口腔内スキャンを用いた in vivo 定量歯摩耗測定の精度(英語)
Summary
定量的摩耗測定は、歯の摩耗の進行を測定する上でますます重要になっている方法です。ここでは、中等度から重度の摩耗の患者で繰り返される in vivo スキャン歯列の取得と重ね合わせのためのプロトコル、その精度、および評価者内/評価者間の精度について説明し、身長と体積の両方の測定値について報告します。
Abstract
定量的な摩耗測定は、歯の摩耗の進行を測定するためにますます関心が高まっています。ただし、定量的摩耗測定に関するほとんどの研究は、シミュレートされた摩耗またはスキャンされた石膏模型に焦点を当てています。歯科臨床医が利用できる口腔内スキャナーを介して in vivo で歯の摩耗を分析する3D摩耗分析(3DWA)プロトコルが開発されました。この研究では、最大高さ損失(mm)と体積変化(mm3)による摩耗を測定するための3DWAプロトコルの精度を調査しました。55人の患者からの観察的な前向き摩耗データを0-1年、0-3年、および0-5年の間隔で分析して摩耗率を決定し、コンビニエンスサンプルを選択して、1回の座位で2回スキャンされた歯列でのプロトコルの精度と、0-3年および0-5年の間隔でスキャンした評価者内および評価者間の精度をテストしました。スキャンは口腔内スキャナー(IOS)を使用して行われ、3D測定ソフトウェアを使用して重ね合わされました。構造誤差とランダム誤差を決定するためにT検定を実行し、誤差を解釈するためにトリミング範囲を計算しました。プロトコル精度の平均差は、高さで0.015 mm (-0.002; 0.032, p = 0.076)、体積で-0.111 mm3 (-0.250; 0.023, p = 0.101) でした。重複測定誤差は、高さで0.062 mm、体積で0.268 mm3 でした。高さの測定は、0〜3年または0〜5年の間隔で摩耗を測定するのに十分な精度でした。ただし、体積測定は手順エラーとオペレーターの感度の影響を受けやすかった。3DWAプロトコルは、最低3年の間隔の後、または重度の摩耗の進行がある患者で歯の高さの減少を適切に測定するのに十分な精度ですが、体積変化の測定には適していません。
Introduction
歯の摩耗は、生命を脅かすものではありませんが、生理学的にも心理的にも患者の生活の質に悪影響を与える可能性があります1。それは咀嚼機能と審美機能、そして生活の質に影響を与える可能性があります。影響の重症度は、摩耗の病因、進行、および症状によって異なり、患者間で大きく異なる可能性があります2。歯の摩耗の影響は、人間の平均余命の延長、ライフスタイルの変化、および人々が自然の歯をより長く保持するため、将来増加すると予想されます3。したがって、歯の摩耗を診断し、歯の摩耗の進行を定量化することは、患者ケアを提供する上でますます重要になっています。
歯の摩耗を測定することの重要性にもかかわらず、歯の摩耗の絶対量に関するin vivo定量的データはほとんどありません。歯の摩耗の進行に関する調査結果は、使用される方法論に大きなばらつきがあるため、しばしば矛盾しています。いくつかの研究では、生理的摩耗のある患者の進行率が比較的低く、年間11〜29μmの身長低下が報告されており、体積損失は年間約0.04μm3であると報告されています4,5,6。高度な歯の摩耗または既存の機能不全の習慣の場合、はるかに高い進行率が見られ、年間68〜140μmでした7,8,9。これらの測定は、石膏鋳造と石膏鋳造ダイに基づいており、さまざまなスキャンおよび3D減算ソフトウェアまたは顕微鏡のいずれかで実行されました。これらの方法は歯科診療では利用できないか実用的ではないため、臨床ケアでの使用にはまだ適していません。しかし、口腔内3Dスキャンは、一般的な歯科診療で急速に利用可能になりつつあり、簡単な保存とデータ共有と相まって、使用の速度と快適さに関して患者とオペレーターの両方にとって利点があります10。3Dデータは、歯や顎のスキャンを重ね合わせてスキャン間の差を測定する定量的な摩耗測定にも使用できます。これは、高さまたは体積における歯材の損失の進行を測定するための定量的オプションを提供する11,12。
精度(複製された測定値間の一致の近さ)と精度(測定量とその真の値の差)に関する調査結果は、スキャナーを使用して摩耗を検出および測定する場合に変動しました。定量的摩耗測定は、特に最小限の摩耗を扱う場合、しばしば未知または不十分な精度と精度を伴う時間のかかる方法であると報告されています13,14。他の人は、口腔内スキャナーが歯の摩耗を検出および監視するのに十分正確であり、重ね合わせ基準領域(最適適合)とソフトウェア設定が結果に大きな影響を与えると報告しています15,16。
最適なものを見つけるためにさまざまな方法が使用されてきました:1)軟部組織、隣接する無傷の歯、歯槽突起などのランドマークに基づくランドマークアライメント、2)データクラウド間のメッシュ距離誤差を最小限に抑えるソフトウェアによる標準的なベストフィットアライメント、または3)オペレーターが選択した領域の選択に対して実行されたベストフィットとの参照ベストフィットアライメント。基準ベストフィットアライメントは、最高の精度と精度を持っていることがわかっています15,17。研究によると、完全なアーチではなく、単一の歯などの小さな構造を比較すると、定量的な摩耗測定の精度と精度が向上します18,19。摩耗を監視するために3Dスキャンと定量的摩耗測定を使用する2つの自動システムが導入されました。1つは、短縮されたアーチまたは単一の歯でin vitro設定でテストされており、もう1つは、ラボでスキャンされたキャストと比較して、体積測定のためのin vivo使用の有望性を示しています20,21,22。精度と精度に関するこれらの研究のほとんどは、スキャンされたキャストまたはin vitroシミュレーション摩耗に基づいているため、臨床転帰に簡単に変換することはできません。したがって、in vivoでの口腔内スキャン後に定量的な摩耗測定を実行するための臨床的に実行可能なプロトコルを見つけることは、歯の摩耗を監視する上で重要な次のステップになります15。
オランダのナイメーヘンにあるラドバウド大学医療センターでは、中等度から重度の歯の摩耗のある患者の口腔内スキャナーを使用して in vivo で歯の摩耗を測定するために、3D測定ソフトウェアを使用した3D摩耗分析(3DWA)プロトコルが開発されました。 in vivoで精度を測定することはほぼ不可能であるため、この記事では3DWAプロトコルの精度を決定することに焦点を当てます。特に、本研究では、1)スキャナーとスキャンプロセスの精度(取得)と、同じセッションで取得した同じ歯列の2つのスキャン(プロトコル精度)を重ね合わせることによるその後の重ね合わせを記述することを目的としています。さらに、3DWAプロトコルは、0〜3年または0〜5年間隔で行われたスキャンで、高さ(mm)と体積(mm 3)の両方で摩耗の進行を測定する際の2)評価者内および3)評価者間の精度についてテストされました。スキャンは中等度から重度の摩耗の患者で口腔内に行われ、定量的摩耗測定は3DWAプロトコルを使用して実行されました。
異なるタイプのトレーニングを受けた評価者間の合意をテストするために、3人の評価者を選択してトレーニングしました。評価者1は博士課程の学生で、3DWAプロトコルの実行に関する広範なトレーニングを受け、選択した重複測定を個別に実行する前にスキャンの分析に1年間取り組んだ経験がありました。評価者2は歯科修士課程の最終学年の学生で、プロトコルとソフトウェアプログラムの説明が与えられ、その後、プロトコルを独立して実行しました。評価者3は歯科修士課程の学生で、プロトコル、ソフトウェアプログラムの説明、および2回の3時間のトレーニングセッションを受け取り、その後、重複測定のプロトコルを独自に実行しました。評価者は、分析前のスキャン以外の被験者に関する臨床情報を持っていませんでした。スキャンは匿名化され、評価者以外の研究者による分析の前にコード化されました。歯の摩耗を分析および測定する場合、ソフトウェアで分析する前に、以前の評価者からの古い注釈が非表示になりました。異なる評価者からの測定値は、最初は異なるファイルに保存されていました。
ナイメーヘン(オランダ)のラドバウド大学医療センター歯学部でのラドバウド歯摩耗プロジェクトの歯の摩耗の進行に関するより大規模な前向き観察研究から、55人の患者のグループが含まれました。これらの患者は、摂取時、1年リコール時、3年リコール時、および5年リコール時にスキャンされました。55人の患者グループからの利用可能なスキャンの記述統計は、身長(mm)と体積(mm3)の0-1、0-3、および0-5年の間隔後の歯の摩耗に関して計算され、臨床的関連性の観点から歯の摩耗の精度の分析結果を比較および解釈しました。
プロトコルの精度を計算するために、2人の患者が上記の55のサンプルからランダムに選択され、リコールの予約時に1回ではなく、15分の休憩で歯列を2回スキャンする許可を求めました。その後、3DWAプロトコルは評価者1によって実行されました。2つの歯列の高さと体積の測定数が多いため(それぞれ高さが65、歯列あたりの体積が16)、精度を確実に推定するには満足できると見なされました。1人の評価者(評価者内:評価者1)内の精度を計算するために、中程度の摩耗のある1人の患者を選択し、1か月後に繰り返しました。評価者間の精度を計算するために(評価者間:評価者1、2、3)、4人の患者の便宜的サンプルが選択され、2人の患者は中等度で、2人の患者は重度の摩耗の進行を示しました。選択されたスキャンの間隔は3年または5年のいずれかでした。評価者間の結果は、評価者1と評価者2、および評価者1と評価者3を比較して計算されました。
Protocol
Representative Results
Discussion
クリティカルステッププロトコル:
3DWAプロトコルは、優れた合意間および合意内の正確な高さ測定を提供することが示されています。ただし、体積測定には、このプロトコルは適していません。集録と重ね合わせの両方の精度を決定する主な要因は、スキャン中の分離と重ね合わせ中の最適なものを見つけることでした。重ね合わせは、歯が変化していない場合には簡単ですが、摩耗が進行すると、特に摩耗が簡単に特定できないが表面の大部分が関与する場合は、ますます困難になります。
臨床状況では、負の摩耗(成長)は、この研究で行われたように、不可能な結果であるため、単に無視される場合があります。唾液の飛沫、粉体塗装の厚さ、フレアなどのスキャンエラーは、変化のない歯でも問題があり、常に容易に検出できるとは限らず、測定エラーの一因となります。
メソッドの変更とトラブルシューティング
最適な手順の実行
摩耗のある歯にベストフィット手順を実行する場合、二乗平均平方根(RMS)値の背後にあるアルゴリズムは、常にメッシュ内のポイント間の平均距離を可能な限りゼロに近づけます。摩耗が進行している歯では、これにより、摩耗のある領域の距離が減少し、摩耗のない領域または摩耗が少ない領域が増加する可能性があります。これにより、摩耗のある表面の摩耗が過小評価されます。これは中等度から重度の摩耗の集団であるため、標準的なベストフィットアライメントを実行してから、摩耗の明確なファセットを持つ咬合領域の選択を解除し、ベストフィットアライメントを繰り返すと、ほとんどの場合、標準のベストフィットアライメントと比較してより良いフィットが得られ、これは以前の文献でもサポートされています15,17.摩耗のある咬合面のみの選択を解除して、できるだけ多くの冠状表面を最適なフィット手順に利用できるようにすることが重要です(以下、「修正参照ベースのフィット技術」と呼びます)22。この母集団で最適な適合を得ることの難しさは、高さと体積の測定値の精度の違いを説明しています。最適なフィット手順の結果、位置合わせが不完全な場合、これは高さの測定よりも歯の体積差に比較的影響します。さらに、唾液などのアーチファクトがある場所は、高さの測定では回避できますが、体積の測定では回避できません。
最も摩耗が激しいポイントの選択
一部の外れ値は、解剖学的構造、摩耗、修復が不明瞭なことによる意見の不一致など、さまざまな要因によって引き起こされたトレーニングにもかかわらず残っており、プロトコルを調整することによって予防できませんでした。改善点は、青色の領域として示されている摩耗を表すカラースペクトルを編集することによって達成されました。スペクトルを変更することで、摩耗の濃い青色の領域を最も濃い青色の点に減らし、摩耗量が最も高い場所を特定することができ、摩耗が最も多い場所を選択する際のオペレーターの感度が低下しました。
測定体積と測定高さ
体積測定の精度は、臨床歯の摩耗測定には不十分でした。これは、第一に、ベストフィットに関する前述の問題によるものです。はめあいのわずかなずれは、重ね合わされた歯の間に大きな違いをもたらす可能性があります。第二に、唾液、修復物、粉末、およびその他の可能性のあるアーティファクトは、実際の摩耗ではありませんが、体積の変化としてソフトウェアによって測定されます。第三に、体積変化のための表面の選択は、歯のサイズ、形状、およびスキャンされた表面によって影響を受ける可能性があります。第四に、穴を埋めたり体積を計算したりするときに、ソフトウェアアルゴリズムが不正確すぎて体積の変化を正確に検出できない可能性があります。体積変化の計算はベストフィットを実行した後に自動的に行われるため、体積測定の不正確さは、ベストフィットを改善する以外のプロトコルの変更にはつながりませんでした。理論的には、体積変化は、高さ測定12,17のように、単一のデータポイントの外れ値や摩耗によって変化しない領域の大部分の影響を受けないため、体積変化測定が望ましいでしょう。ただし、体積変化は歯のサイズに依存するため、体積変化を報告する際に考慮する必要があります15。さらに、高さ測定は、表面の摩耗プロセスの良い印象を得るのに役立つ場合があります。今後の研究では、身長と体積の変化の両方を正確に測定して、歯の摩耗の進行を判断する方法に焦点を当てることが不可欠です。
プロトコルの強みと制限
このプロトコルは、再現可能なチェアサイドメソッドに基づいています。したがって、この発見は、口腔内スキャナーを使用して摩耗を監視する方法を探すときに臨床医が期待できることに変換されます。3DWAプロトコルは正確であることが証明されており、さらに、摩耗の進行が大きい患者と低い患者に見られる摩耗のレベル(表2)は、文献に見られるものと類似しており、精度も高いことを示唆しています4,5,7,8,9。
制限は、臨床医が直面する制限でもあります:口の開口部の制限、唾液またはスキャンパウダーの存在(スキャナーの種類によって異なります)、およびランダムエラー(表面レベルで62μm)をもたらす可能性のあるスキャンアーティファクトまたはソフトウェアエラーなどの患者関連の要因は、重度の歯の摩耗(年間68〜140μm)の患者で1年後に予想される摩耗の量と比較するとかなり重要です。または、年間約30μmの生理的摩耗を有する患者において4,5,6,7,8,9。ただし、間隔が長くなるか、歯の摩耗がより深刻で急速に進行するため、摩耗の範囲が大きくなると、重複測定誤差ははるかに重要ではなくなります。第二に、研究目的のために、DMEを減らすために測定を繰り返すことができます。第三に、スキャナーとスキャンシステムは絶えず改訂および更新されており、精度は将来増加すると予想されており、正確な高さと体積の測定の可能性が高まります。
3DWAプロトコルは、研究における歯の摩耗の進行に関する有用で信頼できる情報を提供しますが、標準的な臨床ケアに適用するにはおそらく時間とコストがかかりすぎます。定量的な摩耗測定に必要なソフトウェアは、歯科臨床医は言うまでもなく、研究者にとって容易に利用できません10。完全な歯列の比較には、評価者の経験と摩耗の重症度に応じて、3〜6時間かかる場合があります。したがって、著者らは、患者ケアを改善するための重要な次のステップは、この検証済みの3DWAプロトコルの自動化であり、これにより時間とコスト効率が向上すると感じています。摩耗の進行を判断するためにすべての歯と尖頭を測定する代わりにインデックス歯を使用するなど、さまざまなアプローチも使用できます13。
既存/代替方法に対するこの方法の重要性
このプロトコルは、歯の摩耗指数(TWI)、歯の摩耗評価システム(TWES)、または基本的な侵食摩耗検査(BEWE)などのより一般的に使用される定量的方法と比較して、歯の摩耗の進行に関するより定量化可能で客観的かつ正確なデータを提供します24,25,26。これは、摩耗を評価するためにラボスキャナーやスキャンされた印象を使用せずに、すべての直接in vivoスキャンで行われた最初の研究です。この研究では、身長を測定するときに適切なプロトコル精度と優れた評価者内精度が見つかりました。評価者間にわずかな差があり、患者が中等度から重度の摩耗が安定または進行していると誤って診断されることはありませんでした。.この方法では、以前の研究がより信頼性が高いと主張している正確な体積変化測定を提供できず、その分野では、より多くの研究を行う必要があります15。
高さに対して0.062 mm(ランダム誤差、またはDME)の特定されたプロトコル精度は、特定の測定のプロトコルの精度を決定しようとするときに考慮すべき唯一の要因ではありません。体系的なエラーは、却下するのに十分最小限です。ただし、0.062のランダム誤差はランダムであるため、すべての測定で同じではありません。これは、最小精度の単純なしきい値の存在を除外します。繰り返し測定が多い研究環境では、ランダム誤差の影響は最小限に抑えられます。ただし、個々の患者では、ランダムエラーが有効になります。0.062 mmのランダム誤差の重要性は、身長減少の真の値が病理学的歯の摩耗を意味するかによって異なります。DMEと組み合わせた選択されたしきい値は、何もない場合に病理学的歯の摩耗を測定する測定の可能性を決定し、その逆も同様です。たとえば、個々の患者について、年間0.070 mmの歯の摩耗のしきい値が病理学的であると判断され、年間0.030 mmの歯の摩耗が生理学的であると考えられる場合、0.062 mmのDMEは、真の値が0.030 mmの場合、識別された値が0.070 mmよりも高い確率が26%になります。 これにより、患者を病理学的摩耗を有するものとして誤って分類する。しかしながら、3年後、病理学的摩耗の閾値は0.210mmであろう。次に、真の値が0.090 mm(3年あたり)の場合、見つかった値がしきい値よりも高い確率はわずか2.6%です。したがって、個々の摩耗を正確に判断するために、中程度の摩耗の患者では数年後、または進行が疑われる短い間隔で歯の摩耗を測定することをお勧めします。
さらに、見つかった精度を以前に報告された値と比較することは非常に困難です。スキャナーの精度と精度については多くの研究が行われてきましたが、この研究で使用されている特定の手法であるフルアーチをスキャンする(精度を下げる)が、単一の歯を比較する(精度を高める)ため、完全なアーチと単一の歯で与えられた値を比較することは不可能です18。歯の摩耗の進行について実施された研究では、報告された精度は、シミュレートされた摩耗に関するin vitroの所見に基づいているか、レーザーまたはラボスキャナーで行われたため、この研究の結果と比較することは困難であり、臨床現場ではあまり関連性がありません6,14,17,20,21。
アプリケーションの重要性
全体として、これらの発見は、口腔内スキャンの定量的摩耗測定が、高さの摩耗の進行を定量化するための達成可能で正確な方法であることを示しています。結果は、オペレーターの経験やプロトコルの限られたトレーニングとは無関係のようです。これは、摩耗を定量化および監視し、被験者記録に情報をデジタルで保存できるなど、研究において大きな利点があります。このプロトコルは、治療オプションを決定し、意識を高め、患者中心のケアを改善するために、歯の摩耗の管理における臨床診療に役立ちます。現在、実行するには時間がかかりすぎますが、完全な歯列の代わりにインデックス歯を測定するなど、臨床診療用のプロトコルの修正バージョンは、プロトコルの自動化だけでなく、この問題を軽減することができます。これは、患者が標準治療の一環として定期的にスキャンされ、摩耗が進行する領域をソフトウェアで診断する未来に向けた重要なステップになります。
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究の一部は、Dutch Journal of Dental (Stichting Bevorder Tandheelkundige Kennis, NTVT BV)によって資金提供されています。
Materials
| Dry Tips | Microbrush International | 273-DTL | Dry pad to cover buccal mucosa |
| GeoMagic Qualify | 3D Systems | Measurement, comparison and reporting software tool for first-article and automated inspection processes | |
| High Resolution Scanning Spray Powder | 3M ESPE | 42295100 | Powder to cover to-be scanned surfaces |
| High Resolution Sprayer | 3M | 42295100 | Sprayer for scanning powder |
| Lava Chairside Oral Scanner | 3M ESPE | 68901 | Intra Oral Scanner |
| Mobile True Definition Scanner | 3M | M06-6060 | Mobile Intra Oral Scanner |
| OptraGate | Ivoclar Vivadent | 49294 | Flexible lip and cheek retractor |
| Saliva Ejector HYGOFORMIC | Pulpdent | SV-6075 | Intra Oral Scanning Aids in tongue retraction and suction for mandibular scanning |
| True Definition Scanner | 3M | M06-6000 | Intra Oral Scanner |
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