR. השמות המדויקים של אפשרויות התפריט עשויים להשתנות מעט בין גרסאות התוכנה השונות.
    1. פתח את תוכנת המידול התלת-ממדי.
    2. לחץ על קובץ > פתח ובחרו את קובץ ה-STL של מודל השן הדיגיטלי הסטנדרטי.
    3. לחץ על אפשרויות, ייבוא כ- גוף מוצק או גוף פני השטח, ובחר צור גופי רשת המגבלים פאות בודדות > קיבוץ פאות לפאות גיאומטריות, ולחצו על אנא ספק את הטקסט שברצונך לתרגם. ו- פתחכך שניתן יהיה לזהות את הפאות המשולשות בתחתית דגם השן כפני ייחוס שלמים יחסית.
    4. צרו את נקודת המרכז של בסיס המודל. בחרו את המשטח התחתון של מודל השן, לחצו על מאפיינים > נקודה > מרכז הפנים > אנא ספק את הטקסט באנגלית שברצונך לתרגם. ליצירת נקודת המרכז (הנקראת נקודה 1).
    5. בחר את המשטח התחתון של דגם השן כמישור הסקיצה ולחץ על סקיצה > מרכז מלבן, שרטט מלבן שמרכזו ב- נקודה 1, ולחצו על ממד חכם כדי להגדיר את המלבן לגודל של 25 מ"מ × 25 מ"מ. לחץ על יציאה מסקיצה (שמו שרטוט 1).
    6. בחר סקיצה 1בלשונית מאפיינים (Features), לחץ על בליטה/בסיס מוקציםתחת כיוון 1בחר, סמיות, הגדירו את העומק (Depth) ל-20 מ"מ, ולחצו על אנא ספק את הטקסט באנגלית שברצונך לתרגם. ליצירת בסיס דגם השן הסטנדרטי.

2. תכנון מחזיק בלוק השעווה ובסיס מעקב ה-AR

הערה: סימני מעקב האובייקטים התלת-ממדיים ובסיס בלוק השעווה למעקב AR הם רכיבים מותאמים אישית. עיצובם עשוי להשתנות בהתאם למטרת התכנון ולאסטרטגיית המידול. לכן, הבסיס המתואר בפרוטוקול זה אינו העיצוב היחיד האפשרי וניתן לשנותו, בתנאי שקיבוע בלוק השעווה, זיהוי הסימנים ונוחות העבודה נשמרים. שלב זה אורך כ-30 min.

  1. תכנון השקע בבלוק השעווה (איור 2A,ב)
    1. באמצעות תוכנת המידול התלת-ממדי, לחצו על חדש > חלק > אנא ספק את הטקסט שברצונך לתרגם. בדף הבית.
    2. בחר את ה- מישור עליון ולחצו על סקיצהלחץ על מרכז מלבן ועיצוב הסקיצה הראשונית כך שתהיה ממורכזת ב- מקור.
    3. לחץ על ממד חכם כדי להגדיר את המלבן ל-40 ממ"ק × 40 ממ"ק, לחץ על ממד יציאה (שמו סקיצה 1).
    4. בחר שרטוט 1לחץ על מאפיינים > בליטה/בסיס מובלץתחת כיוון 1בחר, סמיות, והגדירו את העומק (Depth) ל-32.5 מ"מ כדי ליצור תיבה בעלת מידות של 40 מ"מ × 40 מ"מ × 32.5 מ"מ (ששמה בליטה – בליטה 1).
    5. בחרו את המשטח העליון של הטיבואיד, לחצו על סקיצה > מרכז מלבן, וצרו את הסקיצה הראשונית הממורכזת ב- מקורלאחר מכן לחצו על מימד חכם והגדירו את גודל המלבן ל-25.2 ממ"ק × 25.2 ממ"ק (בשם Sketch 2). גודל זה מתאים לבלוק שעווה של 25 ממ"ק × 25 ממ"ק עם טולרנס הרכבה של כ-0.2 ממ"ק.
    6. בחר סקיצה 2לחץ על מאפיינים > חיתוך בבליטה (Extruded Cut)והגדירו את עומק החיתוך ל-20 מ"מ כדי ליצור את השקע עבור בלוק השעווה.
  2. תכנון של תושבות שליליות עבור סמני מעקב תלת-ממדיים אחר אובייקטים
    1. בחרו משטח אנכי אחד של הטיבואיד ולחצו על סקיצה > מרכז מלבןשרטטו מלבן על הפאה הנבחרת, לחצו על מימד חכם, והגדירו אותו ל-5.2 מ"מ × 5.2 מ"מ (ששמו סקיצה 3).
    2. לחץ על מאפיינים > חיתוך בבליטהבחר, סקיצה 3, והגדירו את עומק החיתוך ל-5 מ"מ.
    3. חזור על השלבים לעיל כדי ליצור שקעים בארבעת המשטחים האנכיים. עבור השקע במשטח התחתון, הגדר את גודל הסקיצה ל-10.2 מ"מ × 10.2 מ"מ ואת עומק החיתוך ל-10 מ"מ.
    4. לחץ על שמור ושמרו את מחזיק בלוקי השעווה כ- SLDPRT קובץ.
  3. תכנון ליציבות בסיס ונוחות גילוף
    1. באמצעות תוכנת המידול התלת-ממדי, לחץ על חדש > חלק > אנא ספק את הטקסט שברצונך לתרגם. בדף הבית.
    2. בחר את ה- מישור עליון ולחצו על סקיצה > מעגל, שרטט מעגל בקוטר 80 מ"מ שמרכזו ב- מקור (המכונה Sסקיצה 1).
    3. בחרו ב-Sketch 1, לחצו על מאפיינים > בליטה/בסיס מוקצתים, והגדירו את העומק ל-5 מ"מ כדי ליצור פלטת ייצוב מעגלית.
    4. לחץ על מישור ימני ושרטטו משולש ישר זווית ושווה שוקיים עם ה- מקור כנקודת האמצע של היתר, אורך צלע של 40 מ"מ, וזווית של 45° כדי ליצור סקיצה (ששמה שרטוט 2).
    5. בחר שרטוט 2לחץ על מאפיינים > בליטה/בסיס מוקצץבחירה, מישור אמצעי תחת כיוון (Direction), והגדירו את העומק ל-40 מ"מ כדי ליצור מבנה נטוי ב-45° (הנקרא בליטה-בליטה 2).
    6. בחרו את המשטח המשופע, לחצו על סקיצה> מרכוז מלבןשרטט מלבן מרכזי של 10 ממ"ק × 10 ממ"ק, לחץ על בליטה/בסיס מוקצים, והגדירו את העומק ל-10 מ"מ כדי ליצור את מחבר התמיכה לבסיס.
    7. לחץ על שמור ושמרו את מבנה התמיכה המייצב כקובץ SLDPRT.
  4. תכנון סמני מעקב תלת-ממדיים עבור אובייקטים
    ​הערה: על הסמן להיות בעל מבנה קשיח, מאפייני שטח יציבים ומורכבות גיאומטרית מספקת כדי לשפר את היציבות של זיהוי ומעקב אחר אובייקטים תלת-ממדיים.
    1. באמצעות תוכנת המידול התלת-ממדי, לחץ על חדש > חלק > אנא ספק את הטקסט באנגלית שברצונך לתרגם. בעמוד הבית.
    2. בחר את מישור עליון ולחצו על סקיצה > מצולעשרטט משושה שמרכזו בראשית הצירים, לחץ על מימד חכם, הגדר את אורך הצלע ל-7.5 מ"מ (בשם סקיצה 1).
    3. בחר סקיצה 1לחץ על מאפיינים > בליטה/בסיס מוקצה, והגדירו את העומק ל-10 מ"מ.
    4. בחר בפאה התחתונה, לחץ על שרטוט> מרכז מלבן, שרטט מלבן מרכזי של 5 מ"מ × 5 מ"מ (ששמו סקיצה 2).
    5. בחר סקיצה 2לחץ על מאפיינים > בליטה/בסיס בבליטה (Extruded Boss/Base)והגדירו את העומק ל-5 מ"מ כדי ליצור פין שמתאים לשקע השלילי של הבסיס.
    6. השתמש ב- טיוטה פונקציה שבה הפאה העליונה משמשת כמישור הניטרלי (Neutral Plane). בחר בכל משטח צד כמישור שיפוע (Draft Plane), והחל זוויות שיפוע שונות על כל משטח כדי להגביר את האסימטריה של המאפיינים הגאומטריים. התאם את זוויות השיפוע בהתבסס על ביצועי הזיהוי, תוך הימנעות מאסימטריה מלאה בכל משטחי הצד.
    7. בחר את פני השטח העליונים של המסמן, לחץ על סקיצה > אנא ספק את הטקסט שברצונך לתרגם., והזן תווית טקסט כדי להוסיף מאפיינים חזותיים מקומיים ולסייע בזיהוי (שמו סקיצה 3).
    8. בחר סקיצה 3לחצו על מאפיינים > בליטה/בסיס מובלץוהגדירו את עומק הבליטה ל-2 מ"מ.
    9. חזור על השלבים לעיל כדי ליצור את ארבעת סימני הצד המתאימים למשטחים המזיאלי, הדיסטלי, הבוקאלי והלינגוואלי.
    10. לחץ על שמור ושמרו כל סמן כקובץ SLDPRT.
  5. הרכבת הבסיס וסמני ה-AR ואישור מערכות היחסים המרחביות
    1. באמצעות תוכנת המידול התלת-ממדי, לחץ על חדש > הרכבה > שלום, אני מוכן. אנא שלח את הטקסט שברצונך לתרגם. בדף הבית.
    2. לחץ על הכנסת רכיביםייבאו את בסיס בלוק השעווה למעקב AR, את מבנה התמיכה למייצבים ואת כל סמני המעקב של העצמים התלת-ממדיים.
    3. לחץ על בן זוג תפקוד ויישום חופפים, מקבילים, מאונכים, או קשרי התאמה אחרים כדי להגדיר את המיקומים המרחביים בין הסמנים לבסיס.
    4. לחץ על שמור בשםבחר, STL פורמט, ולחצו על אפשרויות בחלון.
    5. אשר שמירת כל רכיבי המכלול בקובץ אחד אינו נבחר, לחץ על אנא ספק את הטקסט באנגלית שברצונך לתרגם. > שמורייצאו את קבצי ה-STL של הרכיבים הבודדים בנפרד, לצורך ייבוא המודל והגדרת היחסים המרחביים בתוכנת ה-AR.

3. הדפסה בתלת-ממד ועיבוד לאחר הדפסה של המודלים

הערה: שימוש במדפסת ובפרמטרי ההדפסה המתוארים בפרוטוקול זה, להדפסת סט מלא של מודלים, אורך כ-70 min.

  1. בחירת חומרים והגדרת המדפסת (איור 2C,D)
    1. השתמשו בפילימנט חומצת פולילקטית (PLA) בצבע אפור מט להדפסה, כדי להפחית השתקפויות ולהקל על הזיהוי על ידי מצלמת ה-AR.
    2. השתמשו במדפסת תלת-ממד מסוג FDM סגורה כדי לשלוט בסביבת ההדפסה ולשפר את יציבות ההדפסה. התאימו את הפרמטרים למאפייני המדפסת והפילימנט.
    3. ייבאו את מודל ה-STL לתוכנת הפריסה (slicing). קבעו את האוריינטציה האופטימלית על ידי הזזה, סיבוב ובחירת משטח ההדפסה כדי לצמצם שגיאות הדפסה.
    4. הגדירו את פרמטרי הפריסה באמצעות תוכנת הפריסה. ניתן להתאים את הפרמטרים בהתאם למדפסת ולחומר הספציפיים.
  2. פרמטרי פריסה מומלצים
    1. הגדירו את קוטר הנחיר ל-0.4 mm, את טמפרטורת הנחיר ל-220 °C ואת טמפרטורת משטח הבנייה ל-55 °C. השתמשו במשטח בנייה מ-PEI בעל טקסטורה.
    2. הגדירו את גובה השכבה ל-0.2 mm, את צפיפות המילוי (infill) ל-15%, ואת מהירות ההדפסה ל-50 mm/s עבור השכבה הראשונה, 200 mm/s עבור הדופן החיצונית ו-300 mm/s עבור הדופן הפנימית.
    3. הפעילו תמיכות עץ אוטומטיות (automatic tree supports) כאשר קיימים מבנים בבליטה. ויתרו על מבני תמיכה אם אין בליטות. הפעילו קירור.
    4. כיילו את המדפסת לפני ההדפסה ובדקו את צבע הפילימנט ומצב הפני השטח.
  3. עיבוד לאחר הדפסה של המודלים
    1. לאחר ההדפסה והקירור, הוציאו את משטח הבנייה וכופפו אותו בעדינות כדי לנתק את המודל באופן טבעי, ובכך להגן על טקסטורת הפני השטח של משטח הבנייה.
    2. הסירו בזהירות את מבני התמיכה באמצעות פלייר שפיץ. לאחר הסרת התמיכות, בדקו את המודל לאיתור בעיות שלם או עיוותים. אם אזורי המגע של התמיכה מחוספסים, שייפו אותם בעדינות עם נייר זכוכית או פצירה כדי לשפר את יציבות הבסיס.

4. הגדרת תוכנת ה-AR ורישום וירטואלי-ממשי

הערה: בפרוטוקול זה, נעשה שימוש בתוכנת מציאות רב-שכבתית (AR) כדי לייבא את מודל השן הדיגיטלי הסטנדרטי וליצור את השכבה הווירטואלית-ממשית. נעשה שימוש במצלמת RGB ברזולוציה גבוהה כדי ללכוד תמונות RGB ב-1080p בקצב של 30 fps. פונקציית חישוב העומק של המצלמה לא שימשה למעקב או לרישום (איור 3A,B). ייבוא המודלים הווירטואליים לתוכנה והגדרת צבע המודל והשקיפות שלו ארכו פחות מ-1 min. תהליך הרישום ארך פחות מ-5 s, וניווט בזמן אמת הושג מיד לאחר רישום מוצלח.

  1. הכנת החומרה
    1. הדלק את המחשב וחבר את המצלמה ברזולוציית גבוהה דרך יציאת USB 3.0. ודא שהמצלמה מזוהה על ידי המערכת.
      ​הערה: פרמטרי כיול המצלמה הוגדרו מראש במהלך פיתוח התוכנה ושימשו לרישום ה-AR. לא נדרש כיול נוסף במהלך השימוש העוקב. עבור מערכות AR אחרות, יש לבצע כיול מצלמה חוזר בהתאם לדרישות המערכת.
  2. ייבוא מודלים והגדרות תצוגה
    1. פתח את תוכנת ה-AR.
    2. לחץ על Import STL, בחר את התיקייה המכילה את קבצי ה-STL של מודל השן הדיגיטלי הסטנדרטי ומודלי סממני ה-AR, וייבא את המודלים הנדרשים.
    3. הגדר את מודל השן הווירטואלי לצבע לבן כדי לספק ניגודיות גבוהה עם גוש השעווה האדום, והגדר את השקיפות ל-0.4 כדי להקל על מעקב אחר הקשר בין כלי הגילוף לגבולות מודל השן.
  3. הפעלת ניווט ורישום AR
    הערה: במהלך הרישום, הימנע מהסתרת הסמן באמצעות היד או כלי הגילוף. אם המערכת אינה מצליחה לזהות את הסמן, הסר את החסם וכוונן מחדש את הבסיס כך שהסמן יחזור לשדה הראייה של המצלמה בצורה ברורה.
    1. בחר את סמן ה-AR ולחץ על Virtual Navigation > Camera Navigation. בחלון הקופץ, בחר את המצלמה לשימוש והפעל את ניווט ה-AR.
    2. מקם את סמן המעקב הפיזי התלת-ממדי במרכז שדה הראייה של המצלמה, תוך שמירה על מרחק עבודה של כ-25 cm. השתמש ברקע שאינו מחזיר אור והימנע מתאורה ישירה חזקה באזור העבודה כדי לשמור על זיהוי יציב של הסמן.
    3. כוונן את זווית המצלמה כך שהציר האופטי יהיה כמעט ניצב למשטח הסמן או ייצור זווית ראייה נטויה של כ-30°–45°, מה שיאפשר למתווה הסמן הווירטואלי בתוכנה לחפוף לסמן הפיזי באופן ההדוק ביותר מבחינת גודל, אוריינטציה ומיקום.
      ​הערה: כאשר הסמן הווירטואלי חופף באופן הדוק לסמן הפיזי, המערכת מזהה אותו באופן אוטומטי ומבצעת את הרישום, מה שמאפשר מעקב בזמן אמת. מתווה הסמן הווירטואלי משנה את צבעו מאדום לירוק, ולאחר מכן מודל השן הווירטואלי מוצג בהתאם ליחס המרחבי שהוגדר לו מראש ביחס לסמן, ומונח באופן יציב במיקום התואם על גוש השעווה.
    4. לחץ על Parameter Settings כדי לכוונן את סף איכות המעקב.
      הערה: סף זה משמש לקביעת איכות ההתאמה בין המודל הווירטואלי לסצנה האמיתית; הרישום נחשב להצלחה רק כאשר התאמת המאפיינים וביטחון המיקום מגיעים לסף שהוגדר מראש. במערכת זו, סף איכות המעקב נקבע ל-0.7 על בסיס בדיקות מקדימות חוזרות. ערך זה נבחר מכיוון שהוא אפשר זיהוי מהיר תוך שמירה על מעקב יציב בזמן אמת ורישום וירטואלי-ממשי. ספים נמוכים יותר אפשרו רישום קל יותר של הסמן אך הפחיתו את דיוק הרישום, בעוד שספים גבוהים יותר הגבירו את הקושי ואת הזמן הנדרש לרישום הסמן.

5. פרוצדורת גילוף שן בסיוע AR

  1. הכנס את בלוק השעווה בגודל 25 mm × 25 mm × 50 mm לתוך השקע של בסיס בלוק השעווה למעקב AR. ודא שתחתית בלוק השעווה מונחת באופן מלא על רצפת השקע וכי בלוק השעווה יציב.
  2. הפעל את ניווט ה-AR. קבע את אזור החיתוך והכיוון הראשוניים על בסיס ההחפפה בין מודל השן הווירטואלי לבין בלוק השעווה. סובב את הבסיס באיטיות כדי לבחון את מודל השן הווירטואלי מזוויות צפייה שונות.
  3. בחן את מודל השן הווירטואלי מכיוון הצפייה התואם למסמן מעקב האובייקט התלת-ממדי שזוהה ולמשטחים הסמוכים לו. הימנע מהסתמכות על המשטח הנגדי, שכן ייתכן שהוא לא יוצג בצורה יציבה כאשר מזוהה מסמן בודד בלבד.
  4. סובב את מחזיק בלוק השעווה כדי לחשוף את מסמן מעקב האובייקט התלת-ממדי המזיאלי, הדיסטלי, הבוקאלי או הלינגואלי לפי הצורך. תחת הגדרות מודל (Model Settings), בחר את המסמן התואם כדי להחליף את משטח הצפייה.
  5. כוונן את הצבע והשקיפות של מודל השן הווירטואלי בהגדרות מודל (Model Settings) בהתאם לשלב הבחינה.
  6. הסר כל יד או מכשיר החוסמים את המסמן. אם המערכת אינה מצליחה לזהות את המסמן עקב חסימה או סיבוב מהיר של הבסיס, כוונן שוב את מיקום הבסיס באיטיות עד שהמסמן יזוהה שוב, ולאחר מכן המשך בגילוף (איור 3C,D).

תוצאות

מערכת ה-AR-ATCS זיהתה בהצלחה את סמן מעקב האובייקטים התלת-ממדי בבסיס והלבישה באופן יציב ובזמן אמת את מודל השן הווירטואלי על המיקום המתאים בבלוק השעווה. המודל הווירטואלי ייצג במדויק מבנים אנטומיים עיקריים, גבולות מורפולוגיים וקווי מתאר של פני השטח, כולל ה-cusps, ה-fossae והחריצים, רכסים שוליים, קווי מתאר של השטח האקסיאלי ומתווה הכתר. כאשר הבסיס סובב לאט, וסמן המעקב נותר ללא חסימה, נשמר רישום (registration) יציב בין מודל השן הווירטואלי לבין בלוק השעווה. דבר זה אפשר ויזואליזציה של מורפולוגיית השן המטרה ממספר נקודות מבט, כולל המבטים הבוקאלי, הלינגוואלי, המזיאלי, הדיסטאלי והאוקלוזאלי. ממצאים אלו מדגימים כי המערכת מספקת רפרנס ויזואלי תלת-ממדי רציף המקל על זיהוי סטיות מורפולוגיות מקומיות במהלך גילוף השן.

כאשר סימן המעקב היה מסתתר חלקית על ידי יד המפעיל או כלי הגילוף, או כאשר הבסיס סובב במהירות רבה מדי, זיהוי הסימן נקטע, מה שהוביל לאובדן של שכבת המודל הווירטואלי. מיקום מחדש של הבסיס והסרת החסימה החזירו את זיהוי הסימן וכוננו מחדש רישום וירטואלי-ממשי יציב, מה שאיפשר את המשך הגילוף.

בוצע ניתוח סטיית חפיפה במישור תמונה דו-ממדי כדי להעריך את שגיאת החפיפה הווירטואלית-ממשית. עבור כל ניסוי רישום, המצלמה הייתה מקובעת, ובסיס גילוף השן עם סמן מעקב האובייקט הועבר למרכז שדה הראייה של המצלמה. כאשר קווי המתאר של הסמן הווירטואלי חפפו בקירוב לקווי המתאר של הסמן הפיזי, המערכת השלימה את הרישום באופן אוטומטי. לאחר מכן נלכדה תמונת חפיפה דו-ממדית. ארבע נקודות ציון בפינות של בסיס גילוף השן נבחרו מכל תמונה שנלכדה, ונקודות הציון הפיזיות והווירטואליות התואמות נרשמו (איור 4). המרחק האוקלידי בין כל זוג נקודות פיזיות-ווירטואליות חושב כסטיית החפיפה הדו-ממדית. עבור כל משטח, בוצעו 10 ניסויי רישום חוזרים, ובכל ניסוי נמדדו ארבעה זוגות תואמים של נקודות ציון פיזיות-ווירטואליות. לפיכך, נותחו 40 זוגות נקודות למשטח, ובסך הכל 200 זוגות נקודות בחמישה משטחים. עבור המשטחים הבוקאלי, הדיסטלי, המזיאלי והלינגואלי, הרישום בוצע באמצעות סמן מעקב האובייקט התואם לכל משטח. עבור המשטח האוקלוזלי, הרישום הושלם תחילה באמצעות סמנים על המשטחים האחרים, ולאחר מכן הבסיס סובב כדי לקבל את תמונת החפיפה במבט אוקלוזלי. סיבוב נוסף זה עשוי היה לתרום לסטייה הגדולה יותר שנצפתה במבט זה. סטיית החפיפה הדו-ממדית הממוצעת הכוללת הייתה 0.679 ± 0.381 mm, עם סטיית RMS של 0.778 mm. המשטח האוקלוזלי הראה את הסטייה והשונות הגדולות ביותר, בעוד שהמשטחים הבוקאלי, הדיסטלי, המזיאלי והלינגואלי הראו סטיות חפיפה קטנות יותר (טבלה 1).

תוצאת הגילוף המוצגת כאן התקבלה מסטודנט יחיד שסיים לאחרונה קורס באנטומיה דנטלית והשלים את הליך גילוף השן בתוך שעתיים תחת הדרכה רציפה של ה-AR-ATCS; לפיכך, ניתוח הסטייה הכמותי מייצג נתוני מדגם יחיד. ניתוח סטייה תלת-ממדי בוצע על ידי השוואה בין מודל השן הגילוף שנסרק לבין מודל שן סטנדרטי. תוך שימוש בטווח סבילות שהוגדר מראש של ±0.5 mm, 52.26% מנקודות הפני השטח היו בטווח זה. הסטייה הממוצעת הסימנית הייתה 0.1025 mm, וסטיית השורש הממוצע של הריבועים (RMS) הייתה 0.7434 mm. הסטיות החיוביות והשליליות המקסימליות היו +1.9275 mm ו-−1.9272 mm, בהתאמה. מפת הסטייה המקודדת בצבעים הצביעה על כך שהאי-התאמות המורפולוגיות הגדולות ביותר היו ממוקמות בעיקר במשטח האוקלוזלי ובאזורים נבחרים של קווי המתאר האקסיאליים (איור 5). ערכי סטייה אלו מייצגים את אי-ההתאמה המצטברת בין מודל השן הגילוף הסופי לבין מודל השן הסטנדרטי לאחר סריקה תלת-ממדית ויישור המודלים, ולא מדידות מבודדות של שגיאת גילוף, שגיאת רישום AR או שגיאת סריקה.

תוצאות ראשוניות אלו של דגימה בודדת תומכות בהיתכנות הטכנית של תהליך העבודה של ה-AR-ATCS. במהלך הליך גילוף השן שנצפה, המערכת שמרה על שכבת מידע (overlay) בזמן אמת של מודל השן הווירטואלי על גבי גוש השעווה הפיזי, ובכך סיפקה רפרנס תלת-ממדי למורפולוגיית השן ולמאפיינים אנטומיים קשורים.

figure-results-1
איור 1: הכנת המודל הדיגיטלי של שן שעווה סטנדרטית. (A) סריקה תלת-ממדית של שן השעווה הסטנדרטית. (B) נתוני סריקה ראשוניים של שן השעווה הסטנדרטית והמבנים שסביבה. (C) עיבוד המודל הדיגיטלי של השן הסטנדרטית לאחר קיטום ואופטימיזציה של פני השטח. (D) מודל השן הסטנדרטית הותאם לבסיס בלוק השעווה הווירטואלי כדי להגדיר את מיקומו המרחבי במערכת ה-AR. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תכנון וייצור של בסיס נשאי בלוק השעווה. (A) מודל תכנון תלת-ממדי של בסיס נשאי בלוק השעווה וסימן מעקב אחר אובייקט תלת-ממדי שתוכנן בנפרד. (B) הגדרת הקשר מרחבי בין המודל הדיגיטלי של שן סטנדרטית לבין בסיס נשאי בלוק השעווה. (C) בסיס נשאי בלוק השעווה המודפס בתלת-ממד עם סימן מעקב אחר אובייקט שהודפס בנפרד. (D) בלוק השעווה מורכב על הבסיס הנשאי המודפס בתלת-ממד לצורך גילוף שיניים מונחה AR).

figure-results-2
איור 3: זרימת העבודה של גילוף שן בסיוע מציאות רב-שכבית (AR). (A) ממשק תוכנת הניווט של המציאות הרב-שכבית המציג את המודל הדיגיטלי המיובא של שן סטנדרטית וסימן למעקב אחר אובייקטים תלת-ממדיים. (B) לאחר זיהוי סימן האובייקט התלת-ממדי על הבסיס, המערכת מניחה את מודל השן הווירטואלי הסטנדרטי מעל המיקום התואם של גוש השעווה הפיזי בזמן אמת. (C) גילוף ראשוני של השן מבוצע תחת הדרכת AR תוך שימוש במודל השן הווירטואלי כנקודת ייחוס מורפולוגית תלת-ממדית. (D) כוונון עדין של מבנים אנטומיים מקומיים, כולל cusps, fossae ו-grooves, רכסים שוליים (marginal ridges) וקווי מתאר של פני השטח האקסיאליים, מבוצע תחת הדרכת AR. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 4: מדידת סטיית חפיפה במישור תמונה דו-ממדי לאחר רישום AR. לאחר רישום AR אוטומטי, נלכדה תמונת חפיפה דו-ממדית. P1–P4 מציינים את ארבע נקודות הציון בפינות שנבחרו על בסיס גילוף השן הפיזי, ו-P1′–P4′ מציינים את נקודות הציון התואמות שנבחרו בחפיפה הווירטואלית. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.

figure-results-4
איור 5: ניתוח סטיות תלת-ממדי של מודל השן הגזוז בהשוואה למודל השן הסטנדרטי. מוצגות מפות סטיות תלת-ממדיות מהמבט הבוקאלי (A), המבט הלינגוואלי (B), המבט האוקלוזלי (C), המבט המזיאלי (D), והמבט הדיסטלי (E). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

משטחזוגות נקודות, nממוצע ± SD (mm)RMS (mm)מינימום (mm)מקסימום (mm)
משטח בוקאלי400.711 ± 0.2260.7450.2351.174
משטח דיסטלי400.489 ± 0.1560.5130.1460.913
משטח מזיאלי400.510 ± 0.2070.5490.1940.856
משטח לינגוואלי400.540 ± 0.2620.5990.1811.098
משטח אוקלוזלי401.145 ± 0.4941.2450.272.401
סה"כ2000.679 ± 0.3810.7780.1462.401

טבלה 1: סטיית חפיפת מישור-תמונה דו-ממדית של רישום וירטואלי-ממשי ב-AR.

דיון

ההוראה של האנטומיה של השן התפתחה עם הזמן, תוך אימוץ מודל הוראה קלאסי המשלב הדרכה תיאורטית עם הכשרה מעשית. הבנה מדויקת של המורפולוגיה האנטומית של השן מהווה בסיס חשוב לפרקטיקה קלינית רפואית בפה, במיוחד בפרוצדורות הקשורות לטיפול פרוטזטי, טיפול אנדודונטי, שחזור סגר ושחזור שתלים. לפיכך, חוקרים בחנו באופן רציף שיטות הוראה וטכנולוגיות חדשות כדי לתמוך בביסוס מערכות ידע אנטומיות. מחקרים קודמים שיפרו בעיקר את הוראת האנטומיה של השן באמצעות אופטימיזציה של שיטות ההוראה ובחינת הישימות של חומרי גילוף שונים. עם התפתחות הטכנולוגיות הדיגיטליות, סריקה תלת-ממדית, שחזור תלת-ממדי, הדפסה בתלת-ממד, מציאות מדומה ומציאות רבדית התרחבו בהדרגה מיישומים קליניים לחינוך רפואי, ובכך סיפקו כלים חדשים לסטודנטים להבנת מבנים תלת-ממדיים מורכבים15. בעתיד, עם התפתחות הבינה המלאכותית והמחשוב הנייד, צפוי שטכנולוגיות אלו ישולבו בהוראה השוטפת באופן זול ונוח יותר.

במערכת זו, ניתן להשתמש שוב במודל השן הסטנדרטי. ניתן לתכנן את סימני המעקב התלת-ממדיים של האובייקטים בתוכנה למידול תלת-ממדי, ולקבוע את יחסי המרחב ביניהם לפני ייבואם ישיר לתוכנת ה-AR. ניתן להשלים את כל זרימת העבודה על ידי הדפסה בתלת-ממד של בסיס גילוף השן. ראוי לציין כי שימוש במודלי שיניים מודפסי תלת-ממד כנקודות ייחוס פיזיות לאימון בגילוף שיניים הראה אף הוא ערך חינוכי, עם יתרונות כגון עלות נמוכה, מורפולוגיה אינטואיטיבית ותצפית חוזרת. עם זאת, טכנולוגיית AR מציעה ניווט ויזואלי בזמן אמת. היא יכולה לספק ייחוס ויזואלי תלת-ממדי בזמן אמת, ניתן לסיבוב וניתן להבניתו, בסביבת גילוף בפס waxed ממשית13. ככל שהטכנולוגיה תמשיך להתפתח, צפוי ש-AR ייושם בחינוך בצורה זולה יותר, פשוטה ונוחה יותר. לכן, להוראה בסיוע AR יש פוטנציאל ניכר לפיתוח נוסף.

עבור מערכות AR, איכות הוויזואליזציה, יציבות המעקב ודיוק הרישום (registration) הם גורמים טכניים מרכזיים הקובעים את אמינות ההנחה של המודל הווירטואלי על הממשי ואת חוויית המשתמש16. מחקרים קודמים בחנו את השימוש במערכות AR ללימוד גילוף שיניים, אך רובם אימצו מעקב תמונה (image tracking)5,13. בניגוד לכך, המערכת הנוכחית משתמשת במעקב אובייקטים תלת-ממדי. מעקב באמצעות סימני תמונה מציע הכנה פשוטה, עלות נמוכה ופריסה קלה, והוא יכול לספק זיהוי יציב כאשר הסימן גלוי בבירור ובזווית צפייה מתאימה. במהלך גילוף שיניים, לעיתים קרובות יש לסובב את גוש השעווה כדי שהמבצע יוכל לצפות במורפולוגיית השן המטרה מזוויות מרובות. בתנאים אלה, ייתכן שסימן תמונה לא יישאר גלוי במלואו בשדה הראייה של המצלמה, מה שעלול להפסיק את זיהוי הסימן ולהגביל את הרציפות של ההנחיה ב-AR בזמן אמת. בהשוואה למעקב תמונה, הנשען בעיקר על סימני תמונה מישוריים, מעקב אובייקטים תלת-ממדי מעריך את התנוחה המרחבית (spatial pose) של האובייקט על בסיס קווי המתאר הגאומטריים ומאפייניו החזותיים הטבעיים. דבר זה מאפשר למערכת לרשום את מודל השן הווירטואלי עם בסיס גוש השעווה הפיזי מזוויות צפייה מרובות, ובכך להתאים בצורה הדוקה יותר לתרחיש גילוף השיניים בפועל, שבו המבצע צריך לסובב ולבחון את גוש השעווה במהלך התרגול. עם זאת, גישה זו דורשת בדרך כלל מודל CAD או מודל סרוק תלת-ממדי של אובייקט המעקב, ולאחריו הדפסה תלת-ממדית והרכבה, מה שמעלה את מורכבות הכנת המודל בהשוואה למעקב באמצעות סימני תמונה מישוריים. לכן, אסטרטגיה מעשית היא לקבע את גוש השעווה על בסיס בעל מבנים גאומטריים ומאפיינים חזותיים מובחנים. בהתבסס על גישת מעקב זו, המערכת מבצעת אופטימיזציה לאסטרטגיית המעקב על ידי הסתמכות על סימנים המורכבים בתוך הבסיס כדי לצפות במודל השן הווירטואלי בתוך שדה ראייה מלבני. במהלך איטרציות של המערכת, נוספה פונקציה להתאמת סף הרישום כדי לאזן בין רגישות הזיהוי לדיוק ההנחה. סף נמוך יותר משפר את הצלחת הזיהוי אך עלול להפחית את יציבות ההנחה, בעוד שסף גבוה יותר משפר את דיוק הרישום אך עלול להגביר את קשיי הזיהוי. בנוסף, ממשק המעקב מאפשר למשתמשים להחליף מודלי מעקב ולהתאים את השקיפות בזמן אמת, ובכך לפשט את התפעול.

עם זאת, למערכת זו עדיין יש מספר מגבלות. ראשית, המערכת הנוכחית מסתמכת על מחשב ומצלמה חיצונית ברזולוציית גבוהה. חיבור המכשירים והסידור המרחבי הם מורכבים יחסית, דבר המגביל את יישומה בהוראה בכיתות גדולות. כדי להפחית עלויות ולשפר את הנגישות, נערכים מאמצים להתאימה של המערכת למכשירים ניידים כגון טאבלטים וסמארטפונים. שנית, ביצועי הזיהוי מושפעים מהתאורה, מזווית המצלמה, מהסתרת המרקר ומהירות הסיבוב של הבסיס. כאשר המרקר מוסתר או כאשר הבסיס מסתובב במהירות רבה מדי, המערכת עלולה להיכשל בזיהויו, ויש לחשוף את המרקר שוב כדי להשיב את הזיהוי. מגבלה נוספת של פרוטוקול זה היא השימוש במספר חבילות תוכנה מסחריות או מותאמות אישית לעיצוב המודל, לעיבוד הרשת (mesh processing) ולרישום ה-AR. חלק מהפונקציות עשויות להיות מוחלפות חלקית בחלופות קוד פתוח או בעלות נמוכה. לדוגמה, ניתן להשתמש ב-FreeCAD או ב-Blender לעיצוב ועריכה של מודלים תלת-ממדיים, וב-MeshLab או ב-CloudCompare לעיבוד רשת. בנוסף, שילוב של Unity עם Vuforia Engine עשוי לספק מסגרת פיתוח פוטנציאלית עבור AR המבוססת על זיהוי אובייקטים תלת-ממדיים, כגון מעקב מבוסס-מטרה (model-target-based tracking). עם זאת, שחזור זרימת העבודה של ה-AR המשמשת בפרוטוקול זה עדיין ידרוש פיתוח תוכנה נוסף, אופטימיזציה של פרמטרים ותיקוף. לכן, למרות שניתן לשחזר חלקית את שלבי המידול ועיבוד הרשת באמצעות תוכנות חלופיות, לא ניתן להחליף ישירות את מודול המעקב והרישום של ה-AR המיושם בפרוטוקול זה בחבילת קוד פתוח קיימת ללא פיתוח ותיקוף נוספים.

לבסוף, ניתוח סטיית חפיפת מישור התמונה הדו-ממדי יכול לשקף באופן חלקי בלבד את דיוק החפיפה של המערכת. מכיוון שגילוף שיניים הוא הליך תלת-ממדי, הנתונים הנוכחיים אינם יכולים להדגים באופן מלא את דיוק הרישום התלת-ממדי הנדרש לאימון גילוף שיניים עדין. השפעותיהם של הסתרת סימנים, זווית המצלמה, התאורה ומהירות הסיבוב על ביצועי הרישום לא הוערכו בנפרד. לכן, עדיין לא ברור האם המערכת מספקת דיוק מספיק להנחיה של גילוף שיניים עדין. לבסוף, מחקר זה השלים אישוש של זרימת עבודה על דגימה בודדת בלבד, ויכולתה לשפר את איכות הגילוף ואת תוצאות הלמידה של הסטודנטים עדיין דורשת אישור באמצעות מחקרים מבוקרים עם מדגם גדול.

לסיכום, מחקר זה מציע פרוטוקול לגילוף שיניים בסיוע מציאות רב-שכבתית (AR) המבוסס על מעקב תלת-ממדי אחר אובייקטים. תוצאות התיקוף של דגם בודד מעידות כי תהליך עבודה זה יכול להשיג חפיפת AR בין מודל השן הסטנדרטי לבין סביבת העבודה של גוש השעווה הפיזי, ובכך לספק רפרנס ויזואלי תלת-ממדי אינטואיטיבי לאימון בגילוף שיניים. אף על פי שהתוצאות הנוכחיות אינן יכולות להוכיח באופן ישיר כי ההשפעה החינוכית שלו עולה על זו של שיטות מסורתיות, פרוטוקול זה מדגים את ההיתכנות והערך של מחקר נוסף ליישום טכנולוגיית AR באימון לגילוף שיניים. עם ההתקדמות במכשירים ניידים, באלגוריתמים של זיהוי תלת-ממדי ובבינה מלאכותית, ניתן יהיה לשלב הוראת גילוף שיניים בסיוע AR בתוך הלימודים במעבדות שיניים באופן זול יותר, נוח יותר ובעל יכולת הרחבה רבה יותר.

גילויים

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר עליהם.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי הצוות של אוניברסיטת קונמינג לרפואה לאבחון וטיפול במלפורמציות קרניו-פציאליות מורכבות (2024XKTDTS08), פרויקט מחקר של המרכז הרפואי הקליני של מחוז יוננאן (2024YNLCYXZX0227, 2024YNLCYXZX0229), המרכז למחקר קליני של מחלות הפה של יוננאן (202505AJ310001), ותוכנית התמיכה להכשרת כישרונות ברמה גבוהה של מחוז יוננאן (YNWR-MY-2020-086).

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
סורק תלת-ממדיSHINING 3DAutoScanEPCG-BD032G26משמש לסריקה תלת-ממדית של שן שעווה סטנדרטית.
מצלמהIntal RealSenseD415משמשת לרכישת שדה ראייה בזמן אמת לזיהוי סימן אובייקט תלת-ממדי.
כלי גילוף לשעווה דנטליתגילוף בלוק השעווה.
E3D CMFHunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China.https://www.e3d-med.com/תוכנת ניווט AR.
מדפסת תלת-ממדית FDMBambu Lab31B8BP631300564משמשת לייצור בסיס נשא לבלוק השעווה וסימן מעקב אחר אובייקט תלת-ממדי.
Geomagic Wrap3D Systems Corporationversion 2021משמשת לעיבוד נתוני סריקה תלת-ממדית של שן שעווה סטנדרטית.
פילמנט PLABambu Lab10105משמש להדפסת תלת-ממדית בשיטת FDM.
SOLIDWORKS Dassault Systèmesversion 2025משמש למידול תלת-ממדי של בסיס נשא לבלוק השעווה וסימן מעקב אחר אובייקט.
בלוק שעווהתרגול גילוף שיניים.

מקורות

  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.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

הסרטון יגיע בקרוב

מאמרים קשורים