Comparison of scanning accuracy using two intraoral scanners

Full Text

Введение

В настоящее время стоматология переживает этап глубокой цифровой трансформации, которая затрагивает все аспекты диагностики и лечения. Ключевым драйвером этой революции является внедрение цифровых технологий, призванных повысить точность, предсказуемость и комфорт как для врача, так и для пациента. Одной из наиболее значимых инноваций последних лет стало появление и активное развитие внутриротовых сканеров, применяемых на этапах цифрового планирования операции имплантации с применением навигационных протоколов. Проведение дентальной имплантации с использованием хирургических навигационных шаблонов, созданных на основе цифровых сканов, совмещенных с данными конусно-лучевой компьютерной томографии, позволяет планировать позицию имплантатов с учетом анатомии и будущей ортопедической конструкции, минимизируя риски. Сканеры позволяют получать высокоточные цифровые оттиски зубных рядов и мягких тканей, заменяя традиционные методы с использованием слепочных масс [1, 2]. Ряд исследований показал, что многие традиционные оттиски, которые отправляются в зуботехнические лаборатории, являются неудовлетворительными из-за таких дефектов, как усадка материала, пустоты и воздушные пузырьки в некоторых областях аналогового оттиска [3]. Аналоговые оттиски уступают цифровым по ряду параметров, таких как длительные временные затраты, большее количество клинических этапов в процессе лечения, меньший комфорт пациента, логистические затраты при передаче информации, а также более сложное взаимодействие между врачом-стоматологом и зубным техником [4, 5].

Сегодня для создания цифровых оттисков зубных рядов для применения в хирургической стоматологии представляется возможным использование ряда сканирующих систем, доступных на рынке. В современной цифровой стоматологии улучшение точности и конкретные технологические различия во внутриротовых сканерах играют решающую роль. Эти сканеры генерируют цифровые файлы данных, необходимые для диагностики, планирования лечения, подчеркивая острую потребность в высокоточном сборе 3D-данных [4].

Несмотря на распространение технологий сканирования, врачи-стоматологи сталкиваются с проблемами при выборе сканера, адаптированного к различным клиническим контекстам. Такие факторы, как доступность на рынке, точность и скорость получения данных, размер и эргономика сканирующего наконечника, совместимость с программным обеспечением (открытые и закрытые системы), стоимость как первоначальных инвестиций, так и дальнейшего обслуживания, часто влияют на выбор инструмента сканирования [6]. Кроме того, в отечественной научной литературе в настоящее время отсутствует обновленная информация о сравнительной точности и производительности различных внутриротовых сканеров, что мешает практикующим врачам-стоматологам принимать обоснованные решения относительно выбора сканера [7].

В настоящее время работа различных внутриротовых сканеров основана на оптических принципах, таких как конфокальная микроскопия, использование синих светодиодов, технологии синего лазера, сшивание множества отдельных изображений, непрерывный сбор или потоковая передача оптических изображений [8].

В нашем исследовании основное внимание уделяется точности двух доступных в настоящее время внутриротовых сканеров, позволяющих сканировать зубные ряды с частичной потерей зубов в клинических условиях. Сравнение точности двух внутриротовых сканеров проводилось с эталонным лабораторным сканером.

Цель исследования

Провести сравнительный анализ точности сканирования двух внутриротовых сканеров у пациентов с частичной потерей зубов.

Материалы и методы:

Для исследования точности различных систем внутриротового сканирования были изучены два внутриротовых сканера (таблица 1).

Таблица 1. Список сравниваемых сканеров.

Table 1. List of Evaluated Products.

	Medit I700	TRIOS 3
Производитель	Medit Corp, Сеул, Южная Корея	3Shape A/S, Копенгаген, Дания
Файловая система	открытая	открытая
Глубина сканирования	23 мм	17 мм
Метод сканирования	Бесконтактный, оптический	Бесконтактный, оптический
Вес сканирующего наконечника	245 граммов	340 граммов
Рыночная стоимость в РФ	1125000 рублей	2000000 рублей

Сканеры

Medit I700 (рисунок 1)

Данный сканер представляет собой открытую файловую систему, которая позволяет выгружать данные в различных форматах в разные программные обеспечения, используемые зуботехническими лабораториями. Сканер функционирует с применением LED-освещения и оптической системы, которая считывает информацию об объекте путем отражения светового луча на оптическую систему. Отраженный свет преобразуется в электрический сигнал, передающий информацию о цвете и форме сканируемого объекта.

TRIOS 3 (рисунок 2)

Внутриротовой сканер TRIOS 3 представляет собой открытую файловую систему без использования порошка, основанную на технологии сверхбыстрого оптического сканирования и принципе конфокальной микроскопии. TRIOS 3 выполняет цветное сканирование. Система TRIOS автоматически считывает оттенки соседних зубов во время сканирования и предоставляет эту информацию вместе с цифровым оттиском. Нежелательные объекты (язык, щеки или губы) определяются автоматически и удаляются с цифрового оттиска в режиме реального времени.

Рисунок 1. Внутриротовой сканер Medit I700 (Medit Corp, Сеул, Южная Корея).

Figure 1. Intraoral scanner Medit I700 (Medit Corp, Seoul, South Korea).

Рисунок 2. Внутриротовой сканер TRIOS 3 (3Shape A/S, Копенгаген, Дания).

Figure 2. Intraoral scanner TRIOS (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark).

Дизайн исследования

Данное исследование одобрено этическим комитетом Первого МГМУ им. И.М.Сеченова (№ 21–23 от 16.11.2023) и проведено на базе кафедры хирургической стоматологии Института стоматологии им. Е. В. Боровского (Сеченовский университет) в соответствии с этическими принципами проведения биомедицинских исследований, сформулированными в Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации.

В исследовании приняли участие 18 пациентов в возрасте от 21 до 63 лет с частичным отсутствием зубов (дефекты 3 и 4 класса по Кеннеди), которым планировалась установка дентальных имплантатов с применением навигационного хирургического шаблона. Пациенты имели включенные дефекты зубных рядов не более 3-х отсутствующих зубов на верхней или нижней челюсти.

Всем пациентам было произведено сканирование челюстей при помощи 2-х различных внутриротовых сканеров Medit I700 (Medit Corp, Сеул, Южная Корея) и TRIOS 3 (3Shape A/S, Копенгаген, Дания) по следующему протоколу: сканирование верхней челюсти начинали с левой задней области, продолжали окклюзионно, зигзагообразно перемещаясь по передним зубам к правой задней области. Затем сканер поворачивали щечно в противоположную сторону, и сканирование было завершено на небной стороне в направлении сканирования слева направо. На нижней челюсти сканирование начали с заднего левого квадранта и продолжали окклюзионно зигзагообразными движениями по передним зубам в направлении контралатеральной стороны. Затем сканер был повернут лингвально в левый квадрант, завершили сканирование на щечной стороне движением слева направо [9] (рисунок 3; рисунок 4). Калибровка сканеров проводилась в соответствии с рекомендациями производителей.

Также всем пациентам было произведено снятие аналоговых оттисков А-силиконовой слепочной массой Elite HD + Putty Soft Normal Set (Zermack, Италия) после чего отлиты модели из супер-гипса 4 класса Денест-Рок (EUR-MED, Словакия). Полученные модели были отсканированы с помощью промышленного высокоточного эталонного сканера ATOS Blue Light Triple Scan III (GOM mbh, Брауншвейг, Германия) с целью создания цифрового эталонного набора данных.

Наборы данных сканирования в формате файлов STL (Standard Triangulated Language) были загружены в специализированное программное обеспечение Geomagic Qualify (Моррисвилл, Северная Каролина) для последующей трехмерной оценки. На начальном этапе на цифровых изображениях челюстей были удалены все области, не относящиеся к исследованию. Далее, для получения точных измерений каждый STL-файл (Standard Triangulated Language файл), полученный внутриротовым сканером, накладывался на эталонный STL-файл модели челюсти соответствующего пациента по наиболее подходящему алгоритму программного обеспечения. Для оптимизации точности и минимизации ошибок, связанных с человеческим фактором, использовалась автоматическая опция выравнивания. Подобный подход обеспечил надежное сравнение и измерение отклонений/расхождениц между внутриротовыми сканами и эталонной моделью. Программное обеспечение предоставило подробные цветовые карты отклонений и отчеты в виде таблиц, представляющие погрешности и отклонения в миллиметрах (мм). Цветовые карты демонстрировали смещение между наложенными структурами внутрь синим цветом, смещения наружу – красным цветом, на отсутствие смещения указывал зеленый цвет. Для каждого наложения с помощью алгоритмов программного обеспечения были автоматически посчитаны минимальные отрицательные отклонения (мин.), когда скан оказался выше эталонной модели при наложении, и максимальные положительные отклонения (макс.), где скан оказался выше эталонной модели при наложении. Программным обеспечением было рассчитано:

• среднее арифметическое значение отклонений (средн.);
• среднеквадратическое отклонение (RMS);
• общий показатель точности (чем меньше показатель, тем ближе скан к эталону);
• стандартное отклонение (стд. откл.) (разброс отклонений относительно среднего);
• пиковое отклонение (пик. откл.) (среднее по модулю отклонение);
• процент точек, которые попали в заданный допуск (в поле доп. (%)).

Рисунок 3. Процесс сканирования зубных рядов с помощью внутриротового сканера Medit I700.

Figure 3. The process of scanning the dentition using the Medit I700 intraoral scanner.

Рисунок 4. Процесс сканирования зубных рядов с помощью внутриротового сканера TRIOS 3 3Shape.

Figure 4. The dental row scanning process using the TRIOS 3 3Shape intraoral scanner.

Статистический анализ

Статистический анализ полученных данных и последующая статистическая обработка были выполнены при помощи программного обеспечения Microsoft Excel 2010 и STATISTICA 12 (StatSoft, Тулса, Оклахома). Для оценки нормальности распределения использовался критерий Шапиро–Уилка, результаты количественных показателей, не подчиняющихся закону нормального распределения, описаны медианой и интерквартильным размахом Ме (Q1; Q3). Для сравнения полученных данных использовался критерий U критерий Манна-Уитни, при уровне статистической значимости p <0,05 (таблица 2). Кроме того, для графического представления данных была построена диаграмма Бленда-Альтмана на основе RMS-отклонений, рассчитанных относительно эталонного скана. Диаграмма показывает среднюю разницу между сканерами (bias) и пределы согласия (±1.96 SD – стандартное отклонение), что позволяет оценить систематические различия между сканерами и воспроизводимость результаты их измерений (рисунок 5).

Результаты и обсуждения

Оценка точности

В общей сложности 36 наборов данных были проанализированы на предмет точности измерений. Наименьшее среднее арифметическое всех отклонений (средн.) было обнаружено у сканера TRIOS 3 (0,005 ± 0,271 мм) (рисунок 6). Наименьшее среднеквадратическое отклонение (RMS) в измерениях точности между эталонным набором данных и различными наборами данных внутриротового сканера было получено с помощью Medit I700 (0,142 ± 0,141 мм) (рисунок 7). Было определено минимальное значение среднеквадратического отклонения для TRIOS 3 (0,145 ± 0,142 мм). Исследование продемонстрировало наибольшее различие в точности двух сканеров, равное 0,327 мм, при сканировании одного и того же зубного ряда, независимо от сканера и стратегии сканирования. В среднем, сканер TRIOS 3 показал более точные результаты (средн. = 0,03 (0,05; 0,01) мм, RMS = 0,26 (0,21; 0,29) мм). Однако, статистически значимых различий между двумя сканерами Medit I700 и TRIOS 3 не выявлено (p>0,05), что, возможно, связано с малым объемом выборки (18 исследований) (таблица 2). Из диаграммы Бленда-Альтмана видно, что большинство измерений входят в пределы согласия, что свидетельствует о сопоставимости результатов обоих сканеров. Исключение составляет один результат измерений, где наблюдали существенно большее расхождение (рисунок 5).

Таблица 2. Результаты сравнительного анализа двух внутриротовых сканеров.

Table 2. The results of a comparative analysis of two intraoral scanners.

Параметр	Medit I700, Me (Q1;Q3)	TRIOS 3, Me (Q1;Q3)	р
Мин. (мм)	-3,63 (-4,2; -3,22)	-3,26 (-3,89; -1,99)	0,08
Макс.  (мм)	2,99 (2,13; 3,89)	2,17 (1,69; 3,53)	0,13
Средн. (мм)	0,05 (0,05; 0,02)	0,03 (0,05; 0,01)	0,34
RMS (мм)	0,32 (0,23; 0,34)	0,26 (0,21; 0,29)	0,36
Стд. откл. (мм)	0,37 (0,23; 0,34)	0,26 (0,19; 0,29)	0,39
Пик. откл. (мм)	0,13 (0,05; 0,11)	0,07 (0,04; 0,09)	0,39
В поле доп. (%)	56,61 (48,72; 66,89)	64,11 (52,33; 71,95)	0,36

 

Рисунок 5. Диаграмма Бленда-Альтмана.

Figure 5. The Bland-Altman diagram.

Рисунок 6. Наименьшее среднее арифметическое всех отклонения (средн.) получено с помощью сканера TRIOS 3 (0,005 ± 0,271 мм) (выделено красным).

Figure 6. The smallest arithmetic mean of all deviations was obtained using a TRIOS 3 scanner (0.005 ± 0,271 mm) (highlighted in red).

Рисунок 7. Наименьшее среднеквадратическое отклонение (RMS) получено с помощью сканера Medit I700 (0,142 ± 0,141 мм) (выделено красным).

Figure 7. The smallest RMS deviations were obtained using the Medit I700 scanner (0.142 ± 0,141 mm) (highlighted in red).

Обсуждения

Показатели точности для различных сканеров были получены на основе наборов данных сканирования нескольких зубных рядов различных пациентов. Сканирование проводил один опытный оператор, работающий с двумя сканирующими устройствами. В ранее проведенных исследованиях опубликованы данные о том, что технологические характеристики сканеров могут влиять на конечную точность сканов. Интраоральный сканер TRIOS основан на конфокальной микроскопии. Внутриротовой сканер Medit I700 функционирует по принципу LED-освещения и применения оптической системы [8].

Сравнение результатов настоящего исследования с относительно небольшим количеством ранее опубликованных работ о точности цифровых оттисков зубных рядов показало повышение точности, обнаруженное в текущем исследовании. В работе Mutwalli H. et al. TRIOS 3 показал худшие результаты точности (0,11 мм) [10]. Imburgia M. et al. в своем исследовании отметили, что внутриротовой сканер TRIOS 3 продемонстрировал минимальное среднее арифметическое отклонений, равное 0,05 мм, в то время как в настоящем исследовании было получено значение, равное 0,03 мм [11]. Amornvit P., Rokaya D., Sanohkan S. в научной работе по сравнению точности десяти сканнеров обратили внимание, что серия TRIOS показала лучшие результаты точности, что соответствует результатам нашего исследования [12]. К схожему заключению пришли Michelinakis G. et al. В исследовании сканер TRIOS 3 оказался лучшим по критерию точности, однако статистически значимых различий между показателями точности сканеров Medit и TRIOS 3 выявлено не было, что соответствует результатам нашего исследования [9]. В двух недавних исследованиях, посвященных сравнению лабораторных и внутриротовых сканеров, сообщалось о высоких значениях точности сканера Medit I700, которые были равны 0,02 мм, что незначительно превышает полученные нами результаты (средн. = 0,05 мм) [13, 14].

Возможными объяснениями различий в показателях точности нашего исследования и ранее опубликованных работ могут являться недавние усовершенствования новых поколений сканирующих устройств, особенности работы оператора при сканировании, выбор стратегии сканирования. Следует учитывать, что результаты сканирования в условиях in vivo могут отличаться из-за наличия крови, слюны, микро подвижности слизистой оболочки, движений пациента, навыков врача-стоматолога, различных объема и длины области сканирования [15, 16, 17].

По данным литературы погрешность в 0,2 мм при сканировании полных зубных рядов является клинически приемлемой [6]. Полученные нами результаты подтверждают, что сравниваемые внутриротовые сканеры пригодны для клинической практики, а полученные сканы можно использовать для планирования хирургических вмешательств с применением навигационных протоколов.

Выводы

 Учитывая ограничения данного исследования, оба внутриротовых сканера продемонстрировали клинически приемлемые результаты точности сканирования, без статистически значимой разницы. Незначительные зафиксированные различия могут быть связаны с технологическими характеристиками каждого сканирующего устройства.

 

 

About the authors

Igor Pavlovich Ashurko

Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: ashurko_i_p@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-9862-2657

доктор медицинских наук, доцент по специальности "Стоматология", доцент кафедры хирургической стоматологии Института стоматологии 

Russian Federation, Ул. Трубецкая, д. 8, с. 2, г. Москва, 119048, Россия

Natalia Tuneva

Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: tunaty@list.ru
ORCID iD: 0009-0002-4313-1708

Full-time Postgraduate Student, Department of oral surgery of Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Russian Federation

Svetlava Viktorovna Tarasenko

ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

Email: tarasenko_s_v@staff.sechenov.ru
ORCID iD: 0000-0001-8595-8864

доктор медицинских наук, профессор по специальности "Стоматология", профессор кафедры хирургической стоматологии Института стоматологии ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)

Russian Federation

References

Supplementary files