Влияние освещения на правильность сканирования, точность и время работы внутриротового сканера

Цифровой оттиск предоставляет ряд преимуществ в практике: улучшение восприятия пациента, уменьшение искажений оттискных материалов, трехмерная предварительная визуализация препарата, экономия затрат и времени. Кроме того, цифровой оттиск больше нравится пациентам, поскольку не включает вредных раздражителей (например, опасность удушья, рвотные позывы и раздражение от вкуса), и сокращает время клинического лечения (например, время повторного приема и отверждения).

Повышение производительности внутриротовых сканеров привело к резкому росту точности цифровых оттисков. Качество цифрового оттиска определяется достоверностью и точностью. Достоверность – это отклонение отсканированных данных от исходной геометрии. Точность – это отклонение между повторными сканированиями одного и того же образца.

Существует противоречие в исследованиях достоверности оттисков in vitro: одни оценивают достоверность полных оттисков зубной дуги ниже, чем у обычного метода с использованием поливинилсиликона (PVS); другие не выявили существенных различий в краевом прилегании коронок между коронками, изготовленными с помощью цифрового оттиска, и коронками, изготовленными с помощью обычного метода. Более того, исследователи из второй группы пришли к выводу, что точность краевого прилегания коронок, изготовленных с помощью цифрового оттиска, была клинически приемлемой.

Схожая ситуация сложилась вокруг точности цифровых слепков: одни исследователи заявляют, что на полных оттисках дуги точность цифрового оттиска была ниже, чем у обычного метода с использованием PVS; другие не выявили существенных различий между точностью цифрового изображения квадранта зубной дуги in vivo и традиционным методом. Точность коронки и реставрации, изготовленной с использованием цифрового слепка, были клинически приемлемыми. Однако точность цифрового оттиска in vivo и полного цифрового снимка зубной дуги была ниже, чем у обычного метода.

В последние годы некоторые исследования оценивали эффективность цифровых съемок. Эффективность оценивалась на основе восприятия оператора, предпочтений, восприятия пациента и времени работы. Результаты этих исследований показали, что цифровой оттиск был более эффективным методом по сравнению с обычным методом. Кроме того, одно исследование гигиенистов сообщило, что соответствующее обучение может изменить эффективность получения цифровых оттисков.

Точность цифрового оттиска достигла клинически приемлемых уровней с улучшением производительности внутриротовых сканеров; однако точность традиционного метода оставалась выше. Тому несколько причин:

  1. Слюна отрицательно влияет на цифровые оттиски, поскольку вымывает порошок, используемый во внутриротовом сканере. Кроме того, пленка слюны на поверхности зубов вызывает неправильное считывание геометрии объектов в этой области.
  2. Протокол сканирования влияет на цифровой оттиск. В некоторых исследованиях сообщалось, что неадекватный протокол сканирования приводит к неточному результату.
  3. Исследователи в области техники сообщили, что окружающий свет влияет на координаты, измеренные с помощью трехмерного сканирования. Полное отсутствие рассеянного света наиболее подходит для оцифровки.

Тем не менее, ни одно исследование не изучало влияние внешнего освещения на трехмерное сканирование в области стоматологии. Целью данного исследования было оценить влияние освещенности и цветовой температуры окружающего света на достоверность, точность и время сканирования.

Освещенность – это общий световой поток (поток световой энергии), падающий на поверхность на единицу площади, а цветовая температура – это температура (K), при которой цвет источника вызывается энергией излучения идеального черного тела.

Материалы и методы

Модель нижней челюсти (500H-1; Nissin Dental Products, Inc.), которая содержит первый и второй премоляры, а также первый и второй моляры, была подготовлена ​​в качестве эталонной модели. Основные данные были построены с использованием отсканированного первого премоляра до второго моляра на эталонной зубной модели с использованием высокоточной бесконтактной трехмерной координатно-измерительной машины (Infinite Focus G5; Alicona Imaging).

Сканер обеспечивает высокую точность 1,6 ± 0,6 мкм и достоверность 5,3 ± 1,1 мкм. Поверхность эталонных моделей равномерно опрыскивали порошками диоксида титана (сканирующий спрей высокого разрешения; 3М) для обеспечения постоянной отражательной способности перед сканированием. Порядок сканирования:

  1. Отсканированная окклюзионная поверхность с эталонной моделью, расположенной горизонтально к платформе.
  2. Отсканированная щечная поверхность и язычная поверхность с положением эталонной модели, повернутой приблизительно на 10–20 ° к платформе.

Комнатная температура эксперимента поддерживалась на уровне 22 ± 1°С. Данные этих трех сканирований были наложены с помощью алгоритма наилучшего соответствия и преобразованы в одно значение данных.

Экспериментальные данные интраорального сканера

Экспериментальные данные были получены с помощью внутриротового сканера (True Definition; 3M). Точность внутриротового сканера была исследована in vivo в предыдущих исследованиях, показав, что точность квадранта дуги составляла 21,7 ± 7,4 мкм. Чтобы заблокировать окружающий свет, все эксперименты проводились в темной комнате. Температура в этой комнате поддерживалась на уровне 20 ± 1°С.

Было оценено влияние двух параметров окружающего освещения: освещенности (люкс) и цветовой температуры (Кельвин [K]). Освещенность окружающего света была установлена ​​белым светодиодом (SpotAce; Hayashi Watch-works). Освещенность была установлена ​​на 0 люкс, 500 люкс и 2500 люкс с помощью светомера (510 Lux Meter). Цветовая температура окружающего света регулировалась с помощью конверсионного фильтра (Фильтр конверсии цвета, Hayashi Watch-works). Цветовые тона конверсионного фильтра показаны на рис. 1.

Используемые тона были желтые (3900 К), оранжевые (4100 К), белые (7500 К) и синие (19 000 К). Таким образом, эксперимент проводился в 12 условиях окружающего освещения, которые включали все комбинации трех условий освещенности и четырех цветовых температур. Экспериментальные данные были получены путем сканирования первого премоляра во второго моляра на эталонной зубной модели. Для обеспечения точности сканера и формирования необходимого стохастического рисунка в соответствии с рекомендациями сканирующего распылителя эталонная модель была слегка покрыта порошком диоксида титана.

Протокол сканирования был разделен на три этапа. Первый шаг включал сканирование окклюзионной поверхности путем перемещения эталонной модели. Второй этап включал сканирование щечной поверхности путем наклона палочки сканера к щечной поверхности при перемещении эталонной модели. Третий этап включал сканирование языковой поверхности путем наклона палочки сканера к язычной поверхности и сканирования языковой поверхности.

Экспериментальные данные были взяты пять раз для каждой испытуемой группы. Палочка сканера была зафиксирована при сканировании модели (рис. 2). Экспериментальные данные были преобразованы в данные стереолитографии (STL). После этого части десны были обрезаны с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования (CAD) (Geomagic Freeform; 3D Systems).

Рис. 1. Фильтры преобразования.
Рис. 1. Фильтры преобразования.

Фильтр преобразования для цветовой температуры изменяет цветовую температуру белого светодиодного света, перехватывая определенные длины волн света. На рисунке показаны тоны цветовой температуры в настоящем исследовании.

Рис. 2. Экспериментальное устройство.

Рис. 2. Экспериментальное устройство.

Источник света был расположен на расстоянии 40 см от эталонной зубной модели, а угол падения был установлен на 40°. Палочка сканера зафиксирована, и область сканирования освещается с двух сторон. Таким образом, значение освещенности на палочке сканера остается постоянным. Чтобы зафиксировать палочку сканера в горизонтальном положении на зубной дуге, передние зубы эталонной модели удалены.

Достоверность, точность и время сканирования

Для оценки достоверности экспериментальные данные накладывались на основные данные с помощью алгоритма наилучшего соответствия (n = 5). Анализ отклонений проводился с использованием программного обеспечения CAD (CATIA V5; Dassault Systemes). Расстояние между соответствующими точками двух значений данных были рассчитаны, а цветные карты показывают шаблоны отклонений, которые были сделаны с использованием анализа отклонений (рис. 3).

Рис. 3. Анализ отклонений.

Рис. 3. Анализ отклонений.

Цветная карта справа показывает среднее отклонение между основными данными и экспериментальными данными. Область от желтого до красного указывает на положительное отклонение от основных данных. Синяя область указывает на отрицательное отклонение от основных данных. Зеленая область указывает на чрезвычайно небольшое отклонение от основных данных.

Рассчитанные расстояния двух значений данных были экспортированы в виде текстовых файлов. Среднее отклонение выровненных данных определяли путем расчета среднего для 10-го и 90-го процентилей измеренных расстояний с использованием следующего уравнения:

среднее = (90-й процентиль - 10-й процентиль) / 2.

Для оценки точности два набора экспериментальных значений данных, полученных из пяти наборов в каждой тестовой группе, были наложены с использованием алгоритма наилучшего соответствия. Был выполнен анализ отклонений, а цветные карты были сделаны с использованием программного обеспечения CAD (CATIA V5; Dassault Systems). Анализ отклонений был выполнен для всех комбинаций экспериментальных данных в каждой тестовой группе (n = 10). Время сканирования было определено как время, прошедшее от сканирования первого премоляра до завершения всех процессов сканирования.

Статистический анализ

Это исследование было сосредоточено на двух факторах: освещенности (0 люкс, 500 люкс и 2500 люкс) и цветовой температуре (3900 К, 4100 К, 7500 К и 19 000 К). Проверка нормальности освещенности и цветовой температуры проводилась с использованием теста Шапиро-Вилька, а тест гомоскедастичности для освещенности и цветовой температуры – с использованием теста Левена. Поэтому достоверность, точность и время сканирования оценивались с помощью двустороннего дисперсионного анализа (ANOVA).

Когда двухсторонний ANOVA не выявил значимого взаимодействия, множественные сравнения были выполнены с использованием метода Тьюки. В случае двустороннего ANOVA выявлено значительное взаимодействие, множественные сравнения были сделаны с использованием поправки Бонферрони. Уровень значимости был определен как р <0,05.

Результаты

Для достоверности средние отклонения показаны в таблице 1. Двухсторонний анализ ANOVA выявил значительное взаимодействие между освещенностью и цветовой температурой (рис. 4). Тест множественного сравнения (то есть коррекция Бонферрони) выявил значимое различие (р <0,05) между группами.

В условиях 3900 К и 4100 К среднее отклонение было значительно ниже в группе 500 люкс, чем в других испытательных группах. При условии 500 люкс среднее отклонение было значительно ниже в группе 3900 К, чем в других испытательных группах.

Для точности средние отклонения показаны в таблице 2. Двухсторонний анализ ANOVA не выявил значительного взаимодействия между освещенностью и цветовой температурой. Многократное сравнение (то есть метод Тьюки) не выявило существенных различий (р <0,05).

Таблица 1. Оценка достоверности.

Освещенность

Цветовая температура
3900 K 4100 K 7500 K 19,000 K
Среднее SD Среднее SD Среднее SD Среднее SD
0 люкс 62.3A 0.35 62.3A 0.35 62.3A 0.35 62.3A 0.35
500 люкс 59.8B 0.51 61.7AB 0.17 61.9AB 0.61 62.0AB 0.61
2500 люкс 63.8A 0.75 63.6A 0.68 62.7A 0.37 62.8A 0.15

 

Достоверность оценивается путем наложения экспериментальных данных на основные данные и вычисления среднего отклонения (мкм) между соответствующими точками двух значений данных в каждой тестовой группе (n = 5). Группы, имеющие одинаковые надстрочные буквы, достоверно не различаются (р> 0,05). SD – стандартное отклонение.


Рис. 4. Соотношение между цветовой температурой, освещенностью и средним отклонением.


Рис. 4. Соотношение между цветовой температурой, освещенностью и средним отклонением.


Для достоверности, двусторонний ANOVA показывает значительное взаимодействие между освещенностью и цветовой температурой и средним отклонением (р <0,05). Многократное многократное сравнение показало, что цветовая температура и освещенность оказали значительное влияние на правильность (р <0,05). ANOVA, дисперсионный анализ.

Таблица 2. Оценка точности.

Освещенность

Цветовая температура
3900 K 4100 K 7500 K 19,000 K
Среднее SD Среднее SD Среднее SD Среднее SD
0 люкс 15.4 0.92 15.4 0.92 15.4 0.92 15.4 0.92
500 люкс 15.2 0.45 16.1 0.6 15.3 0.45 17.1 0.68
2500 люкс

18.0

1.20 18.0 0.48 17.6 0.64 16.4 0.55

Точность оценивается путем попарного наложения данных из пяти повторных измерений в каждой тестовой группе (n = 10) и вычисления среднего отклонения (мкм) между соответствующими точками. Не было значимого различия между группами (р <0,05). SD – стандартное отклонение.

Не было характерных отклонений, вызванных каждым условием на цветных картах.

Время сканирования представлено в таблице 3. Двухсторонний анализ ANOVA выявил значительное взаимодействие между освещенностью и цветовой температурой (рис. 5). Многократный сравнительный анализ (то есть коррекция Бонферрони) также выявил существенные различия (р <0,05). Независимо от условий цветовой температуры время сканирования было значительно больше в группе 2500 люкс, чем в других испытательных группах.

Таблица 3. Время сканирования при разных условиях освещения.

Освещенность

Цветовая температура
3900 K 4100 K 7500 K 19,000 K
Среднее SD Среднее SD Среднее SD Среднее SD
0 люкс 51.8A 2.03 51.8A 2.03 51.8A 2.03 51.8A 2.03
500 люкс 55.8AB 1.35 58.6AB 2.01 58.2AB 2.53 58.8AB 1.93
2500 люкс

62.0B

1.58 78.0C 1.30 82.6C 1.86 82.2C 1.39

Время сканирования оценивается путем измерения времени, затраченного на один цифровой оттиск, и расчета среднего значения. Группы, имеющие одинаковые надстрочные буквы, достоверно не различаются (р <0,05). SD – стандартное отклонение.

Рис. 5. Соотношение между цветовой температурой, освещенностью и временем сканирования.

Рис. 5. Соотношение между цветовой температурой, освещенностью и временем сканирования.

Двухсторонний ANOVA обнаруживает значительное взаимодействие между освещенностью и цветовой температурой (р <0,05). Многократное сравнение после вскрытия показывает, что цветовая температура и освещенность оказывают существенное влияние на правильность (р <0,05). ANOVA – дисперсионный анализ.

Обсуждение

Испытательная группа на 500 люкс и 3900 К имела самую высокую достоверность. Более того, время сканирования было значительно больше при условии 2500 люкс, независимо от цветовой температуры. Это открытие показало, что окружающий свет влияет на правильность и время сканирования.

Условие 500 люкс представляет типичную интенсивность комнатного освещения в клинике, тогда как условие 2500 люкс представляет интенсивность стоматологической установки. Таким образом, исследование показало, что соответствующая освещенность операционного поля для цифровых оттисков является той, которая обычно используется в клинике, и что желтый или оранжевый цвет является наиболее подходящим цветовым тоном.

Для достоверности среднее отклонение составило 58,9–62,7 мкм в нашем исследовании по сравнению с 29,4–58,6 мкм в предыдущих исследованиях, в которых оценивалась достоверность полных оттисков дуги in vitro. Поэтому достоверность в нашем исследовании была почти такой же, как и в предыдущих исследованиях.

Влияние внешнего освещения на достоверность цифровых оттисков связано с процессом изготовления трехмерных (3D) данных. Большинство оптических сканеров получают трехмерные данные, проецируя лазерный луч на поверхность исходной геометрии и захватывая отраженный свет в устройстве с зарядовой связью. Однако, если освещенность лазерного луча слишком высока, датчик станет насыщенным. В результате система не может рассчитать положение точек. Более того, лазер с высокой освещенностью вызывает частичный дефект точек и задерживает сбор данных.

Вопреки нашим результатам, предыдущее исследование пришло к выводу, что полное отсутствие внешнего света обеспечивает наилучшие результаты. Исследователи вышеупомянутого исследования использовали только источник света с высокой интенсивностью; то есть влияние окружающего освещения при низкой освещенности не оценивалось. Кроме того, исследование показало, что низкотемпературный источник света оказал наименьшее влияние на цифровые данные. Этот вывод совпал с нашими выводами, потому что условие 3900 К дало самую высокую достоверность в нашем исследовании.

Для точности в этом исследовании среднее отклонение составило 15,2–18,0 мкм. Тем не менее, среднее отклонение в предыдущих исследованиях при оценке полного дугообразного оттиска in vitro составляло 19,5–63,0 мкм. В предыдущих исследованиях in vivo среднее отклонение оттисков квадранта дуги составляло 21,7–25,7 мкм, а среднее отклонение полных оттисков дуги – 42,9–59,7 мкм. Другими словами, точность была выше в настоящем исследовании. Кроме того, на точность не влияли освещенность или цветовая температура, потому что цифровой оттиск производился фиксированной палочкой сканера (рис. 2).

Точность обычно зависит от способности клинициста поддерживать стабильность палочки сканера; однако, поскольку мы использовали стационарное сканирующее устройство, это не было проблемой. Кроме того, поскольку расстояние между палочкой сканера и эталонной моделью поддерживалось на постоянном уровне, точность в нашем исследовании была выше, чем в предыдущих исследованиях. Это демонстрирует, что если оператор может сделать цифровой оттиск, используя соответствующий метод сканирования, разница между точностью цифрового слепка и точностью обычного слепка с использованием PVS, вероятно, будет минимальной. Значение среднего отклонения обычных оттисков с использованием PVS в предыдущем исследовании составляло 14,9–22,7 мкм, что аналогично полученному в нашем исследовании.

Освещенность 2500 люкс продлила время сканирования, потому что высокая освещенность вызвала ошибки в датчике. В клинической ситуации, если оператор проводит длительное сканирование, точность цифрового отпечатка, вероятно, будет зависеть от слюны и движения пациента. По этой причине время сканирования должно быть коротким, чтобы произвести точный цифровой оттиск.

Методология нашего исследования была разработана, чтобы избежать влияния других факторов, используя фиксированную палочку сканера (устраняя влияние техники оператора) и порошковый спрей для сканирования (создавая постоянное значение отражательной способности). Таким образом, влияние поверхности материала было незначительным в нашем исследовании. Кроме того, True Definition показала наивысшую точность среди сканеров порошкового типа в предыдущих исследованиях. Поэтому дизайн нашего исследования позволил правильно оценить влияние окружающего света.

Ограничением этого исследования было то, что модель не могла использоваться для оценки влияния окружающего света в клинической ситуации. В клинических условиях другие факторы, такие как слюна и движение пациента, могут повлиять на точность оттисков. Даже если бы поверхность была покрыта порошковым распылением, было бы трудно уменьшить влияние других факторов. Кроме того, мы не оценивали различные типы внутриротовых сканеров в настоящем исследовании. На беспорошковый сканер влияет материал сканируемой поверхности. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, по-разному ли на различные сканеры влияет окружающий свет.

Вывод

В рамках этого модельного исследования были предложены следующие основные выводы:

  1. В условиях 500 люкс и 3900 К достоверность цифрового оттиска была самой высокой среди тестовых групп
  2. Независимо от цветовой температуры время, необходимое для снятия цифрового оттиска, было больше при 2500 люкс, чем при 0 люкс или 500 люкс.
Насколько полезна была эта статья?
5.0
Средняя оценка
3 голосов

Мнения специалистов + ПОДЕЛИТЬСЯ СВОИМ МНЕНИЕМ
ПОДЕЛИТЬСЯ СВОИМ МНЕНИЕМ

Комментарии 0