新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!

   电工小二        

提高数字化模型的精度对口腔领域的数字化工作至关重要。本研究介绍了一种利用坐标测量机(CMM)对数字化全牙弓模型进行客观精度评价的新方法。为了利用坐标测量机获得真实的线性测量值,将17个参考球连接到牙弓上,在X轴(宽度)、Y轴(长度)和Z轴(高度)上自动进行12个球之间的测量。制作了一个橡胶印模和一个带牙球的石膏模型,并通过以下方法进行数字化处理。(a)真模型口内扫描;(b)印模锥束计算机断层扫描(CBCT);(c)石膏CBCT扫描;(d)石膏口外扫描。每种扫描方法进行20次。使用软件自动对数字化模型进行12次线性测量。采用单样本t检验和单因素方差分析进行测量精度分析。铸造口外扫描在X轴和Y轴上最准确,而印象CBCT在Z轴上最准确。在所有轴上,口内扫描与真实模型的偏差最大,各扫描的重复性也很低。口外扫描在宽度和长度上表现出较高的精度,印象CBCT在高度因素重要的牙科工作中具有优势。


相关论文以题为“Linear Accuracy of Full-Arch Digital Models Using Four Different Scanning Methods: An In Vitro Study Using a Coordinate Measuring Machine”发表在《Applied Sciences》上。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


随着各种获得数字化模型的方法被开发出来,很多研究者都在研究各种扫描方法是否足够准确,评估精度有几个障碍。首先,获取参考模型和数字化模型的精确和可重复测量是一个具有挑战性的过程。常见的测量参考点是牙冠的尖点或窝点,在每个实验中可能会有不同的指向,观察者内和观察者间的可靠性很低。设置合适的参考点是获得可靠数据进行准确性比较的第一步。其次,大多数研究主要涉及数字化数据和传统石膏模型或用光学扫描仪获得的数据的对比分析。由于数字化模型的生成过程是基于印模或石膏模型,已经涉及到变形,因此,整体数字化模型的准确性应该基于从患者实际牙弓中获得的金标准值进行评估。


为了获得这个高精度的金标准值,牙科中引入了坐标测量机(CMM)。三坐标测量机在工业领域应用广泛,众所周知,它的精度很高,能够用于要求微单位精度的牙科领域。该机用探头接触所需的点,并记录其坐标。它们能识别物体的形状,并以较高的精度测量尺寸长度。当三坐标测量机与可靠的参考点一起使用时,可以获得金标准值,用于各种扫描方式的数字化模型的精度评估。


因此,在本研究中,研究人员引入了一种新颖的精度评价方法,利用三坐标测量机和参考球,消除了金标准测量和数字化模型的人工误差。通过该方法,根据牙弓宽度、长度、高度的真实值,分析了目前所有扫描方式获得的数字化模型的精度。


研究材料和方法


本研究的总体示意图工作流程如图1所示。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


图1.研究工作流程示意图。研究工作流程示意图。


真实模型的制作


一个丙烯酸类型牙,上颌骨(D51DP-500A;日进牙科公司,京都,日本)被用来模拟患者的牙弓,并准备建立真正的模型(图2)。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


图2. (a)一个真实的模型准备与丙烯酸typodont和九个氧化锆球。(b)从真实模型复制的数字化模型。


作为距离测量的参考点,在第一门牙的中心边缘以及前臼齿和臼齿的咬合面粘贴了9个直径为3mm的氧化锆球(Zirconia球;MS TECH,韩国京畿道),在第一门牙和第一臼齿的颊面粘贴了8个直径为2mm的球(Zirconia球;MS TECH,韩国京畿道)。牙科树脂水泥(Multilink N;Ivoclar Vivadent AG,Schaan,Liechtenstein)用于连接球。


X-、Y-和Z-轴的线性测量。


沿着X轴(宽度),Y轴(长度)和Z轴(高度)的所有方向获得线性测量。在每个轴上的四个线性距离,导致总共12个测量,测量所选参考球的中心之间(图3)。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


图3.根据X轴、Y轴和Z轴的线性测量。根据X轴、Y轴和Z轴的线性测量。(a)X轴的线性测量。XPM1,在左右第一臼齿之间;XPM2,在左右第二臼齿之间;XM1,在左右第一臼齿之间;XM2,在左右第二臼齿之间。二)Y轴的测量。YPM1,从门牙中心到左右第一臼齿之间的虚线;YPM2,从门牙中心到左右第二臼齿之间的虚线;YM1,从门牙中心到左右第一臼齿之间的虚线;YM2,从门牙中心到左右第二臼齿之间的虚线。三)Z轴上的测量。ZMR,右第一臼齿上的球之间;ZIR,右门牙上的球之间;ZIL,左门牙上的球之间;ZML,左第一臼齿上的球之间。需要注意的是,参考球的中心用十字号标记,测量值用双头箭头标记。


在X轴上,测量第一前臼齿(XPM1)、第二前臼齿(XPM2)、第一臼齿(XM1)和第二臼齿(XM2)上的球之间的距离。在Y轴(长度)上,测量从门牙边缘的球到连接前臼齿(YPM1、YPM2)和臼齿(YM1、YM2)上的球的直线距离。在Z轴(高度)上,在左右门牙(ZIR,ZIL)和第一臼齿(ZMR,ZML)的咬合面和颈侧的球之间进行线性测量。


测量程序是以消除实验者依赖性误差的方式进行的。对于真实的模型,使用三坐标测量仪(Victor 101208;Dukin Co.,Ltd.,Daejeon,Seoul),分辨率为0.1μm,最大允许误差为2.0+L/300,根据ISO 10360-2(μm,L:mm),所得值被认为是金标准值。对于数字模型,三维分析软件(Geomagic控制X;3D系统,布伦瑞克,德国)被用来自动检测参考球的中心,并自动测量球的中心之间的最短距离(图3)。这个测量过程是反复进行的所有80数字模型通过四种不同的扫描方法(口内扫描,印象CBCT扫描,口外扫描,和铸造CBCT扫描)获得。


研究结果


数字化模型的大部分测量结果与相应的金标准测量结果有显著的统计学差异,无论采用何种扫描方法,但所有测量结果的偏差百分比均小于4%。大部分X轴上的偏差与真实值相比为负值,而Z轴上的大部分偏差为正值(表1)。


表1.线性测量值和偏差百分比 根据各扫描方法的单项测量,线性测量值和与真实值的偏差百分比(单位:mm)。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


口外扫描模型,其次是铸型CBCT模型,在X轴和Y轴上与金标准模型的偏差最小,但口外扫描模型的偏差有统计学意义。在Z轴上,铸模CBCT扫描模型与金标准模型的偏差明显大于其他模型。口内扫描、印模CBCT扫描和口外扫描在Z轴上的偏差较小且相当(表2)。


表2.各模型的偏差平均值 各扫描方法中根据轴的偏差平均值。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


口外扫描模型表现出稳定的测量值,测量值的分布范围较小,而口内扫描则表现出测量值的分布范围较广。两种CBCT扫描模型都显示出测量值的分布水平适度分散(图4)。


新研发的数字化坐标测量机(CMM),在牙科领域具有巨大潜力!


图4.数字化模型的精度 用目标图描述数字化模型的精度,确定目标中心为真实模型值。当平均偏差值接近目标中心时,数字化模型的精度更高。当标记范围较窄时,模型的线性维度也比较一致。目标的每个部分代表不同的轴线。左上部分代表X轴,右上代表Y轴,左下代表Z轴,右下代表总。均值偏差值用圆圈标注,标准差用范围标注。


结论


由于口外光学扫描仪的不足,本研究仅使用CBCT制作印模扫描模型。该装置在扫描印模材料时无法产生数字表面,因为光源无法到达切下区域,因此无法反射回检测器。然而,CBCT使用的是X射线光束,它可以穿透材料,然后到达检测器,所以这种扫描仪对于切下区域的功能很好。需要进一步研究比较CBCT和口外扫描仪对牙印模的准确性,以及开发一种可行的桌面口外扫描仪用于印模扫描。


总之,考虑到数字化所涉及的复杂步骤,数字模型的准确性应该基于由宽度、长度和高度变量组成的真实牙弓测量值进行评估。此外,建议使用三坐标测量机和基于软件的测量,使用参考球来减少测量误差。与以前的研究相比,CBCT生产的数字化模型的准确性增强,这表明进一步开发基于CBCT的模型的可行性。


论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/8/2741/htm



最新评论(0)条评论
不吐不快,我来说两句

还没有人评论哦,抢沙发吧~

相关新闻推荐