Accuracy of 3D printed clear aligners according to restorative material types obtained by intraoral scanners

Abstract

Orthodontic treatments using clear aligners are increasingly popular among adults due to their minimal impact on appearance and work life. The transformation of digital dentistry using intraoral scanners, facilitated by advancements in CAD/CAM technologies, has been pivotal in the widespread adoption of clear aligners. Recently, the direct 3D printed clear aligners using 3D printers has attracted attention from clinicians. Successful orthodontic treatment using clear aligner requires customized plans for sequential tooth movement and the precise fabrication of aligners to deliver proper orthodontic forces to target teeth. The segmentation of teeth in treatment planning is crucial and is influenced by the quality of the mesh of the digital model. While intraoral scanners allow for immediate digitalization of the dentition of patients, their accuracy can vary depending on the restorative materials present in the mouth. Therefore, this study aims to examine the effect of restorative material and intraoral scanners on the mesh data of teeth and the accuracy of 3D printed clear aligners. For comparative analysis, reference scan data were obtained using a tabletop scanner, and test data were collected using PrimeScan (Dentsply Sirona, York, PA, USA), Trios 3 (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark), and i600 (Medit, Seoul, Korea) scanners from typodonts containing crown restoration made of metallic and non-metallic materials. The collected scan data from different scanners were evaluated for mesh quality and three-dimensional accuracy. Finally, 3D printed clear aligners based on different mesh information were assessed. The results showed that mesh quality was superior in the following order: i600 (0.81), PrimeScan (0.76), and Trios 3 (0.74), regardless of the restorative material (p < 0.05/3). Tooth size discrepancies showed that resin teeth and zirconia crowns were measured larger than their actual sizes, whereas gold crowns tended to be measured similarly or smaller. In model analysis measurements, Trios 3 measured significantly smaller than the other intraoral scanners, while Primescan showed superior accuracy in full arch scan comparisons (p < 0.05/3). When scanning gold crowns, the i600 scanner had the largest RMS error value, averaging 59 μm (p < 0.05/3). In the accuracy comparison of the inner surface of printed clear aligners, the gold crown group scanned with the i600 showed the largest average RMS value in the proximal area, at 94 μm (p < 0.05/3). In conclusion, the accuracy of clear aligners and mesh quality are affected by the type of restorative material and scanner used. Metallic restorative materials made it difficult to obtain accurate scans with triangulation technology, resulting in inaccurate clear aligners. Therefore, to improve treatment outcomes, clinicians should select scanners less affected by restorative materials or carefully consider the restorative materials in the patient's mouth during treatment.

투명 교정 치료는 외모와 직업생활에 미치는 영향이 적어 성인과 직장인 사이에서 인기를 얻고 있다. 구강 스캐너의 보급으로 인한 디지털 덴트스트리로의 전환과 CAD/CAM의 발전은 투명 교정 치료가 널리 퍼질 수 있던 핵심 배경으로 작용하였다. 최근 3D 프린터로 투명 교정 장치를 직접 출력하는 장치가 주목받고 있으며, 성공적인 교정 치료를 위해서는 환자 개인에게 최적화된 단계별 치아 이동 설계와 교정력을 올바르게 전달하기 위한 정확한 장치 제작이 필요하다. 구강 내 스캐너를 활용하면 환자의 치열을 즉각적으로 디지털화가 가능하지만, 구강 내 수복 재료에 따라 스캔 정확도의 차이가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구는 구강 내 스캐너를 이용하여, 보철 수복 물의 재료에 따라 구강 스캔 데이터와 3D 프린팅 투명교정장치 내면의 정확성에 미치는 영향을 확인해 보고자 한다. 비교 평가를 위해 참조 스캔데이터는 테이블 탑 스캐너를 이용했고, PrimeScan (Dentsply Sirona, York, PA, USA), i600 (Medit, Seoul, Korea), and Trios 3 (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark) 구강 스캐너를 이용해 각각 골드 소재와 지르코니아 소재로 만들어진 보철물이 포함된 두 가지 유형의 타이포돈트 데이터를 수집하였다. 수집된 스캔 데이터에 대해 메시 품질에 대한 평가와 3차원적인 정확도를 평가하였고, 최종적으로 서로 다른 메시 정보 기반의 3D 프린팅 투명교정 장치 내면 정확성에 대해 평가하였다. 실험 결과, 메시 품질은 보철물 재료에 따른 차이는 없었고, i600은 0.81, PrimeScan은 0.76, Trios 3는 0.74 순서로 품질이 우수했다(p < 0.05/3). 소재에 따라서 레진과 지르코니아는 실측값에 비해 크게 측정되는 경향이 있었고, 골드는 비슷하거나 더 작게 계측되는 경향을 보였다. 모델 분석 측정에서 Trios 3는 다른 구강 스캐너보다 훨씬 작은 측정값을 보였고(p < 0.05/3), Primescan은 전체 악궁 스캔 비교에서 우수한 정확도를 보여주었다(p < 0.05/3). 골드 크라운을 스캔한 i600 스캐너의 RMS 값은 평균 59μm로 다른 스캐너들에 비해 유의하게 높았고(p < 0.05/3), 프린팅된 투명교정 장치의 내면 정확도 비교에서도 i600으로 스캔한 골드 크라운 군에서 치아 인접면 영역에서 평균 RMS 값이 94μm로 가장 높게 나타났다(p < 0.05/3). 결론적으로 구강 스캐너를 활용한 3D 프린팅된 투명교정 장치의 정확성은 일반적으로 양호한 결과를 보였지만, 삼각측량 기술 기반의 구강 스캐너로 골드 크라운의 정확한 외형 정보를 수집하기 어려웠다. 구강 내 스캐너의 선택은 메시의 품질과 투명교정 장치의 정확성 모두에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서 투명교정 치료 결과를 향상하기 위해, 수복 재료의 영향을 적게 받는 스캐너를 선택하거나 환자의 구강 내 수복 재료에 대한 신중한 고려가 필요하다.