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                          從三維數字模型研究牙科石膏重建的可能性

                          來源:棗莊金正石膏有限公司時間:2016/3/4 8:34:28編輯:管理員

                          抽象

                          目標


                          比較傳統的石膏模型,數字模型和牙科石膏的三維打印副本根據不同的標準轉換。 要確定使用開源系統的RepRap可以取代傳統的石膏牙科醫療蒙上是否獲得3D打印的副本。 比較和對比的兩個可能的3D打印選項的素質 - 開源系統的RepRap和商用3D打印。


                          設計和設置


                          10牙科石膏的方法比較研究口腔正畸科,口腔科,醫學第2次故障,查爾斯大學布拉格,捷克共和國系轉換。


                          材料與方法


                          每10石膏是由英力士藍掃描儀掃描和印刷上的三維打印機的RepRap [10款]和謨HD3000 3D打印機[1模型。 關于石膏模型及其三維拷貝上下顎的牙弓選擇點之間的線性測量記錄和統計分析。


                          結果


                          3D打印份數比傳統的石膏許多優點。 精度和石膏的3D的RepRap打印副本的準確性被證實的基礎上進行統計分析。 雖然商購的三維打印使比的RepRap系統打印詳情它是昂貴的和臨床使用的目的,可以通過從的RepRap打印副本獲得的便宜的打印來代替。


                          結論


                          傳統的石膏蒙上掃描來獲得數字模型提供了一個務實的做法。 掃描可以隨后用作模板進行打印所需的石膏模型。 使用3D打印機可以取代傳統的石膏模型主要是由于其準確性和價格。


                          關鍵詞:3D 打印,快速成型,石膏,牙科

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                          背景

                          石膏提供 用于監控和記錄處理的進展一起拍照和成像技術[金標準1 ]。 它已經從石膏模型對患者的牙弓,牙齒的位置,其尺寸精確目前,可靠的信息體驗是顯而易見的。 患者的齒列矯正的數據通常是由牙石膏測量由數字測徑得到的,進一步存儲用于將來使用。 目前有必要存儲患者的石膏模型進行的立法和進一步的臨床workups,然而與使用存儲患者的'中的數字形式的數據時必需品出現,我們還消除了我們不僅保留再現牙科石膏的可能性石膏模型的不必要的存儲這是不容易必需的。


                          用石膏模型的缺點包括它們的存儲與參與患者的護理[其他專業人士分享其數據的負擔,損壞或斷裂的危險,其重量重和困難2 , 3 ]。


                          數字技術整合到牙科診所的所有分支,如口腔修復,保守牙科和正畸。 這些技術包括錐形束斷層攝影術,三維面部成像和各種掃描技術[ 4 , 5 ]。 許多研究證明,牙模的三維數字模型具有相同的準確度和精密度作為傳統的石膏模型[進行測量6 - 10 ]這一切都是沒有顯著影響咬合信息[可靠性達到11 ]。 Leifert等。 傾注了自己的工作比較數字模型和石膏。 其結果是,為臨床實踐,測量間的數字模型和石膏模型[小于0.5毫米平均差可接受12 ]。 數字化研究模型被證實是傳統膏藥的有效替代由惠滕等人治療計劃蒙上了II類錯牙合畸形的病人。 [ 13 ]。 本研究比較決定從數字和傳統膏藥獲得的數據制作的鑄模型的可靠性,這是從理論的重要一步實踐。


                          這里必須提到,病人的數據的數字化是容易受到濫用以及作為容易發生技術錯誤。 這些措施包括在存儲大量因硬件,數據丟失和未經授權的訪問病人的數據存儲容量的限制數據的局限。 然而,大多數這些技術上的困難可以通過專家的投入在各自的領域加以克服。 數字化的可用方法包括:石膏模型由掃描器(觸覺或非觸覺),光光學數字化,計算機斷層方法和激光光學方法掃描(例如立體攝影測量)。


                          迄今只有一個單一的研究已經證明在牙科從數字數據獲取3D對象的可能性。 在這項研究中的人進行的基廷。 一個標準的立體(清脂,0,15mm層)被用來獲得掃描投3D模型。 然而它是后來發現,這種研究缺乏,因為只有兩個石膏模型是在三維印刷,并用于所有的測量足夠的精度。 同樣的研究證實手持數顯卡尺是可靠的鑄造測量[ 14 ]。


                          有許多使用不同的技術來打印各種三維物體的能力可用打印機。 最常用的打印機,其中薄的塑料線被放下,并建立了塑料對象FDM(熔融沉積成型)。 的RepRap機器是利用這種技術可用的打印機之一。 基于粉的打印機,如Zcorp(石膏像噴墨粘粉)或SLS(選擇性激光燒結),其中尼龍或類似的熱塑性粉末的局部用激光束熔化)。 SLA(stereolitography)是打印機的另一種類型,其中可UV固化樹脂在所需的形狀由光源固化。


                          盡管提供打印的最高品質,SLA相對仍然是一個昂貴的和緩慢的選項,其中打印可能需要長達12個小時。 相比之下,以SLA打印機,FDM打印機報價質量較差的打印與區分層次面。 開源的RepRap打印機,然而,提供負擔得起的打印,可以同時提供所需足夠接近匹配在一小時或高度詳細的打印下在幾個小時。


                          本研究的目的


                          1.要確定扭轉通過掃描傳統石膏,為物理3D形狀獲得三維數字模型的可能性。


                          2.要闡明的石膏模型,并在三維的RepRap印本距離測量是否是等價的,具有可比性。


                          3.要確定的RepRap 3D打印模型是否可以取代石膏的過程中蒙上制作和其潛在的好處和優勢。


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                          材料和方法

                          10石膏模型本研究采用隨機抽取,并從口腔,第二醫學院,布拉格查爾斯大學部正畸門診獲得。 所有患者或其法定代理人均知情同意。 被要求為這項研究沒有道德的批準。


                          所有的石膏模型,從病人的印象(藻酸鹽印模材料,Ypeen,捷克共和國)正畸治療中采取倒。 他們都被鑄在常規材料(石膏)和常規修剪。 有寫在蒙上沒有個人的數據。 他們隨后被編號從1到10的所有石膏鑄完全再現充分拱門,沒有表面損傷,齒材料或破損的損失。 在石膏模型既沒有放大,也沒有地標預標記。 各種正畸異常和牙齒的位置被證明被視為代表普遍遇到的正畸醫生“的情況。


                          要捕獲所有石膏模型的三維數字模型,INEOS藍掃描器(西諾德,奧地利)與所有樣品相同的協議使用。 INEOS藍色是基于短波長的藍光非觸覺掃描儀。 所有石膏模型中根據不同的齒的形狀和特別硬腭覆蓋鑄造的所有表面多個平面進行掃描。 掃描后的數據被保存為STL文件; 計算機軟件inLab生物仿制藥(西諾德,奧地利)合并獲得的數據和構成的三維數字模型。 該模型導出到標準化stereolitography(STL)文件格式。 在石膏模型所獲得的三維模型包括大約26萬的頂點和50萬的面孔,因而其大小約為25 MB。 掃描(和得到的模型太)的分辨率為19微米,但的RepRap打印機的分辨率是大約200微米。 因此,我們減少使用開源網格處理系統MeshLab重新劃分網格模型約55 000面(視覺計算實驗室 - ISTI - CNR,意大利)和Netfabb Studio的基礎(netfabb有限公司,德國)。 我們用于減少二次崩邊抽取方法。 簡化模型的大小約為3 MB。 然后自相交或復制面,非流形邊和頂點在需要的地方被去除。 STL的模型處理的最后一步被灌而致模型準備和充分有效的打印機的RepRap的孔。 最后,STL模型切成單個層,打印噴嘴的路徑計算和STL被Slic3r(亞歷山德羅Ranellucci,意大利)轉換為GCODE文件。 該GCODE文件包含由三維打印機所需的所有信息。


                          在石膏模型中的10個3D打印在的RepRap(捷克共和國)三維打印機(ABS工程塑料材質,層0.35mm時藍色)(圖1 )。 為0.35mm層是可以通過的RepRap打印機此刻可以實現最薄層。 其中一個模型也印上ProJetHD3000三維打印機(3D系統,美國,清脂)比較距離和印在開源和商業打印機型號質量。


                          Figure 1

                          圖1

                          的RepRap三維打印機。

                          類似的線性測量是石膏和3D通過初步培訓后,一個訓練有素的評估印刷本。 一些離群測量不包括在研究改善由數字測徑器測量的方法,所有的測量均進行兩次,以保持的數字卡尺間隔一周使用手(節期,中國,準確性0.01毫米)(圖2 )。 共有160測量統計評價。


                          Figure 2

                          圖2

                          手持與用于檢測指定點的距離為0.01mm的精度數顯卡尺。

                          測量的尺寸被選定為之間的距離:


                          x平面:Intercanine距離 - 犬的咬合技巧之間的距離


                          y平面:犬的尖端的距離,并在下頜第一恒磨牙近中腭尖


                          z平面:犬的臨床冠高度


                          混合距離:第一門齒的近中邊緣和犬的風口浪尖之間的距離


                          統計評估


                          獲得與這里介紹的所有數據進行統計評估。


                          在石膏模型和3D的RepRap打印份數的測量重復性被配對t檢驗[測試15 ](表1 )。 這里必要的假設已被提出,重復測量值之間的差異是從正態分布。 該測量屬于正態分布的假設下,使用里爾福斯試驗[隨后證實16 - 18 ]。


                          Table 1

                          表格1

                          零假設和標準偏差的 配對 t 檢驗 的結果 對兩種類型的模型測量

                          在石膏模型和的RepRap三維打印副本的測量的精確度是從重復測量(表的差推定1 )。 讓X,Y〜N(μ,σ2)是從第一和第二獨立的距離測量值,則Z〜N(0,2σ2)是它們的差(Z = X-Y)。


                          在石膏模型和測量上的RepRap 3D打印副本測量的股權分別采用配對t檢驗(表確認2 )。 的平均值W〜N(0,σ2/2)被用于此目的(W =(X + Y)/ 2)。


                          Table 2

                          表2

                          零假設的 配對 t 檢驗 結果 和結果的零假設的F檢驗

                          使用方差相等的F檢驗[進行對石膏模型和上的RepRap三維打印副本的測量精度的測量精度的比較19 ](表2 )。


                          距離測量的三維的RepRap印本的準確性用的石膏模型和3D的RepRap印本(表之間的差異標準偏差估計3 )。


                          Table 3

                          表3

                          標準偏差總和的石膏模型和三維圖案和其標準偏差

                          從商用打印機獲得3D印刷材料收集到的數據無法統計評估,因為數量不足的數據。 表3示出了通過比較石膏,的RepRap印刷品和商業印刷品進行的測量的差異。


                          所有的試驗為3-3上顯著性水平p值= 0.05進行,分別(intercanine距離中,x平面),3-6(犬的尖端之間的距離-尖第一磨牙,y平面的近頰尖的)和混合的距離。 所有的統計計算是使用Matlab的統計工具箱執行的處理20 ]。


                          對比研究


                          形成石膏,數字模型和3D印刷模型的過程中在圖中示意性地示出3 。 印象服用常見的過程需要參加牙科診所和印象中牙科實驗室制造的石膏,這后來被用作各種掃描儀和數據掃描的模型都保存在大容量存儲設備的數字形式(圖4 )。 三維模型可以在有需要時,然后可以從所存儲的數字數據重建。


                          Figure 3

                          圖3

                          形成石膏模型的過程的方案,數字模型和3D印刷從印象模型取到的數字數據作為模板用于三維打印機的利用率。

                          Figure 4

                          圖4

                          計算機數字模型。

                          表4顯示了基于各種標準石膏,數字模型和3D打印的副本對比研究。


                          Table 4

                          表4

                          該表顯示了基于各種標準石膏模型,數字模型和3D印刷本的比較研究

                          Go to:

                          結果

                          在石膏模型和上的RepRap三維打印副本的距離測量的精度是相同的。 這是由所估計的特性,包括置信區間(表確認1 )。


                          在石膏模型,并在三維的RepRap印本的距離測量結果相同。 有他們之間沒有顯著差異(采用配對t檢驗,評估表2 )。


                          在3D的RepRap距離測量印本(相對于石膏模型)的精度,使用的石膏模型和3D的RepRap打印副本之間的差異的標準偏差估計。 標準偏差值沒有顯著不同(或者甚至更。,比石膏模型和的RepRap 3D印本(表的標準偏差值的總和3 )。 所有的標準偏差值均小于0.5毫米。


                          這些結論適用于所有測量距離。


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                          討論

                          本研究提出了使用三維印刷牙科研究模型的數字數據的重建的新方法。 的優點和傳統使用的石膏,數字掃描模式和3D打印份數弊端也這里提出。


                          雖然三維打印的優點已被許多作者提到[ 7 , 21 ]這里,我們提出在與傳統的石膏模型(表比較這些屬性的摘要4 ):


                          優點:重量輕,壓裂和損壞的概率低到大多數材料,耐久性,耐磨性,可移植性和共享數字數據最重要的可能性高阻力。 此外,還有生產需求的新的3D模型從而將消除存儲問題的負擔的可能性。 也有使用環保材料,打印的潛力。


                          缺點:需要訓練有素的技術人員來說,交流患者的數據的合法性,材料的耐熱性低時,可能的數字數據的損失,由于技術上的錯誤。


                          一個圍繞3D打印的主要問題是它的成本高。 然而,為了規避成本問題,我們可以使用一個開源打印機等的RepRap具有打印每一個總體成本低(與商用打印機ProJetHD3000,表4 )。 雖然與打印機使用相關的成本比石膏模型要低得多,打印機需要有資格的人的存在,以避免導致三維打印的過程中的錯誤的并發癥。 然而,這需要進行生產石膏模型所需的合格的實驗室援助沒有什么不同。


                          為了使用任何3D傳統石膏的打印副本施放牙科是其準確度和精度,以滿足其需要的必要條件。 雖然很明顯,即管型印在商業PROJET D3000打印機質量更高(圖的5 )中,我們沒有遇到用于臨床目的在兩任何差異。 使用標準測試統計分析證實上的RepRap三維打印副本的測量的準確性和精確度。 在這里,我們可以得出結論,3D打印可用作扭轉先前掃描石膏模型的存儲三維數字數據的可靠方法。 這種缺乏顯著差異是可能維持臨床優點,例如建立數字圖書館和具有能夠在需要時獲得物理石膏的可能性的重要概念。


                          Figure 5

                          圖5

                          印刷的RepRap和商業印刷的石膏之間的差異。 A)的RepRap打印- bucal來看,B)的RepRap打印-半咬合面來看, 三 )商業印刷- bucal視圖,D)商業印刷-半咬合視圖。

                          相比較而言,事件雖然PROJET對 從一個低價格的手益處和打印速度更快更高的分辨率和精確度,的RepRap以及使用具有不同性質的各種材料和打印機的小尺寸(圖的可能性6 )。 另外打印在的RepRap打印機的質量可以用小的投資大大提高。


                          Figure 6

                          圖6

                          從bucal(B1)從具有的RepRap打印的視圖bucal(a1)中,半咬合(a2)和咬合(a3)的點傳統石膏的比較。半咬合(b2)和視咬合(B3)點。

                          以數字形式保存患者的數據可以幫助解決存儲問題,因為所有的研究模型,必須保留一定的時間,這就需要大的存儲空間。 另一方面,當不再需要該三維印刷石膏,它們可以被回收和再利用。 這是相對于傳統的石膏貓環保明智的選擇。 數據數字化也提供了該小組負責在照顧病人的各種醫生需要檢索和病人的數據傳輸到什么時候解決方案。 但是從某種觀點的法律點共享病人的數據時,因為有潛在的保密性和隱私問題,可能是容易出現誤操作一定要提高警惕。 據認為,3D打印對象可在很多研究領域發揮越來越重要的作用。 進一步的研究是必要的在這一領域,有必要把重點放在簡化掃描和3D打印的過程。 還有對3D直接從其他來源的數據,如ortopantomograph,CT掃描或病人的嘴直接掃描打印機,以消除傳統制造石膏的中間步驟重建數據的范圍。


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                          結論

                          1.可以構建數字數據,以獲得三維印刷模型。


                          2.距離并在石膏模型和上的RepRap三維打印副本的測量的精確度是相等的。


                          3. 3D的RepRap打印模式可以代替石膏制作的過程。


                          4. 3D的RepRap打印機相比,幻燈牛逼 D3000的時候,它有可能取代傳統的石膏是更便宜,更快的選項優勢。


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                          縮略語

                          FDM:融合沉積造型; SLS:選擇性激光燒結; SLA:Stereolitography; CT:計算機斷層掃描; 3D:三維; PM:石膏模型; RR:的RepRap打印副本。


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                          利益沖突

                          有沒有關系,或可能造成利益沖突的資金支持。


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                          所有的作者都顯著貢獻,所有的作者都是在稿件的內容一致。 MK測得的直線距離,在選擇研究組,并在掃描石膏模型,以及在數據評估參與,TD監督患者的選擇,在數據評估了一部分,LG評估后的數據統計,在測量對象參加,PD掃描石膏,把研究對象的照片,并有助于數據分析,AP監督3D打印和3D打印相比,JP印刷3D打印和3D打印機的技術規格作出了貢獻,他帶著在數據評估和掃描部分,SK提供的語言矯正。


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