Evaluation of a digital study model superimposition method based on best-fit algorithm

Gavel Ellis, Hauspie Febe, 2025
Tegenwoordig maken orthodontisten steeds vaker gebruik van doorzichtige beugels, zogenaamde clear aligners, in plaats van de klassieke metalen blokjes. Deze aligners verplaatsen de tanden geleidelijk naar de juiste positie door middel van een reeks opeenvolgende, op maat gemaakte, beugeltjes. De aligners zijn comfortabel en vooral esthetisch aantrekkelijk, omdat ze nauwelijks zichtbaar zijn. Maar hoe weten we of zo’n behandeling echt doet wat ze belooft? In wetenschappelijk onderzoek wordt de effectiviteit van behandelingen met aligners vaak gemeten door digitale 3D-modellen van het gebit voor en na de behandeling met elkaar te vergelijken. Door die modellen over elkaar te leggen, kunnen onderzoekers nauwkeurig meten hoeveel elke tand bewogen is. Zo kunnen ze nagaan in hoeverre het eindresultaat overeenkomt met het vooraf geplande doel. De meest gebruikte methode om deze modellen over elkaar te leggen, is de zogenaamde best-fit methode. Deze methode werkt op basis van een algoritme ondersteund door artificiële intelligentie. Daarbij zoekt de computer de meest passende overlap tussen de modellen. Handig, want het gaat snel en automatisch. De vraag is alleen, is deze methode betrouwbaar genoeg voor onderzoek? Om dat te achterhalen, vergeleken we in onze masterproef de resultaten van het best-fit algoritme met een referentie waarvan we met zekerheid weten dat die volledig correct is: twee modellen die exact hetzelfde globale assenkruis delen, de zogenaamde global origin. Als je modellen op basis van dezelfde global origin inlaadt in een gespecialiseerde software, dan komt dit overeen met de tandbewegingen in realiteit. Dat biedt dus een ideale meetlat om te evalueren hoe accuraat de best-fit methode echt is. Onze aanpak bestond uit het verzamelen van digitale modellen van 31 patiënten die met Invisalign® (een merk van clear aligners) werden behandeld binnen de opleiding orthodontie aan de Universiteit Gent. In totaal analyseerden we 61 tandbogen en 818 tanden. Voor elk van die tanden brachten we een eigen, lokaal assenstelsel aan. Op die manier konden we de beweging van elke tand vastleggen in zes richtingen: zowel translatie als rotatie langs de x-as (links/rechts in de tandenboog), de y-as (voorwaarts/achterwaarts loodrecht op de tandenboog) en de z-as (omhoog/omlaag). Voor elk van deze zes bewegingsrichtingen vergeleken we de resultaten van de best-fit methode met die van de global origin methode. Daarbij hielden we ook rekening met bijkomende factoren, zoals het al dan niet trekken van tanden en of er ruimte werd gemaakt door de tanden lichtjes bij te slijpen. In twee van de zes richtingen, namelijk de verplaatsing langs de x- en y-as, stelden we een significant verschil vast tussen de metingen van de best-fit methode en die van de global origin methode. Ook bij patiënten bij wie tanden werden getrokken zagen we een significant verschil tussen beide methodes voor verplaatsing rond de x-as. De best-fit methode bleek de werkelijke tandbeweging in sommige gevallen te overschatten of te onderschatten. Voor de andere bewegingen, werden echter geen statistisch significante verschillen vastgesteld. Hoewel het slechts om millimeters gaat, kunnen de verschillen tussen de best-fit methode en de global origin wel degelijk impact hebben in een onderzoekscontext. De best-fit superimpositie is immers de standaardmethode in wetenschappelijk onderzoek naar de effectiviteit van alignerbehandelingen, zoals Invisalign. Wanneer deze methode onnauwkeurige metingen oplevert, kunnen foutieve conclusies ontstaan over de effectiviteit en nauwkeurigheid van een behandeling. Dat ondermijnt het vertrouwen in wetenschappelijke bevindingen, beïnvloedt vergelijkende studies tussen alignersystemen en kan zelfs de ontwikkeling van nieuwe behandelstrategieën vertekenen. Door met ons onderzoek aan te tonen waar en wanneer de best-fit methode afwijkt, met name vooral bij complexe behandelingen zoals wanneer tanden getrokken worden, dragen we bij aan meer betrouwbare, eerlijke en wetenschappelijk onderbouwde evaluaties van alignertherapie. Dit komt uiteindelijk ook de patiënt op lange termijn ten goede.

Promotor Luc Trimpeneers
Opleiding Tandheelkunde
Domein Beugel / scheve tanden
Kernwoorden Clear aligner - superimpositie methode - best-fit