Medición de la distorsión de arco completo de una impresión dental óptica

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para medir el grado de distorsión en cada parte de la impresión digital de arco de competencia adquirida a partir de un escáner intraoral con fantasma metálico impreso en 3D con geometrías estándar.

Resumen

Los flujos de trabajo digitales se han utilizado activamente para producir restauraciones dentales o aparatos orales desde que los dentistas comenzaron a hacer impresiones digitales mediante la adquisición de imágenes 3D con un escáner intraoral. Debido a la naturaleza de escanear la cavidad oral en la boca del paciente, el escáner intraoral es un dispositivo de mano con una pequeña ventana óptica, uniendo pequeños datos para completar toda la imagen. Durante el procedimiento de impresión de arco completo, puede producirse una deformación del cuerpo de impresión y afectar el ajuste de la restauración o el aparato. Para medir estas distorsiones, se diseñó y produjo una muestra maestra con una impresora 3D de metal. Las geometrías de referencia diseñadas permiten establecer sistemas de coordenadas independientes para cada impresión y medida dedesplazamientos x, yy z del centro del círculo superior del cilindro donde se puede evaluar la distorsión de la impresión. Para evaluar la fiabilidad de este método, los valores de coordenadas del cilindro se calculan y comparan entre los datos originales de diseño asistido por ordenador (CAD) y los datos de referencia adquiridos con el escáner industrial. Las diferencias de coordenadas entre los dos grupos eran en su mayoría inferiores a 50 m, pero las desviaciones eran altas debido a la tolerancia de la impresión 3D en las coordenadas z del cilindro diseñado oblicuamente en el molar. Sin embargo, dado que el modelo impreso establece un nuevo estándar, no afecta a los resultados de la evaluación de la prueba. La reproducibilidad del escáner de referencia es de 11,0 a 1,8 m. Este método de prueba se puede utilizar para identificar y mejorar los problemas intrínsecos de un escáner intraoral o para establecer una estrategia de escaneo midiendo el grado de distorsión en cada parte de la impresión digital de arco completo.

Introducción

En el proceso de tratamiento dental tradicional, una restauración fija o una prótesis desmontable se hace en un modelo hecho de yeso e impregnado con una silicona o material hidrocoloide irreversible. Debido a que una prótesis indirectamente hecha se entrega en la cavidad oral, se ha hecho una gran cantidad de investigación para superar los errores causados por una serie de tales procesos de fabricación^1,2. Recientemente, un método digital se utiliza para fabricar una prótesis a través del proceso CAD mediante la manipulación de modelos en el espacio virtual después de adquirir imágenes 3D en lugar de hacer impresiones³. En los primeros días, tal método de impresión óptica se utilizó en un rango limitado como un tratamiento de caries dental de uno o un pequeño número de dientes. Sin embargo, a medida que se desarrolló la tecnología base del escáner 3D, ahora se utiliza una impresión digital para el arco completo para la fabricación de restauraciones fijas a gran escala, restauraciones extraíbles como una prótesis parcial o completa, aparatos de ortodoncia y guías quirúrgicas de implante4^,5,6,7. La precisión de la impresión digital es satisfactoria en una región corta como el arco unilateral. Sin embargo, dado que el escáner intraoral es un dispositivo de mano que completa toda la dentición mediante la unión de la imagen obtenida a través de una ventana óptica estrecha, la distorsión del modelo se puede ver después de completar el arco dental en forma de U. Por lo tanto, un aparato de una amplia gama fabricado en este modelo podría no encajar bien en la boca del paciente y requerir mucho ajuste.

Se han notificado diversos estudios sobre la precisión del cuerpo de impresión virtual obtenido con un escáner intraoral, y hay varios modelos de investigación y métodos de medición. Dependiendo del tema de investigación, se puede dividir en investigación clínica^8,9,10,11,12 para pacientes reales y estudios in vitro^{13,14 ,15,16} realizados en modelos producidos por separado para la investigación. Los estudios clínicos tienen la ventaja de poder evaluar las condiciones de un entorno clínico real, pero es difícil controlar las variables y aumentar el número de casos clínicos indefinidamente. El número de estudios clínicos no es grande porque existe un límite para poder evaluar las variables deseadas. Por otro lado, se han notificado muchos estudios in vitro que evalúan el rendimiento básico del escáner intraoral mediante el control de variables¹⁷. El modelo de investigación también incluye un arco parcial o completo de dientes naturales^{18,19,20,21,22} y una mandíbula totalmente edéntulo con todos los dientes perdidos²³ , o el caso en el que el implante dental está instalado y espaciado en un cierto intervalo^24,25,26,27, o una forma en la que la mayoría de los dientes permanecen y sólo una parte de un diente falta^16,28. Sin embargo, los estudios sobre la distorsión del cuerpo de impresión virtual realizado por un escáner intraoral portátil se han limitado a la evaluación cualitativa de las desviaciones a través de un mapa de color creado superponiéndolo con datos de referencia y expresado como un valor por datos. Es difícil medir con precisión la distorsión 3D del arco completo porque la mayoría de los estudios sólo examinan la parte localizada del arco dental con una desviación de distancia no direccional.

En este estudio, la distorsión del arco dental durante la impresión óptica con un escáner intraoral se investiga mediante el uso de un modelo estándar con un sistema de coordenadas. El objetivo de este estudio es proporcionar información sobre un método para evaluar el rendimiento de precisión de los escáneres intraorales que exhiben diversas características por la diferencia en el hardware óptico y el software de procesamiento.

Protocolo

1. Preparación de muestras maestras

1. Preparación del modelo
   1. Retire los dientes artificiales (caninos izquierdo y derecho, segundo premolar y el segundo molar) en el modelo de arco completo mandibular con sólo 1/5 de la porción cervical a la izquierda.
2. Diseño CAD
   1. Adquirir los datos de la muestra maestra con un escáner de referencia.
   2. Diseñe los cilindros (con un diámetro superior de 2 mm y una altura de cilindro de 7 mm) en la parte superior de los seis dientes recortados con el software de ingeniería inversa.
   3. Añadir tres esferas de referencia (3,5 mm de diámetro) posteriores al segundo molar izquierdo con el fin de definir el sistema de coordenadas 3D de referencia desde el software de ingeniería inversa.
   4. Localice una esfera en el lado distal del lado distal y bucal del cilindro en el segundo molar izquierdo para que las coordenadas de todos los cilindros tengan valores positivos.
   5. Diseñe el segundo cilindro molar izquierdo de modo que esté inclinado 30o mediablemente y el segundo cilindro molar derecho de modo que se incline 30o distalmente. Ajuste los demás cilindros en ángulo recto desde el modelo.
3. Impresión 3D de metal
   1. Fabricar un modelo fantasma con aleación CoCr por una impresora 3D de metal para servir como dentición del paciente (Figura1).

2. Adquisición de datos de referencia y análisis de software

1. Escanee el fantasma con el escáner intraoral de prueba.
   1. Obtenga la imagen de referencia escaneando el modelo fantasma metálico con el escáner de modelo de nivel industrial.
2. Establezca un sistema de coordenadas extrayendo puntos de las esferas de referencia.
   1. Cargue la imagen de referencia en el software de análisis de ingeniería inversa para calcular las coordenadas de referencia de cada posición del cilindro.
   2. Extraiga la esfera seleccionando la geometría Ref. Crear ? Esfera ? Designe el comando de puntos de límite y seleccione los cuatro puntos en la superficie de la esfera de referencia que estén más alejados entre sí (Figurasuplementaria 1 y Figura suplementaria2).
   3. Calcular el centro de tres esferas de referencia.
   4. Utilice la geometría Ref. Crear ? Avión de la página de aire de los Designe puntos para conectar los centros de tres esferas y crear un plano (Figuracomplementaria3).
   5. Establezca el plano formado como plano XY.
   6. Seleccione la geometría de referencia . Crear ? Avión de la página de aire de los Comando plano de desfase para crear un plano tangente por encima del plano xy (Figurasuplementaria 4).
   7. Cree puntos en los que el plano tangente y dos esferas linguales se encuentren eligiendo la geometría Ref. Crear ? Punto ? Comando Proyecto en plano (Figurasuplementaria 5).
   8. Generar un plano entre los puntos creados y el centro de las dos esferas linguales mediante la geometría Ref. Crear ? Avión de la página de aire de los Comando Pick points (Figurasuplementaria 6).
   9. Mida la distancia desde este plano hasta el centro de la esfera bucal con la Inspección de la zona de inspección de la zona de inspección de la zona de inspección de la zona de inspección de la zona de inspección de la zona de inspección de la zona de inspec Dimensión de la dimensión de la Comando lineal (Figurasuplementaria 7).
   10. Cree un plano paralelo que pase a través del punto medio de la esfera bucal con la geometría de la geometría . Crear ? Avión de la página de aire de los Comando Plano de desplazamiento (Figurasuplementaria 8).
   11. Establezca el plano formado como plano YZ (Figurasuplementaria 9).
3. Establezca los ejes x, yy z.
   1. Establezca el centro de la esfera bucal como el 'origen' del sistema de coordenadas.
   2. Establezca una línea paralela a la línea que conecta los puntos centrales de las dos esferas restantes mientras viaja en la dirección hacia delante y hacia atrás del modelo a través del origen como el ejeY.
   3. Establezca la línea en el plano xy que pasa el origen y es perpendicular al eje y como ejeX.
   4. Utilice la geometría Ref. Crear ? Coordenada de la coordenada de la página de Designe el comando Origen y Dirección X, Dirección Y para crear un nuevo sistema de coordenadas con el centro de esfera bucal como origen (Figurasuplementaria 10).
   5. Establezca la línea perpendicular al plano xy y pase por el origen como el eje Z (Figurasuplementaria 11).
4. Transfiera este detalle desde el sistema de coordenadas de escaneado al sistema de coordenadas recién establecido.
   1. Utilice la geometría Ref. Enlazar al comando shell para corregir las geometrías creadas durante este proceso en la parte superior de los datos de análisis (Figurasuplementaria 12).
   2. Ejecutar la geometría de referencia . Transformar ? Coordenada de la coordenada de la página de Alinee el comando de coordenadas para transitar desde el sistema de coordenadas básico al sistema de coordenadas recién creado (Figurasuplementaria 13).
   3. De este modo, asigne un sistema de coordenadas a la muestra maestra de metal con referencia a las tres esferas de referencia (Figurasuplementaria 14).
5. Extraiga los puntos de medición de los cilindros en el área principal.
   1. Extraiga las coordenadas x, yy z para los centros de círculo superior de seis cilindros que se analizarán para la distorsión de las regiones especificadas mediante el proceso de ingeniería inversa.
   2. Para ello, utilice la geometría Ref. Crear ? Cilindros ( Cylinder) Designe el comando de puntos de límite y especifique al menos 10 puntos en el borde superior del cilindro y designe la misma cantidad de puntos en la elipse que se encuentra con el diente en la parte inferior del cilindro ( Figura suplementaria15, Figura suplementaria 16, y Figura suplementaria 17).
   3. Obtenga las coordenadas extraídas del centro superior del cilindro. Evaluar la deformación 3D en cada posición comparándola con los valores de coordenadas del mismo cilindro de la impresión digital adquirida por el escáner intraoral a evaluar.

Resultados

Las coordenadas de cada cilindro calculadas a partir de los datos CAD diseñados originalmente y la imagen de escaneo de referencia de la muestra maestra de metal impresa en 3D escaneada por el escáner de modelos de nivel industrial se muestran en la Tabla1. La diferencia entre los dos mostró un valor inferior a 50 m, pero el valor de la coordenada z del segundo cilindro molar derecho de la muestra maestra impresa en 3D era bajo. Aunque el fantasma de metal fue...

Discusión

Entre los estudios que evalúan la precisión del escáner intraoral mediante la evaluación del cuerpo de impresión digital resultante, el método más común es superponer los datos de impresión digital en la imagen de referencia y calcular la desviación de shell a cáscara^{12 ,13,14,15,20,23}. Sin embargo, este método s...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
EOS CobaltChrome SP2	Electro Oprical Systems	H051601	Powder type metal alloy for 3D printing
Geomagic Verify	3D Systems	2015.2.0	3D inspection software
Prosthetic Restoration Jaw Model	Nissin Dental Products Inc.		Mandibular complete-arch model
Rapidform	Inus technology	RF90600-10004-010000	Reverse engineering software
stereoSCAN R8	AICON 3D Systems GmbH		Industrial-level model scanner