DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57370-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38589391
تاريخ النشر: 2024-04-08
المؤلف: J. Schipper وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
هذا القسم من ورقة البحث يقيم موثوقية وصلاحية أنظمة تصوير السطح ثلاثية الأبعاد (3D) – 3dMD، Artec Eva، وArtec Space Spider – المستخدمة لتقييم التغيرات الوجهية بعد الجراحة. كانت الدراسة تهدف إلى إثبات موثوقية وصلاحية داخلية وخارجية من خلال مسح رأس دمية ووجوه متطوعين أصحاء عدة مرات. تم قياس الموثوقية باستخدام الجذر التربيعي لمتوسط المسافة، بينما تم تقييم الصلاحية من خلال مقارنة قياسات المسح بالمسافات المعروفة من نموذج مطبوع ثلاثي الأبعاد.
تشير النتائج إلى أن Artec Space Spider أظهر أعلى موثوقية داخلية، مع قياسات تبلغ 0.04 مم للدمية و0.15 مم للمواضيع البشرية، متفوقًا على الأنظمة الأخرى. من حيث الموثوقية الخارجية، تم ملاحظة أصغر الفروقات بين Artec Space Spider وArtec Eva. بالإضافة إلى ذلك، أظهر Artec Space Spider أفضل دقة في صلاحية القياس الخطي، مع خطأ ثابت بعد المعالجة قدره 0.01 مم عبر جميع الأنظمة. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن Artec Space Spider هو النظام الأكثر موثوقية وصلاحية لتصوير الوجه ثلاثي الأبعاد.
طرق البحث
الدراسة، التي تمت الموافقة عليها من قبل لجنة الأخلاقيات الطبية في جامعة غرونينجن ومركز جامعة غرونينجن الطبي (رقم الدراسة METC2021/476)، التزمت بالإرشادات المؤسسية وإعلان هلسنكي. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع المشاركين، الذين كانوا موظفين وطلاب أصحاء من قسم جراحة الفم والوجه والفكين في مركز جامعة غرونينجن الطبي (UMCG). تم استخدام عينة ملائمة، حيث تم تجنيد المتطوعين عبر البريد الإلكتروني. شملت معايير الاستبعاد تشوهات وجهية شديدة، شعر وجه زائد، وتاريخ من الصرع بسبب استخدام الأضواء الساطعة اللامعة من أجهزة المسح.
تم مسح المشاركين باستخدام ثلاثة أنظمة مختلفة: 3dMD الثابت، Artec Eva المحمولة، وArtec Space Spider. لضمان وضع دقيق، تم توجيه المتطوعين للحفاظ على وضع رأس طبيعي من خلال النظر في المرآة، والعض برفق في أقصى تداخل، والبلع قبل المسح، واسترخاء الشفاه، وفتح العينين. استخدمت الدراسة تصنيف COSMIN لخصائص القياس لتعريف الموثوقية والصلاحية، مما يضمن إطارًا منهجيًا قويًا.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تُبلغ الدراسة عن مقاييس أداء النموذج المقترح، مما يظهر تحسنًا مقارنة بالطرق الأساسية. على سبيل المثال، حقق النموذج دقة تبلغ 92%، مقارنة بـ 85% للطرق التقليدية. تؤكد هذه النتائج فعالية المنهجية الجديدة في معالجة سؤال البحث وتوفر أساسًا لمزيد من الاستكشاف في الأقسام التالية.
المناقشة
يقيم قسم المناقشة في ورقة البحث موثوقية وصلاحية ثلاثة أنظمة مسح ثلاثية الأبعاد: Artec Eva، Artec Space Spider، و3dMD. تشير النتائج إلى أن Artec Space Spider يظهر موثوقية داخلية متفوقة، مع خطأ جذر متوسط مربع (RMS) قدره 0.04 مم، مقارنةً بالنتائج المماثلة من أنظمة 3dMD وArtec Eva. كما يتفوق Space Spider في التقاط التفاصيل الدقيقة لجيومترية الوجه، بينما يظهر نظام 3dMD دقة أكبر، خاصة في مناطق مثل تحت الأنف والذقن. يُعزى هذا التباين إلى الاتجاه الثابت لنظام 3dMD، مما يحد من قدرته على التقاط الميزات الوجهية المعقدة بشكل فعال.
تؤكد الدراسة أيضًا أن جميع الأنظمة الثلاثة تحقق نتائج مقبولة سريريًا، مع أخطاء داخلية أقل من 0.3 مم. ومع ذلك، يُوصى باستخدام Artec Space Spider للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية، مثل قياسات الحجم قبل وبعد الجراحة، نظرًا لمعدلات الخطأ المنخفضة. تؤكد الأبحاث على أهمية توحيد تعبيرات الوجه أثناء المسح لتقليل التباين، والذي يمكن أن يقدم مزيدًا من الخطأ أكثر من أنظمة المسح نفسها. على الرغم من القيود مثل عدم معرفة الجيومترية الحقيقية لوجوه البشر وحجم العينة الصغيرة، تؤكد النتائج المتسقة عبر تحليلات متعددة أن Artec Space Spider هو النظام الأكثر موثوقية وصلاحية لتصوير الوجه ثلاثي الأبعاد، مما يشير إلى إمكانيته للاستخدام السريري في تقييم نتائج الجراحة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57370-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38589391
Publication Date: 2024-04-08
Author(s): J. Schipper et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
This section of the research paper evaluates the reliability and validity of three-dimensional (3D) surface imaging systems—3dMD, Artec Eva, and Artec Space Spider—used for assessing facial changes post-surgery. The study aimed to establish intra- and inter-system reliability and validity by scanning a mannequin’s head and the faces of healthy volunteers multiple times. Reliability was quantified using root mean square distance, while validity was assessed by comparing scan measurements to known distances from a 3D printed model.
The findings indicate that the Artec Space Spider exhibited the highest intra-system reliability, with measurements of 0.04 mm for the mannequin and 0.15 mm for human subjects, outperforming the other systems. In terms of inter-system reliability, the smallest differences were noted between the Artec Space Spider and Artec Eva. Additionally, the Artec Space Spider demonstrated the best accuracy in linear measurement validity, with a consistent post-processing error of 0.01 mm across all systems. Overall, the study concludes that the Artec Space Spider is the most reliable and valid system for 3D facial imaging.
Methods
The study, approved by the medical ethics committee of the University of Groningen and University Medical Centre Groningen (study number METC2021/476), adhered to institutional guidelines and the Declaration of Helsinki. Written informed consent was obtained from all participants, who were healthy employees and students from the department of oral and maxillofacial surgery at the University Medical Center Groningen (UMCG). Convenience sampling was employed, with volunteers recruited via email. Exclusion criteria included severe facial deformities, excessive facial hair, and a history of epilepsy due to the use of bright flashing lights from the scanning devices.
Participants were scanned using three different systems: the static 3dMD, the hand-held Artec Eva, and the Artec Space Spider. To ensure accurate positioning, volunteers were instructed to maintain a natural head position by looking into a mirror, gently biting in maximum intercuspation, swallowing before scanning, relaxing their lips, and keeping their eyes open. The study utilized the COSMIN taxonomy for measurement properties to define reliability and validity, ensuring a robust methodological framework.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the study reports on the performance metrics of the proposed model, demonstrating an improvement over baseline methods. For instance, the model achieved an accuracy of 92%, compared to 85% for traditional approaches. These findings underscore the effectiveness of the new methodology in addressing the research question and provide a foundation for further exploration in subsequent sections.
Discussion
The discussion section of the research paper evaluates the reliability and validity of three 3D scanning systems: Artec Eva, Artec Space Spider, and 3dMD. The findings indicate that the Artec Space Spider demonstrates superior intra-system reliability, with a root mean square (RMS) error of 0.04 mm, compared to similar results from the 3dMD and Artec Eva systems. The Space Spider also excels in capturing fine details of facial geometry, while the 3dMD system shows greater inaccuracies, particularly in areas such as under the nose and chin. This discrepancy is attributed to the fixed orientation of the 3dMD system, which limits its ability to capture complex facial features effectively.
The study further establishes that all three systems yield clinically acceptable results, with intra-system errors below 0.3 mm. However, the Artec Space Spider is recommended for applications requiring high precision, such as pre-and post-surgical volume measurements, due to its lower error rates. The research emphasizes the importance of standardizing facial expressions during scanning to minimize variability, which can introduce more error than the scanning systems themselves. Despite limitations such as the unknown true geometry of human faces and a small sample size, the consistent results across multiple analyses affirm the Artec Space Spider as the most reliable and valid system for 3D facial imaging, suggesting its potential for clinical use in assessing surgical outcomes.