Identification of a stable reference area for superimposing mandibular digital models

Abstract

Purpose

The purpose of this retrospective study was to assess the stability of buccal and lingual alveolar bone surfaces for superimposing three-dimensional (3D) digital models of dental casts.

Materials and methods

The pre- and posttreatment dental casts and lateral cephalometric radiographs were obtained from 10 adult patients who had undergone orthodontic treatment entailing the extraction of four premolars. Five of them had bilateral mandibular tori and the other 5 patients had no torus. Dental casts were scanned with a three-dimensional (3D) surface scanning system and 3D digital models were reconstructed using 3D reverse modeling software. The pre- and posttreatment digital models were superimposed on the following reference areas by the best-fit method: Area 1, bilateral lingual surfaces of the alveolar process of the posterior teeth; Area 2, the lingual alveolar surface of the anterior and posterior teeth; Area 3, bilateral surfaces of the posterior teeth’s buccal and lingual alveolar surfaces; Area 4, bilateral mandibular tori. The horizontal and vertical movements of the mandibular central incisors and first molars were measured on cephalometric radiographs and on the 3D digital models.

Results

In the 5 patients without a mandibular torus, the median differences between cephalograms and 3D digital models ranged from 0.8–1.9 mm and the maximum differences from 1.5–10.0 mm. The median and maximum differences between cephalograms and 3D digital models superimposed on Area 2 were greater than those superimposed on Areas 1 and 3. In the patients with mandibular tori, the median differences between cephalograms and 3D digital models were under 1.0 mm, the maximum difference being 0.7 mm.

Conclusion

The buccal and lingual alveolar surface near the dentition seems to be inappropriate as a reference area for superimposing 3D mandibular digital models of patients without a mandibular torus. Mandibular tori in adult patients are stable structures which can be used as reference areas for the superimposition of 3D mandibular digital models.

Zusammenfassung

Studienzweck

Retrospektive Studie zur Stabilität der Bukkal- und Lingualflächen des Alveolarknochens hinsichtlich ihrer Nutzung als Referenzareale zur Überlagerung von 3-D-Digitalmodellen des Unterkiefers, erstellt aus Oberflächenscans von Gipsmodellen.

Methode

Die Studie erfolgte an prä- und posttherapeutischen Gipsmodellen und Fernröntgenseitenbildern (FRS) von 10 Erwachsenen, deren kieferorthopädische Behandlungen die Extraktion von 4 Prämolaren umfasst hatte. Bei 5 Patienten war beidseitig ein Torus mandibularis, bei 5 Patienten kein Torus vorhanden. Per 3-D-Oberflächenscanner wurden die Gipsmodelle eingelesen und mit Reverse-Modeling-Software prä- und posttherapeutische 3-D-Digitalmodelle nachkonstruiert, die dann im Best-Fit-Verfahren nach Maßgabe verschiedener Referenzareale 4-mal überlagert wurden: Referenzareal 1 umfasste die beidseitigen Lingualflächen des Alveolarknochens in den Seitenzahnbereichen, Referenzareal 2 seine Lingualfläche entlang des gesamten Kieferbogens, Areal 3 die Lingual- und Bukkalflächen in den Seitenzahnbereichen und Areal 4 die beidseitigen Tori mandibulares. Auf den jeweils überlagerten FRS und 3-D-Digitalmodellen wurden dann die horizontalen und vertikalen Bewegungen der unteren mittleren Schneidezähne und ersten Molaren vermessen.

Resultate

Für die 5 Patienten ohne Tori mandibulares ergaben sich mediane Differenzen zwischen den FRS und den 3-D-Digitalmodellen im Bereich von 0,8–1,9 mm und Maximaldifferenzen im Bereich von 1,5–10,0 mm. Die Überlagerungen der 3-D-Digitalmodelle nach Maßgabe von Referenzareal 2 führten gegenüber den FRS zu größeren medianen und maximalen Differenzen als die Überlagerungen auf Basis der Referenzareale 1 und 3. Für die 5 Patienten mit beidseitigem Torus betrugen die medianen Differenzen unter 1,0 mm und die maximale Differenz 0,7 mm.

Schlussfolgerung

Bei Patienten ohne Tori mandibulares scheinen die Bukkal- und Lingualflächen des Alveolarknochens nahe der Bezahnung keine geeignete Basis zur Überlagerung von 3-D-Digitalmodellen des Unterkiefers darzustellen. Sofern solche Tori bei erwachsenen Patienten anzutreffen sind, handelt es sich bei ihnen um nutzbare, weil stabile Referenzareale zur Überlagerung solcher virtueller Unterkiefermodelle.