A new way of analyzing tooth movement using universal coordinate system geometry single point superposition in a 3D model

ABSTRACT

ABSTRACT Introduction: Superposing 3D models is an imminent need. However, current methods rely on marking multiple points on the maxilla and mandible, which could increase point marking and overlapping errors. Objective: This study aimed at developing a method for superimposing 3D models of the maxillary and mandibular arches with Autodesk Inventor® engineering software, using a single universal coordinate system (UCS) point superposition. Methods: A total of 104 STL (stereolithography) models of the maxillary and mandibular arches exported from My iTero® platform were retrospectively selected, in which T0 and T1 were the initial and refinement periods, respectively (n=26 per group). The X, Y, and Z coordinates associated with a single point in each arch were inserted into the models with SlicerCMF® software for model orientation. The arch models with UCS registration were transferred to Autodesk Inventor® for superimposition and to measure tooth movements performed during Invisalign® treatment. Arch expansion, intrusion and rotation were analyzed by two examiners. The statistics were performed using intraclass correlation coefficients (ICC), Dahlberg's formula, and t-test (p<0.05). Results: A reliable method of superimposing 3D digital models using a single UCS point in the maxilla and mandible was developed. ICC showed excellent intra- and inter-examiner correlation (ICC>0.90). A systematic error was not found concerning linear and angular measurements (<1mm and <1.5°, respectively). Digital dental movements could be analyzed, including arch expansion, dental intrusion, and tooth rotation. Conclusions: The developed method was proven reliable and reproducible for superimposing 3D models of the maxillary and mandibular arches by using UCS system.

RESUMO

RESUMO Introdução: A sobreposição de modelos 3D é uma necessidade iminente. No entanto, os métodos atuais dependem da marcação de múltiplos pontos na maxila e na mandíbula, o que pode aumentar a incorporação de erros no processo de sobreposição. Objetivo: O objetivo desse estudo foi desenvolver um método para sobrepor modelos 3D das arcadas superior e inferior utilizando o software de engenharia Autodesk Inventor®, por meio da marcação de um único ponto em cada arcada, usando o sistema de coordenadas universal (UCS). Métodos: No total, 104 modelos STL das arcadas superior e inferior exportados da plataforma My iTero® foram selecionados retrospectivamente, onde T0 foi o período inicial e T1, o de refinamento (n=26 por grupo). As coordenadas X, Y e Z associadas a um único ponto em cada arcada foram inseridas nos modelos usando o software SlicerCMF®. Os modelos com os pontos UCS demarcados foram transferidos para o software Autodesk Inventor® para realizar a sobreposição e medir os movimentos dentários realizados durante o tratamento com Invisalign®. Os movimentos de expansão, intrusão e rotação foram analisados por dois examinadores. A análise estatística foi realizada usando os coeficientes de correlação intra-classe (ICC), fórmula de Dahlberg e teste t (p<0,05). Resultados: Foi desenvolvido um método confiável de sobreposição de modelos digitais 3D usando um único ponto UCS na maxila e mandíbula. O ICC apresentou excelente correlação intra e inter-avaliadores (ICC>0,90). Não foi encontrado erro sistemático nas medidas lineares e angulares (<1mm e <1,5°, respectivamente). Os movimentos dentários puderam ser analisados por meio do método proposto, incluindo expansão da arcada, intrusão e rotação dentária. Conclusão: O método desenvolvido provou ser confiável e reprodutível para sobreposição de modelos 3D das arcadas superior e inferior usando o sistema UCS com marcação de ponto único.