文摘

的扩散和应用计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD / CAM)技术造成了数字化的快速发展在牙科。扫描结果的准确性密切相关设计后续治疗方案和结果。指定专业标准评估扫描仪在美国国家标准/美国牙科协会标准132 (ANSI / ADA 132号)。本研究的目的是使用三个样品中提到的ANSI / ADA 132号和评估的准确性和再现性两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪根据检验标准ANSI / ADA推荐的132号。在这项研究中,两个训练有素的操作员使用两个extraoral扫描仪(E4, 3形状,丹麦和闪亮的DS100 +,灿烂,中国)和一个intraoral扫描仪(SERIES3三个3形状、丹麦)执行30扫描三种样品的温度 和出口标准镶嵌语言文件和使用逆向工程软件进行测量和迭代最近点匹配实验。获得的测量值比较的参考度量值的坐标测量机(美国领导人NC8107计量)。我们进行了正态分布测试(Shapiro-Wilk测试),非参数克鲁斯卡尔-沃利斯检验,independent-samples - - - - - -测试分析每个扫描不同的再现性模型。实验结果表明,真实和精确的两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪有轻微的平均偏差。真实和精确的曲面上的三个扫描仪和沟地区很穷。E4的准确性和再现性优于闪烁,三人小组。迭代最近点匹配实验也显示良好的匹配结果。两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪在这项研究中可以基本满足临床需求的准确性,我们希望数字技术将会更加广泛应用于牙科在未来。

1。介绍

在牙科,使用数字方法如计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD / CAM)正在迅速增加1- - - - - -4]。它可以提高诊断能力和促进医生和病人之间的联系通过允许三维诊断信息的快速采集和传输数字数据和CAD / CAM技术的快速发展在牙科领域,它们在临床诊断、修复中的应用越来越普遍(5- - - - - -15]。研究表明,intraoral扫描仪对病人更舒适,减少处理时间,以及他们的准确度和精密度是临床可接受范围内10,11,16- - - - - -24]。随着数字技术的进步在牙科领域,口头的准确度扫描仪已经变得越来越重要。Extraoral比intraoral扫描仪,扫描仪还有精度高和真实和精确intraoral扫描仪已经成为关注的一个问题。

目前的研究表明,不同的扫描系统和方法影响实验结果不确定的程度(25]。哦等人发现不同的扫描策略的影响结果的准确性(26,27),一项研究等人发现操作员熟练程度也会影响其精度的数字印象测试(28]。此外,intraoral扫描仪的精度变化与牙弓的长度和分布:扫描面积越大,精度越低,扫描的最大偏差在牙弓的后部分29日]。外部因素对结果的影响口服扫描仪一直是关注的焦点,但客观评估口服扫描仪的精度一直被忽视。因此,重要的是要客观年级口腔扫描仪使用更一致的标准样品的扫描策略。

在这项研究中,我们设计了基于美国国家标准样品/美国牙科协会标准132 (ANSI / ADA NO.132) (30.)和测量皇冠的高度和齿顶圆的半径,镶嵌的高度,和齿顶圆的半径,球的参考点之间的距离。本研究的目的是评估的准确性两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪通过分析和比较各种数据的基础上,检验标准ANSI / ADA推荐的132号。此外,我们介绍了CAD / CAM技术,因为它是一个经过验证的技术,设计制造样品和立体影像基于绝对参考测量的坐标测量机(CMM)执行迭代最近点匹配实验来进一步评估他们的准确性(31日]。与此同时,我们进行了实验评估的再现性两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪。

2。材料和方法

2.1。制作的模型

根据ANSI / ADA 132号,本研究设计了三个参考模型。冠模型的理论值径向的顶面和高度是3.5毫米和6.0毫米,分别的径向镶嵌模型的顶面和高度将4.0和6.0毫米,分别和一个球体的中心距长途标本模型设置为8.0毫米直径 , , , , ,和 。3 d视图和光学图像如图1。模型样本,首先用CAD软件(美国欧特克AutoCAD 2018)然后出口标准镶嵌语言对计算机数控铣(STL)格式。样本装配式不锈钢根据STL文件并在超声波浴洗了三次每次30°C 5分钟。最后,所有的样品都喷砂粉大小为80μm。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
图1
样本的观察得出的CAD软件。顶部和侧面的(a)样本1和(b)样本2的字母顺序排列的索引。制造(c)样本1,(d)样品2,(e)示例3涂层与合金中提到的ANSI / ADA 132号。 ” ”和“ ”是圆的半径的上表面样本1和2。” ”和“ “从上到下的样本1和2。R1是左上角球体的中心的距离。R2是左上角球体的中心的距离。R3是左下球体的中心的距离。R4是左下球体的中心的距离。R5的距离是左下球体的中心。R6是右上角球体的中心的距离。整个研究的指标是一致的。
2.2。三维扫描仪

这个实验中使用的口服扫描仪是一个intraoral扫描仪(SERIES3三个3形状、丹麦)和两个extraoral扫描仪(E4, 3形状,丹麦和闪亮的DS100 +,灿烂,中国)。闪亮的DS100 +的视野 ,使用蓝光和点云获取并形成相应的形象。E4,同样,其他extraoral扫描器光源和成像类型一样闪亮的DS 100 +。相比之下,intraoral扫描器光源的白光,和STL文件是通过拼接图像。更多细节关于这些扫描仪展示在表1。因为制作样品不太可能完全匹配软件绘制结果,使用CMM在这项研究中测量相关指标的样本,和获得的结果作为参考价值。

表1
产品信息的三个口头扫描仪(闪亮,三,E4)和坐标测量机(CMM, NC8107)。
2.3。样品扫描和数据采集

训练有素的操作员执行30扫描每隔30年代严格按照使用说明的在同等条件下获得一组命名为( )。其他操作符执行30扫描在不同的环境中获得一组命名为B ( )。逆向工程软件(Geomagic控制X 2018;美国3 d系统)是用来测量各种索引完成实验(图2)。


图2
具体样本扫描和数据采集的过程基于重复性和再现性实验。

索引标记在图1测量,数据比较和分析。

使用的原则,消除异常值,如果数据和平均值之间的差异超过1.96,标准差(即。消除异常数据)和数据,并再次执行扫描和测量。如果有超过两个离群值,实验结果将被取消,这个实验将再次执行。

2.4。真实和精确的计算

真实和精确量化的相对误差。 代表了真实的测试结果。的值越小 ,扫描仪的真实就越高。 代表了测试结果的精度。越小 ,是扫描仪的精度就越高。

计算相对误差根据方程(1)和(2)。(30.]。

代表样品的参考价值, 代表了测量值(包括长度、深度、高度、距离中心)。

代表了标准差和 代表样品的参考价值。

ANSI / ADA 132号专业标准考虑了相对误差指标的样本1和2。小于0.01毫米是牙科需求类别,可接受范围的相对误差小于0.0025毫米表示球面参考点之间的距离以确保牙科需求类别中的可接受阈值作为阈值。

2.5。再现性分析

再现性是反映通过比较指标测量的值集A和B的结果越接近30扫描实验B组的实验组,再现性就越大。

2.6。统计分析

每组数据使用Shapiro-Wilk测试正常,使用SPSS v.24.0(美国IBM)来确定之间的相关性不同的扫描仪的扫描实验。非参数克鲁斯卡尔-沃利斯检验是用于分析参数的差异。然后,我们执行一个独立的样品 - - - - - -测试分析每个扫描不同的再现性模型。

2.7。迭代最近点匹配实验

值计算扫描图像的实验被用来表口服扫描仪的精度和可重复性。然而,除了整体检测索引的扫描图像,不同的扫描仪的扫描效果相同的示例的一部分也是不同的,不能反映的检测指标。因此,有必要进行匹配实验直观地比较三个扫描仪的扫描差异同样的样本。

每个扫描STL文件从一个扫描仪导入Geomagic控制X执行迭代最近点匹配实验与对应的STL文件获得另一个扫描。匹配实验之前,多余部分的STL文件被更好的结果。此后,进行初始对准,然后扫描数据之间的最佳结合最小二乘法获得。最后,3 d进行了比较,获得彩色图像的视觉观察区别扫描仪。表面上的所有点的平均偏差两个扫描仪扫描也计算。

因为分布式扫描结果好,迭代最近点匹配实验的结果也类似。代表图像被选中代表实验结果。

3所示。结果

3.1。真实

扫描的结果每个样本的指标有两个extraoral扫描仪和一个intraoral扫描仪如表所示2和相对误差( )样本与ANSI / ADA 132号指定值。图3箱线图的真实值。数据4- - - - - -6显示测量数据和参考样本值1(皇冠),样品2(镶嵌),和样品3扫描的灿烂,E4,三人小组扫描仪。

表2
相对误差的测试协议模板 皇冠,镶嵌样本,长途示例使用三个扫描仪(灿烂,E4,三个)。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图3
箱线图的绝对是真实的皇冠,镶嵌样本,长途样本。情节比较的(a), (b)镶嵌,和(c)之间的长途样本灿烂,E4,三人小组。
(一)
(一)
(b)
(b)
图4
情节比较的指标之间灿烂,E4,三人小组基于重复测量的结果。情节的比较(一)皇冠的高度和(b)的半径之间的皇冠灿烂,E4,三人小组。
(一)
(一)
(b)
(b)
图5
情节比较的指标之间灿烂,E4,三人小组基于重复测量的结果。情节的比较(一)镶嵌的高度和(b)的半径镶嵌闪烁之间,E4,三人小组。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
图6
情节比较的指标之间灿烂,E4,三人小组基于重复测量的结果。情节比较的距离(a) R1, R2 (b), (c) R3、R4 (d), (e) R5,和(f)数据点之间的R6球体之间灿烂,E4,三人小组。

三人小组在测量R3很大偏差,牙科超过可接受范围的需求类别。示例2,闪亮的扫描显示相对误差比E4和三人小组,而对于样本1,E4和三人小组的相对误差比那些灿烂。尽管扫描数据偏离参考价值,0.001和0.184毫米之间的偏差控制。E4扫描值最接近参考价值。

有显著差异在闪闪发光,E4,三人小组。统计三个扫描仪总结在表之间的区别3。

表3
分析差异的闪亮,E4,和三个。
3.2。精度

扫描的结果每个样本的指标有两个extraoral扫描仪和一个intraoral扫描仪如表所示4和相对误差( )样本与ANSI / ADA 132号指定值。闪亮的结果,E4,三人小组扫描冠和镶嵌被ANSI / ADA 132号接受。的 E4的最低的三个样品,显示最高的精度。闪亮,E4,三人小组有很大的偏离扫描镶嵌半径时的参考价值。重复测量三人小组的区别是最大的,尤其是球体的数据点之间的距离。

表4
相对误差的测试协议模板 皇冠,镶嵌样本,长途示例使用三个扫描仪(闪亮,E4,和三个)。
3.3。重复性和再现性的样本

对重复性和再现性,大多数测试的两个操作的结果统计(表不同5)。

表5
重复性和再现性的光辉,E4,三。

闪亮的组中,没有统计上的显著差异组A和B之间反复扫描冠的半径和镶嵌。E4组之间没有统计上的显著差异组A和B扫描镶嵌的半径。三组之间没有统计上的显著差异组A和B在多次扫描的半径的花冠。

3.4。迭代最近点匹配的样本

颜色条代表定性信息分析。这些差异扫描仪所示颜色条(32]。虽然颜色条描述偏差1 - 1毫米,-0.01和0.01毫米之间可接受的错误标记为绿色,更好的反映了两个扫描仪在扫描相同的样本之间的差异。积极的差异从黄色到红色表明更高的偏离参考模型,和消极的差异从azure深蓝色显示较低的偏离参考模型。

数据7和8表明两者之间的局部偏差扫描仪发生在曲面和深区域。表6显示之间的均方根值两个扫描仪,扫描仪在1.0毫米之间的均方根值。


图7
选择代表皇冠扫描的光辉,E4,三人小组进行三维的比较分析。(一)相比之下E4三人小组。(b) E4与灿烂。(c)三人小组与灿烂。 颜色条描述偏差与设置在名义-0.01毫米和0.01毫米之间关键1和1毫米之间。

图8
选择代表镶嵌扫描的光辉,E4,三人小组进行三维的比较分析。(一)相比之下E4三人小组。(b) E4与灿烂。(c)三人小组与灿烂。 颜色条描述偏差与设置在名义-0.01毫米和0.01毫米之间关键1和1毫米之间。
表6
3 d-fitting RMS值的结果。

4所示。讨论

口服扫描仪评估基于“真实”和“精度”中指定的ISO 5725 - 1 (33),真实被定义为测试结果之间的一致性和可接受的参考价值。精确的定义是独立的亲密在指定的条件下测试结果。扫描仪的准确性验证了组合评价的真实性和精度。

本研究旨在评估三个口头的真实和精确扫描仪基于三个样本由ANSI / ADA 132号提供。CMM是用来测量获得的数据从原始样本作为参考价值,结果是与三个扫描仪。实验进一步分析的准确性和再现性扫描仪(28,34- - - - - -38]。同时,一些坑在扫描过程中引入交互式生成反映最近的点匹配差异三个扫描仪。

计算 和 表明,尽管有一些大型的数值错误(例如,相对误差的平均值的三人小组的半径样本1是0.0260毫米,和闪闪发光的相对误差的平均值的半径样本2是0.0448),最纯真和精度是可以接受的,精度是在可接受的范围之内的。E4的精度优于闪烁,三人小组。再现性而言,大多数的结果由两个运营商在统计学上不同的测试。

在先前的研究[28,34- - - - - -39),CMM测量样本用于获得更准确的标准值。应该注意的是,总是有一个错误的结果之间的机械扫描和样品的实际值。然而,本研究中使用CMM精度高,并使用CMM测量样品的参考价值也允许在ANSI / ADA 132号(20.,40- - - - - -42]。不可避免的是,在实验中仍然存在许多错误。

三个为一组,重复测量的结果有很大的波动幅度。三人小组的高相对误差的图像采集方法可能与扫描仪和操作员的操作。extraoral扫描仪可以有效地构造对象的形状根据获得的点云的三维点坐标系统,而intraoral扫描仪使用最佳拟合的算法缝合一起扫描图片。当被扫描物体的表面形状复杂,图像对齐是容易,但是当扫描对象是平的,光滑的(如无齿的下巴),图像更容易出错,造成失真的STL文件(43]。越远从一开始扫描点和拼接时间越大,数据的准确性就越低。因此,一些研究建议将复杂的几何无齿的附近地区提高扫描精度在使用一个intraoral扫描仪(43- - - - - -45]。同时,先前的研究表明,后牙弓intraoral扫描(期间表现出更大的错误10,44,46]。此外,手持intraoral扫描仪在扫描和振荡需要不断改变坐标(26]。因此,每次扫描的图像缝合,处理和拟合误差增加,导致不准确的测量和图像失真47]。因此,作为牙齿的复杂性和几何准备增加,intraoral扫描变得不准确(25,38,39,48]。Michaeli等人建议减少实验误差通过增加扫描角和扫描时间(49]。extraoral扫描器自动扫描固定模型在不同角度减少操作员扫描过程的影响。因此,运营商对extraoral扫描仪的影响远小于在intraoral扫描仪(38]。然而,这两个extraoral扫描仪和intraoral扫描仪在这个研究显示可怜的再现性。作者推测,这可能与扫描在不同的环境中。

之间的最佳匹配对齐扫描仪进行使用的最佳算法Geomagic控制x源点云中的每个点是最好的参考点与最近的点云。数字模型之间的偏移量从每两个扫描仪获得被颜色映射可视化。Geomagic控制X可以有效地检测出不规则形状之间的差异,这是特别适合分析口腔模型。然而,由于扫描偏移反映在Geomagic控制X并不适用于评价球间距,迭代最近点匹配不考虑球面样本在这个研究。

在表中2和4E4的相对误差,闪亮的,三人小组扫描模型中的半径超过可接受范围的牙科需求类别。在图7扫描仪显示,当扫描曲面相对较大的差异和深区。这可能是由于能量损失的光源,因为反射扫描样品的表面移动时,影响由扫描仪扫描,曲面更可能导致光反射(50]。在图8,互相比较,三个扫描仪显示明显的偏差,当扫描镶嵌的底部,这也可能是相关的事实扫描器光源不能执行详细的扫描底部。不同的光源也会影响扫描的准确性(10,51]。荒木等人在不同光源扫描和评估结果。他们发现最合适的照明条件,数字印象扫描3900 K和500勒克斯(52]。匹配实验,然而,在迭代最近点的最佳匹配过程产生的偏差都小于0.01毫米。

在以前的研究中,不同的方法被用来评估不同口腔扫描仪的准确性。Intraoral扫描仪系统被发现比extraoral扫描仪,不准确和extraoral扫描仪扫描的能力冠的边缘也优于Intraoral扫描仪(25,39]。这与我们的实验结果是一致的。蔡等人评估的准确性灿烂,CEREC,和三人小组通过扫描一个国际标准球体模型,结果表明,intraoral扫描仪的准确性优于extraoral扫描仪(53]。然而,在这项研究中,extraoral扫描仪E4的准确性明显优于intraoral扫描仪三人小组。

这项研究有一些局限性,因为它是在体外进行,没有模拟实际临床条件。口腔环境的温度和湿度的影响,唾液和血液,软组织,病人运动,口腔,扫描激光入射角不考虑(10,54,55]。与此同时,许多项目在口腔,如植入物(陶瓷、金属和复合树脂),牙本质,牙釉质、口腔软组织,和不同的材料和几何形状,也会影响扫描的准确性。扫描样品提出了研究有不同的光从口腔周围的软组织的影响(26,56];因此,有一些局限性。在未来的研究中,我们将模拟临床,增加扫描组的数量进一步评价不同扫描仪的精度。

5。结论

本研究评估的准确性三个扫描仪通过测量ANSI / ADA 132号提供了参考模型。(1)之间有显著差异的三个扫描仪的扫描结果,E4显示最好的再现性(2)是否扫描皇冠镶嵌,或拱,extraoral扫描仪显示扭曲少于intraoral扫描仪,E4显示最少的错误(3)大多数extraoral和intraoral扫描仪的扫描误差在可以接受的范围之内,《美国残疾人法》的标准。然而,扫描样品半径差的影响(4)扫描仪扫描曲面时发生相对较大的差异和镶嵌的深层区域

数据可用性

数据用于支持本研究的结果都包含在这篇文章。

的利益冲突

我们声明我们没有财务或个人关系与他人或组织可以不当影响我们的工作。

作者的贡献

Naiyu崔、嘉荫王、侯Xingyu贡献同样这项工作。Naiyu崔和嘉荫王负责概念化,方法,正式的分析,调查,和原创作品草案;Xingyu侯的方法、验证writing-review和编辑,和可视化;ShiXun太阳和Qixuan黄的验证、数据管理和writing-review和编辑;Ho-Kyung Lim writing-review和编辑和可视化;宏鑫Cai和贾气验证、资源,writing-review和编辑,和监督;和Eui-Seok李和亨博江验证、资源,监督项目管理和资金收购。