增强现实技术(增强现实AR)的最近进展及其与数字化流程的融合(瑞士)
时间:2022-11-3 02:40       作者:老年近卫军       阅读:5055       频道:A R
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作者:
Laurent Marchand 博士
瑞士日内瓦大学口腔医院固定修复和生物材料科
Romane Touati 博士
瑞士日内瓦大学口腔医院固定修复和生物材料科
法国里昂大学口腔医学院咨询和牙科服务部

Vincent Fehmer 牙科技师
瑞士日内瓦大学口腔医院固定修复和生物材料科

Maxime Ducret 博士
法国里昂大学口腔医学院咨询和牙科服务部;
加拿大蒙特利尔麦吉尔大学牙科学院

Irena Sailer 教授
瑞士日内瓦大学口腔医院固定修复和生物材料科
本文原载于《世界牙科技术》2022年第3期《CAD/CAM专刊》第33-38页。


微笑重建需要通过严格而详尽的方法学来实现,这些方法无论在技术上还是时间和成本上要求都很高。然而,它们并不能将患者纳入到初期的计划阶段中。使用增强现实(augmented reality,增强现实AR)的新数字技术提供了即刻诊断以及在治疗开始前修复结果预可视化的选项。一位22岁的男性患者,其右上颌尖牙先天缺失、锥形上颌侧切牙和多处可见的间隙需要进行美学修复。采用专门软件设计增强现实AR虚拟诊断饰面 (增强现实AR mock-up),对计划的修复体进行预览和实时修改。利用新的“CAD-link”工作流程,将最终的增强现实AR诊断饰面导入CAD软件中,再使用新的虚拟蜡型复制功能,将增强现实AR诊断饰面转化为数字诊断蜡型(wax-up)。经过微创预备后,按照先前制定的设计方案精确制作正式的贴面,并以常规流程进行粘接。本文描述的工作流程将增强现实AR与CAD/CAM技术联合起来,在时间和成本方面都具有高效性。这种以患者为中心的方式从一开始就将患者考虑在内,因此成为患者与修复团队之间极好的沟通工具。

关键词:增强现实,虚拟现实,CAD-link,美学修复,微笑设计(Smile Design),动态计划

引言
微笑重建需要通过严格而细致的方法学来实现。目前的微笑设计常常通过手动或自动软件以半数字化的方式进行,借此,医生可以在患者的一组照片上实现二维(2D)的静态微笑设计。然后,将设计发送给牙科技工室,在那里由牙科技师制作出相应的美学诊断蜡型。此时,才能向患者展示新的微笑设计。为了改善技工室和患者之间的沟通与交流,最近专业人士还开始使用3D面部扫描、视频报告和口内诊断饰面等技术 。然而,这些方法不仅技术要求高、耗时且昂贵;更重要的是,它们没有让患者参与到计划阶段中。

增强现实(下文简称增强现实AR技术)是一种将计算机生成的虚拟内容叠加到真实图像上的技术,如今已被应用于许多领域,包括教育、医疗、诊断和外科。在口腔医学中,它最初是作为一种工具用于教学目的,可以客观地评估学生,并为他们提供直接的反馈。目前也应用于口腔引导手术或术前计划。使用增强现实AR的新技术可以实现逼真的可视化,甚至在口腔美学修复开始之前就可以进行即刻诊断并预览修复结果。

最近两篇文章报告了增强现实AR技术在美学牙科中的应用。这项技术被推荐给了患者,以便实现对修复方案的即刻调整。患者看着iPad屏幕仿佛看着一面放大镜,让医生能够与患者共同决策。这款原创软件可以进行3D动态微笑报告与设计,也有助于与技工室人员的交流。然而,使用该技术的临床方案仍在发展中,需要更多的临床报告来评估其准确性。

本病例报告旨在展示一种将增强现实AR技术和CAD/CAM技术相结合的新型数字化工作流程,以及 增强现实AR技术在日常牙科门诊中的应用潜力。

病例介绍
一名22岁的男性患者到瑞士日内瓦大学口腔医院就诊,他的首要愿望是改善牙齿的美学外观和重塑微笑。患者先天缺失上颌右尖牙(牙13)。乳牙 53仍在原位,状态良好,牙根未见明显吸收。此外,上颌侧切牙呈锥形,加上较细长的上颌前牙,导致存在多个可见的牙间隙。牙22的近中切角和远中切角由复合树脂直接修复。除了对患者的面部美观性产生负面影响外,牙间隙也损害了其语音功能,这也是患者的次要诉求。由于患者已多次处理过牙齿问题,他非常了解不同的治疗方案和方法。对他来说,最重要的是治疗方法的微创性,他不希望在牙齿上进行大面积的牙体预备。患者诉无功能障碍,无颞下颌关节紊乱症状,无咀嚼肌痛。

首先,制作了一个修复为导向的诊断蜡型,通过蜡型可以明确地判断,需要为患者进行正畸预治疗,以便实现尽可能的微创修复。因此,采用固定矫治器矫正上下颌。7个月后,牙齿处于预先计划的位置,正畸治疗完成(图1)。



图1a和b:在进行数字化设计前的初始状态:正畸治疗后患者的正面像(a);口内像(b)。
为了满足患者的高美学要求,有必要向他展示计划的修复结果。由于患者的恒牙列中始终存在间隙,所以可以预见诊断饰面会给他留下负面的印象。因此,在这种情况下,利用专门软件(IvoSmile;义获嘉伟瓦登特公司,列支敦士登)设计增强现实AR虚拟诊断饰面,模拟不同的牙齿形状、大小、长度和颜色变化,以便患者能够实时看到这些效果并提出修改意见(图2)。通过这种方式,可以与患者共同对修复结果作出决定。在患者对修复设计感到满意后,可以输出这个设计结果。最后,按照生产厂家提供的扫描策略对上下颌进行口内光学扫描。



图2a至d:增强现实AR虚拟诊断饰面:模拟不同的牙齿形态、长度和颜色(a);口内带和不带所选诊断饰面的对比视图(b);所选诊断饰面的特写视图(c);带着参考线(面部中线和双瞳孔线)的诊断饰面的网格视图(d)。
扫描数据发送给牙科技工室后,技师就可以在CAD软件(3Shape Dental Designer; 3Shape公司,丹麦)上创建一个新的数字化设计单,以便为6颗上颌前牙进行贴面设计。利用增强现实AR软件与CAD软件之间的“CAD-link”工作流程,根据先前完成的增强现实AR软件设计方案,精确地制作修复体。

通过这种新的、全数字化的工作流程, 口内扫描数据和选定的增强现实AR软件的虚拟诊断饰面可以以标准的STL文件格式被导入到CAD软件中。首先在 RealView Engine上将患者的上颌扫描图像与口外照片对齐(图3)。接下来,CAD-link允许将详细的增强现实AR数据非常精确地与实际的患者扫描数据进行匹配(图3)。



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图3a至d:CAD-link与虚拟蜡型复制的工作流程:在RealView Engine中对齐上颌扫描(a)。使用CAD-link从IvoSmile软件中导出对齐的虚拟微笑投影( ; b);STL文件的矢状切面(患者扫描为灰色,虚拟微笑投影为 ,复制蜡型为棕色;c)。使用虚拟蜡型复制功能生成的数字蜡型(d)。
为了将增强现实AR虚拟数据转换成数字蜡型,采用了新的虚拟蜡型复制功能。在这个过程中,选择了上颌(灰色)和新微笑的投影( )两个叠加文件,它们之间产生的空隙由数字蜡自动填充(棕色;图 3)。自动复制功能的应用保证了将虚拟设计以可预测且准确的方式复制到数字蜡型上。这种蜡型数据可以(在必要时)以高效的方式进行调整或更改,并发送给牙科诊所,或者打印出模型来制作诊断饰面或者直接打印出诊断饰面。在本病例中,为了保护乳尖牙免受过度的力负荷,在右侧建立了组牙功能

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