抽象
目標(biāo)
比較傳統(tǒng)的石膏模型，數(shù)字模型和牙科石膏的三維打印副本根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。 要確定使用開(kāi)源系統(tǒng)的RepRap可以取代傳統(tǒng)的石膏牙科醫(yī)療蒙上是否獲得3D打印的副本。 比較和對(duì)比的兩個(gè)可能的3D打印選項(xiàng)的素質(zhì) - 開(kāi)源系統(tǒng)的RepRap和商用3D打印。
設(shè)計(jì)和設(shè)置
10牙科石膏的方法比較研究口腔正畸科，口腔科，醫(yī)學(xué)第2次故障，查爾斯大學(xué)布拉格，捷克共和國(guó)系轉(zhuǎn)換。
材料與方法
每10石膏是由英力士藍(lán)掃描儀掃描和印刷上的三維打印機(jī)的RepRap [10款]和謨HD3000 3D打印機(jī)[1模型。 關(guān)于石膏模型及其三維拷貝上下顎的牙弓選擇點(diǎn)之間的線性測(cè)量記錄和統(tǒng)計(jì)分析。
結(jié)果
3D打印份數(shù)比傳統(tǒng)的石膏許多優(yōu)點(diǎn)。 精度和石膏的3D的RepRap打印副本的準(zhǔn)確性被證實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 雖然商購(gòu)的三維打印使比的RepRap系統(tǒng)打印詳情它是昂貴的和臨床使用的目的，可以通過(guò)從的RepRap打印副本獲得的便宜的打印來(lái)代替。
結(jié)論
傳統(tǒng)的石膏蒙上掃描來(lái)獲得數(shù)字模型提供了一個(gè)務(wù)實(shí)的做法。 掃描可以隨后用作模板進(jìn)行打印所需的石膏模型。 使用3D打印機(jī)可以取代傳統(tǒng)的石膏模型主要是由于其準(zhǔn)確性和價(jià)格。
關(guān)鍵詞：3D 打印，快速成型，石膏，牙科
Go to:
背景
石膏提供 用于監(jiān)控和記錄處理的進(jìn)展一起拍照和成像技術(shù)[金標(biāo)準(zhǔn)1 ]。 它已經(jīng)從石膏模型對(duì)患者的牙弓，牙齒的位置，其尺寸精確目前，可靠的信息體驗(yàn)是顯而易見(jiàn)的。 患者的齒列矯正的數(shù)據(jù)通常是由牙石膏測(cè)量由數(shù)字測(cè)徑得到的，進(jìn)一步存儲(chǔ)用于將來(lái)使用。 目前有必要存儲(chǔ)患者的石膏模型進(jìn)行的立法和進(jìn)一步的臨床workups，然而與使用存儲(chǔ)患者的'中的數(shù)字形式的數(shù)據(jù)時(shí)必需品出現(xiàn)，我們還消除了我們不僅保留再現(xiàn)牙科石膏的可能性石膏模型的不必要的存儲(chǔ)這是不容易必需的。
用石膏模型的缺點(diǎn)包括它們的存儲(chǔ)與參與患者的護(hù)理[其他專業(yè)人士分享其數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，損壞或斷裂的危險(xiǎn)，其重量重和困難2 ， 3 ]。
數(shù)字技術(shù)整合到牙科診所的所有分支，如口腔修復(fù)，保守牙科和正畸。 這些技術(shù)包括錐形束斷層攝影術(shù)，三維面部成像和各種掃描技術(shù)[ 4 ， 5 ]。 許多研究證明，牙模的三維數(shù)字模型具有相同的準(zhǔn)確度和精密度作為傳統(tǒng)的石膏模型[進(jìn)行測(cè)量6 - 10 ]這一切都是沒(méi)有顯著影響咬合信息[可靠性達(dá)到11 ]。 Leifert等。 傾注了自己的工作比較數(shù)字模型和石膏。 其結(jié)果是，為臨床實(shí)踐，測(cè)量間的數(shù)字模型和石膏模型[小于0.5毫米平均差可接受12 ]。 數(shù)字化研究模型被證實(shí)是傳統(tǒng)膏藥的有效替代由惠滕等人治療計(jì)劃蒙上了II類錯(cuò)牙合畸形的病人。 [ 13 ]。 本研究比較決定從數(shù)字和傳統(tǒng)膏藥獲得的數(shù)據(jù)制作的鑄模型的可靠性，這是從理論的重要一步實(shí)踐。
這里必須提到，病人的數(shù)據(jù)的數(shù)字化是容易受到濫用以及作為容易發(fā)生技術(shù)錯(cuò)誤。 這些措施包括在存儲(chǔ)大量因硬件，數(shù)據(jù)丟失和未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)病人的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的限制數(shù)據(jù)的局限。 然而，大多數(shù)這些技術(shù)上的困難可以通過(guò)專家的投入在各自的領(lǐng)域加以克服。 數(shù)字化的可用方法包括：石膏模型由掃描器（觸覺(jué)或非觸覺(jué)），光光學(xué)數(shù)字化，計(jì)算機(jī)斷層方法和激光光學(xué)方法掃描（例如立體攝影測(cè)量）。
迄今只有一個(gè)單一的研究已經(jīng)證明在牙科從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲取3D對(duì)象的可能性。 在這項(xiàng)研究中的人進(jìn)行的基廷。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的立體（清脂，0,15mm層）被用來(lái)獲得掃描投3D模型。 然而它是后來(lái)發(fā)現(xiàn)，這種研究缺乏，因?yàn)橹挥袃蓚�(gè)石膏模型是在三維印刷，并用于所有的測(cè)量足夠的精度。 同樣的研究證實(shí)手持?jǐn)?shù)顯卡尺是可靠的鑄造測(cè)量[ 14 ]。
有許多使用不同的技術(shù)來(lái)打印各種三維物體的能力可用打印機(jī)。 最常用的打印機(jī)，其中薄的塑料線被放下，并建立了塑料對(duì)象FDM（熔融沉積成型）。 的RepRap機(jī)器是利用這種技術(shù)可用的打印機(jī)之一。 基于粉的打印機(jī)，如Zcorp（石膏像噴墨粘粉）或SLS（選擇性激光燒結(jié)），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(jī)的另一種類型，其中可UV固化樹(shù)脂在所需的形狀由光源固化。
盡管提供打印的最高品質(zhì)，SLA相對(duì)仍然是一個(gè)昂貴的和緩慢的選項(xiàng)，其中打印可能需要長(zhǎng)達(dá)12個(gè)小時(shí)。 相比之下，以SLA打印機(jī)，F(xiàn)DM打印機(jī)報(bào)價(jià)質(zhì)量較差的打印與區(qū)分層次面。 開(kāi)源的RepRap打印機(jī)，然而，提供負(fù)擔(dān)得起的打印，可以同時(shí)提供所需足夠接近匹配在一小時(shí)或高度詳細(xì)的打印下在幾個(gè)小時(shí)。
本研究的目的
1.要確定扭轉(zhuǎn)通過(guò)掃描傳統(tǒng)石膏，為物理3D形狀獲得三維數(shù)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(cè)量是否是等價(jià)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(guò)程中蒙上制作和其潛在的好處和優(yōu)勢(shì)。
Go to:
材料和方法
10石膏模型本研究采用隨機(jī)抽取，并從口腔，第二醫(yī)學(xué)院，布拉格查爾斯大學(xué)部正畸門(mén)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(xiàng)研究沒(méi)有道德的批準(zhǔn)。
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(guó)）正畸治療中采取倒。 他們都被鑄在常規(guī)材料（石膏）和常規(guī)修剪。 有寫(xiě)在蒙上沒(méi)有個(gè)人的數(shù)據(jù)。 他們隨后被編號(hào)從1到10的所有石膏鑄完全再現(xiàn)充分拱門(mén)，沒(méi)有表面損傷，齒材料或破損的損失。 在石膏模型既沒(méi)有放大，也沒(méi)有地標(biāo)預(yù)標(biāo)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(yī)生“的情況。
要捕獲所有石膏模型的三維數(shù)字模型，INEOS藍(lán)掃描器（西諾德，奧地利）與所有樣品相同的協(xié)議使用。 INEOS藍(lán)色是基于短波長(zhǎng)的藍(lán)光非觸覺(jué)掃描儀。 所有石膏模型中根據(jù)不同的齒的形狀和特別硬腭覆蓋鑄造的所有表面多個(gè)平面進(jìn)行掃描。 掃描后的數(shù)據(jù)被保存為STL文件; 計(jì)算機(jī)軟件inLab生物仿制藥（西諾德，奧地利）合并獲得的數(shù)據(jù)和構(gòu)成的三維數(shù)字模型。 該模型導(dǎo)出到標(biāo)準(zhǔn)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(wàn)的頂點(diǎn)和50萬(wàn)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(jī)的分辨率是大約200微米。 因此，我們減少使用開(kāi)源網(wǎng)格處理系統(tǒng)MeshLab重新劃分網(wǎng)格模型約55 000面（視覺(jué)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室 - ISTI - CNR，意大利）和Netfabb Studio的基礎(chǔ)（netfabb有限公司，德國(guó)）。 我們用于減少二次崩邊抽取方法。 簡(jiǎn)化模型的大小約為3 MB。 然后自相交或復(fù)制面，非流形邊和頂點(diǎn)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(zhǔn)備和充分有效的打印機(jī)的RepRap的孔。 最后，STL模型切成單個(gè)層，打印噴嘴的路徑計(jì)算和STL被Slic3r（亞歷山德羅Ranellucci，意大利）轉(zhuǎn)換為GCODE文件。 該GCODE文件包含由三維打印機(jī)所需的所有信息。
在石膏模型中的10個(gè)3D打印在的RepRap（捷克共和國(guó)）三維打印機(jī)（ABS工程塑料材質(zhì)，層0.35mm時(shí)藍(lán)色）（圖1 ）。 為0.35mm層是可以通過(guò)的RepRap打印機(jī)此刻可以實(shí)現(xiàn)最薄層。 其中一個(gè)模型也印上ProJetHD3000三維打印機(jī)（3D系統(tǒng)，美國(guó)，清脂）比較距離和印在開(kāi)源和商業(yè)打印機(jī)型號(hào)質(zhì)量。
Figure 1
圖1
的RepRap三維打印機(jī)。
類似的線性測(cè)量是石膏和3D通過(guò)初步培訓(xùn)后，一個(gè)訓(xùn)練有素的評(píng)估印刷本。 一些離群測(cè)量不包括在研究改善由數(shù)字測(cè)徑器測(cè)量的方法，所有的測(cè)量均進(jìn)行兩次，以保持的數(shù)字卡尺間隔一周使用手（節(jié)期，中國(guó)，準(zhǔn)確性0.01毫米）（圖2 ）。 共有160測(cè)量統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)。
Figure 2
圖2
手持與用于檢測(cè)指定點(diǎn)的距離為0.01mm的精度數(shù)顯卡尺。
測(cè)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(mén)齒的近中邊緣和犬的風(fēng)口浪尖之間的距離
統(tǒng)計(jì)評(píng)估
獲得與這里介紹的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估。
在石膏模型和3D的RepRap打印份數(shù)的測(cè)量重復(fù)性被配對(duì)t檢驗(yàn)[測(cè)試15 ]（表1 ）。 這里必要的假設(shè)已被提出，重復(fù)測(cè)量值之間的差異是從正態(tài)分布。 該測(cè)量屬于正態(tài)分布的假設(shè)下，使用里爾福斯試驗(yàn)[隨后證實(shí)16 - 18 ]。
Table 1
表格1
零假設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)偏差的 配對(duì) t 檢驗(yàn) 的結(jié)果 對(duì)兩種類型的模型測(cè)量
在石膏模型和的RepRap三維打印副本的測(cè)量的精確度是從重復(fù)測(cè)量（表的差推定1 ）。 讓X，Y〜N（μ，σ2）是從第一和第二獨(dú)立的距離測(cè)量值，則Z〜N（0,2σ2）是它們的差（Z = X-Y）。
在石膏模型和測(cè)量上的RepRap 3D打印副本測(cè)量的股權(quán)分別采用配對(duì)t檢驗(yàn)（表確認(rèn)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(shè)的 配對(duì) t 檢驗(yàn) 結(jié)果 和結(jié)果的零假設(shè)的F檢驗(yàn)
使用方差相等的F檢驗(yàn)[進(jìn)行對(duì)石膏模型和上的RepRap三維打印副本的測(cè)量精度的測(cè)量精度的比較19 ]（表2 ）。
距離測(cè)量的三維的RepRap印本的準(zhǔn)確性用的石膏模型和3D的RepRap印本（表之間的差異標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)3 ）。
Table 3
表3
標(biāo)準(zhǔn)偏差總和的石膏模型和三維圖案和其標(biāo)準(zhǔn)偏差
從商用打印機(jī)獲得3D印刷材料收集到的數(shù)據(jù)無(wú)法統(tǒng)計(jì)評(píng)估，因?yàn)閿?shù)量不足的數(shù)據(jù)。 表3示出了通過(guò)比較石膏，的RepRap印刷品和商業(yè)印刷品進(jìn)行的測(cè)量的差異。
所有的試驗(yàn)為3-3上顯著性水平p值= 0.05進(jìn)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(tǒng)計(jì)計(jì)算是使用Matlab的統(tǒng)計(jì)工具箱執(zhí)行的處理20 ]。
對(duì)比研究
形成石膏，數(shù)字模型和3D印刷模型的過(guò)程中在圖中示意性地示出3 。 印象服用常見(jiàn)的過(guò)程需要參加牙科診所和印象中牙科實(shí)驗(yàn)室制造的石膏，這后來(lái)被用作各種掃描儀和數(shù)據(jù)掃描的模型都保存在大容量存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)字形式（圖4 ）。 三維模型可以在有需要時(shí)，然后可以從所存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)重建。
Figure 3
圖3
形成石膏模型的過(guò)程的方案，數(shù)字模型和3D印刷從印象模型取到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為模板用于三維打印機(jī)的利用率。
Figure 4
圖4
計(jì)算機(jī)數(shù)字模型。
表4顯示了基于各種標(biāo)準(zhǔn)石膏，數(shù)字模型和3D打印的副本對(duì)比研究。
Table 4
表4
該表顯示了基于各種標(biāo)準(zhǔn)石膏模型，數(shù)字模型和3D印刷本的比較研究
Go to:
結(jié)果
在石膏模型和上的RepRap三維打印副本的距離測(cè)量的精度是相同的。 這是由所估計(jì)的特性，包括置信區(qū)間（表確認(rèn)1 ）。
在石膏模型，并在三維的RepRap印本的距離測(cè)量結(jié)果相同。 有他們之間沒(méi)有顯著差異（采用配對(duì)t檢驗(yàn)，評(píng)估表2 ）。
在3D的RepRap距離測(cè)量印本（相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)。 標(biāo)準(zhǔn)偏差值沒(méi)有顯著不同（或者甚至更�。�，比石膏模型和的RepRap 3D印本（表的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的總和3 ）。 所有的標(biāo)準(zhǔn)偏差值均小于0.5毫米。
這些結(jié)論適用于所有測(cè)量距離。
Go to:
討論
本研究提出了使用三維印刷牙科研究模型的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的重建的新方法。 的優(yōu)點(diǎn)和傳統(tǒng)使用的石膏，數(shù)字掃描模式和3D打印份數(shù)弊端也這里提出。
雖然三維打印的優(yōu)點(diǎn)已被許多作者提到[ 7 ， 21 ]這里，我們提出在與傳統(tǒng)的石膏模型（表比較這些屬性的摘要4 ）：
優(yōu)點(diǎn)：重量輕，壓裂和損壞的概率低到大多數(shù)材料，耐久性，耐磨性，可移植性和共享數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)最重要的可能性高阻力。 此外，還有生產(chǎn)需求的新的3D模型從而將消除存儲(chǔ)問(wèn)題的負(fù)擔(dān)的可能性。 也有使用環(huán)保材料，打印的潛力。
缺點(diǎn)：需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，交流患者的數(shù)據(jù)的合法性，材料的耐熱性低時(shí)，可能的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的損失，由于技術(shù)上的錯(cuò)誤。
一個(gè)圍繞3D打印的主要問(wèn)題是它的成本高。 然而，為了規(guī)避成本問(wèn)題，我們可以使用一個(gè)開(kāi)源打印機(jī)等的RepRap具有打印每一個(gè)總體成本低（與商用打印機(jī)ProJetHD3000，表4 ）。 雖然與打印機(jī)使用相關(guān)的成本比石膏模型要低得多，打印機(jī)需要有資格的人的存在，以避免導(dǎo)致三維打印的過(guò)程中的錯(cuò)誤的并發(fā)癥。 然而，這需要進(jìn)行生產(chǎn)石膏模型所需的合格的實(shí)驗(yàn)室援助沒(méi)有什么不同。
為了使用任何3D傳統(tǒng)石膏的打印副本施放牙科是其準(zhǔn)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(yè)PROJET D3000打印機(jī)質(zhì)量更高（圖的5 ）中，我們沒(méi)有遇到用于臨床目的在兩任何差異。 使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試統(tǒng)計(jì)分析證實(shí)上的RepRap三維打印副本的測(cè)量的準(zhǔn)確性和精確度。 在這里，我們可以得出結(jié)論，3D打印可用作扭轉(zhuǎn)先前掃描石膏模型的存儲(chǔ)三維數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的可靠方法。 這種缺乏顯著差異是可能維持臨床優(yōu)點(diǎn)，例如建立數(shù)字圖書(shū)館和具有能夠在需要時(shí)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(yè)印刷的石膏之間的差異。 A）的RepRap打印- bucal來(lái)看，B）的RepRap打印-半咬合面來(lái)看， 三 ）商業(yè)印刷- bucal視圖，D）商業(yè)印刷-半咬合視圖。
相比較而言，事件雖然PROJET對(duì) 從一個(gè)低價(jià)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(zhì)的各種材料和打印機(jī)的小尺寸（圖的可能性6 ）。 另外打印在的RepRap打印機(jī)的質(zhì)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(diǎn)傳統(tǒng)石膏的比較。半咬合（b2）和視咬合（B3）點(diǎn)。
以數(shù)字形式保存患者的數(shù)據(jù)可以幫助解決存儲(chǔ)問(wèn)題，因?yàn)樗械难芯磕Ｐ�，必須保留一定的時(shí)間，這就需要大的存儲(chǔ)空間。 另一方面，當(dāng)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(duì)于傳統(tǒng)的石膏貓環(huán)保明智的選擇。 數(shù)據(jù)數(shù)字化也提供了該小組負(fù)責(zé)在照顧病人的各種醫(yī)生需要檢索和病人的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞裁磿r(shí)候解決方案。 但是從某種觀點(diǎn)的法律點(diǎn)共享病人的數(shù)據(jù)時(shí)，因?yàn)橛袧撛诘谋Ｃ苄院碗[私問(wèn)題，可能是容易出現(xiàn)誤操作一定要提高警惕。 據(jù)認(rèn)為，3D打印對(duì)象可在很多研究領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 進(jìn)一步的研究是必要的在這一領(lǐng)域，有必要把重點(diǎn)放在簡(jiǎn)化掃描和3D打印的過(guò)程。 還有對(duì)3D直接從其他來(lái)源的數(shù)據(jù)，如ortopantomograph，CT掃描或病人的嘴直接掃描打印機(jī)，以消除傳統(tǒng)制造石膏的中間步驟重建數(shù)據(jù)的范圍。
Go to:
結(jié)論
1.可以構(gòu)建數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，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(cè)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(guò)程。
4. 3D的RepRap打印機(jī)相比，幻燈牛逼 D3000的時(shí)候，它有可能取代傳統(tǒng)的石膏是更便宜，更快的選項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。
Go to:
縮略語(yǔ)
FDM：融合沉積造型; SLS：選擇性激光燒結(jié); SLA：Stereolitography; CT：計(jì)算機(jī)斷層掃描; 3D：三維; PM：石膏模型; RR：的RepRap打印副本。
Go to:
利益沖突
有沒(méi)有關(guān)系，或可能造成利益沖突的資金支持。
Go to:
所有的作者都顯著貢獻(xiàn)，所有的作者都是在稿件的內(nèi)容一致。 MK測(cè)得的直線距離，在選擇研究組，并在掃描石膏模型，以及在數(shù)據(jù)評(píng)估參與，TD監(jiān)督患者的選擇，在數(shù)據(jù)評(píng)估了一部分，LG評(píng)估后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在測(cè)量對(duì)象參加，PD掃描石膏，把研究對(duì)象的照片，并有助于數(shù)據(jù)分析，AP監(jiān)督3D打印和3D打印相比，JP印刷3D打印和3D打印機(jī)的技術(shù)規(guī)格作出了貢獻(xiàn)，他帶著在數(shù)據(jù)評(píng)估和掃描部分，SK提供的語(yǔ)言矯正。