Насколько точны оптические и программные коррекции при внутриротовом сканировании?

Внутриротовое сканирование часто описывают как оптический процесс, но окончательный цифровой слепок — это не просто прямая «картинка» зубов пациента.

Сканер сначала фиксирует оптическую информацию через свою систему визуализации. Эта необработанная информация затем проходит калибровку, геометрическую коррекцию, трехмерную реконструкцию, регистрацию кадров, сшивку и другую программную обработку, прежде чем становится окончательной цифровой моделью.

Это поднимает важный вопрос:

Если программное обеспечение исправляет или компенсирует ошибки в процессе сканирования, как мы узнаем, что само исправление правильное?

Ответ не в том, что программное обеспечение считается точным. Вместо этого точность всей системы сканирования оценивается путем сравнения ее результатов с надежным эталоном.

1. Оптическое приобретение — только первый шаг

Внутриротовой сканер должен преобразовывать физическую поверхность зубов и структур полости рта в цифровые трехмерные данные.

Упрощенный рабочий процесс можно описать как:

Оптический сбор → Калибровка → 3D-реконструкция → Регистрация → Сшивка → Программная обработка → Цифровая модель

Каждый этап может повлиять на конечный результат.

Оптическая система может вносить ошибки, связанные с такими факторами, как характеристики объектива, характеристики датчика, оптические искажения и геометрия измерения.

Затем программное обеспечение обрабатывает полученную информацию и реконструирует трехмерную поверхность.

Следовательно, точность внутриротового сканера не следует понимать как точность только его оптических компонентов.

В клинической практике важна точность окончательное цифровое впечатление .

2. Что на самом деле делает программная коррекция?

Программная коррекция – это не просто добавление или вычитание фиксированного значения из каждого измерения.

В реальной системе сканирования разные источники ошибок могут иметь разные характеристики.

Например, ошибки могут быть связаны с:

• Оптические искажения
• Калибровка системы
• Глубинная реконструкция
• Характеристики камеры или сенсора
• Регистрация между последовательными кадрами
• Сшивание по большей области сканирования
• Характеристики поверхности
• Условия сканирования

При разработке системы известные эталонные объекты могут использоваться для характеристики поведения системы сканирования.

Полученные модели калибровки и коррекции затем можно включить в программное обеспечение.

В упрощенном виде:

Известный эталон → Измеренные данные → Выявлена ​​разница → Модель коррекции → Скорректированный выходной сигнал

Однако идентификация модели коррекции не означает автоматически, что окончательный результат является точным.

Коррекция все равно должна быть проверена на основе справочных данных.

3. Как мы можем узнать, является ли исправление программного обеспечения правильным?

Это один из наиболее важных вопросов при оценке точности цифрового сканирования.

Программное обеспечение не может доказать собственную точность.

Вместо этого окончательный цифровой результат сравнивается с независимым или установленным эталоном.

Упрощенный процесс проверки:

Справочный объект

↓

Высокоточные эталонные измерения

↓

Эталонный набор 3D-данных

↓

Внутриротовой сканер

↓

Цифровое сканирование

↓

3D-сравнение

↓

Анализ отклонений

Если цифровое сканирование достаточно близко к эталонному набору данных при определенных условиях испытаний, можно считать, что весь рабочий процесс сканирования достиг соответствующего уровня точности.

Это означает, что оценка – это не просто вопрос:

"Корректна ли программная коррекция?"

Он спрашивает:

"Насколько близка окончательная цифровая модель к эталону после оптического сбора данных, калибровки, программной обработки и коррекции?"

Это различие важно.

4. Точность оценивается по эталону.

Справочный набор данных обеспечивает основу для оценки результатов сканирования.

Например, тестируемый объект можно сначала измерить с помощью высокоточной эталонной измерительной системы. Полученный набор данных представляет собой геометрию, с которой можно сравнить результаты внутриротового сканера.

Затем тот же объект сканируется внутриротовым сканером.

Два трехмерных набора данных выравниваются и сравниваются.

Концептуально:

Эталонный набор 3D-данных

против.

Набор 3D-данных внутриротового сканера

↓

Отклонение поверхности

Разница между двумя наборами данных дает информацию о том, насколько точно сканер воспроизвел эталонную геометрию.

Исследования по оценке внутриротовых сканеров обычно следуют этому общему подходу. Например, в исследованиях повторяющиеся внутриротовые сканирования сравнивались с эталонными наборами данных, полученными с помощью высокоточных систем сканирования, а затем анализировались отклонения между наборами данных.

5. Правдивость и точность: два разных вопроса

При обсуждении точности сканирования особенно важны две концепции.:

Правдивость

Правдивость описывает, насколько близок средний результат к принятому эталонному значению.

В практическом плане:

Правильно ли воспроизводит цифровая модель реальную геометрию?

Точность

Точность описывает, насколько близки повторяющиеся измерения друг к другу.

В практическом плане:

Если один и тот же объект сканируется несколько раз, сохраняются ли результаты?

Это связанные, но разные характеристики.

Сканер может производить сканы с высокой повторяемостью, которые постоянно отклоняются от эталона. В этом случае точность может быть хорошей, а достоверность хуже.

И наоборот, сканер может давать результаты, которые в среднем близки к эталонным, но демонстрируют большие различия между повторными сканированиями.

Таким образом, оценки только одного числа не всегда достаточно для описания полной эффективности измерения.

6. Как рассчитывается отклонение?

Основной принцип прост:

Справочная геометрия → Геометрия сканирования → Пространственное сравнение → Отклонение

Однако реальный анализ может быть более сложным, чем измерение расстояния между двумя отдельными точками.

Полный набор трехмерных данных содержит большое количество точек поверхности.

После того, как наборы данных соответствующим образом выровнены, программное обеспечение может рассчитать пространственное отклонение между соответствующими областями поверхности.

Полученные данные затем можно обобщить с использованием статистических показателей, таких как:

• Среднее отклонение
• Среднеквадратичное (RMS) отклонение
• Стандартное отклонение
• Максимальное отклонение
• Распределение отклонений

Также можно создать карту цветовых отклонений, чтобы показать, где сканированная поверхность отличается от эталона.

Вот почему такое утверждение, как:

"Точность: 20 мкм"

не следует интерпретировать, не зная, как было получено это значение.

Число может представлять собой конкретное статистическое измерение в конкретных условиях испытаний, а не максимальную ошибку в каждой точке сканируемой поверхности.

7. Существует ли стандарт для проверки точности внутриротового сканера?

Да.

ИСО 20896-1:2019 специально посвящен методам оценки точности цифровых устройств для снятия оттисков с использованием портативных сканирующих устройств для получения трехмерных описаний внутриротовых поверхностей. ISO заявляет, что стандарт определяет методы и процедуры испытаний для этой цели, а издание 2019 года было рассмотрено и подтверждено в 2025 году, что означает, что оно остается актуальным.

Важно отметить, что стандарт — это не просто формула расчета одного показателя «точности».

Он обеспечивает более широкую основу тестирования, охватывающую такие области, как:

• Эталонное измерение объектов испытаний
• Тестовые объекты
• Условия испытаний
• Обработка цифрового оттиска
• Оценка точности
• Отчет о тестировании

Стандарт также включает в себя различные конфигурации тест-объектов, включая подготовку коронки, подготовку вкладки и тестирование всей дуги.

Поэтому правильнее сказать:

ISO 20896-1 предоставляет стандартизированные методы и процедуры испытаний для оценки точности цифровых устройств для снятия оттисков.

Было бы менее точно сказать, что стандарт просто определяет одну универсальную формулу, которую каждый внутриротовой сканер должен использовать для расчета значения «точности».

8. Почему условия тестирования имеют значение

Даже если два сканера сообщают значения точности в микрометрах, эти значения не следует автоматически рассматривать как напрямую сопоставимые.

Условия тестирования имеют значение.

Например:

Сам ISO 20896-1 включает требования, касающиеся эталонных измерений, объектов испытаний, условий испытаний, обработки цифровых оттисков, оценки точности и отчетов об испытаниях.

Следовательно, сравнение двух отдельных чисел без знания условий их тестирования может ввести в заблуждение.

9. Действительно ли программное обеспечение влияет на точность сканирования?

Да.

Программное обеспечение — это не просто пользовательский интерфейс, размещенный поверх оптического оборудования. Это может повлиять на то, как собранные данные реконструируются, регистрируются и в конечном итоге преобразуются в окончательный цифровой оттиск.

Исследования показали, что обновления программного обеспечения могут изменить достоверность и точность внутриротовых сканеров.

В одном исследовании разные версии программного обеспечения приводили к статистически значимым различиям в точности сканирования. Эффекты не всегда были в одном и том же направлении, а влияние также варьировалось в зависимости от сканируемой области и материала.

В другом исследовании обновления программного обеспечения оценивались путем многократного сканирования эталонных моделей и сравнения полученных наборов данных с высокоточными эталонными сканированиями. Исследователи обнаружили, что версия программного обеспечения может влиять как на достоверность, так и на точность.

Это приводит к важному выводу:

Программное обеспечение является частью измерительной системы.

Изменение программного обеспечения потенциально может изменить характеристики окончательного цифрового оттиска, даже если физическое оборудование сканера остается неизменным.

10. Всегда ли новое программное обеспечение означает более высокую точность?

Не обязательно.

Может показаться логичным, что более новая версия программного обеспечения всегда должна давать более точные результаты.

Однако экспериментальные данные показывают, что эта зависимость не обязательно линейна.

Различные версии программного обеспечения могут по-разному влиять на разные области сканирования, и новое программное обеспечение не гарантирует автоматически лучшую производительность в любых условиях тестирования.

Вот почему точность необходимо демонстрировать посредством тестирования, а не предполагать на основе номера версии программного обеспечения.

Другими словами:

Новое программное обеспечение ≠ автоматически более точное

Вместо:

Новое программное обеспечение → требует проверки → измеренная производительность

11. Точность всей дуги – это другая задача

Сканирование одного зуба и сканирование всей дуги не следует рассматривать как одну и ту же задачу измерения.

При сканировании одного препарата сканеру необходимо реконструировать только относительно ограниченную область.

Во время полного сканирования система непрерывно захватывает и регистрирует несколько кадров.

Упрощенный процесс:

Кадр 1 → Кадр 2 → Кадр 3 → Кадр 4 → … → Кадр N

Каждый кадр должен быть зарегистрирован с предыдущими данными.

Небольшие ошибки регистрации могут накапливаться по мере увеличения расстояния сканирования.

Таким образом, сканер может очень хорошо работать на небольшой площади сканирования, демонстрируя при этом различное поведение при сканировании всей дуги.

Это одна из причин, почему данные о точности всегда следует рассматривать вместе с данными о точности. диапазон сканирования и тестовая конфигурация .

12. Лабораторная точность — это не то же самое, что клиническая точность.

Стандартизированное тестирование обеспечивает контролируемый способ оценки эффективности сканирования, но клиническое сканирование вводит дополнительные переменные.

При лабораторном исследовании объект может иметь:

• Стабильная геометрия
• Контролируемая температура
• Стабильные характеристики поверхности
• Нет слюны
• Никаких движений пациента
• Никакого вмешательства в язык или щеку

Среда полости рта гораздо сложнее.

Опыт оператора, стратегия сканирования, анатомия пациента, влажность, характеристики поверхности и условия сканирования — все это может повлиять на полученное цифровое впечатление. Исследования также показали, что опыт и обучение оператора могут влиять на точность сканирования.

Это означает, что значение лабораторной точности не следует автоматически интерпретировать как точную ошибку, которая может возникнуть в каждом клиническом случае.

13. Как клиентам следует оценивать заявление о точности?

При оценке внутриротового сканера полезно задать больше, чем просто:

"Какова точность?"

Лучший набор вопросов::

1. Основано ли сообщаемое значение на достоверности, точности или другом показателе?
2. Какой справочный набор данных использовался?
3. Как измерялся эталон?
4. Какая область сканирования проверялась?
5. Сколько повторных сканирований было выполнено?
6. Как рассчитывалось отклонение?
7. Какая версия программного обеспечения использовалась?
8. Была ли предоставлена ​​карта отклонений всей дуги или отчет об испытаниях?
9. Было ли тестирование проведено в соответствии с признанным стандартом или протоколом?

Эти вопросы помогают превратить маркетинговую спецификацию в измеримое техническое заявление.

14. Полная цепочка проверки точности

Таким образом, точность внутриротового сканера определяется не только его оптической системой или программной коррекцией.

Более полная картина:

Оптический сбор данных

↓

Калибровка системы

↓

Геометрическая и оптическая коррекция

↓

3D реконструкция

↓

Регистрация и сшивание рамки

↓

Программная обработка

↓

Окончательное цифровое впечатление

↓

Сравнение со справочными данными

↓

Анализ отклонений

↓

Правдивость + Точность

Вся эта цепочка имеет значение.

Программное обеспечение не обязательно должно быть «идеальным» само по себе. Важно то, является ли Полная система измерений создает цифровую модель, которая достаточно близка к эталону при определенных условиях .

Заключение

Оптические компоненты и программная коррекция имеют основополагающее значение для точности внутриротового сканирования, но ни один из них не следует оценивать изолированно.

Оптическая система фиксирует информацию. Калибровка и программная обработка компенсируют известные характеристики системы и преобразуют собранную информацию в трехмерную цифровую модель. Затем точность конечного результата оценивается по эталону, а не просто считается правильной.

ISO 20896-1:2019 предоставляет стандартизированную основу для оценки точности устройств для создания цифровых оттисков с использованием портативных сканирующих устройств. В нем рассматриваются эталонные измерения, тестовые объекты, условия испытаний, обработка цифровых оттисков, оценка точности и отчеты об испытаниях.