楊錦濤，范 典，蘇 明，單丹妮，鄭芃芃，陳紅嫣，楊新宇，張 良，

自從1997年Align公司推出了無托槽隱形矯治系統(tǒng)(Invisalign)以來，隱形矯治器憑借其獨(dú)有的美觀，可摘戴，舒適等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臨床矯治之中，然而，隱形矯治療效評(píng)估多以拔牙病例為主[1]，有關(guān)小范圍移動(dòng)下的非拔牙病例的臨床療效卻鮮有研究。

目前，隱形矯治器的臨床療效評(píng)價(jià)主要通過掃描口內(nèi)圖像獲得牙冠三維影像。雖然口掃圖像具有較高的分辨率，但忽略了牙根與頜骨的關(guān)系，同時(shí)，錐形束投照計(jì)算機(jī)體層攝影系統(tǒng)(cone beam computed tomography，CBCT)獲取的分辨率較低，牙冠圖像部分并不準(zhǔn)確[2]。

因此將頜骨、牙冠、牙齦、牙根融合，建立完整的數(shù)字化牙頜模型，能夠得到更精確的臨床效果，避免因?yàn)槿鄙傺栏鶖?shù)據(jù)，出現(xiàn)骨開窗、骨開裂，甚至牙根外露[3-7]。本研究在此基礎(chǔ)上，通過配準(zhǔn)三維重建與口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)，建立治療后患者完整冠根融合模型，以預(yù)測(cè)模型為基準(zhǔn)，測(cè)量小范圍移動(dòng)下前牙轉(zhuǎn)矩和軸傾的差異，以期為臨床應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2020年12月—2021年12月來徐州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院就診的錯(cuò)牙合畸形患者11例，年齡(20±2)歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡>12歲；②錯(cuò)牙合畸形患者，能理解并配合完成治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①曾經(jīng)完成正畸治療的患者；②曾經(jīng)做過正頜手術(shù)的患者；③唇腭裂患者；④顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病的患者；⑤需要使用功能矯治器的患者；⑥有傳染性疾病和(或)系統(tǒng)性疾??；⑦氟斑牙、釉質(zhì)發(fā)育不全的患者；⑧口內(nèi)有烤瓷牙、種植牙的患者；⑨嚴(yán)重牙周病患者；⑩不能完成治療的患者。本研究通過徐州市口腔醫(yī)院倫理委員會(huì)審核(2021-012)，患者對(duì)研究方案簽署知情同意書。

1.2 治療方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集 首先運(yùn)用CBCT，口內(nèi)掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過CBCT對(duì)全口牙列進(jìn)行掃描，并以DICOM(digital imaging and communications in medicine)格式保存。再用iTero掃描系統(tǒng)(Align公司，美國(guó))，對(duì)患者進(jìn)行直接口內(nèi)掃描，并且以STL(Standard Template Library)格式導(dǎo)出。

1.2.2 模型配準(zhǔn) 對(duì)之前獲取的CBCT以及口內(nèi)掃描模型通過E-guide軟件(EnvisionTEC，德國(guó))進(jìn)行初步配準(zhǔn)，獲得較為精確的模型(不帶牙根)。

1.2.3 模型分割 對(duì)保存的CBCT模型進(jìn)行分割，通過Mimics 19.0(Materialise公司，比利時(shí))軟件利用不同的灰度值進(jìn)行分割，去除牙根周圍的牙槽骨，來獲得帶有牙根的CBCT模型，并以STL格式導(dǎo)出(圖1)。

圖1 CT圖像的獲取以及根據(jù)Mimics分割牙根Fig.1 CT image acquisition and root segmentation based on Mimics

1.2.4 模型重建 將配準(zhǔn)后的模型和帶有牙根的CBCT模型導(dǎo)入Geomagic Studio 2014(Geomagic公司，美國(guó))中，利用“N點(diǎn)對(duì)齊”“布爾合并”功能，融合牙冠及牙根數(shù)據(jù)，建立一個(gè)全口牙列帶有牙根的三維模型(圖2)。

圖2 口掃模型與CBCT模型配準(zhǔn)Fig.2 Dentition scan data registered with CBCT data

1.2.5 虛擬排牙以及三維打印 將帶牙根的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Maestro 3D Dental Studio(Maestro公司，意大利)中(圖3)，并根據(jù) Andrews 六要素進(jìn)行排牙[8]，成治療過程的設(shè)計(jì)，并以STL格式導(dǎo)出，獲取治療結(jié)束時(shí)的預(yù)期牙列模型。

圖3 將帶牙根數(shù)據(jù)導(dǎo)入排牙軟件并排牙Fig.3 Importing data with roots into the software and arranging the teeth

1.2.6 數(shù)據(jù)再收集以及模型再重建 經(jīng)過復(fù)查，在矯治完成以后可以得到術(shù)后的照片并與術(shù)前照片對(duì)比，再次獲取術(shù)后的CBCT以及口內(nèi)掃描圖像，并進(jìn)行模型的配準(zhǔn)，分割，以及重建，最終獲取術(shù)后帶有牙根的三維模型，以便于前牙轉(zhuǎn)矩，軸傾的測(cè)量。

1.2.7 納入病例的方案設(shè)計(jì) 14—24垂直矩形附件，附件大小3 mm×2 mm×1 mm，唇側(cè)轉(zhuǎn)矩均值為4.74，舌側(cè)轉(zhuǎn)矩均值為3.97，唇側(cè)軸傾均值為1.67，舌側(cè)軸傾均值為2.24，同時(shí)前牙牙冠大小基本一致。根據(jù)醫(yī)師指示：①維持上切牙矢狀向位置，通過上頜擴(kuò)弓，必要時(shí)推磨牙向后解除牙列擁擠；②下頜推磨牙向后，必要時(shí)結(jié)合鄰面去釉解除擁擠；③以面部中線為基準(zhǔn)，調(diào)整上下頜中線；④根據(jù) Andrews 六要素進(jìn)行排牙，最終使牙列排齊整平，建立正常覆牙合覆蓋及Ⅰ類咬合關(guān)系。

1.3 測(cè)量項(xiàng)目

1.3.1 前牙轉(zhuǎn)矩角 本研究使用的測(cè)量方法是激光掃描測(cè)量法指的是前牙在唇舌方向傾斜的角度，是臨床牙冠牙長(zhǎng)軸即定位齦緣最凹點(diǎn)、切緣中點(diǎn)并連接與牙合平面即連接中切牙切緣與雙側(cè)第一磨牙遠(yuǎn)中頰尖的直線構(gòu)成的平面的垂線在唇舌方向上的交角[9]。并且牙冠唇向傾斜時(shí)為正值，舌向傾斜時(shí)為負(fù)值。

1.3.2 前牙軸傾角 指的是前牙在近遠(yuǎn)中方向傾斜的角度，是臨床牙冠牙長(zhǎng)軸與牙合平面的垂線在近遠(yuǎn)中方向上的交角，并且牙冠近中傾斜為正值，遠(yuǎn)中傾斜為負(fù)值。

1.4 測(cè)量軟件以及方法

首先將得到的術(shù)前術(shù)后的模型通過在后牙牙尖等選取相同的點(diǎn)，進(jìn)行“N點(diǎn)對(duì)齊”(對(duì)每個(gè)對(duì)象至少有3個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)齊對(duì)象)和“最佳擬合對(duì)齊”，以獲得重疊模型。再通過使用3-matic Research 11.0軟件(Materialise公司，比利時(shí))，進(jìn)行術(shù)前術(shù)后前牙轉(zhuǎn)矩和軸傾的測(cè)量(圖4)，通過將重疊后的術(shù)前術(shù)后的模型導(dǎo)入3-matic，分別以牙體牙合面、唇舌面、近遠(yuǎn)中面為軸，建立新的坐標(biāo)系[10]，將之前得到的臨床冠長(zhǎng)軸帶入坐標(biāo)系中，通過得到在相應(yīng)平面的投影即可得到轉(zhuǎn)矩和軸傾。對(duì)測(cè)量結(jié)果左右同名牙進(jìn)行合并計(jì)算，并且由兩位測(cè)量者分別進(jìn)行3次測(cè)量，將實(shí)際測(cè)量值與預(yù)測(cè)值相比較得到實(shí)現(xiàn)率，最后取平均值得到平均實(shí)現(xiàn)率。

圖4 軸傾和轉(zhuǎn)矩的測(cè)量Fig.4 The measurement of tip and torque

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用 SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)(SW檢驗(yàn))驗(yàn)證正態(tài)性，采用配對(duì)t檢驗(yàn)，將各樣本相應(yīng)前牙轉(zhuǎn)矩和軸傾的目標(biāo)值和實(shí)際值進(jìn)行自身配對(duì)對(duì)照研究，P<0.05，表明差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

根據(jù)方案不同，不同牙位的轉(zhuǎn)矩與軸傾的表達(dá)不一致。最終納入病例中設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩的樣本量為14例中切牙、12例側(cè)切牙、10例尖牙，而設(shè)計(jì)軸傾的樣本量為7例中切牙、9例側(cè)切牙、6例尖牙。

測(cè)量顯示在三維冠根整合數(shù)字化模型并用隱形矯治的過程中，中切牙、側(cè)切牙、尖牙的實(shí)際轉(zhuǎn)矩都小于預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05，表1)，其中中切牙具有顯著差異(P<0.01，表1)；中切牙、側(cè)切牙、尖牙的實(shí)際軸傾也同樣小于預(yù)測(cè)軸傾，均具有顯著差異(P<0.01，表2)。

表1 前牙轉(zhuǎn)矩的實(shí)現(xiàn)率Tab.1 Realization of the torque of anterior teeth

同時(shí)在轉(zhuǎn)矩的實(shí)現(xiàn)率方面，側(cè)切牙的實(shí)現(xiàn)率最高達(dá)到了77.55%，中切牙最低為60.70%；在軸傾的實(shí)現(xiàn)率方面，中切牙最高達(dá)到了81.49%，尖牙最低為74.95%。

表2 前牙軸傾的實(shí)現(xiàn)率Tab.2 Realization of the axial of anterior teeth

3 討 論

在數(shù)字化正畸矯治中，CBCT成像和口內(nèi)掃描技術(shù)在臨床中廣泛使用。CBCT具有分辨率低等局限性[11-12]，而口內(nèi)掃描也因缺乏牙根數(shù)據(jù)可能會(huì)使醫(yī)師無法準(zhǔn)確掌控療效，出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥[13]，而加強(qiáng)對(duì)牙根的轉(zhuǎn)矩和軸傾的控制將會(huì)極大改善這一問題[14]。因此通過將口內(nèi)掃描與CBCT掃描模型相融合建立冠根整合數(shù)字化模型就可以將牙根可視化[6]，除了減少并發(fā)癥的發(fā)生，也可以保證牙根的平行度，具有更好的轉(zhuǎn)矩和軸傾效果[15]，同時(shí)減少正畸術(shù)后的復(fù)發(fā)。

在以往的研究當(dāng)中，大多僅可見冠根融合模型的建立，或?qū)τ诟纳聘饴兜炔l(fā)癥的效果進(jìn)行相對(duì)評(píng)估[1]。而隱形矯治作為逐漸興起的矯治方式，面臨著實(shí)現(xiàn)率較低等問題，尤其在前牙轉(zhuǎn)矩等方面[16]。因此冠根整合數(shù)字化模型與隱形矯治相結(jié)合是否真的能夠獲得理想的臨床效果，根據(jù)李蘇娜等[4]的研究已經(jīng)驗(yàn)證了可行性，具有建模的意義，但缺乏對(duì)于實(shí)際療效的研究。而本研究建立一種冠根融合的三維模型，并首次對(duì)無托槽隱形矯治器在非拔牙病例中前牙區(qū)的實(shí)際臨床效果即轉(zhuǎn)矩和軸傾進(jìn)行分析。

本研究結(jié)果表明，切牙和尖牙實(shí)際轉(zhuǎn)矩小于預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩，二者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，Haouili等[17]的前瞻性研究發(fā)現(xiàn)上頜側(cè)切牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率達(dá)到了70%，這與本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果相似。然而Kravitz等[18]的研究表明，側(cè)切牙轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率最高為 47.6%，其次尖牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率為44.6%，中切牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率最低為 40.3%。此外對(duì)于前牙的轉(zhuǎn)矩，側(cè)切牙相對(duì)于其他前牙來說有著更好的控制率。而造成前述研究的實(shí)現(xiàn)率相對(duì)較低的原因可能與多種因素相關(guān)，如Kravitz等的研究移動(dòng)量設(shè)計(jì)較大，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)難度相對(duì)提高；而本研究結(jié)合牙根數(shù)據(jù)，牙根在牙槽骨中的高度決定其阻力中心，準(zhǔn)確判斷阻力中心位置，有利于選擇合適力系統(tǒng)矯治[19]；同時(shí)由于隱形矯治器的特性能夠提供較好的頰向移動(dòng)的力，而本研究唇頰向移動(dòng)病例相對(duì)較多，故實(shí)現(xiàn)率相對(duì)較高；而前牙附件的設(shè)置以及矯治器的更換頻率等都可能是影響因素[20-21]。另外Simon等[10]和Weir[22]通過回顧性研究發(fā)現(xiàn)前牙轉(zhuǎn)矩改變?cè)?0°以下的病例調(diào)控相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)率較高，這同樣與本研究的結(jié)果類似。其中側(cè)切牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率最高為77.55%，其次尖牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率為65.99%，中切牙的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率最低為60.70%。側(cè)切牙實(shí)現(xiàn)率顯著高于尖牙與中切牙，與以往結(jié)果類似[17]。筆者認(rèn)為隱形矯治器的矯治力來自矯治器與牙面間的外形不匹配、擠壓產(chǎn)生的反作用力，側(cè)切牙體積較小，牙周膜面積小，相同矯治力下引起牙槽骨改建更加明顯。

本研究結(jié)果表明，前牙的實(shí)際軸傾均顯著小于預(yù)測(cè)值(P<0.01)，其中中切牙的實(shí)現(xiàn)率最高為81.49%，其次側(cè)切牙為77.62%，尖牙的實(shí)現(xiàn)率最低為74.95%。相對(duì)于轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率較高，與前述研究相比，尖牙的軸傾實(shí)現(xiàn)率較低，可能是因?yàn)橄噍^于其他牙，尖牙牙根截面為圓形，牙根更長(zhǎng)，同時(shí)牙冠為錐形缺少倒凹，矯治器固位力較低，矯治效果不良，這與袁惠芳等[23]研究結(jié)果相同；同時(shí)尖牙位于牙弓轉(zhuǎn)折處，與前磨牙牙根間空間較小，導(dǎo)致矯治效果較差[5]。而切牙軸傾實(shí)現(xiàn)率相對(duì)較高可能是因?yàn)榍醒姥拦诒馄?，牙根相?duì)較小所致。

雖然隱形矯治在前牙區(qū)小范圍移動(dòng)擁有更高的實(shí)現(xiàn)率，但與預(yù)測(cè)值相比仍有一定的差距，在了解最終牙齒位置的基礎(chǔ)上，臨床醫(yī)生能夠在矯治中通過過矯治建立必要的補(bǔ)償[24]，也可以在早期做頜間牽引或者是添加附件或微種植釘來達(dá)到目標(biāo)位置[25-26]。

無托槽隱形矯治技術(shù)結(jié)合冠根整合模型進(jìn)行臨床矯治的優(yōu)勢(shì)具有相當(dāng)大的潛力，未來可進(jìn)一步進(jìn)行骨松質(zhì)與骨皮質(zhì)的精密分割，以動(dòng)態(tài)反映正畸牙移動(dòng)過程中牙槽骨的改建規(guī)律，通過更深入的技術(shù)融合發(fā)揮出更廣泛強(qiáng)大的功能[21]。

本研究存在著一定的局限性：在臨床上有很多研究都是以上頜腭皺作為參考點(diǎn)進(jìn)行術(shù)前和術(shù)后的模型重疊，而我們使用未處理的后牙牙冠作為參考點(diǎn)進(jìn)行重疊。雖然所設(shè)計(jì)的后牙不移動(dòng)，但不能排除存在相對(duì)移動(dòng)[8]。另一個(gè)不足之處是研究參與者的數(shù)量相對(duì)較少，矯治的設(shè)計(jì)與過程也受到臨床醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的影響，存在著一定的誤差。在治療效果方面，本研究多數(shù)的目標(biāo)角度相對(duì)較小，需要多名正畸醫(yī)生進(jìn)行更大樣本量以及更大角度的隨訪研究提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。同時(shí)未將三維冠根整合數(shù)字化模型結(jié)合隱形矯治與其他正畸矯治器(如傳統(tǒng)固定矯治器、舌側(cè)矯治器)進(jìn)行比較。因此需要進(jìn)一步的研究比較不同正畸矯治器在前牙轉(zhuǎn)矩軸傾的臨床效果，以比較哪一種最為合適。

綜上所述，本研究可以得出：①通過三維重建與口掃技術(shù)結(jié)合建立完整的數(shù)字化冠根模型，能夠提高療效評(píng)估的精度。②在隱形矯治非拔牙病例中，前牙區(qū)的轉(zhuǎn)矩和軸傾實(shí)現(xiàn)率能夠達(dá)到70%左右，其中軸傾相對(duì)于轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率更高。③側(cè)切牙相對(duì)于中切牙和尖牙有更高的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)率，中切牙相對(duì)于側(cè)切牙和尖牙有更高的軸傾實(shí)現(xiàn)率。