Medindo a distorção do completo-arco de uma impressão dental ótica

Resumo

Aqui, nós apresentamos um protocolo para medir o grau de distorção em cada parte da impressão digital do competir-arco adquirido de um varredor intraoral com o fantasma 3D-Printed do metal com geometrias padrão.

Resumo

Os fluxos de trabalho digitais têm sido ativamente usados para produzir restaurações dentárias ou aparelhos orais desde que os dentistas começaram a fazer impressões digitais adquirindo imagens 3D com um scanner intraoral. Por causa da natureza de digitalizar a cavidade oral na boca do paciente, o varredor intraoral é um dispositivo handheld com uma janela ótica pequena, costurando junto dados pequenos para terminar a imagem inteira. Durante o procedimento de impressão de arco completo, uma deformação do corpo de impressão pode ocorrer e afetar o ajuste da restauração ou do aparelho. A fim medir estas distorções, um espécime mestre foi projetado e produzido com uma impressora 3D do metal. As geometrias de referência projetadas permitem a configuração de sistemas de coordenadas independentes para cada impressão e medição de deslocamentos x, ye z do centro do círculo do cilindro superior, onde a distorção da impressão pode ser avaliada. Para avaliar a confiabilidade desse método, os valores de coordenadas do cilindro são calculados e comparados entre os dados originais de desenho assistido por computador (CAD) e os dados de referência adquiridos com o scanner industrial. As diferenças de coordenadas entre os dois grupos foram principalmente inferiores a 50 μm, mas os desvios foram elevados devido à tolerância da impressão 3D nas coordenadas z do cilindro obliquamente projetado no molar. No entanto, como o modelo impresso define um novo padrão, ele não afeta os resultados da avaliação do teste. A reprodutibilidade do scanner de referência é de 11,0 ± 1,8 μm. Este método do teste pode ser usado para identificar e melhorar em cima dos problemas intrínsecos de um varredor intraoral ou para estabelecer uma estratégia da exploração medindo o grau de distorção em cada parte da impressão digital do completo-arco.

Introdução

No processo de tratamento odontológico tradicional, uma restauração fixa ou uma dentadura removível é feita em um modelo feito de gesso e impregnado com um silicone ou material hidrocoloide irreversível. Porque uma prótese indiretamente feita é entregada na cavidade oral, muita pesquisa foi feita para superar os erros causados por uma série de tais processos de Manufacturing^1,2. Recentemente, um método digital é usado para fabricar uma prótese através do processo de CAD, manipulando modelos no espaço virtual depois de adquirir imagens 3D em vez de fazer impressões³. Nos primeiros dias, tal método de impressão óptica foi utilizado em um intervalo limitado, como um tratamento de cárie dentária de um ou um pequeno número de dentes. No entanto, como a tecnologia de base do scanner 3D foi desenvolvida, uma impressão digital para o arco completo é agora usado para a fabricação de restaurações fixas em grande escala, restaurações removíveis, tais como uma prótese parcial ou completa, aparelhos ortodônticos, e implante guias cirúrgicos^4,5,6,7. A precisão da impressão digital é satisfatória em uma região curta, como o arco unilateral. Entretanto, desde que o varredor intraoral é um dispositivo handheld que termine a dentição inteira costurando junto a imagem obtida através de uma janela ótica estreita, a distorção do modelo pode ser considerada após ter terminado o arco dental em forma de U. Assim, um dispositivo de uma grande escala feita neste modelo não pôde caber bem na boca do paciente e exige muito ajuste.

Vários estudos têm sido relatados sobre a precisão do corpo de impressão virtual obtido com um scanner intraoral, e existem vários modelos de pesquisa e métodos de medição. Dependendo do assunto da pesquisa, pode ser dividido em pesquisas clínicas⁸,^9,10,11,12 para pacientes reais e estudos in vitro^{13,14 ,15,16} realizado em modelos produzidos separadamente para pesquisa. Os estudos clínicos têm a vantagem de poder avaliar as condições de um ajuste clínico real, mas é difícil controlar as variáveis e aumentar o número de casos clínicos indefinidamente. O número de estudos clínicos não é grande porque há um limite para poder avaliar as variáveis desejadas. Por outro lado, muitos estudos in vitro que avaliam o desempenho básico do scanner intraoral por variáveis de controle foram relatados¹⁷. O modelo de pesquisa também inclui um arco parcial ou completo de dentes naturais¹⁸,^19,20,21,22 e uma mandíbula totalmente edêndula com todos os dentes perdidos²³ , ou o caso em que o implante dentário é instalado e espaçados em um determinado^{intervalo 24,25,26,27}, ou uma forma em que a maioria dos dentes permanecem e apenas uma parte de um o dente está faltando^16,28. No entanto, estudos sobre a distorção do corpo de impressão virtual feito por um scanner portátil intraoral têm sido limitados à avaliação qualitativa dos desvios através de um mapa de cores criado por sobrepondo-o com dados de referência e expressos como um numérico valor por dados. É difícil medir com precisão a distorção 3D do arco completo porque a maioria dos estudos só examina a porção localizada do arco dentário com um desvio de distância não direcional.

Neste estudo, a distorção do arco dental durante a impressão óptica com um varredor intraoral é investigada usando um modelo padrão com um sistema de coordenadas. O objetivo deste estudo é fornecer informações sobre um método para avaliar o desempenho de precisão dos scanners intraorais que exibem várias características pela diferença de hardware óptico e software de processamento.

Protocolo

1. preparação do espécime mestre

1. Preparação do modelo
   1. Remova os dentes artificiais (caninos esquerdos e direito, segundo premolar, e o segundo molar) no modelo mandibular do completo-arco com somente 1/5 da parcela cervical deixada.
2. Projeto do CAD
   1. Adquira os dados da amostra mestra com um scanner de referência.
   2. Projete os cilindros (com um diâmetro superior de 2 milímetros e uma altura do cilindro de 7 milímetros) sobre os seis dentes aparados com o software reverso da engenharia.
   3. Adicione três esferas de referência (3,5 mm de diâmetro) posterior ao segundo molar esquerdo com a finalidade de definir o sistema de coordenadas 3D de referência do software de engenharia reversa.
   4. Localize uma esfera no lado distal do lado distal e bucal do cilindro no segundo molar esquerdo para que as coordenadas de todos os cilindros tenham valores positivos.
   5. Projete o segundo cilindro do molar esquerdo de modo que seja inclinado 30 ° medialmente e o segundo cilindro do molar da direita de modo que seja inclinado 30 ° distally. Defina os outros cilindros em ângulos retos do modelo.
3. Metal impressão 3D
   1. Fabricar um modelo fantasma com Liga CoCr por uma impressora 3D metálica para servir como dentição de um paciente (Figura 1).

2. aquisição de dados de referência e análise de software

1. Digitalizar o fantasma com o teste intraoral scanner.
   1. Obtenha a imagem de referência digitalizando o modelo fantasma de metal com o scanner de modelo de nível industrial.
2. Estabeleça um sistema de coordenadas extraindo pontos de esferas de referência.
   1. Carregue a imagem de referência para o software de análise de engenharia reversa para calcular as coordenadas de referência de cada posição do cilindro.
   2. Extraia a esfera selecionando a geometria ref. | Create | Sphere | Escolha os pontos de limite de comando e escolhendo os quatro pontos na superfície da esfera de referência que estão mais distantes uns dos outros (complementar Figura 1 e suplementar Figura 2).
   3. Calcule o centro de três esferas de referência.
   4. Use a geometria ref. | Create | Plane | Comando pick Points para conectar os centros de três esferas e criar um plano (complementar Figura 3).
   5. Defina o plano formado como plano XY.
   6. Selecione a geometria ref. | Create | Plane | Comando de plano de deslocamento para criar um plano tangente acima do plano XY (complementar Figura 4).
   7. Criar pontos onde o plano tangente e duas esferas lingual se reúnem escolhendo a geometria ref. | Create | Point | Projeto no comando ref. Plane (Figura suplementar 5).
   8. Gerar um plano entre os pontos criados e o centro das duas esferas lingual usando a geometria ref. | Create | Plane | Comando pick Points (Figura suplementar 6).
   9. Medir a distância deste plano para o centro da esfera bucal com a inspeção | Dimension | Comando linear (Figura complementar 7).
   10. Crie um plano paralelo que passe pelo ponto médio da esfera bucal com a geometria | Create | Plane | Comando plano offset (Figura suplementar 8).
   11. Defina o plano formado como plano yz (Figura complementar 9).
3. Defina os eixos x, ye z .
   1. Defina o centro da esfera bucal como a ' origem ' do sistema de coordenadas.
   2. Defina uma linha paralela à linha que conecta os pontos centrais das duas esferas restantes enquanto viaja na direção para frente e para trás do modelo por meio da origem como eixo Y.
   3. Defina a linha no plano XY que passa a origem e é perpendicular ao eixo y como o eixo X.
   4. Use a geometria ref. | Create | Coordenar | Escolha a origem & comando de direção X, Y para criar um novo sistema de coordenadas com o centro da esfera bucal como a origem (complementar Figura 10).
   5. Defina a linha perpendicular ao plano XY e passando pela origem como o eixo Z (Figura complementar 11).
4. Transfira este detalhe do sistema de coordenadas de digitalização para o sistema de coordenadas recém-estabelecido.
   1. Use a geometria ref. | Vincular ao comando shell para corrigir as geometrias criadas durante esse processo na parte superior dos dados de verificação (complementar Figura 12).
   2. Executar a geometria ref. | Transform | Coordenar | Alinhe o comando de coordenadas para transitar do sistema de coordenadas básico para o sistema de coordenadas recém-criado (complementar Figura 13).
   3. Dessa forma, atribua um sistema de coordenadas à amostra mestra de metal com referência às três esferas de referência (Figura suplementar 14).
5. Extraia os pontos de medição dos cilindros na área principal.
   1. Extraia as coordenadas x, ye z para os centros de círculo superior de seis cilindros a serem analisados para a distorção das regiões especificadas pelo processo de engenharia reversa.
   2. Para isso, use a geometria ref. | Create | Cylinder | Escolha o comando de pontos de limite e especifique pelo menos 10 pontos na borda superior do cilindro e designe a mesma quantidade de pontos na elipse que atende o dente na parte inferior do cilindro (complementar Figura 15, Figura suplementar 16, e suplementar figura 17).
   3. Obtenha as coordenadas extraídas do centro superior do cilindro. Avalie a deformação 3D em cada posição comparando-a com os valores coordenantes do mesmo cilindro da impressão digital adquirida pelo scanner intraoral a ser avaliado.

Resultados

As coordenadas de cada cilindro calculado a partir dos dados CAD originalmente projetados e a imagem de digitalização de referência do espécime mestre de metal impresso em 3D verificados pelo scanner de modelo de nível industrial são mostradas na tabela 1. A diferença entre os dois mostrou um valor inferior a 50 μm, mas o valor da coordenada z do segundo cilindro molar direito do espécime mestre impresso em 3D foi baixo. Embora o fantasma do metal fosse ...

Discussão

Dentre os estudos que avaliam a acurácia do scanner intraoral por meio da avaliação do corpo de impressão digital resultante, o método mais comum é sobrepor os dados de impressão digital na imagem de referência e calcular o desvio de casca a casca^{12 ,13,14,15,20,23}. No entanto, esse método é limitado a calcular o v...

Materiais

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