Optical 3D scans for orthodontic diagnostics performed on full-arch impressions

Abstract

Objective

The purpose of this work was to evaluate the completeness of surface structure representation offered by full-arch impression scans in different situations of tooth (mal)alignment and whether this completeness could be improved by performing rescans on the same impressions reduced sequentially to different levels of gingival height and by adding extra single scans to the number of single scans recommended by the manufacturer.

Methods

Three pairs of full-arch resin models were used as reference, characterized either by normal occlusion, by anterior diastematic protrusion (and edentulous spaces in the lower posterior segments), or by anterior crowding. An alginate impression of each arch was taken and digitized with a structured-light scanner, followed by three rescans with the impression cut back to 10, 5, and 1 mm of gingival height. Both the initial scan and the rescans were performed both with 19 basic single scans and with 10 extra single scans. Each impression scan was analyzed for quantitative completeness relative to its homologous direct scan of the original resin model. In addition, the topography of voids in the resultant digital model was assessed by visual inspection.

Results

Compared to the homologous reference scans of the original resin models, completeness of the original impression scans—in the absence of both gingival cutback and extra single scans—was 97.23 ± 0.066 % in the maxilla or 95.72 ± 0.070 % in the mandible with normal occlusion, 91.11 ± 0.132 % or 96.07 ± 0.109 % in the arches with anterior diastematic protrusion, and 98.24 ± 0.085 % or 93.39 ± 0.146 % in those with anterior crowding. Gingival cutback and extra single scans were found to improve these values up to 100.35 ± 0.066 % or 99.53 ± 0.070 % in the arches with normal occlusion, 91.77 ± 0.132 % or 97.95 ± 0.109 % in those with anterior diastematic protrusion, and 98.59 ± 0.085 % or 98.96 ± 0.146 % in those with anterior crowding.

Conclusion

In strictly quantitative terms, the impression scans did capture relatively large percentages of the total surface. However, the topographic examinations revealed that regions essential for orthodontic model analysis were missing. The malocclusion models were particularly affected. Thus, impression scans performed with structured-light scanners cannot replace scans of positive casts for diagnostic use in orthodontics.

Zusammenfassung

Studienziel

Ziel der Studie war eine Evaluation der Vollständigkeit von Abdruckscans in Abhängigkeit von der Zahn(fehl-)stellung. Untersucht wurde zudem, wie sich ein sukzessives Zurückschneiden des Abdrucks sowie zusätzliche Nachscans auf die Vollständigkeit auswirken.

Methode

Alginatabformungen von 3 Oberkiefer(OK)- und Unterkiefer(UK)-Kunststoffmodellen (Normokklusion, Lücken und protrudierte Inzisivi, frontaler Engstand) wurden sukzessive auf 10, 5 und 1 mm Gingivahöhe reduziert und jeweils mittels Streifenlichtprojektion mit 19 Einzelscans und 10 zusätzlichen Nachscans digitalisiert. Zur Quantifizierung der Vollständigkeit in Prozent wurden direkte Scans der Kunststoffmodelle herangezogen. Von allen Scans wurde die Vollständigkeit quantitativ bestimmt sowie visuell die Topographie von Fehlstellen beschreiben.

Resultate

Die Vollständigkeit der Modelle war ohne Nachscans und bei kompletter Gingiva bei Normokklusion im OK 97,23 ± 0,066 % und im UK 95,72 ± 0,070 %, bei Lücken und protrudierten Inzisivi im OK 91,11 ± 0,132 % und im UK 96,07 ± 0,109 % und bei frontalem Engstand im OK 98,24 ± 0,085 % und im UK 93,39 ± 0,146 %. Die Vollständigkeit konnte durch Zurückschneiden und Nachscannen bei der Normokklusion im OK auf 100,35 ± 0,066 % und im UK auf 99,53 ± 0,070 %, bei Lücken und protrudierten Inzisivi im OK auf 91,77 ± 0,132 % und im UK auf 97,95 ± 0,109 % sowie bei frontalem Engstand im OK auf 98,59 ± 0,085 % und im UK auf 98,96 ± 0,146 % verbessert werden.

Schlussfolgerung

Die quantitativen Ergebnisse sprechen zwar dafür, dass die erfasste Oberfläche prozentual relativ groß war, doch die topografische Analys zeigtee, dass − insbesondere bei den Malokklusionsmodellen − für die kieferorthopädische Modellanalyse unverzichtbare Bereiche fehlten. Abdruckscans mit Streifenlichtscannern können Modellscans für kieferorthopädisch diagnostische Zwecke nicht ersetzen.