五种口内扫描仪模型扫描精度对比及扫描质量评估.pdf
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1、Chin J Prosthodont,July 2023,Vol.24,No.4口腔颌面修复学杂志2023年7月第24卷第4期 论著 基金项目基金项目:北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金(项目编号:L222025)首都医科大学附属北京口腔医院创新团队建设项目资助(项目编号:CXTD202203)游恺首都医科大学附属北京口腔医院正畸科硕士研究生北京100050张宁通讯作者首都医科大学附属北京口腔医院正畸科主任医师副教授北京100050五种口内扫描仪模型扫描精度对比及扫描质量评估五种口内扫描仪模型扫描精度对比及扫描质量评估*游恺张宁【摘要】目的:分析比较5种不同型号的口内扫描仪扫描单颌全牙列
2、石膏模型的扫描精度,并评估扫描质量,为临床应用提供参考,并为今后进一步提升国产口内扫描仪性能提供依据。方法:5种型号口内扫描仪(3 Shape Trios3、iTero Element 1、FusionScanner、Aoralscan2、Medit i500)扫描单颌全牙列石膏模型,获得三维扫描数据,每组重复5次,作为实验组数据。利用高精度台式扫描仪(云甲UP560)获取数字化模型,作为真值组数据,通过分析软件Geomagic Studio14进行“最佳拟合对齐”后进行偏差分析真值组和实验组数据,并评估扫描数据质量指标、对比扫描精度。将全牙列模型按单牙冠进行分割,得到14颗单牙冠模体,同样进
3、行扫描精度的评价。扫描精度由精密度和正确度进行评价。精密度通过计算同一型号仪器重复扫描的数据与真值数据的偏差分析所得的标准差结果进行评价;正确度通过与真值数据比较的偏差结果的均值进行评价,对不同组间的数据进行统计学分析。实验组和真值组间、以及实验组间的平均距离值与均方根(RMS)的均值和标准差作为计量型指标。各组数据经正态性检验,方差齐性检验后,采用单因素方差分析检验5个小组组间差异,同时对实验组质量指标与其扫描正确度进行Spearman相关性分析。结果:全牙列正确度:3 Shape Trios 3与iTero Element 1均在50 m以下,Medit i500、FusionScanne
4、r与Aoralscan2在50-70 m范围。全牙列精密度:iTero Element 1与FusionScanner全牙列精密度的平均距离和RMS值均较小,低于10 m,其余三种精密度的RMS值低于20 m,相较前两种略微增大。单牙冠正确度:3 ShapeTrios 3,iTero Element 1,Medit i500均在10-15 m范围,FusionScanner在15-20 m,Aoralscan2在20-30 m范围。单牙冠精密度:五种仪器单冠RMS标准差均在10 m以内,整体稳定性均较好。测量扫描数据质量评估中主要集中于钉状物和高度折射边,相关性分析未显示其与口内扫描仪正确度相
5、关(P0.05)。结论:扫描精度上,iTero Element 1与3 Shape Trios 3为代表的国际厂商均处于较高水准。FusionScanner、Aoralscan2、Mediti500三种仪器在不同测量范围上在正确度与精密度有不同的优势。几种仪器扫描单牙冠的精度均优于扫描单颌全牙列精度,提示扫描范围的减小能够提升扫描仪精度。关键词:口内扫描仪;精度;正确度;精密度;扫描质量评估中国图书分类号 R783 文献标识码 ADOI:10.19748/.kqxf.1009-3761.2023.4.004Comparative study on the accuracy of five ki
6、nds of intraoral scanners and scanning quality evaluation based onscanning modelsYOU Kai,ZHANG Ning*.(Department of Orthodontics,Beijing Stomatological Hospital,Capital Medical University,Beijing 100050,China)【Abstract】Objective:To analyze and compare the scanning accuracy of plaster models of whole
7、 dentition in singlejaws canned by five different types of intraoral scanners,and to evaluate the scanning quality,so as to providereference for clinical application.It also provides a basis for further improving the performance of domestic intraoralscanners in the future.Methods:Five models of intr
8、aoral scanners(3 Shape Trios 3,iTero Element 1,Large VFusionScanner,Aoralscan2,Medit i500)scanned single-jaw whole dentition plaster models,and obtained 3D scandata,then repeated 5 times in each group as the experimental group data.The high-precision desktop scanner YunjiaUP560 was used to obtain th
9、e digital model,and as the truth group data,the analysis software Geomagic Studio 14was used to perform:“best fit alignment”and then the truth group and the experimental group data were analyzed bybias,and the scan data quality index and comparison scanning accuracy were evaluated.The whole dentitio
10、n modelwas divided into single crowns,and 14 single crown molds were obtained,and the scanning accuracy was also259口腔颌面修复学杂志2023年7月第24卷第4期Chin J Prosthodont,July 2023,Vol.24,No.4evaluated.Scanning accuracy is evaluated by precision and trueness.Precision is demonstrated by calculating thestandard de
11、viation results obtained by analyzing the deviation between the repeated scanning data of the same modelof instrument and the true value data.The accuracy is assessed by comparing the mean deviation result with the truevalue data,and the data between different groups are statistically analyzed.The m
12、ean distance between theexperimental group and the truth group,experimental groups and the mean and standard deviation of the root meansquare(RMS)are used as quantitative indicators.After the normality test and the homogeneity test of variance,one-way ANOVA was used to test the differences between t
13、he five groups,and the Spearman correlation analysis betweenthe quality index of the experimental group and its scanning trueness was carried out.Results:Total dentition,trueness:Both 3 Shape Trios 3 and iTero Element 1 were below 50 m,Medit i500,Large V Fusion Scanner andAoralscan2 were in the 50-7
14、0 m range,precision:iTero Element 1 and Large V Fusion Scanner were within 10 m,while the other three types of intraoral scannersare in the 10-20 m range.Single crown,trueness:3 Shape Trios 3,iTero Element 1,Medit i500 were all in the 10-15 m range,Large V FusionScanner was in the 15-20 m rangeand,A
15、oralscan2 was in the 20-30 m range,precision:all five instruments were within 10 m.The quality evaluation ofmeasurement scan data mainly focused on nails and highly refractive edges,and correlation analysis did not show thatthey correlated with the correctness or precision of the experimental group(
16、P0.05).Conclusion:In terms ofscanning accuracy,international manufacturers represented by iTero Element 1 and 3 Shape Trios 3 are at a high level.Large V FusionScanner,Aoralscan2 and Medit i500 have different advantages in trueness and precision in differentmeasurement ranges.The accuracy of scannin
17、g single crowns by several instruments is better than scanning single jawwhole dentition,indicating that the reduction of scanning range can improve scanner accuracy.Key words:intraoral scanner;accuracy;trueness;precision;scanning quality evaluaiton临床传统采集印模技术操作复杂,步骤繁琐,数字化口内扫描技术的诞生颠覆了临床传统操作流程,口内扫描仪实时
18、扫描口内环境,借助计算机进行数据处理,经过技术处理,即可获得口内数字模型,无需传统石膏模型的辅助,也降低了原料的损耗。口内扫描全程可视化,患者与医生均可清晰直观查看扫描过程与数据,因此,确保扫描数据的准确性是数字化印模制作的关键1。目前,市面上口内扫描仪种类繁多,不同的仪器采用的工作原理也不尽相同,受到口内环境影响和其他因素影响的程度也不一致,加之临床医生操作方法等外在因素,均会对扫描精度造成一定影响,进而影响最终数字化印模的质量2。口内扫描精度包括正确度与精密度,通常采用多次扫描对比测得,根据国际标准化组织标准(IOS 5725-1)3,精度(accuracy)也称准确度或精确度,用于描述测
19、量值和参考值的一致程度,反映测量结果中的系统误差和随机误差,包括正确度/真值(trueness)和精密度/一致(pre-cision)。正确度属于系统误差,是大量测量值的均值与参考值间的一致程度,精密度是指设备系统本身测量结果的可重复性,和设备稳定性有关。本文研究内容从扫描精度与扫描数据质量两方面分析,定量评价目前五种主流的口内扫描仪器,为临床应用提供参考,并为今后进一步提升国产口内扫描仪性能提供依据。1.材料和方法1.1 扫描设备及扫描器材 单颌全牙列石膏模型。根据目前临床使用较广泛的国际与国内厂商口扫仪选取了5种扫描设备:3 Shape Trios 3(3 Shape公司,丹 麦)(系 统
20、 版 本 3Shape Version 21.4.3(3.14.2.0)、iTero Element 1(Align Technology公司,美国)(系统版本1.12.9.600)、FusionScanner(朗视仪器,中国)(系统版本1.0.0.0)、Aoralscan2(先临三维,中国)(系统版本v2.1.0.4)、Medit i500(MEDIT公司,韩国)(系统版本2.6.5)、高精度台式扫描仪云甲 UP560(云甲科技,中国)(系统版本 UpScan2.0.18.0808)。1.2 实验三维数据的获取 在相同的室内环境下,由同一位熟练操作口内扫描仪的扫描者分别使用上述5种口内扫描仪
21、沿全牙列石膏模型一侧开始进行扫描,同时观察计算机显示屏幕上的动态三维图像,扫描路径为:单光路循环扫描头运动路径,即先扫牙列咬合面,从模型左侧远中磨牙逐步移动至中切牙再到右侧远中磨牙,反向沿舌侧面移动,再正向沿颊侧面移动。检查有无遗漏部分,如有则260Chin J Prosthodont,July 2023,Vol.24,No.4口腔颌面修复学杂志2023年7月第24卷第4期对遗漏部分进行补充扫描(扫描次数至多为两个区域,数据量不会影响实验结果)保证获取完整的石膏模型数据,存储为stl格式文件。其中,3 ShapeTrios 3、iTero Element 1、FusionScanner、Aor
22、-alscan2、Medit i500作为实验组;利用高精度台式扫描仪云甲UP560获取的数字模型数据作为真值对照组4,实验组每台扫描仪重复扫描五次。1.3 数据处理方法 将5种扫描仪得到的单颌全牙列石膏模型 stl 数据均分别导入到 Studio14(Raindrop Geomagic,美国)软件中,根据标准牙列模型特点,选取三点做一个平面1,平面1垂直向下平移相同距离,平移后位置即为平面2位置,利用软件截取牙列数据(图 1)。利用 Geomagic软件多边形界面的曲线裁剪工具抽取单牙冠牙模。将实验组的模型数据分别和真值组数据以“最佳拟合对齐”的方式进行匹配,并通过彩色偏差图表现(图2),不
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