Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

System wspomagany rzeczywistością rozszerzoną do treningu rzeźbienia zębów w edukacji stomatologicznej

81 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/73392

⸱

18 sierpnia 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

W tym artykule

Podsumowanie

System rzeźbienia zębów wspomagany rzeczywistością rozszerzoną (AR-ATCS) rozpoznaje markery obiektów 3D i nakłada wirtualny model zęba na prawdziwy blok wosku, zapewniając trójwymiarowy punkt odniesienia w celu wsparcia początkujących studentów stomatologii podczas rzeźbienia zębów.

Streszczenie

Celem niniejszego protokołu jest usprawnienie nauczania anatomii stomatologicznej poprzez opracowanie i zastosowanie systemu rzeźbienia zębów wspomaganego rzeczywistością rozszerzoną (AR-ATCS). Morfologia zęba jest podstawowym elementem kształcenia stomatologicznego, wymagającym od studentów opanowania złożonych trójwymiarowych (3D) struktur anatomicznych i punktów orientacyjnych, które są niezbędne w procedurach klinicznych, takich jak stomatologia zachowawcza i leczenie endodontyczne. Tradycyjnie umiejętności te nabywa się poprzez ćwiczenia z rzeźbienia w blokach woskowych; jednak podejście to jest często ograniczone niską efektywnością instruktażu oraz znaczną luką poznawczą, gdy studenci próbują przenieść dwuwymiarowe (2D) ilustracje z podręczników na trójwymiarowe struktury fizyczne. Aby rozwiązać te problemy, niniejszy protokół opisuje integrację technologii rzeczywistości rozszerzonej (AR) z manualnym treningiem rzeźbienia zębów. System wykorzystuje trójwymiarowe śledzenie obiektów i algorytmy komputerowego rozpoznawania obrazu do nałożenia wysokiej wierności wirtualnego modelu zęba 3D na fizyczny obszar roboczy. Poprzez rozpoznawanie dedykowanych markerów śledzących za pomocą kamery urządzenia mobilnego, system rzutuje cyfrowy przewodnik w odpowiedniej skali i orientacji bezpośrednio na blok woskowy. To dopasowanie wirtualno-fizyczne umożliwia studentom wizualizację docelowej morfologii zęba w czasie rzeczywistym oraz identyfikację odchyleń w postępie rzeźbienia w momencie ich wystąpienia. Protokół przedstawia szczegółowy przebieg prac dotyczący konfiguracji środowiska AR, dopasowania modeli wirtualnych do materiałów fizycznych oraz wykorzystania systemu jako narzędzia do samodzielnego treningu. Dzięki dostarczaniu interaktywnej informacji zwrotnej pod wieloma kątami, system zmniejsza zależność od ciągłych demonstracji prowadzącego i minimalizuje skutki nieodwracalnych błędów w rzeźbieniu. Podsumowując, to podejście wspomagane AR stanowi uzupełniające narzędzie naprowadzania wizualnego w tradycyjnym nauczaniu anatomii stomatologicznej, wspierając początkujących studentów podczas rzeźbienia zębów i oferując bardziej efektywne ramy ćwiczenia morfologii zębów.

Wprowadzenie

Morfologia zębów jest kluczowym elementem kształcenia stomatologicznego, mającym na celu pomoc studentom w systematycznym zrozumieniu morfologii anatomicznej zębów oraz ich trójwymiarowych cech strukturalnych1,2. Praktyka rzeźbienia zębów, jako istotna część nauczania morfologii zębów, nie tylko odzwierciedla stopień opanowania anatomii zęba przez studentów, ale także trenuje ich sprawność manualną i umiejętności operacyjne3,4. Stanowi ona niezbędną podstawę praktyki klinicznej, szczególnie w leczeniu protetycznym2,5.

Tradycyjny trening rzeźbienia zębów zazwyczaj odbywa się pod kierunkiem instruktorów, podczas którego studenci rzeźbią morfologię anatomiczną zębów przednich i bocznych, wykorzystując bloki woskowe lub mydło3,5. Jednak dysproporcja między liczbą instruktorów a studentów sprawia, że nauczycielom trudno jest zapewnić wystarczające, indywidualne wsparcie w ograniczonym czasie nauczania4,5. Ponadto studenci często napotykają znaczne trudności poznawcze podczas przekształcania obrazów dwuwymiarowych w formy trójwymiarowe, co może obniżyć zarówno efektywność nauki, jak i skuteczność nauczania2,5,6.

W ostatnich latach, wraz z gwałtownym rozwojem technologii cyfrowych, druk trójwymiarowy, rozszerzona rzeczywistość, wirtualna rzeczywistość oraz inne podejścia cyfrowe zaczęły być stopniowo stosowane w edukacji z zakresu anatomii medycznej oraz w nauczaniu w laboratoriach protetycznych6,7,8,9. Technologie te pozwalają przełamać ograniczenia tradycyjnych dwuwymiarowych atlasów, obserwacji modeli fizycznych oraz demonstracji nauczyciela w zakresie prezentacji przestrzennej, zapewniając studentom bardziej intuicyjne, dynamiczne i trójwymiarowe doświadczenie nauki5,6,9.

Rzeczywistość rozszerzona (AR) to technologia wizualizacji, która w czasie rzeczywistym nakłada wygenerowane komputerowo informacje wirtualne na rzeczywiste otoczenie, osiągając tym samym fuzję świata wirtualnego z rzeczywistym oraz interakcję człowiek-komputer. Poprzez uzupełnianie trójwymiarowych danych i informacji przestrzennych w scenariuszach świata rzeczywistego, AR może rozszerzyć percepcję obserwatora w odniesieniu do złożonych struktur przestrzennych10,11. Ta cecha sprawia, że AR jest szczególnie odpowiednia do praktycznych scenariuszy nauczania, które wymagają rozumienia przestrzeni i koordynacji wzrokowo-ruchowej. Obecnie technologia AR została wstępnie zastosowana w edukacji anatomicznej i spotkała się z pozytywnymi opiniami11,12,13. Poza środowiskiem edukacyjnym AR została również przeniesiona do praktyki klinicznej w stomatologii. Na przykład Macrì i współpracownicy opisali zastosowanie AR wspomagającej chirurgiczne odsłonięcie zębą zatrzymanego, wykazując, że oparta na AR rejestracja przestrzenna i rzeczywiste nakładanie obrazu wirtualnego na rzeczywisty mogą być stosowane w nawigacji chirurgicznej w obrębie jamy ustnej14. Ta aplikacja kliniczna stanowi dodatkowe wsparcie dla wprowadzenia wizualizacji przestrzennej kierowanej przez AR do treningu morfologii zębów.

W niniejszym protokole technologia AR została wykorzystana do wsparcia szkolenia z rzeźbienia zębów poprzez zapewnienie studentom ciągłego, intuicyjnego trójwymiarowego punktu odniesienia podczas ćwiczeń, co może stanowić uzupełnienie konwencjonalnych instrukcji prowadzącego. W tym celu wspólnie opracowano system rzeźbienia zębów wspomagany AR, który składa się przede wszystkim z oprogramowania AR, kamery wysokiej rozdzielczości, podstawy nośnika bloku wosku oraz czterech oddzielnie wykonanych trójwymiarowych markerów śledzenia obiektów. Markery zamontowano na podstawie nośnika, która utrzymuje blok wosku w określonej pozycji. Podczas pracy system rejestruje obrazy fizycznego obszaru roboczego za pomocą kamery. Po rozpoznaniu trójwymiarowego markera obiektu na podstawie, wirtualny model zęba jest nakładany w czasie rzeczywistym na odpowiadającą mu pozycję na bloku wosku w interfejsie wyświetlania, zapewniając studentom wizualny punkt odniesienia podczas rzeźbienia.

W oparciu o ten system przeprowadzono walidację na pojedynczej próbce. Student, który ukończył kurs anatomii zęba, wykonał procedurę rzeźbienia zęba zgodnie z zaproponowanym protokołem wspomaganym przez AR. wyrzeźbiony ząb został następnie zeskanowany i przetworzony jako model trójwymiarowy, a następnie przeprowadzono obiektywną analizę odchyleń morfologicznych poprzez porównanie go ze standardowym modelem zęba. Wstępne wyniki dla pojedynczej próbki sugerują możliwość wykorzystania AR-ATCS jako narzędzia pomocniczego w nauce morfologii zęba.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Utworzenie standardowego cyfrowego modelu zęba

UWAGA: W niniejszym protokole jako ząb docelowy wykorzystano lewy pierwszy trzonowiec dolny, aby wykazać wykonalność procesu rzeźbienia zęba wspomaganego przez AR. W przypadku innych pozycji zębów proces ten można zastosować po zaimportowaniu odpowiedniego standardowego cyfrowego modelu zęba i ponownym zdefiniowaniu jego relacji przestrzennej z trójwymiarowym markerem obiektu. Krok ten zajmuje około 10 min.

  1. Skanowanie komory standardowego modelu zęba
    1. Przygotuj standardowy model zęba.
      UWAGA: W niniejszym protokole należy użyć standardowego modelu zęba kompatybilnego z blokiem wosku o wymiarach 25 mm × 25 mm × 50 mm.
    2. Nanieś cienką i jednorodną warstwę proszku skanującego lub sprayu antyrefleksyjnego na powierzchnię standardowego modelu zęba, aby zredukować błędy skanowania wynikające z odbić światła.
    3. Umieść i zabezpiecz przygotowany model wzorcowy zęba w uchwycie trójwymiarowego skanera komorowego (wyposażonego w dwie kamery 24 MP i dokładność skanowania <10 µm). Należy upewnić się, że model jest stabilny, a docelowy obszar skanowania jest w pełni odsłonięty (Rycina 1A).
    4. Otwórz oprogramowanie do skanowania 3D, utwórz nowe zlecenie i nazwij je zgodnie z pozycją docelowego zęba. Potwierdź ustawienia skanowania i kliknij włączony Rozpocznij skanowanie.
    5. Po skanowaniu należy sprawdzić integralność modelu cyfrowego. Jeśli nie stwierdzono oczywistych wad, należy wyeksportować zeskanowany model w formacie STL i ustawić jednostkę na milimetry (Rysunek 1B).
  2. Segmentacja i przetwarzanie zeskanowanego modelu zęba (Rycina 1C)
    1. Otwórz oprogramowanie do przetwarzania danych ze skanowania 3D.
    2. Kliknij w Plik > Otwórzwybierz plik STL standardowego modelu zęba i kliknij Otwórz.
    3. W oknie wyboru jednostek należy wybrać Milimetry i kliknij w Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia..
    4. Kliknij w Wielokąty > Przycinanie > Wyrównywanie strugiemRęcznie dostosuj pozycję płaszczyzny cięcia do planowanego poziomu przekroju korzenia.
    5. Potwierdź obszar cięcia, kliknij w Płaszczyzna przecięcia > Usuń zaznaczenie > Bliski przecitek > Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. aby usunąć nadmiar części korzenia i zamknąć otwartą krawędź, a następnie uzyskać wodoszczelny, standardowy cyfrowy model zęba.
    6. Kliknij w Plik > Zapisz i wybrać Plik STL (binarny) (*.STL) na liście Typów plików.
  3. Budowa podstawy standardowego modelu zęba (Rycina 1D)
    ​UWAGA: Ten krok służy do stworzenia regularnej podstawy dla standardowego cyfrowego modelu zęba, co pozwala na ustanowienie stabilnej relacji przestrzennej pomiędzy modelem standardowym, blokiem wosku a podstawą śledzenia AR. Dokładne nazwy opcji w menu mogą się nieznacznie różnić w zależności od wersji oprogramowania.
    1. Uruchom oprogramowanie do modelowania 3D.
    2. Kliknij w Plik > Otwórz następnie wybierz plik STL standardowego cyfrowego modelu zęba.
    3. Kliknij w Opcje, importuj jako Ciało stałe lub Powierzchnia ciałai wybrać Tworzenie brył siatkowych ograniczonych pojedynczymi ścianami > Grupowanie faset w ścianiei kliknij w Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia. i Otwórztak, aby trójkątne ścianki u podstawy modelu zęba mogły zostać rozpoznane jako stosunkowo kompletna powierzchnia referencyjna.
    4. Utwórz punkt centralny podstawy modelu. Wybierz dolną powierzchnię modelu zęba, kliknij w Cechy > Punkt > Środek twarzy > Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. w celu wyznaczenia punktu środkowego (nazwanego Punkt 1).
    5. Wybierz dolną powierzchnię modelu zęba jako płaszczyznę szkicu i kliknij Szkic > Wyśrodkuj prostokąt, narysuj prostokąt z centroidem w Punkt 1i kliknij w Inteligentny wymiar aby ustawić prostokąt na wymiary 25 mm × 25 mm. Kliknij w Wyjdź ze szkicu (nazwanym Szkic 1).
    6. Wybierz Szkic 1W karcie Cechy kliknij Wypukłość/Podstawa wyciśniętaPod Kierunek 1wybierz Ślepa próba, ustaw wartość Depth na 20 mm, a następnie kliknij Proszę o dostarczenie tekstu źródłowego do tłumaczenia. do wygenerowania standardowej bazy modelu zęba.

2. Projekt uchwytu do bloków woskowych i podstawy do śledzenia AR

UWAGA: Trójwymiarowe znaczniki do śledzenia obiektów oraz podstawa z bloku woskowego do śledzenia AR są komponentami niestandardowymi. Ich konstrukcja może się różnić w zależności od celu projektu i strategii modelowania. W związku z tym podstawa opisana w niniejszym protokole nie jest jedynym możliwym rozwiązaniem i może zostać zmodyfikowana, pod warunkiem zachowania stabilnej fiksacji bloku woskowego, rozpoznawania znaczników oraz komfortu obsługi. Ten etap zajmuje około 30 min.

  1. Projekt zagłębienia w bloku woskowym (Rycina 2A,B)
    1. Korzystając z oprogramowania do modelowania 3D, kliknij w Nowy > Część > Proszę o dostarczenie tekstu źródłowego do tłumaczenia. na stronie głównej.
    2. Wybierz Płaszczyzna górna i kliknij w SzkicKliknij w Wyśrodkowany prostokąt i narysować wstępny szkic wyśrodkowany w Pochodzenie.
    3. Kliknij w Inteligentny Wymiar aby ustawić prostokąt na wymiary 40 mm × 40 mm, kliknij Wymiar wyjścia (nazwany Szkic 1).
    4. Wybierz Szkic 1, kliknij w Cechy > Wypukłość/podstawa ekstruzyjna, pod Kierunek 1wybierz Ślepa próba, oraz ustaw wartość Depth (Głębokość) na 32,5 mm, aby stworzyć prostopadłościan o wymiarach 40 mm × 40 mm × 32,5 mm (nazwany Wypukłość – Wypchnij 1).
    5. Wybierz górną powierzchnię prostopadłościanu, kliknij w Szkic > Prostokąt środkowyi stwórz wstępny szkic wyśrodkowany w PochodzenieNastępnie kliknij w Inteligentny wymiar następnie należy ustawić rozmiar prostokąta na 25,2 mm × 25,2 mm (nazwanego Sketch 2). Rozmiar ten pozwala na zmieszczenie bloku woskowego o wymiarach 25 mm × 25 mm z tolerancją montażową wynoszącą około 0,2 mm.
    6. Wybierz Szkic 2kliknij w Cechy > Wycięcie ekstrudowanei ustaw głębokość cięcia na 20 mm, aby utworzyć zagłębienie na blok woskowy.
  2. Projektowanie gniazd negatywowych dla markerów do trójwymiarowego śledzenia obiektów
    1. Wybierz jedną z pionowych powierzchni prostopadłościanu i kliknij ją Szkic > Wycentruj prostokątnarysuj prostokąt na wybranej ścianie, kliknij w Inteligentny Wymiari ustaw go na 5,2 mm × 5,2 mm (nazwanym Szkic 3).
    2. Kliknij w Cechy > Wycięcie ekstrudowanewybierz Szkic 3i ustaw głębokość cięcia na 5 mm.
    3. Powtórz powyższe kroki, aby utworzyć gniazda na czterech powierzchniach pionowych. W przypadku gniazda na powierzchni dolnej ustaw rozmiar szkicu na 10,2 mm × 10,2 mm, a głębokość wycięcia na 10 mm.
    4. Kliknij w Zapisz i zapisz uchwyt do bloków woskowych jako SLDPRT Proszę przesłać treść pliku, którą należy przetłumaczyć.
  3. Projekt zapewniający stabilność podstawy i komfort rzeźbienia
    1. Korzystając z oprogramowania do modelowania 3D, kliknij w Nowy > Część > Proszę o dostarczenie tekstu źródłowego do tłumaczenia. na stronie głównej.
    2. Wybierz Płaszczyzna górna i kliknij w Szkic > Okrągnarysuj okrąg o średnicy 80 mm z centrum w Pochodzenie (nazwany SSzkic 1).
    3. Wybierz Szkic 1, kliknij w Cechy > Wypukłość/Podstawa wytłoczonai ustaw głębokość na 5 mm, aby utworzyć okrągłą płytkę stabilizującą.
    4. Kliknij w Płaszczyzna prawa i narysuj trójkąt prostokątny równoramienny za pomocą Pochodzenie jako środek przeciwprostokątnej, długość boku 40 mm oraz kąt 45°, aby utworzyć szkic (nazwany Szkic 2).
    5. Wybierz Szkic 2, kliknij Cechy > Wypuściny/Podstawa (Wytłaczanie)wybierz Płaszczyzna środkowa pod kątem Direction, a głębokość ustawić na 40 mm w celu wygenerowania struktury nachylonej pod kątem 45° (nazwanej Wyprowadzenie 2).
    6. Wybierz powierzchnię nachyloną, kliknij w Szkic> Prostokąt środkowynarysuj w centrum prostokąt o wymiarach 10 mm × 10 mm, kliknij w Wypukłość/Podstawa wyciśnięta, i ustaw głębokość na 10 mm, aby utworzyć łącznik wspierający z podstawą.
    7. Kliknij w Zapisz i zapisz stabilizującą strukturę wsporczą jako plik SLDPRT.
  4. Projekt markerów do trójwymiarowego śledzenia obiektów
    ​UWAGA: Marker powinien posiadać sztywną strukturę, stabilne cechy powierzchni oraz wystarczającą złożoność geometryczną, aby zwiększyć stabilność rozpoznawania i śledzenia obiektów trójwymiarowych.
    1. Korzystając z oprogramowania do modelowania 3D, kliknij w Nowy > Część > Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. na stronie głównej.
    2. Wybierz Płaszczyzna górna i kliknij w Szkic > Wielokąt, narysuj sześciokąt z centrum w punkcie początkowym, kliknij w Inteligentny wymiar, ustaw długość boku na 7,5 mm (nazwij Szkic 1).
    3. Wybierz Szkic 1, kliknij w Cechy > Wyprowadzenie wypustki/podstawyi ustaw głębokość na 10 mm.
    4. Wybierz dolną ścianę, kliknij na Szkic> Wyśrodkuj prostokąt, narysuj w centrum kwadrat o wymiarach 5 mm × 5 mm (nazwany Szkic 2).
    5. Wybierz Szkic 2, kliknij w Cechy > Wyprowadzenie wypustki/podstawyi ustaw głębokość na 5 mm, aby utworzyć trzpień pasujący do gniazda w podstawie.
    6. Użyj Projekt funkcja z górną ścianą jako Płaszczyzną Neutralną. Wybrać każdą powierzchnię boczną jako Płaszczyznę Pochylenia i zastosować różne kąty pochylenia do każdej powierzchni, aby zwiększyć asymetrię cech geometrycznych. Dostosować kąty pochylenia w zależności od wyników rozpoznawania, unikając jednocześnie pełnej symetrii we wszystkich powierzchniach bocznych.
    7. Wybierz górną powierzchnię markera, kliknij na Szkic > Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia.or wpisz etykietę tekstową, aby dodać lokalne cechy wizualne i ułatwić rozpoznawanie (nazwaną Szkic 3).
    8. Wybierz Szkic 3kliknij w Cechy > Wystrgały wypust/podstawai ustaw głębokość ekstruzji na 2 mm.
    9. Powtórz powyższe kroki, aby utworzyć cztery markery boczne odpowiadające powierzchniom mezjalnej, dystalnej, policzkowej i językowej.
    10. Kliknij w Zapisz i zapisz każdy marker jako plik SLDPRT.
  5. Montaż podstawy i markerów AR oraz potwierdzenie relacji przestrzennych
    1. Korzystając z oprogramowania do modelowania 3D, kliknij w Nowy > Montaż > Proszę o przesłanie tekstu źródłowego do tłumaczenia. na stronie głównej.
    2. Kliknij w Wstawianie komponentówzaimportuj podstawę z bloku woskowego do śledzenia AR, stabilizującą strukturę wsporczą oraz wszystkie markery do śledzenia obiektów trójwymiarowych.
    3. Kliknij w Kolega funkcja i zastosowanie Zbieżne, równoległe, prostopadłelub inne relacje dopasowania, aby zdefiniować pozycje przestrzenne markerów względem podstawy.
    4. Kliknij w Zapisz jakowybierz STL format i kliknij Opcje w oknie.
    5. Potwierdź Zapisywanie wszystkich komponentów zespołu w jednym pliku nie jest zaznaczony, kliknij Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. > Zapiszwyeksportuj poszczególne pliki STL komponentów osobno w celu importu modelu i ustawienia relacji przestrzennych w oprogramowaniu AR.

3. Drukowanie 3D i postprocesowanie modeli

UWAGA: Przy użyciu drukarki i parametrów drukowania opisanych w niniejszym protokole, wydruk pełnego zestawu modeli zajmuje około 70 min.

  1. Wybór materiału i konfiguracja drukarki (Rycina 2C,D)
    1. Do druku należy użyć matowego szarego filamentu z kwasu polimlekowego (PLA), aby zredukować odblaski i ułatwić rozpoznawanie przez kamerę AR.
    2. Należy użyć zamkniętej drukarki 3D FDM w celu kontroli środowiska druku i poprawy stabilności procesu. Parametry należy dostosować do charakterystyki drukarki i filamentu.
    3. Importuj model STL do oprogramowania do slicingu. Poprzez przesuwanie, obracanie i wybór powierzchni druku wyznacz optymalną orientację, aby zminimalizować błędy druku.
    4. Skonfiguruj parametry slicingu w oprogramowaniu. Parametry mogą być dostosowywane w zależności od konkretnej drukarki i materiału.
  2. Zalecane parametry slicingu
    1. Ustaw średnicę dyszy na 0.4 mm, temperaturę dyszy na 220 °C, a temperaturę stołu roboczego na 55 °C. Użyj teksturowanego stołu PEI.
    2. Ustaw wysokość warstwy na 0.2 mm, gęstość wypełnienia na 15%, a prędkość druku na 50 mm/s dla pierwszej warstwy, 200 mm/s dla zewnętrznej ścianki i 300 mm/s dla wewnętrznej ścianki.
    3. Włącz automatyczne podpory typu „drzewo” (tree supports) w przypadku występowania struktur nawisowych. Jeśli brak jest nawisów, pomiń struktury podporowe. Włącz chłodzenie.
    4. Przed drukiem skalibruj drukarkę i sprawdź kolor filamentu oraz stan jego powierzchni.
  3. Obróbka modeli po druku
    1. Po zakończeniu druku i ostygnięciu, zdejmij stół roboczy i delikatnie go wygnij, aby model oddzielił się naturalnie, chroniąc w ten sposób teksturę powierzchni stołu.
    2. Ostrożnie usuń struktury podporowe za pomocą szczypiec długonosych. Po usunięciu podpór sprawdź model pod kątem ewentualnych problemów z integralnością lub deformacji. Jeśli miejsca styku z podporami są chropowate, delikatnie wypoleruj je papierem ściernym lub pilnikiem, aby poprawić stabilność podstawy.

4. Konfiguracja oprogramowania AR i rejestracja wirtualno-rzeczywista

UWAGA: W niniejszym protokole wykorzystano oprogramowanie do rozszerzonej rzeczywistości (AR) w celu zaimportowania standardowego cyfrowego modelu zęba i wygenerowania nałożenia wirtualno-rzeczywistego. Do rejestrowania obrazów RGB w rozdzielczości 1080p przy 30 fps użyto kamery RGB wysokiej rozdzielczości. Funkcja pomiaru głębi kamery nie była wykorzystywana do śledzenia ani rejestracji (Rysunek 3A,B). Importowanie modeli wirtualnych do oprogramowania oraz ustawianie koloru i przezroczystości modelu zajęło mniej niż 1 min. Proces rejestracji trwał mniej niż 5 s, a nawigacja w czasie rzeczywistym została osiągnięta natychmiast po pomyślnej rejestracji.

  1. Przygotowanie sprzętu
    1. Włącz komputer i podłącz kamerę wysokiej rozdzielczości przez port USB 3.0. Potwierdź, że kamera została rozpoznana przez system.
      ​UWAGA: Parametry kalibracji kamery zostały zdefiniowane wcześniej podczas opracowywania oprogramowania i wykorzystane do rejestracji AR. Podczas kolejnych użyć nie była wymagana dodatkowa kalibracja. W przypadku innych systemów AR należy przeprowadzać powtarzalną kalibrację kamery zgodnie z wymaganiami systemu.
  2. Import modelu i ustawienia wyświetlania
    1. Otwórz oprogramowanie AR.
    2. Kliknij Import STL, wybierz folder zawierający pliki STL standardowego cyfrowego modelu zęba oraz modele markerów AR, a następnie zaimportuj wymagane modele.
    3. Ustaw kolor wirtualnego modelu zęba na biały, aby zapewnić wysoki kontrast z czerwonym blokiem wosku, oraz ustaw przezroczystość na 0,4, aby ułatwić obserwację relacji między instrumentem rzeźbiarskim a granicą modelu zęba.
  3. Uruchomienie nawigacji AR i rejestracja
    UWAGA: Podczas rejestracji unikaj zasłaniania markera dłonią lub instrumentami rzeźbiarskimi. Jeśli system nie rozpozna markera, usuń przeszkodę i ponownie ustaw podstawę tak, aby marker ponownie pojawił się wyraźnie w polu widzenia kamery.
    1. Wybierz marker AR i kliknij Virtual Navigation > Camera Navigation. W wyskakującym oknie wybierz kamerę, która ma zostać użyta, i uruchom nawigację AR.
    2. Umieść fizyczny trójwymiarowy marker śledzenia obiektów w centrum pola widzenia kamery, zachowując odległość roboczą około 25 cm. Użyj nieodblaskowego tła i unikaj silnego bezpośredniego oświetlenia w obszarze roboczym, aby utrzymać stabilne rozpoznawanie markera.
    3. Dostosuj kąt kamery tak, aby oś optyczna była niemal prostopadła do powierzchni markera lub tworzyła skośny kąt widzenia około 30°–45°, co pozwoli na jak najbliższe nałożenie się wirtualnego obrysu markera w oprogramowaniu na marker fizyczny pod względem rozmiaru, orientacji i pozycji.
      ​UWAGA: Gdy wirtualny marker ściśle pokryje się z markerem fizycznym, system automatycznie go rozpozna i zakończy rejestrację, umożliwiając śledzenie w czasie rzeczywistym. Obrys wirtualnego markera zmienia kolor z czerwonego na zielony, a wirtualny model zęba zostaje wyświetlony zgodnie z jego predefiniowaną relacją przestrzenną z markerem i stabilnie nałożony w odpowiedniej pozycji na bloku wosku.
    4. Kliknij Parameter Settings, aby dostosować próg jakości śledzenia.
      UWAGA: Próg ten służy do określenia jakości dopasowania modelu wirtualnego do rzeczywistej sceny; rejestracja jest uznawana za udaną tylko wtedy, gdy dopasowanie cech i pewność lokalizacji osiągną ustawiony próg. W tym systemie próg jakości śledzenia został ustawiony na 0,7 na podstawie wielokrotnych testów wstępnych. Wartość ta została wybrana, ponieważ pozwalała na szybkie rozpoznawanie przy zachowaniu stabilnego śledzenia w czasie rzeczywistym oraz rejestracji wirtualno-realnej. Niższe progi ułatwiały rejestrację markera, ale zmniejszały dokładność rejestracji, natomiast wyższe progi zwiększały trudność i czas wymagany do rejestracji markera.

5. Procedura rzeźbienia zęba z pomocą AR

  1. Włóż woskowy blok o wymiarach 25 mm × 25 mm × 50 mm do wgłębienia w podstawie bloku woskowego z systemem śledzenia AR. Upewnij się, że spód bloku woskowego jest całkowicie dopasowany do dna wgłębienia i że blok jest stabilny.
  2. Uruchom nawigację AR. Określ początkowy obszar i kierunek cięcia na podstawie nałożenia wirtualnego modelu zęba na blok woskowy. Powoli obracaj podstawę, aby obserwować wirtualny model zęba pod różnymi kątami widzenia.
  3. Obserwuj wirtualny model zęba z kierunku widzenia odpowiadającego rozpoznanemu markerowi śledzenia obiektu trójwymiarowego oraz jego przyległym powierzchniom. Unikaj polegania na przeciwległej powierzchni, ponieważ może ona nie być wyświetlana stabilnie, gdy rozpoznawany jest tylko jeden marker.
  4. Obracaj uchwyt bloku woskowego, aby w razie potrzeby odsłonić mezjalny, dystalny, policzkowy lub językowy marker śledzenia obiektu trójwymiarowego. W ustawieniach modelu (Model Settings) wybierz odpowiedni marker, aby zmienić powierzchnię widoku.
  5. Dostosuj kolor i przezroczystość wirtualnego modelu zęba w ustawieniach modelu (Model Settings) zgodnie z etapem obserwacji.
  6. Usuń dłoń lub instrument zasłaniający marker. Jeśli system nie rozpozna markera z powodu przesłonięcia lub szybkiego obrotu podstawy, powoli skoryguj pozycję podstawy, aż marker zostanie ponownie rozpoznany, a następnie kontynuuj rzeźbienie (Rycyna 3C,D).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

System AR-ATCS pomyślnie rozpoznał trójwymiarowy marker śledzenia obiektów na podstawie i w czasie rzeczywistym stabilnie nałożył wirtualny model zęba na odpowiadającą mu pozycję na bloku woskowym. Model wirtualny dokładnie odwzorowywał główne struktury anatomiczne, granice morfologiczne i kontury powierzchni, w tym guzki, zagłębienia i bruzdy, grzebienie brzeżne, kontury powierzchni osiowej oraz obrys korony. Podczas powolnej rotacji podstawy, przy zachowaniu niezakłóconej widoczności markera śledzenia, utrzymano stabil...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Edukacja w zakresie anatomii zębów ewoluowała w czasie, przyjmując klasyczny model nauczania, który łączy instruktaż teoretyczny z treningiem praktycznym. Precyzyjne zrozumienie morfologii anatomicznej zęba stanowi istotny fundament dla klinicznej praktyki stomatologicznej, szczególnie w procedurach związanych z leczeniem protetycznym, leczeniem endodontycznym, rekonstrukcją zgryzu oraz odbudową na implantach. W związku z tym badacze nieustannie poszukują nowych metod nauczania i technologii wspierających budowanie syste...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie deklarują żadnych konfliktów interesów.

Podziękowania

Praca ta była wspierana przez Zespół Diagnostyki i Leczenia Złożonych Wad Czaszkowo-Twarzowych Uniwersytetu Medycznego w Kunming (2024XKTDTS08), projekt badawczy Prowincjonalnego Klinicznego Centrum Medycznego Yunnan (2024YNLCYXZX0227, 2024YNLCYXZX0229), Kliniczne Centrum Badań nad Chorobami Jamy Ustnej w Yunnan (202505AJ310001) oraz Plan Wspierania Kształcenia Talentów na Wysokim Poziomie w Prowincji Yunnan (YNWR-MY-2020-086).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Skaner 3DSHINING 3DAutoScanEPCG-BD032G26Używany do trójwymiarowego skanowania standardowego woskowego zęba.
KameraIntal RealSenseD415Używana do przechwytywania pola widzenia w czasie rzeczywistym w celu rozpoznawania markerów obiektu trójwymiarowego.
Instrument do rzeźbienia w wosku dentystycznymRzeźbienie w bloku woskowym.
E3D CMFHunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, Chinyhttps://www.e3d-med.com/Oprogramowanie do nawigacji AR.
Drukarka 3D FDMBambu Lab31B8BP631300564Używana do wytwarzania podstawy nośnej bloku woskowego oraz markera śledzącego obiekt trójwymiarowy.
Geomagic Wrap3D Systems Corporationwersja 2021Używany do przetwarzania danych z trójwymiarowego skanowania standardowego woskowego zęba.
Filament PLABambu Lab10105Używany do druku 3D FDM.
SOLIDWORKS Dassault Systèmeswersja 2025Używany do modelowania trójwymiarowego podstawy nośnej bloku woskowego i markera śledzącego obiekt.
Blok woskowyĆwiczenia z rzeźbienia zębów.

Bibliografia

  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.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Morfologia zębatrójwymiarowy model zębaszkolenie z anatomii zębawirtualne śledzenie obiektówwizja komputerowastomatologia zachowawczaleczenie endodontyczne

Ten artykuł został opublikowany

Film wkrótce dostępny

Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.