歯科技工術論文のご紹介3
今回は、口腔内スキャナーとデスクトップスキャナーを用いて製作したデジタル模型の比較についてご紹介いたします。どうぞお楽しみください。
口腔内スキャナーとデスクトップスキャナーで製作したデジタル歯列弓模型の
真度(真正性)と精度について: 生体外(ex vivo)研究
Trueness and precision of complete arch dentate digital models produced by intraoral and desktop scanners: An ex-vivo study
Janos Vag , Clinton D. Stevens , Mohammed H. Badahman , Mark Ludlow , Madison Sharp , Christian Brenes , Anthony Mennito , Walter Renne
引用元
PMID: 37185479 PMCID: PMC10136758 DOI: 10.3390/dj11040101 無料PMC記事より
出展元
Journal of Dentistry. 2023 Dec:139:104764. doi: 10.1016/j.jdent.2023.104764. Epub 2023 Oct 26.
ハイライト
●完全な歯列弓の直接および間接デジタル化により、正確な歯列の再現が可能になります。
●口腔内スキャナーは、口蓋軟組織スキャンの精度においてPVS(シリコーン印象)や石膏印象より優れている
ことが確認できました。
●口腔内スキャナーの精度は、その特徴によってわずかに異なることが確認できました。
概 要
目 的 :
この研究の目的は、5つの口腔内スキャナー(Emerald S、iTero Element 5D、Medit i700、Primescan、Trios 4)および2つの間接デジタル化技術について、歯および軟組織に対する真度と精度を新鮮な下顎および上顎の遺体顎で比較することです。
方 法:
完全に歯のある遺体の上顎および下顎をATOS産業用スキャナーでスキャンしてマスターモデルを作成しました。その後、各口腔内スキャナー(IOS)で標本を8回ずつスキャンしました。さらに、8つのポリビニルシロキサン(PVS)印象を作成し、Medit T710デスクトップスキャナーでデジタル化しました。石膏モデルを注ぎ、その後再度デスクトップスキャナーでスキャンしました。すべてのIOS、PVS、および石膏モデルをマスターモデルと比較し、下顎の歯、上顎の歯、および口蓋の平均絶対表面偏差を計算しました。
結 果:
下顎の歯に関して、PVSの真度はMedit i700(p < 0.001)およびPrimescan(p < 0.05)よりも有意に優れていました。上顎の歯では、PVSの真度はすべてのIOSよりも有意に優れていました(p < 0.05–0.001)。石膏の真度はEmerald S(p < 0.01)、Medit i700(p < 0.001)およびPrimescan(p < 0.01)よりも有意に優れていました。口蓋では、PVSおよび石膏の真度はiTero Element 5D(p < 0.01)およびTrios 4(p < 0.01)よりも有意に低かったです。石膏の真度はMedit i700(p < 0.05)よりも有意に低かったです。口蓋の精度は、PVSおよび石膏がEmerald S(p < 0.01、p < 0.05)、iTero Element 5D(p < 0.01、p < 0.01)、Primescan(p < 0.001、p < 0.001)、およびTrios 4(p < 0.001、p < 0.01)よりも有意に低かったです。IOS間の真度の有意な差は下顎の歯でのみ観察されました。Medit i700はEmerald S(p < 0.01)およびiTero Element 5D(p < 0.01)よりも劣っていました。下顎の歯に関しては、Medit i700はPrimescan(p < 0.01)およびEmerald S(p < 0.05)よりも有意に精度が高かったです。Trios 4はEmerald S(p < 0.05)よりも有意に精度が低かったです。上顎の歯に関しては、Medit i700の精度はiTero Element 5D(p < 0.01)よりも有意に劣っており、口蓋ではPrimescan(p < 0.01)およびTrios 4(p < 0.05)よりも劣っていました。
結 論:
一般的に、PVS印象から間接的にデジタル化されたモデルは上顎の歯に対してIOSよりも高い真度を示しました。精度は両方法間で類似していました。IOSは口蓋の軟組織に対してより正確でした。下顎の歯に対するさまざまな技術間の真度と精度の違いは無視できるものでした。
臨床的意義
調査されたすべてのIOSおよび間接デジタル化技術は、下顎および上顎の歯列アーチ全体のスキャンに使用できます。しかし、軟組織に対する物理的印象技術の精度が低いため、口蓋には直接光学デジタル化が推奨されます。
1. はじめに
デジタルデータ取得の歯科における始まりは、1971年にDr. Francois Duretによるコンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造(CAD/CAM)の初使用に遡ることができます【1】。その後、他のヨーロッパの革新者たちが歯科用CAD/CAM技術を開発し、1985年にはCERECを使用した初の商業システムが登場しました【2,3】。1980年代には、実験室におけるデジタルデータ取得も始まり、アルミナコーピングを製作するためのProceraシステムが開発されました【2】。これらのシステムは、デジタル修復ソリューション製作の基礎を築きました。現代の実験室はデジタルスキャニングとCAD/CAMなしには運営できず、ほとんどの修復物がデジタルワークフローを通じて生成されています【4】。一方、臨床実践における口腔内スキャナー(IOS)の使用は増加し続けています【5】。
ISO標準5725-1によると、測定方法の精度は真度と精度の組み合わせで構成されます【6】。真度は測定対象の実際の寸法からのずれとして定義されます。この場合、真度とはIOSが正確な産業用スキャナーによって作成された標準的な参照モデル(すなわちマスターモデル)と比較して、どれだけ近い仮想モデルを作成するかを指します。精度は同じ測定装置での測定値がどれだけ近いかを示します。精度の実用的かつ一般的な指標は実験標準偏差です。IOSシステムの精度は異なるスキャナー間で異なります【7,8,9,10】。以前の研究では、IOSの真度および/または精度は、オペレーターの経験【11】、スキャンされる基材【12,13】、および使用されるスキャンパターン【14,15,16】などの多くの変数に影響されることが示されています。参照標準モデルの適切な材料(例えば金属、プラスチックタイポドント、または遺体)を選択することは重要であり、基材の光反射率が光学印象の精度を決定する上で重要な役割を果たします【13,17】。
単一ユニットの修復物管理において、データ取得のためのIOSの使用は、従来のアナログ印象に比べて大きな利点を提供します。例えば、物理的な印象材料と結果として得られる石膏模型には、避けられない不正確さをもたらす固有の限界があります【18】が、IOSシステムはこれを克服する可能性があります【19】。IOSはまた、物理的な印象の限られた使用可能期間、保管スペースの必要性、印象/模型を実験室に物理的に送る必要があるなどの問題も解消します【20】。IOSの使用により、修復物の製作に必要な時間が短縮され、患者とオペレーターの両方にとって従来のアナログ印象よりも好まれるものとなっています【19,21】。いくつかのシステマティックレビューおよびメタアナリシスにより、デジタルワークフローを通じて製作された単一ユニットの修復物が、従来の方法で製作されたものと同等またはそれ以上の適合性を提供することが確認されています【22】。鋳造や圧延技術と通常関連する材料でさえ、CAD/CAM駆動のミリング【23】や3Dプリンティング【24】の導入によって大きな利益を得ることができます。
初期のIOSシステムは象限スキャンに最適であり、全弓スキャンに適用されると精度が大幅に低下しました。視野が狭いため(1〜3歯)、これらのスキャナーが正確な全弓モデルを提供する能力が制限されていました【19,25,26】。これは、IOSが取得した重複データセットを「ステッチ」してモデルを作成するためです【15,26】。これらの問題は、長い欠損部位や可動粘膜をキャプチャする場合にはさらに顕著になります。これには、明確な解剖学的ランドマークの欠如が影響しています【27,28,29】。IOSハードウェアおよびソフトウェアの改良により、歯のある全弓スキャンの精度が大幅に向上したことが記録されています【13】。実際、以前の研究では、デジタルスキャンが完全歯列弓においてアルジネートやポリエーテル印象よりも優れた真度を示すことがわかりましたが、ポリビニルシロキサン(PVS)には及びませんでした【30】。しかし、より最近の研究では、新鮮な上顎の遺体と7つの異なるIOSシステムを使用し、いくつかのシステムが真度と精度に関してPVSグループと同等に機能することがわかりました【31】。これらの改良は、軟組織スキャンに関する文献にも反映されています。最近の研究では、口蓋組織をキャプチャする際のアナログ印象の精度を満たすかそれを超える結果をIOSシステムが提供できることが示されています【31,32】。部分的および完全無歯顎のシナリオにおける義歯フレームワークの作成【33】およびインプラント関連の修復物【34,35】に関しても同様です。
PVSや石膏は過去20年間で大きく変化していない一方で、デジタルスキャナーは常に変化しています。IOSシステムやデスクトップスキャナーが進化する中で、その能力を定期的に再評価する必要があります。これは、可能な限り臨床的に関連性の高い標準参照モデルを使用して行われます。この研究の目的は、5つの異なるIOSシステムによって直接作成されたヒト遺体の顎の完全な歯列デジタルモデルと、PVS印象と石膏模型のスキャンを使用してデスクトップスキャナーで間接的に作成されたモデルの真度と精度を評価することでした。研究の二次的な目的は、組織の基材(すなわち歯、軟組織)が印象の精度に影響を与えるかどうかを評価することでした。帰無仮説は、使用されるデジタルワークフローの種類や組織の基材がデジタルモデルの真度と精度に影響を与えないというものでした。
2. 材料と方法
2.1. 試験片の準備
防腐処理をされていない新鮮な遺体標本が用意されました。この標本は摂氏4℃で保管され、研究の際に室温に戻されました。遺体は、下顎と上顎の両方に完全な歯列弓を有する完全な歯を持つ状態でした(図1)。方法は以前に発表された研究に従いました【11,26,36,37】。スキャン環境は高湿度で涼しく保たれ、遺体標本が分解を開始しないようにし、湿潤な口腔環境を再現しました。歯は自然歯であるか、またはアマルガム修復が施されていました。
図 1
図1:研究で使用された上顎および下顎の遺体標本。
2.2. スキャン手順
遺体の顎をスキャンして、産業用スキャン会社 (3D Systems Manufacturing, Rock Hill, SC, USA) が ATOS Capsule Scanner (GOM, Braunschweig, Germany) を使用してマスターレファレンスモデルを作成しました。このスキャナーは真度5μm、精度2μmを示します【38,39】。このマスタースキャンは、本研究における陰性対照(ネガティブコントロールと見なされます。
口蓋を含む下顎弓と上顎弓は、Trios 4(ソフトウェアバージョン21.2.0、3Shape、コペンハーゲン、デンマーク)、CEREC Primescan(ソフトウェアバージョン5.2、Dentsply Sirona、ニューヨーク、ペンシルバニア州、米国)、Medit I700(ソフトウェアバージョン2.4.4、Medit Crop、ソウル、韓国)、iTero Element 5D(iTero Workflow 2.0、Align Technology、アリゾナ州テンピ)、およびPlanmeca Emerald S(ソフトウェアバージョン6.3.2、 Planmeca、ヘルシンキ、フィンランド)。対応するスキャナーの使用経験が1年以上あるキャリブレーション済みのユーザーは、メーカーが推奨するスキャンパターンに従って、特定のIOSごとに8〜8回のフルアーチスキャンを完了しました。
IOSスキャンに続いて、メーカーの推奨に従って補綴医が8つの従来の印象を行いました。印象はPVS(Reprosil, Dentsply Sirona, NewYork, PA, USA)で行い、歯には軽いボディウォッシュを、トレイには中程度のボディ粘度を装填して行った。PVSインプレッションは、Medit T710デスクトップスキャナー(Medit Crop、ソウル、韓国)によってスキャンされました。口蓋の1つの物理的印象が損傷し、その結果はデータ分析から削除されました。次に、印象を真空混合物(ホイップミックスルイビル、ケンタッキー州)を使用して低膨張ダイストーン(シルキーロックホイップミックスルイビル、ケンタッキー州)に注いだ。15個の石膏模型もMedit T710でスキャンされました。
2.3. 真度と精度の測定
各 IOS、デスクトップ スキャナー、および産業用スキャナーからのスキャンは、各スキャナーの最高品質設定を使用して、標準テッセレーション言語 (STL) の形式でエクスポートされました。STLファイルは、計測ソフトウェアGeomagic Control X(3D Systems、Santa Ana、CA、USA)にインポートされました。上顎モデルは、再セグメンテーションツールを使用して歯と口蓋にセグメント化されました(図2AおよびB)。下顎マスターモデルは歯にセグメント化されました(図2C)。このセグメンテーションにより、アライメント アルゴリズムと偏差測定が対象地域に限定されます。
図 2
図2:[ベスト フィット アライメント] アルゴリズムの後に生成された色分けされたマップは、ローカル偏差を示します。上限と下限は±0.5mmに設定しました。濃い青色のハイライトは、テストモデルの負または内向きの偏差を示し、濃い赤色のハイライトは、テストモデルの正または外向きの偏差を示します。歯(A)と口蓋(B)は上顎弓でセグメント化されています。歯は下顎弓(C)でセグメント化されています。
実験スキャンの各STLファイルは、初期アライメントとベストフィットアライメントを使用してマスターモデルに重ねられ、硬組織をアライメントの基準として使用しました。ソフトウェアは、ベストフィットアライメント機能で反復最近点アルゴリズムを使用して、実験群のスキャンをマスタースキャンに合わせました。2つのアライメントされたスキャン間の偏差は、2つの表面間の負および正の距離の絶対平均で計算され、平均絶対距離(MAD)として表されました。印象グループおよび領域間の真度は、グループの平均を使用して比較されました。精度は各グループ(印象および領域)の標準偏差を比較することで評価されました。
2.4. 統 計
以前の研究 [31] では、8台のスキャナーの真度が遺体で比較されました。プールされたSDは、上顎歯で6、口蓋で29でした。α=0.05、検出力0.80とすると、非パラメトリック検定で歯に10μm、口蓋に50μmの差(G*power(University of Düsseldorf, Düsseldorf, Germany))を検出するには、グループごとに8個の標本が必要であることが計算された。
グラフとテキストのデータは、中央値と第1四分位数と第4四分位数として与えられます。MAD値は、Shapiro-Wilk検定によって正規性について分析されました。真度MAD値の統計的比較は、非パラメトリックのKruskal-Wallis検定によって行われました。精度は実験標準偏差によって推定されました。グループの精度は、F検定によって統計的に比較されました。p < 0.05 は、複数のペアに対する Holm の逐次ボンフェローニ調整後の帰無仮説を棄却するために、ペアワイズ比較に受け入れられました。すべての分析は、SPSS統計ソフトウェア(バージョン28、IBM)で行われました。
3. 成 果
3.1. 数値化手法が真度に及ぼす影響
記述統計量とペアワイズ比較を表1に示します。
部分的なセラミックべニアテクニックによる高難度前歯部審美修復法
出展元 Dent J (Basel). 2023 Apr; 11(4): 101.、Published online 2023 Apr 11. doi: 10.3390/dj11040101
下顎の歯に関しては、PVSがMedit i700およびPrimescanよりも有意に優れた真度を示しました(図3)。Emerald SおよびiTero Element 5Dは、Medit i700よりも有意に優れた真度を示しました。
図 3
図3:異なる領域におけるデジタル化方法間の真度の比較。テストスキャンとマスタースキャンのアライメント後に平均絶対距離(MAD、単位:マイクロメートル)が計算されました。単一のドットは外れ値を示し、MAD値がその上に表示されています。
上顎の歯に関しては、PVSはすべてのIOSよりも有意に優れた真度を示しましたが、石膏よりは優れていませんでした。さらに、石膏はEmerald S、Medit i700、およびPrimescanより優れていました。IOS間での違いは見られませんでした。
口蓋に関しては、iTero Element 5DおよびTrios 4はPVSおよび石膏よりも有意に優れた真度を示しました。Medit i700は石膏よりも有意に優れた真度を示しました。IOS間での違いは見られませんでした。
3.2. デジタル化方式が精度に及ぼす影響
記述統計量とペアワイズ比較を表2に示します。
下顎の歯において、PVSはEmerald S、iTero Element 5D、Primescan、および石膏よりも有意に優れた精度を示しました。Medit i700およびTrios 4は、Emerald SおよびPrimescanよりも有意に優れた精度を示しました。
上顎の歯において、PVSおよびiTero Element 5Dは、Medit i700よりも有意に優れた精度を示しました。
口蓋において、PVSおよび石膏は、Emerald S、iTero Element 5D、Primescan、およびTrios 4よりも有意に低い精度を示しました。PrimescanおよびTriosは、Medit i700よりも有意に優れた精度を示しました。
3.3. スキャン領域が真度に及ぼす影響
PVSおよび石膏は、下顎歯および上顎歯に対して口蓋よりも有意に優れた真度を示しました(図4)。iTero Element 5D(p < 0.05)、Medit i700(p < 0.01)、およびTrios 4(p < 0.05)は、上顎よりも下顎で有意に優れた真度を示しました。Emerald S(p < 0.001)、iTero Element 5D(p < 0.001)、Medit i700(p < 0.05)、およびTrios 4(p < 0.001)は、口蓋よりも下顎歯に対して有意に優れた真度を示しました。IOSについては、上顎歯と口蓋の間に有意な差は見られませんでした。
図 4
図4:デジタル化方法における異なる領域間の真度の比較。テストスキャンとマスタースキャンのアライメント後に平均絶対距離(MAD、単位:マイクロメートル)が計算されました。
3.4. スキャン領域が精度に及ぼす影響
下顎および上顎の歯に関して、PVSおよび石膏は口蓋に対して有意に(p < 0.001)優れた精度を示しました。さらに、PVSは下顎の歯に対して上顎の歯よりも優れた精度(p < 0.01)を示しました。
Medit i700(p < 0.001)およびTrios 4(p < 0.01)は、上顎よりも下顎で有意に優れた精度を示しました。Medit i700(p < 0.001)は、口蓋よりも下顎の歯に対して有意に優れた精度を示しました。対照的に、Primescan(p < 0.05)は下顎の歯よりも口蓋で有意に優れた精度を示しました。IOSについては、上顎の歯と口蓋の間に有意な差は見られませんでした。
4. 議 論
スキャナー、デジタル化方法、およびスキャンされる基質間で精度に有意な差があり、従って帰無仮説は部分的に棄却されました。
上顎の歯に関しては、間接デジタル化方法(PVSおよび石膏)が調査されたIOSよりも有意に優れた真度を示しました。しかし、精度は両方法で類似しており、Medit i700だけが有意に精度が低いことが判明しました。これらの結果は、PVS印象から注がれた石膏模型が口腔内スキャンから作成されたデジタル模型よりも真度が高いことを発見した複数の以前の調査と一致しています[30,40]。これに対して、現在の調査ではMedit i700以外のすべてのスキャナーがデジタル化された石膏模型と同等の精度を持つことが判明しました。これは、ソフトウェアアルゴリズムが時間とともに継続的に改善されていることを説明するものです。類似の方法論を使用した最近の研究[31]では、7つの異なるIOSシステムの精度に差がないことが判明しました。この結果の差異は、石膏模型のデジタル化に使用されるデスクトップスキャナーの違いに起因する可能性があります。IOSと並行して、デスクトップスキャナーも近年大幅に改善されています。以前の研究で使用されたデスクトップスキャナーの上顎アーチに関する真度と精度はそれぞれ46 µmと69 µmと記録されています[41]。現在の調査で使用されたデスクトップスキャナーの真度は12〜16 µm、精度は3〜4 µmと記録されています[39]。新しいデスクトップスキャナーを使用した別の最近の研究でも、スキャンされたPVS印象の真度が口腔内スキャンよりも有意に優れている一方で、精度は同様であることが判明しました[42]。この研究とは対照的に、スキャンされた石膏模型は真度においてIOSと同等であるが、精度は低いと判明しました。これら2つの研究の結果のばらつきは、異なるデスクトップスキャナー、異なる歯科石膏、および異なる基質(健全な歯対準備された歯)を使用したことによる可能性があります。
上顎アーチとは対照的に、下顎の歯に対する直接および間接デジタル化方法の精度の違いは無視できるものでした。IOSは下顎アーチに対して有意に優れた真度を示し、PVSおよび石膏と同等でした。これらの発見は、同様の傾向と結果を示した他の最近の研究と一致しています[42]。精度に関しては、PVSおよび一部のIOSが他のIOSおよび石膏よりも優れていました。Gaoらは[42]、下顎の石膏模型の精度が低く、石膏グループがPVSおよびIOSよりも有意に精度が低いことを発見しました。
調査されたIOSは、真度および精度の両方において口蓋の軟組織および歯列を同様にうまく捉えました。一方、PVSおよび石膏は軟組織に対して高い偏差を示し、IOSよりも有意に悪い性能を示しました。これらの発見は、Trios 3スキャナーが歯列よりも口蓋に対して真度が低いことを発見した2つの臨床研究の結果と対照的です[43,44]。しかし、これらの研究では、参照モデルはPVS印象から注がれた石膏模型であり、デスクトップスキャナーでスキャンされました。本研究では、実際の上顎を非常に高精度な産業用スキャナーでスキャンし、はるかに優れた参照モデルを提供しました。これらの研究およびMennitoらの研究[31]から明らかであるのは、軟組織のPVS印象には、物理的な印象を作成する際に避けられない組織の圧縮により、重大な不正確さが存在する可能性があるということです。現在の研究と同様の結果が、完全に無歯顎の上顎の口腔内スキャンおよびデジタル化されたポリサルファイド印象で文書化されています[45]。これにより、口腔内スキャンが有意に優れた真度および精度を示しました。
調査されたIOS間で有意な差はほとんど見られず、真度の値は基質ごとに12 µm未満、精度の値は13 µm未満で変動しました。異なるメーカーのIOS間の差が縮小したことは、スキャナのハードウェアおよびソフトウェアの継続的な改善を反映していると考えられ、以前の調査で文書化されています[13,46]。歯に関しては、すべてのスキャナの最悪の個別スキャンでも真度に関して75 µm未満であり、他の研究と類似しています[13,16,25,31]。中央値の真度の値は、これらの以前の研究のいくつかとは異なりますが、これは使用されるハードウェア/ソフトウェアの異質性、参照モデルの作成のばらつき、および評価された基質の違いにより予期されるものです。
現在の研究では、特定のIOSシステムごとに非常に経験豊富な実務者を使用し、非常に高精度で臨床的に関連性のある参照モデルを使用しました。これらの努力にもかかわらず、いくつかの固有の制限と課題が存在します。デジタルスキャンの精度に影響を与えることが示されている要因には、歯の種類[47]、基質[13,48]、歯の準備の種類[49]、アーチの幅と形状[50]、およびスキャン戦略[14,15,16]が含まれます。新しいIOSモデルでは影響が少ないかもしれませんが、スキャンの経験も精度に影響します。この研究では、各IOSでの優れたシステム内性能を確保するために、各IOSごとに異なる非常に経験豊富なオペレーターを使用したことは、スキャンパターンにおける能力とオペレーター間のばらつきの可能性を考慮すると、一種の制限と見なすことができます。また、この種の研究のもう一つの制限は、結果がテストされたシステムおよび臨床シナリオにのみ適用され、他のシステムおよび/または臨床シナリオには一般的に適用されない可能性があることです。さらに、実際の人間の顎を使用しましたが、患者の動き、舌や唾液の存在、開口制限のある患者など、in vivoでのIOSの精度に影響を与える可能性のあるすべての要素を再現したわけではありません。技術および技術が進化する中で、品質の高い患者の結果を確保するために、それらを評価および検証するためのさらなる研究が最も重要です。
5. まとめ
この研究の制限内で、直接的および間接的なデジタル化方法は、下顎の歯に対して同等の精度の模型を作成しました。上顎の歯に関しては、両方法が同様に精密であり、間接的にデジタル化されたPVS模型がより高い真度を示しました。IOSスキャンは、口蓋の軟組織に対してより正確な模型を作成しました。IOSシステム間の真度と精度の違いは最小限でした。
原文のPDFはこちらから
Journal of Dentistry. 2023 Dec:139:104764. doi: 10.1016/j.jdent.2023.104764. Epub 2023 Oct 26.