Tutaj prezentujemy protokół do pomiaru stopnia zniekształcenia w każdej części cyfrowego wycisku konkurencyjnego łuku uzyskanego ze skanera wewnątrzustnego z wydrukowanym w 3D metalowym fantomem o standardowych geometriach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Pomiar zniekształcenia pełnego łuku optycznego wycisku dentystycznego
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Cyfrowe przepływy pracy są aktywnie wykorzystywane do tworzenia uzupełnień protetycznych lub aparatów ortodontycznych od czasu, gdy dentyści zaczęli wykonywać cyfrowe wyciski, pobierając obrazy 3D za pomocą skanera wewnątrzustnego. Ze względu na charakter skanowania jamy ustnej w jamie ustnej pacjenta, skaner wewnątrzustny jest urządzeniem ręcznym z małym oknem optycznym, łączącym ze sobą małe dane, aby uzupełnić cały obraz. Podczas zabiegu wycisku pełnego łuku może dojść do deformacji korpusu wycisku i wpłynąć na dopasowanie uzupełnienia lub aparatu. Aby zmierzyć te zniekształcenia, zaprojektowano i wyprodukowano próbkę wzorcową za pomocą metalowej drukarki 3D. Zaprojektowane geometrie referencyjne umożliwiają ustawienie niezależnych układów współrzędnych dla każdego wycisku i zmierzenie przemieszczeń x, y i z środka górnego okręgu cylindra, w których można ocenić zniekształcenie wyciśnięcia. Aby ocenić wiarygodność tej metody, obliczane są wartości współrzędnych cylindra i porównywane między oryginalnymi danymi projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) a danymi referencyjnymi uzyskanymi za pomocą skanera przemysłowego. Różnice współrzędnych między obiema grupami były w większości mniejsze niż 50 μm, ale odchylenia były duże ze względu na tolerancję druku 3D we współrzędnych z ukośnie zaprojektowanego cylindra na zębie trzonowym. Ponieważ jednak wydrukowany model wyznacza nowy standard, nie ma on wpływu na wyniki oceny testu. Odtwarzalność skanera referencyjnego wynosi 11,0 ± 1,8 μm. Ta metoda badawcza może być wykorzystana do identyfikacji i poprawy wewnętrznych problemów skanera wewnątrzustnego lub do ustalenia strategii skanowania poprzez pomiar stopnia zniekształcenia w każdej części wycisku cyfrowego pełnego łuku.
Wprowadzenie
W tradycyjnym procesie leczenia stomatologicznego, na modelu wykonanym z gipsu wykonuje się stałe uzupełnienie lub ruchomą protezę i impregnuje się silikonem lub nieodwracalnym materiałem hydrokoloidowym. Ze względu na to, że proteza wytwarzana pośrednio jest dostarczana do jamy ustnej, przeprowadzono wiele badań w celu wyeliminowania błędów spowodowanych serią takich procesów produkcyjnych1,2. Ostatnio do wytwarzania protezy w procesie CAD stosuje się metodę cyfrową poprzez manipulowanie modelami w przestrzeni wirtualnej po uzyskaniu obrazów 3D zamiast wykonywania wycisków3. Na początku taka metoda wycisku optycznego była stosowana w ograniczonym zakresie, takim jak leczenie próchnicy jednego lub niewielkiej liczby zębów. Jednak wraz z opracowaniem podstawowej technologii skanera 3D, cyfrowy wycisk całego łuku jest obecnie wykorzystywany do wytwarzania stałych uzupełnień na dużą skalę, uzupełnień ruchomych, takich jak proteza częściowa lub całkowita, aparaty ortodontyczne i implantologiczne szablony chirurgiczne4,5,6,7. Dokładność wycisku cyfrowego jest zadowalająca w krótkim obszarze, takim jak łuk jednostronny. Ponieważ jednak skaner wewnątrzustny jest urządzeniem ręcznym, które uzupełnia całe uzębienie poprzez zszycie obrazu uzyskanego przez wąskie okienko optyczne, zniekształcenie modelu można zauważyć po wykonaniu łuku zębowego w kształcie litery U. W związku z tym aparat o dużym zasięgu wykonany w tym modelu może nie pasować dobrze do ust pacjenta i wymagać wielu regulacji.
Przeprowadzono różne badania dotyczące dokładności wirtualnego ciała wyciskowego uzyskanego za pomocą skanera wewnątrzustnego, a także istnieją różne modele badawcze i metody pomiaru. W zależności od tematu badania można go podzielić na badania kliniczne8,9,10,11,12 dla rzeczywistych pacjentów i badań in vitro13,14,15,16 prowadzone w modelach oddzielnie opracowanych na potrzeby badań. Badania kliniczne mają tę zaletę, że są w stanie ocenić warunki rzeczywistego środowiska klinicznego, ale trudno jest kontrolować zmienne i zwiększać liczbę przypadków klinicznych w nieskończoność. Liczba badań klinicznych nie jest duża, ponieważ istnieje granica możliwości oceny pożądanych zmiennych. Z drugiej strony, zgłoszono wiele badań in vitro, które oceniają podstawowe działanie skanera wewnątrzustnego poprzez kontrolowanie zmiennych17. Model badawczy obejmuje również częściowy lub całkowity łuk naturalnych zębów18,19,20,21,22 oraz całkowicie bezzębną szczękę z utraconymi wszystkimi zębami23, lub przypadek, w którym implant dentystyczny jest zainstalowany i oddalony od siebie w określonym odstępie24,25,26,27, lub forma, w której pozostała większość zębów i brakuje tylko części zęba16,28. Jednak badania nad zniekształceniem wirtualnego ciała wyciskowego wykonanym przez ręczny skaner wewnątrzustny ograniczyły się do jakościowej oceny odchyleń za pomocą mapy kolorów utworzonej przez nałożenie jej na dane referencyjne i wyrażonej jako jedna wartość liczbowa na dane. Trudno jest dokładnie zmierzyć zniekształcenie 3D całego łuku, ponieważ większość badań bada tylko zlokalizowaną część łuku zębowego z bezkierunkowym odchyleniem odległości.
W tym badaniu, zniekształcenie łuku zębowego podczas wycisku optycznego za pomocą skanera wewnątrzustnego jest badane przy użyciu standardowego modelu z układem współrzędnych. Celem niniejszego badania jest dostarczenie informacji na temat metody oceny dokładności skanerów wewnątrzustnych, które wykazują różne cechy ze względu na różnice w sprzęcie optycznym i oprogramowaniu do przetwarzania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie próbki wzorcowej
- Przygotowanie modelu
- Usuń sztuczne zęby (lewy i prawy kieł, drugi przedtrzonowiec i drugi trzonowiec) na modelu pełnego łuku żuchwy, pozostawiając tylko 1/5 części szyjnej.
- Projektowanie CAD
- Pobrać dane próbki wzorcowej za pomocą skanera referencyjnego.
- Zaprojektuj cylindry (o średnicy górnej 2 mm i wysokości cylindra 7 mm) na przyciętych sześciu zębach za pomocą oprogramowania do inżynierii odwrotnej.
- Dodaj trzy kule odniesienia (o średnicy 3,5 mm) za lewym drugim zębem trzonowym w celu zdefiniowania referencyjnego układu współrzędnych 3D za pomocą oprogramowania do inżynierii odwrotnej.
- Zlokalizuj jedną kulę po dystalnej stronie dystalnej i policzkowej strony cylindra po lewej drugiej stronie trzonowca, tak aby współrzędne wszystkich cylindrów miały wartości dodatnie.
- Zaprojektuj lewy drugi cylinder trzonowy tak, aby był nachylony przyśrodkowo pod kątem 30°, a prawy drugi cylinder trzonowy tak, aby był nachylony dystalnie o 30°. Ustaw pozostałe walce pod kątem prostym do modelu.
- Druk 3D z metalu
- Wyprodukuj model fantomowy ze stopu CoCr za pomocą metalowej drukarki 3D, aby służył jako uzębienie pacjenta (Rysunek 1).
2. Akwizycja danych referencyjnych i analiza oprogramowania
- Zeskanuj fantom za pomocą testowego skanera wewnątrzustnego.
- Obraz referencyjny można uzyskać, skanując metalowy model fantomowy za pomocą skanera modeli na poziomie przemysłowym.
- Ustal układ współrzędnych, wyodrębniając punkty ze sfer odniesienia.
- Załaduj obraz referencyjny do oprogramowania do analizy inżynierii odwrotnej, aby obliczyć współrzędne odniesienia dla każdej pozycji cylindra.
- Wyodrębnij sferę, wybierając opcję Geometria odniesienia | Utwórz | Sfera | Wskaż punkty graniczne i wskazanie czterech punktów na powierzchni sfery odniesienia, które są najbardziej oddalone od siebie (Rysunek uzupełniający 1 i Rysunek uzupełniający 2).
- Oblicz środek trzech sfer odniesienia.
- Użyj punktu menu Geometria odniesienia | Utwórz | Samolot | Wskaż punkty, aby połączyć środki trzech sfer i utworzyć płaszczyznę (Rysunek uzupełniający 3).
- Ustaw uformowaną płaszczyznę jako płaszczyznę XY.
- Wybierz punkt menu Geometria odniesienia | Utwórz | Samolot | Odsuń płaszczyznę, aby utworzyć płaszczyznę styczną powyżej płaszczyzny xy (Rysunek uzupełniający 4).
- Utwórz punkty, w których spotyka się płaszczyzna styczna i dwie sfery językowe, wybierając opcję Geometria odniesienia | Utwórz | Punkt | Polecenie Rzutuj na płaszczyznę odniesienia (Rysunek uzupełniający 5).
- Wygeneruj płaszczyznę między utworzonymi punktami a środkiem dwóch sfer językowych za pomocą opcji Geometria odniesienia | Utwórz | Samolot | Wskaż punkty (Rysunek uzupełniający 6).
- Zmierz odległość od tej płaszczyzny do środka kuli policzkowej za pomocą Inspection | Wymiar | Polecenie liniowe (rysunek uzupełniający 7).
- Utwórz równoległą płaszczyznę, która przechodzi przez środek sfery policzkowej za pomocą punktu Geometria | Utwórz | Samolot | Polecenie Odsuń płaszczyznę (Rysunek uzupełniający 8).
- Ustaw uformowaną płaszczyznę jako płaszczyznę YZ (rysunek uzupełniający 9).
- Ustaw osie x, y i z.
- Ustaw środek sfery policzkowej jako "początek" układu współrzędnych.
- Ustaw linię równoległą do linii łączącej punkty środkowe pozostałych dwóch sfer podczas podróży do przodu i do tyłu modelu przez początek układu współrzędnych jako oś Y.
- Ustaw linię na płaszczyźnie xy, która przechodzi przez początek układu współrzędnych i jest prostopadła do osi y, jako oś X.
- Użyj punktu menu Geometria odniesienia | Utwórz | Współrzędne | Wybierz polecenie początku układu współrzędnych i kierunku X, Y, aby utworzyć nowy układ współrzędnych ze środkiem kuli policzkowej jako początkiem układu współrzędnych (rysunek uzupełniający 10).
- Ustaw linię prostopadłą do płaszczyzny xy i przechodzącą przez początek układu współrzędnych jako oś Z (Rysunek uzupełniający 11).
- Przenieś ten szczegół z układu współrzędnych skanowania do nowo utworzonego układu współrzędnych.
- Użyj punktu menu Geometria odniesienia | Polecenie Powiąż z powłoką, aby naprawić geometrie utworzone podczas tego procesu na danych skanowania (Rysunek uzupełniający 12).
- Wykonaj geometrię ref. | Przekształcanie | Współrzędne | Polecenie Wyrównaj współrzędne, aby przejść z podstawowego układu współrzędnych do nowo utworzonego układu współrzędnych (Rysunek uzupełniający 13).
- W ten sposób przypisz układ współrzędnych do metalowej próbki wzorcowej w odniesieniu do trzech sfer odniesienia (rysunek uzupełniający 14).
- Wyodrębnij punkty pomiarowe z cylindrów w głównym obszarze.
- Wyodrębnij współrzędne x, y i z dla górnych środków okręgów sześciu cylindrów, które mają być analizowane pod kątem zniekształcenia określonych regionów w procesie inżynierii odwrotnej.
- W tym celu należy użyć punktu menu Geometria odniesienia | Utwórz | Cylinder | Wskaż punkty graniczne i określ co najmniej 10 punktów na górnej krawędzi walca i wyznacz taką samą liczbę punktów na elipsie, która styka się z zębem na dole walca (Rysunek uzupełniający 15, Rysunek uzupełniający 16 i Rysunek uzupełniający 17).
- Uzyskaj wyodrębnione współrzędne górnego środka walca. Oceń deformację 3D w każdej pozycji, porównując ją z wartościami współrzędnych tego samego cylindra cyfrowego wycisku uzyskanego przez skaner wewnątrzustny, który ma być oceniany.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Współrzędne każdego cylindra obliczone na podstawie pierwotnych danych CAD oraz obraz referencyjny skanu wzorca metalowego wydrukowanego w technologii 3D, wykonany przemysłowym skanerem modelowym, przedstawiono w Tabeli 1. Różnica między nimi była mniejsza niż 50 µm, jednak wartość współrzędnej z cylindra prawego drugiego trzonowca z wydrukowanego wzorca była niska. Pomimo że fantom metalowy został wykonany na wysokiej klasy przemysłowej drukarce 3D, stwierdzono ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Wśród badań oceniających dokładność skanera wewnątrzustnego poprzez ocenę wynikowego cyfrowego korpusu wyciskowego, najczęstszą metodą jest nałożenie danych wycisku cyfrowego na obraz referencyjny i obliczenie odchylenia między powłokami 12,13,14,15,20,23. Metoda ta ogranicza się jednak do obliczenia wartości odchylenia od sp...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
To badanie było wspierane przez grant Koreańskiego Projektu Badawczo-Rozwojowego Technologii Medycznych przez Koreański Instytut Rozwoju Przemysłu Medycznego (KHIDI), finansowany przez Ministerstwo Zdrowia i Opieki Społecznej (numer grantu: HI18C0435).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| EOS CobaltChrome SP2 | Electro Oprical Systems | H051601 | Stop metalu typu proszkowego do druku 3D |
| Geomagic Verify | 3D Systems | 2015.2.0 | Oprogramowanie do inspekcji 3D |
| Model szczęki do odbudowy protetycznej | Nissin Dental Products Inc. | Model pełnego łuku żuchwy | |
| Technologia Rapidform | Inus | RF90600-10004-010000 | Oprogramowanie do inżynierii odwrotnej |
| stereoSCAN R8 | AICON 3D Systems GmbH | Skaner modeli na poziomie przemysłowym |
Bibliografia
- McLean, J. W., von Fraunhofer, J. A. The estimation of cement film thickness by an in vivo technique. British Dental Journal. 131 (3), 107-111 (1971).
- Park, J. M., Hong, Y. S., Park, E. J., Heo, S. J., Oh, N. Clinical evaluations of cast gold alloy, machinable zirconia, and semiprecious alloy crowns: A multicenter study. Journal of Prosthetic Dentistry. 115 (6), 684-691 (2016).
- Keul, C., et al. Fit of 4-unit FDPs made of zirconia and CoCr-alloy after chairside and labside digitalization--a laboratory study. Dental Materials. 30 (4), 400-407 (2014).
- Ritter, L., et al. Accuracy of chairside-milled CAD/CAM drill guides for dental implants. International Journal of Computerized Dentistry. 17 (2), 115-124 (2014).
- Grunheid, T., McCarthy, S. D., Larson, B. E. Clinical use of a direct chairside oral scanner: an assessment of accuracy, time, and patient acceptance. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 146 (5), 673-682 (2014).
- Penarrocha-Oltra, D., Agustin-Panadero, R., Bagan, L., Gimenez, B., Penarrocha, M. Impression of multiple implants using photogrammetry: description of technique and case presentation. Medicina Oral, Patolodia Oral y Cirugia Bucal. 19 (4), e366-e371 (2014).
- Kattadiyil, M. T., Mursic, Z., AlRumaih, H., Goodacre, C. J. Intraoral scanning of hard and soft tissues for partial removable dental prosthesis fabrication. Journal of Prosthetic Dentistry. 112 (3), 444-448 (2014).
- Kim, J., et al. Comparison of experience curves between two 3-dimensional intraoral scanners. Journal of Prosthetic Dentistry. 116 (2), 221-230 (2016).
- Lim, J. H., Park, J. M., Kim, M., Heo, S. J., Myung, J. Y. Comparison of digital intraoral scanner reproducibility and image trueness considering repetitive experience. Journal of Prosthetic Dentistry. 119 (2), 225-232 (2018).
- Muhlemann, S., Greter, E. A., Park, J. M., Hammerle, C. H. F., Thoma, D. S. Precision of digital implant models compared to conventional implant models for posterior single implant crowns: A within-subject comparison. Clinical Oral Implants Research. 29 (9), 931-936 (2018).
- Park, J. M., Hammerle, C. H. F., Benic, G. I. Digital technique for in vivo assessment of internal and marginal fit of fixed dental prostheses. Journal of Prosthetic Dentistry. 118 (4), 452-454 (2017).
- Ender, A., Zimmermann, M., Attin, T., Mehl, A. In vivo precision of conventional and digital methods for obtaining quadrant dental impressions. Clinical Oral Investigations. 20 (7), 1495-1504 (2016).
- Kim, R. J., Park, J. M., Shim, J. S. Accuracy of 9 intraoral scanners for complete-arch image acquisition: A qualitative and quantitative evaluation. Journal of Prosthetic Dentistry. 120 (6), 895-903 (2018).
- Ender, A., Mehl, A. Accuracy in dental medicine, a new way to measure trueness and precision. Journal of Visualized Experiments. (86), e51374(2014).
- Ender, A., Mehl, A. In-vitro evaluation of the accuracy of conventional and digital methods of obtaining full-arch dental impressions. Quintessence International. 46 (1), 9-17 (2015).
- Ajioka, H., Kihara, H., Odaira, C., Kobayashi, T., Kondo, H. Examination of the Position Accuracy of Implant Abutments Reproduced by Intra-Oral Optical Impression. PLOS ONE. 11 (10), e0164048(2016).
- Patzelt, S. B., Lamprinos, C., Stampf, S., Att, W. The time efficiency of intraoral scanners: an in vitro comparative study. Journal of Americal Dental Association. 145 (6), 542-551 (2014).
- Gan, N., Xiong, Y., Jiao, T. Accuracy of Intraoral Digital Impressions for Whole Upper Jaws, Including Full Dentitions and Palatal Soft Tissues. PLOS ONE. 11 (7), e0158800(2016).
- Rehmann, P., Sichwardt, V., Wostmann, B. Intraoral Scanning Systems: Need for Maintenance. International Journal of Prosthodontics. 30 (1), 27-29 (2017).
- Patzelt, S. B., Emmanouilidi, A., Stampf, S., Strub, J. R., Att, W. Accuracy of full-arch scans using intraoral scanners. Clinical Oral Investigations. 18 (6), 1687-1694 (2014).
- Muallah, J., et al. Accuracy of full-arch scans using intraoral and extraoral scanners: an in vitro study using a new method of evaluation. International Journal of Computerized Dentistry. 20 (2), 151-164 (2017).
- Treesh, J. C., et al. Complete-arch accuracy of intraoral scanners. Journal of Prosthetic Dentistry. 120 (3), 382-388 (2018).
- Patzelt, S. B., Vonau, S., Stampf, S., Att, W. Assessing the feasibility and accuracy of digitizing edentulous jaws. Journal of Americal Dental Association. 144 (8), 914-920 (2013).
- Andriessen, F. S., Rijkens, D. R., van der Meer, W. J., Wismeijer, D. W. Applicability and accuracy of an intraoral scanner for scanning multiple implants in edentulous mandibles: a pilot study. Journal of Prosthetic Dentistry. 111 (3), 186-194 (2014).
- Gimenez, B., Ozcan, M., Martinez-Rus, F., Pradies, G. Accuracy of a digital impression system based on parallel confocal laser technology for implants with consideration of operator experience and implant angulation and depth. International Journal of Oral and Maxillofacial Implants. 29 (4), 853-862 (2014).
- Gimenez, B., Ozcan, M., Martinez-Rus, F., Pradies, G. Accuracy of a digital impression system based on active wavefront sampling technology for implants considering operator experience, implant angulation, and depth. Clinical Implant Dentistry and Related Research. 17 Suppl 1, e54-e64 (2015).
- Papaspyridakos, P., et al. Digital versus conventional implant impressions for edentulous patients: accuracy outcomes. Clinical Oral Implants Research. 27 (4), 465-472 (2016).
- Flugge, T. V., Att, W., Metzger, M. C., Nelson, K. Precision of Dental Implant Digitization Using Intraoral Scanners. International Journal of Prosthodontics. 29 (3), 277-283 (2016).
- Kim, S. Y., et al. Accuracy of dies captured by an intraoral digital impression system using parallel confocal imaging. International Journal of Prosthodontics. 26 (2), 161-163 (2013).
- Ender, A., Mehl, A. Influence of scanning strategies on the accuracy of digital intraoral scanning systems. International Journal of Computerized Dentistry. 16 (1), 11-21 (2013).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
