抽象
目标
比较传统的石膏模型，数字模型和牙科石膏的三维打印副本根据不同的标准转换。 要确定使用开源系统的RepRap可以取代传统的石膏牙科医疗蒙上是否获得3D打印的副本。 比较和对比的两个可能的3D打印选项的素质 - 开源系统的RepRap和商用3D打印。
设计和设置
10牙科石膏的方法比较研究口腔正畸科，口腔科，医学第2次故障，查尔斯大学布拉格，捷克共和国系转换。
材料与方法
每10石膏是由英力士蓝扫描仪扫描和印刷上的三维打印机的RepRap [10款]和谟HD3000 3D打印机[1模型。 关于石膏模型及其三维拷贝上下颚的牙弓选择点之间的线性测量记录和统计分析。
结果
3D打印份数比传统的石膏许多优点。 精度和石膏的3D的RepRap打印副本的准确性被证实的基础上进行统计分析。 虽然商购的三维打印使比的RepRap系统打印详情它是昂贵的和临床使用的目的，可以通过从的RepRap打印副本获得的便宜的打印来代替。
结论
传统的石膏蒙上扫描来获得数字模型提供了一个务实的做法。 扫描可以随后用作模板进行打印所需的石膏模型。 使用3D打印机可以取代传统的石膏模型主要是由于其准确性和价格。
关键词：3D 打印，快速成型，石膏，牙科
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背景
石膏提供 用于监控和记录处理的进展一起拍照和成像技术[金标准1 ]。 它已经从石膏模型对患者的牙弓，牙齿的位置，其尺寸精确目前，可靠的信息体验是显而易见的。 患者的齿列矫正的数据通常是由牙石膏测量由数字测径得到的，进一步存储用于将来使用。 目前有必要存储患者的石膏模型进行的立法和进一步的临床workups，然而与使用存储患者的'中的数字形式的数据时必需品出现，我们还消除了我们不仅保留再现牙科石膏的可能性石膏模型的不必要的存储这是不容易必需的。
用石膏模型的缺点包括它们的存储与参与患者的护理[其他专业人士分享其数据的负担，损坏或断裂的危险，其重量重和困难2 ， 3 ]。
数字技术整合到牙科诊所的所有分支，如口腔修复，保守牙科和正畸。 这些技术包括锥形束断层摄影术，三维面部成像和各种扫描技术[ 4 ， 5 ]。 许多研究证明，牙模的三维数字模型具有相同的准确度和精密度作为传统的石膏模型[进行测量6 - 10 ]这一切都是没有显著影响咬合信息[可靠性达到11 ]。 Leifert等。 倾注了自己的工作比较数字模型和石膏。 其结果是，为临床实践，测量间的数字模型和石膏模型[小于0.5毫米平均差可接受12 ]。 数字化研究模型被证实是传统膏药的有效替代由惠滕等人治疗计划蒙上了II类错牙合畸形的病人。 [ 13 ]。 本研究比较决定从数字和传统膏药获得的数据制作的铸模型的可靠性，这是从理论的重要一步实践。
这里必须提到，病人的数据的数字化是容易受到滥用以及作为容易发生技术错误。 这些措施包括在存储大量因硬件，数据丢失和未经授权的访问病人的数据存储容量的限制数据的局限。 然而，大多数这些技术上的困难可以通过专家的投入在各自的领域加以克服。 数字化的可用方法包括：石膏模型由扫描器（触觉或非触觉），光光学数字化，计算机断层方法和激光光学方法扫描（例如立体摄影测量）。
迄今只有一个单一的研究已经证明在牙科从数字数据获取3D对象的可能性。 在这项研究中的人进行的基廷。 一个标准的立体（清脂，0,15mm层）被用来获得扫描投3D模型。 然而它是后来发现，这种研究缺乏，因为只有两个石膏模型是在三维印刷，并用于所有的测量足够的精度。 同样的研究证实手持数显卡尺是可靠的铸造测量[ 14 ]。
有许多使用不同的技术来打印各种三维物体的能力可用打印机。 最常用的打印机，其中薄的塑料线被放下，并建立了塑料对象FDM（熔融沉积成型）。 的RepRap机器是利用这种技术可用的打印机之一。 基于粉的打印机，如Zcorp（石膏像喷墨粘粉）或SLS（选择性激光烧结），其中尼龙或类似的热塑性粉末的局部用激光束熔化）。 SLA（stereolitography）是打印机的另一种类型，其中可UV固化树脂在所需的形状由光源固化。
尽管提供打印的最高品质，SLA相对仍然是一个昂贵的和缓慢的选项，其中打印可能需要长达12个小时。 相比之下，以SLA打印机，FDM打印机报价质量较差的打印与区分层次面。 开源的RepRap打印机，然而，提供负担得起的打印，可以同时提供所需足够接近匹配在一小时或高度详细的打印下在几个小时。
本研究的目的
1.要确定扭转通过扫描传统石膏，为物理3D形状获得三维数字模型的可能性。
2.要阐明的石膏模型，并在三维的RepRap印本距离测量是否是等价的，具有可比性。
3.要确定的RepRap 3D打印模型是否可以取代石膏的过程中蒙上制作和其潜在的好处和优势。
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材料和方法
10石膏模型本研究采用随机抽取，并从口腔，第二医学院，布拉格查尔斯大学部正畸门诊获得。 所有患者或其法定代理人均知情同意。 被要求为这项研究没有道德的批准。
所有的石膏模型，从病人的印象（藻酸盐印模材料，Ypeen，捷克共和国）正畸治疗中采取倒。 他们都被铸在常规材料（石膏）和常规修剪。 有写在蒙上没有个人的数据。 他们随后被编号从1到10的所有石膏铸完全再现充分拱门，没有表面损伤，齿材料或破损的损失。 在石膏模型既没有放大，也没有地标预标记。 各种正畸异常和牙齿的位置被证明被视为代表普遍遇到的正畸医生“的情况。
要捕获所有石膏模型的三维数字模型，INEOS蓝扫描器（西诺德，奥地利）与所有样品相同的协议使用。 INEOS蓝色是基于短波长的蓝光非触觉扫描仪。 所有石膏模型中根据不同的齿的形状和特别硬腭覆盖铸造的所有表面多个平面进行扫描。 扫描后的数据被保存为STL文件; 计算机软件inLab生物仿制药（西诺德，奥地利）合并获得的数据和构成的三维数字模型。 该模型导出到标准化stereolitography（STL）文件格式。 在石膏模型所获得的三维模型包括大约26万的顶点和50万的面孔，因而其大小约为25 MB。 扫描（和得到的模型太）的分辨率为19微米，但的RepRap打印机的分辨率是大约200微米。 因此，我们减少使用开源网格处理系统MeshLab重新划分网格模型约55 000面（视觉计算实验室 - ISTI - CNR，意大利）和Netfabb Studio的基础（netfabb有限公司，德国）。 我们用于减少二次崩边抽取方法。 简化模型的大小约为3 MB。 然后自相交或复制面，非流形边和顶点在需要的地方被去除。 STL的模型处理的最后一步被灌而致模型准备和充分有效的打印机的RepRap的孔。 最后，STL模型切成单个层，打印喷嘴的路径计算和STL被Slic3r（亚历山德罗Ranellucci，意大利）转换为GCODE文件。 该GCODE文件包含由三维打印机所需的所有信息。
在石膏模型中的10个3D打印在的RepRap（捷克共和国）三维打印机（ABS工程塑料材质，层0.35mm时蓝色）（图1 ）。 为0.35mm层是可以通过的RepRap打印机此刻可以实现最薄层。 其中一个模型也印上ProJetHD3000三维打印机（3D系统，美国，清脂）比较距离和印在开源和商业打印机型号质量。
Figure 1
图1
的RepRap三维打印机。
类似的线性测量是石膏和3D通过初步培训后，一个训练有素的评估印刷本。 一些离群测量不包括在研究改善由数字测径器测量的方法，所有的测量均进行两次，以保持的数字卡尺间隔一周使用手（节期，中国，准确性0.01毫米）（图2 ）。 共有160测量统计评价。
Figure 2
图2
手持与用于检测指定点的距离为0.01mm的精度数显卡尺。
测量的尺寸被选定为之间的距离：
x平面：Intercanine距离 - 犬的咬合技巧之间的距离
y平面：犬的尖端的距离，并在下颌第一恒磨牙近中腭尖
z平面：犬的临床冠高度
混合距离：第一门齿的近中边缘和犬的风口浪尖之间的距离
统计评估
获得与这里介绍的所有数据进行统计评估。
在石膏模型和3D的RepRap打印份数的测量重复性被配对t检验[测试15 ]（表1 ）。 这里必要的假设已被提出，重复测量值之间的差异是从正态分布。 该测量属于正态分布的假设下，使用里尔福斯试验[随后证实16 - 18 ]。
Table 1
表格1
零假设和标准偏差的 配对 t 检验 的结果 对两种类型的模型测量
在石膏模型和的RepRap三维打印副本的测量的精确度是从重复测量（表的差推定1 ）。 让X，Y〜N（μ，σ2）是从第一和第二独立的距离测量值，则Z〜N（0,2σ2）是它们的差（Z = X-Y）。
在石膏模型和测量上的RepRap 3D打印副本测量的股权分别采用配对t检验（表确认2 ）。 的平均值W〜N（0，σ2/2）被用于此目的（W =（X + Y）/ 2）。
Table 2
表2
零假设的 配对 t 检验 结果 和结果的零假设的F检验
使用方差相等的F检验[进行对石膏模型和上的RepRap三维打印副本的测量精度的测量精度的比较19 ]（表2 ）。
距离测量的三维的RepRap印本的准确性用的石膏模型和3D的RepRap印本（表之间的差异标准偏差估计3 ）。
Table 3
表3
标准偏差总和的石膏模型和三维图案和其标准偏差
从商用打印机获得3D印刷材料收集到的数据无法统计评估，因为数量不足的数据。 表3示出了通过比较石膏，的RepRap印刷品和商业印刷品进行的测量的差异。
所有的试验为3-3上显着性水平p值= 0.05进行，分别（intercanine距离中，x平面），3-6（犬的尖端之间的距离-尖第一磨牙，y平面的近颊尖的）和混合的距离。 所有的统计计算是使用Matlab的统计工具箱执行的处理20 ]。
对比研究
形成石膏，数字模型和3D印刷模型的过程中在图中示意性地示出3 。 印象服用常见的过程需要参加牙科诊所和印象中牙科实验室制造的石膏，这后来被用作各种扫描仪和数据扫描的模型都保存在大容量存储设备的数字形式（图4 ）。 三维模型可以在有需要时，然后可以从所存储的数字数据重建。
Figure 3
图3
形成石膏模型的过程的方案，数字模型和3D印刷从印象模型取到的数字数据作为模板用于三维打印机的利用率。
Figure 4
图4
计算机数字模型。
表4显示了基于各种标准石膏，数字模型和3D打印的副本对比研究。
Table 4
表4
该表显示了基于各种标准石膏模型，数字模型和3D印刷本的比较研究
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结果
在石膏模型和上的RepRap三维打印副本的距离测量的精度是相同的。 这是由所估计的特性，包括置信区间（表确认1 ）。
在石膏模型，并在三维的RepRap印本的距离测量结果相同。 有他们之间没有显著差异（采用配对t检验，评估表2 ）。
在3D的RepRap距离测量印本（相对于石膏模型）的精度，使用的石膏模型和3D的RepRap打印副本之间的差异的标准偏差估计。 标准偏差值没有显著不同（或者甚至更小），比石膏模型和的RepRap 3D印本（表的标准偏差值的总和3 ）。 所有的标准偏差值均小于0.5毫米。
这些结论适用于所有测量距离。
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讨论
本研究提出了使用三维印刷牙科研究模型的数字数据的重建的新方法。 的优点和传统使用的石膏，数字扫描模式和3D打印份数弊端也这里提出。
虽然三维打印的优点已被许多作者提到[ 7 ， 21 ]这里，我们提出在与传统的石膏模型（表比较这些属性的摘要4 ）：
优点：重量轻，压裂和损坏的概率低到大多数材料，耐久性，耐磨性，可移植性和共享数字数据最重要的可能性高阻力。 此外，还有生产需求的新的3D模型从而将消除存储问题的负担的可能性。 也有使用环保材料，打印的潜力。
缺点：需要训练有素的技术人员来说，交流患者的数据的合法性，材料的耐热性低时，可能的数字数据的损失，由于技术上的错误。
一个围绕3D打印的主要问题是它的成本高。 然而，为了规避成本问题，我们可以使用一个开源打印机等的RepRap具有打印每一个总体成本低（与商用打印机ProJetHD3000，表4 ）。 虽然与打印机使用相关的成本比石膏模型要低得多，打印机需要有资格的人的存在，以避免导致三维打印的过程中的错误的并发症。 然而，这需要进行生产石膏模型所需的合格的实验室援助没有什么不同。
为了使用任何3D传统石膏的打印副本施放牙科是其准确度和精度，以满足其需要的必要条件。 虽然很明显，即管型印在商业PROJET D3000打印机质量更高（图的5 ）中，我们没有遇到用于临床目的在两任何差异。 使用标准测试统计分析证实上的RepRap三维打印副本的测量的准确性和精确度。 在这里，我们可以得出结论，3D打印可用作扭转先前扫描石膏模型的存储三维数字数据的可靠方法。 这种缺乏显著差异是可能维持临床优点，例如建立数字图书馆和具有能够在需要时获得物理石膏的可能性的重要概念。
Figure 5
图5
印刷的RepRap和商业印刷的石膏之间的差异。 A）的RepRap打印- bucal来看，B）的RepRap打印-半咬合面来看， 三 ）商业印刷- bucal视图，D）商业印刷-半咬合视图。
相比较而言，事件虽然PROJET对 从一个低价格的手益处和打印速度更快更高的分辨率和精确度，的RepRap以及使用具有不同性质的各种材料和打印机的小尺寸（图的可能性6 ）。 另外打印在的RepRap打印机的质量可以用小的投资大大提高。
Figure 6
图6
从bucal（B1）从具有的RepRap打印的视图bucal（a1）中，半咬合（a2）和咬合（a3）的点传统石膏的比较。半咬合（b2）和视咬合（B3）点。
以数字形式保存患者的数据可以帮助解决存储问题，因为所有的研究模型，必须保留一定的时间，这就需要大的存储空间。 另一方面，当不再需要该三维印刷石膏，它们可以被回收和再利用。 这是相对于传统的石膏猫环保明智的选择。 数据数字化也提供了该小组负责在照顾病人的各种医生需要检索和病人的数据传输到什么时候解决方案。 但是从某种观点的法律点共享病人的数据时，因为有潜在的保密性和隐私问题，可能是容易出现误操作一定要提高警惕。 据认为，3D打印对象可在很多研究领域发挥越来越重要的作用。 进一步的研究是必要的在这一领域，有必要把重点放在简化扫描和3D打印的过程。 还有对3D直接从其他来源的数据，如ortopantomograph，CT扫描或病人的嘴直接扫描打印机，以消除传统制造石膏的中间步骤重建数据的范围。
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结论
1.可以构建数字数据，以获得三维印刷模型。
2.距离并在石膏模型和上的RepRap三维打印副本的测量的精确度是相等的。
3. 3D的RepRap打印模式可以代替石膏制作的过程。
4. 3D的RepRap打印机相比，幻灯牛逼 D3000的时候，它有可能取代传统的石膏是更便宜，更快的选项优势。
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缩略语
FDM：融合沉积造型; SLS：选择性激光烧结; SLA：Stereolitography; CT：计算机断层扫描; 3D：三维; PM：石膏模型; RR：的RepRap打印副本。
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利益冲突
有没有关系，或可能造成利益冲突的资金支持。
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所有的作者都显著贡献，所有的作者都是在稿件的内容一致。 MK测得的直线距离，在选择研究组，并在扫描石膏模型，以及在数据评估参与，TD监督患者的选择，在数据评估了一部分，LG评估后的数据统计，在测量对象参加，PD扫描石膏，把研究对象的照片，并有助于数据分析，AP监督3D打印和3D打印相比，JP印刷3D打印和3D打印机的技术规格作出了贡献，他带着在数据评估和扫描部分，SK提供的语言矫正。