Evaluation of the accuracy of two intraoral scanners: an in vitro investigation

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 они требуют более сложного взаимодействия между врачом-стоматологом и зубным техником [4, 5].

Сегодня для создания цифровых оттисков зубных рядов для применения в хирургической стоматологии представляется возможным использование ряда доступных на рынке сканирующих систем. Сканеры генерируют цифровые файлы данных, необходимые для диагностики, планирования лечения, подчеркивая острую потребность в высокоточном сборе 3D-данных [4].

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 [6].

Несмотря на распространение технологий сканирования, врачи-стоматологи сталкиваются с проблемами при выборе сканера, адаптированного к различным клиническим контекстам. На выбор инструмента сканирования оказывают влияние 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 [7].

При этом в отечественной научной литературе обновленная информация о сравнительной точности и производительности различных внутриротовых сканеров в настоящее время отсутствует, что мешает практикующим врачам-стоматологам принимать обоснованные решения относительно выбора сканера [8].

ЦЕЛЬ

Сравнить точность двух распространенных в современной стоматологии внутриротовых сканеров и выявить наиболее точный из них в условиях in vitro при сканировании зубных рядов с частичной потерей зубов, чтобы сориентировать врачей-стоматологов в выборе сканера для применения в клинической практике.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Для исследования точности различных систем внутриротового сканирования были изучены следующие два сканера: Medit I700 (Medit Corp, Сеул, Южная Корея) и TRIOS 3 (3Shape A/S, Копенгаген, Дания) (таблица 1).

 

Таблица 1 / Table 1

Список сравниваемых сканеров

List of Evaluated Products

Сканирующая система	Производитель
Medit I700	Medit Corp, Сеул, Южная Корея
TRIOS 3	3Shape A/S, Копенгаген, Дания

 

Сканеры

Medit I700 (рисунок 1).

 

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

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

 

Данный сканер представляет собой открытую файловую систему, которая позволяет выгружать данные в различных форматах в разное программное обеспечение, используемое 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.

Стратегия сканирования: сканирование верхней челюсти начали с задней левой окклюзионной области, продолжали в направлении контралатеральной стороны, двигаясь зигзагообразно в области передних зубов. Затем перевели сканер небно и закончили с щечной правой стороны. На нижней челюсти сканирование начали с задней левой окклюзионной плоскости, продвигались к контралатеральной стороне, двигаясь зигзагообразно по передним зубам. Затем сканер поворачивали язычно к левому квадранту, заканчивали на щечной стороне правого заднего квадранта [9].

TRIOS 3 (рисунок 2).

 

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

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

 

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.

Стратегия сканирования: 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].

Дизайн исследования

Гипсовые модели из супергипса 4 класса Денест-Рок (EUR-MED, Словакия) были отлиты после снятия аналоговых оттисков А-силиконовой слепочной массой Elite HD + Putty Soft Normal Set (Zermack, Италия) у пациентов с частичной потерей зубов в количестве 18 штук. Модели были отсканированы с помощью промышленного высокоточного эталонного сканера (ATOS Blue Light Triple Scan III, 8 мегапикселей, объектив 100 мм, GOM mbh, Брауншвейг, Германия) с целью создания цифрового эталонного набора данных в количестве 18 штук.

Зубные ряды тех же 18 пациентов с частичной потерей зубов были отсканированы согласно рекомендациям производителей на двух внутриротовых сканерах: Medit I700 (Medit Corp, Сеул, Южная Корея) и TRIOS 3 (3Shape A/S, Копенгаген, Дания) (рисунки 3, 4).

 

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

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

 

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

Figure 4. The process of scanning of the dentition using the TRIOS 3 3Shape intraoral scanner.

 

Наборы данных сканирования в формате файлов STL (Standard Triangulated Language) были загружены в программное обеспечение для трехмерной оценки (3D) (Geomagic Qualify, 2013, Моррисвилл, Северная Каролина). В программе были удалены все области на цифровых изображениях челюстей, не относящиеся к исследованию. Сканеры были оценены с точки зрения точности. Для этого были выполнены 3D-сравнения (n=3 на внутриротовой сканер). Для получения точных измерений каждый STL-файл (Standard Triangulated Language файл), полученный внутриротовым сканером, накладывался на эталонный скан модели челюсти соответствующего пациента, полученный для конкретного сканера (n=3/внутриротовой сканер), и оценивались 3D-отклонения. Этот тест был повторен три раза, чтобы подтвердить надежность процедуры. Для измерения точности двух сканеров были использованы полученные цифровые наборы данных, которые были наложены по наиболее подходящему алгоритму программного обеспечения на эталонный набор данных. Автоматическая опция выравнивания была использована для оптимизации точности и минимизации ошибок, связанных с человеческим фактором. Этот подход обеспечил надежное сравнение и измерение отклонений между сканами и эталонной моделью. Анализ отклонений включал количественное определение расхождений между эталонной моделью и отсканированными объектами. Программное обеспечение предоставило подробные цветные карты отклонений и табличные отчеты, представляющие погрешности и отклонения в миллиметрах (мм). Цветные 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 который, тем ближе скан к эталону; стандартное отклонение (стд откл.), которое показывает разброс отклонений относительно среднего; пиковое отклонение (пик. откл.), то есть среднее по модулю отклонение; процент точек (в поле доп. (%)), которые попали в заданный допуск.

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 Бланда – 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 результатов их измерений. Большинство измерений входят в пределы согласия, что свидетельствует о сопоставимости результатов обоих сканеров. Исключение составляет один результат измерений, где наблюдается существенно большее расхождение (рисунок 5).

 

Таблица 2 / Table 2

Результаты сравнительного анализа двух внутриротовых сканеров

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 Бланда – Альтмана.

Figure 5. The Bland-Altman diagram.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

В общей сложности на предмет точности измерений были проанализированы 36 наборов данных. 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 мм) (рисунок 6). Было определено минимальное значение среднеквадратического отклонения для TRIOS 3 (0,145 мм). Наименьшее среднее арифметическое всех отклонений (средн.) было обнаружено у сканера TRIOS 3 (0,005 мм) (рисунок 7). 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 (RMS = 0,26 мм, средн. = 0,03 мм). Однако статистически значимых различий между двумя сканерами Medit I700 и TRIOS 3 (p <0,05) не выявлено, что, возможно, связано с малым объемом выборки (18 исследований).

 

Рисунок 6. Наименьшее среднеквадратическое отклонение (RMS) получено с помощью сканера Medit I700 (0,142 мм) (выделено красным).

Figure 6. The smallest RMS deviations were obtained using the Medit I700 scanner (0.142 mm) (highlighted in red).

 

Рисунок 7. Наименьшее среднее арифметическое всех отклонений (средн.) получено с помощью сканера TRIOS 3 (0,005 мм) (выделено красным).

Figure 7. The smallest arithmetic mean of all deviations was obtained using a TRIOS 3 scanner (0.005 mm) (highlighted in red).

 

ОБСУЖДЕНИE

Показатели точности для различных сканеров были получены на основе наборов данных сканирования нескольких зубных рядов различных пациентов. Сканирование проводил один опытный оператор, работающий на двух сканирующих устройствах. 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 [6].

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 H. Mutwalli и соавт. (2018) TRIOS 3 показал худшие результаты точности (0,11 мм) [10]. M. Imburgia и соавт. (2017) 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]. P. Amornvit и соавт. (2021) 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 G. Michelinakis и соавт. (2020), отметившие, что сканер TRIOS 3 оказался лучшим по критерию точности, однако статистически значимых различий между показателями точности сканеров Medit и TRIOS 3 выявлено не было [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 настоящего исследования были основаны на результатах исследования in vitro. В условиях in vivo результаты могут отличаться из-за наличия крови, слюны, микроподвижности слизистой оболочки, движений пациента, навыков врача-стоматолога, различных объема и длины области сканирования [15–17].

ВЫВОДЫ

В рамках данного исследования в условиях in vitro оба внутриротовых сканера продемонстрировали клинически приемлемые результаты с точки зрения точности. Незначительные зафиксированные различия могут быть связаны с технологическими характеристиками каждого сканирующего устройства. В клинической практике точность сканирования в полости рта может снижаться из-за слюны, крови, подвижности слизистой и движений пациента. Учитывая ограничения исследования in vitro, результаты демонстрируют, что каждый оцениваемый внутриротовой сканер способен удовлетворительно осуществлять работу в условиях in vivo.

About the authors

Nataliya O. Tuneva

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

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

MD, postgraduate student of the Department of Surgical Dentistry of the Institute of Dentistry

Russian Federation, Moscow

Igor P. Ashurko

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: tunaty@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-9862-2657

Dr. Sci. (Med.), Associate professor, Associate professor of the Department of Surgical Dentistry of the Institute of Dentistry

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files