雙層壓膜與3D打印導板在托槽間接粘接中準確性的對比研究

楊椿浩，李巖峰，夏冬，施婷婷

解放軍總醫院第四醫學中心口腔科，北京100048

前言

在正畸矯正過程中，托槽定位的準確性影響矯正效果，對于直絲弓矯治器尤其重要［1］。托槽進行直接粘接由于某些牙位難以觀測，易受唾液、口內濕氣等因素影響，耗時較長且有時缺乏精確性［2］。因此1972年Silverman等［3］提出正畸托槽間接粘接技術并應用于臨床實踐。正畸間接粘接是一種通過在患者的矯治前模型上直視下確定托槽的位置并制作間接粘接轉移導板完成托槽口內粘接的技術。目前，臨床上常規使用的間接粘接導板多為雙層壓膜導板，該類間接粘接導板的制作是根據口內臨床牙冠的情況決定，通過托槽的位置并無法準確預估牙根在牙槽骨內的位置移動。現在隨著3D打印技術、影像學及計算機輔助技術的結合與應用，現代數字化正畸診療的過程中需考慮牙--頜-顱面綜合因素，已有數字化排牙、定制個性化托槽及間接粘接轉移導板制作系統投入臨床使用。數字化模型因能夠記錄牙根、顱面在內的口腔信息，所以在臨床應用中越來越廣泛。目前，在數字化牙列模型上可以進行排牙、模擬托槽的定位，然后利用計算機輔助快速成型技術制作帶有托槽的轉移導板從而完成間接粘接。但計算機輔助快速成型技術制作的間接粘接導板與傳統間接粘接導板的精確性尚未見報道，為了探求兩類導板即3D打印導板是否與傳統雙層壓膜導板在托槽間接粘接時準確便捷，本文進行了如下體外實驗研究。

1 材料與方法

1.1 實驗設備與材料

本研究采用的硬件包括：3 Shape TRIOS?Standard（3 Shape,丹麥,掃描精度20 μm）；Erkoform-3D 型壓膜機，ERKODENT 1.0 mm 軟膜片及0.6 和0.8 mm 的硬膜片（愛科特, 德國）；3D 打印機ProJet?3510 DP（3D Systems,美國）；打印材料VisiJet?StonePlast（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）；托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTtm，粘接劑3M Unitek TransbondTMXT 和Sondhi Rapid-Set Indirect Bonding Adhesive（3M, 美國）；離體牙；基托自凝樹脂。計算機輔助設計軟件：3 Shape OrthoAnalyzerTM和3 Shape Dental System。

1.2 實驗方法

1.2.1 建模收集140 顆離體牙按牙弓形態體外排牙建立5副上、下頜正畸錯模型，排牙標準：安氏I類、擁擠度＜4 mm、Spee曲線深度0～2 mm、牙齒扭轉＜5°。利用高速渦輪機手機及微創車針（固美車針HM249M.314.007）分別在牙冠的頸1/3 沿牙長軸近遠中鄰面距離相等唇面最凸點（約距齦緣2 mm 處）、切/1/3 遠中（距鄰接點約1 mm 處）的位置做標記點用于實驗測量，以此模型作為實驗模型，如圖1所示。

圖1 上、下頜實驗模型及標記點Fig.1 Maxillary and Mandible experimental model and marked points

1.2.2 實驗（1）計算機輔助設計、3D 打印制作間接粘接導板。利用3 Shape TRIOS?Standard 掃描儀，建立數字化牙頜模型，如圖2a 所示。應用3 Shape OrthoAnanlyzerTM正畸分析軟件標記每顆牙近遠中點及齦緣完成齒齦分離，確定牙冠長軸和臨床冠中心。定位咬合平面，選取托槽數據庫中3M Victory SeriesTMLow Profile MBTtm，系統自動將托槽與相應牙齒的臨床冠中心進行匹配，可據牙位適當調節個別托槽，如圖2b 所示。利用軟件3 Shape Dental system 打開以.stl 格式輸出的托槽及牙齒模型，設計導板，擬合托槽和牙齒，設定導板就位方向等數據；設計出單牙式導板，Projet 3510 DP 對材料VisiJet?StonePlast 進行選擇性激光燒結成型，打印出托槽轉移導板，如圖2c所示。

圖2 數字化模型、托槽定位及3D打印間接粘接導板Fig.2 Digital model,bracket positioning and 3D printing indirect bonding guides

（2）制作雙層壓膜間接粘接導板。硅橡膠二次取模法獲取帶唇面標記點的精確工作模型并灌注石膏模型，修整邊緣，修整模型上的氣泡和石膏瘤。在實驗室內，在石膏模型上涂布分離劑后用3M TransbondTMXT 粘接劑將托槽粘接在臨床冠中心［4］，去除托槽邊緣多余的粘接劑，并用光固化燈對托槽每個邊緣進行光固化［5］；利用壓膜法制作內層軟膜為1 mm、外層為0.6 mm 的雙層間接粘接導板并修整導板的邊緣范圍；將修整完成的轉移托盤放入冷水中浸泡2 h 以完全溶解分離劑，噴砂處理托槽樹脂底板以清除托槽底板的菲邊，將制作好的轉移導板放入超聲震蕩器中清洗后徹底吹干后放置備用，避免轉移導板內托槽的樹脂底板受到污染［6］，如圖3所示。

圖3 雙層壓膜導板Fig.3 Double laminated film guide

（3）臨床粘接。由一名操作熟練且經過訓練的醫生進行粘接，3D 打印導板需將托槽放置到導板內利用3M Unitek TransbondTMXT 粘接劑進行粘接，光固化后去除多余粘接劑；雙層壓膜導板使用3M Sondhi快速凝固間接粘接劑進行粘接［7］，自固化后去除多余粘接劑，如圖4所示。

圖4 完成間接粘接導板轉移Fig.4 After the indirect bonding guide being transferred

（4）數據測量。利用改裝后的游標卡尺（圖5）對托槽轉移前的工作模型標記點與托槽特定點（托槽下翼與背板交接點及托槽遠中下翼凸點，圖6）間距離（dA1、dB1、dB2、dC2）和托槽轉移后的實驗模型標記點與托槽特定點間距離進行測量，并記錄數據。由專人利用Mimics軟件和改裝后數字游標卡尺分別對數字化模型及粘接完成后的實驗模型上托槽特定位置至標記點間距離進行測量、記錄。

圖5 改裝后的游標卡尺Fig.5 Modified vernier caliper

1.3 統計學方法

圖6 測量點Fig.6 Measuring point

利用SPSS 20軟件對統計數據進行分析。計量資料用均數±標準差表示，3D打印組內進行時間及對每牙位測量點間差值絕對值取和后配對t檢驗，擇優后與壓膜組進行配對t檢驗分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

3D打印制作的單牙導板與雙層壓膜導板對托槽進行間接粘接后位置的變化，兩者進行統計學分析結果為：雙層壓膜導板組為（0.22±0.08）mm，3D打印導板組為（0.22±0.05）mm，兩者無統計學差異（P=0.075＞0.05）。然而，從臨床粘接所需椅旁時間方面來看，雙層壓膜法導板因整體對托槽進行間接粘接，所需椅旁時間明顯更短。

3 討論

1972年，間接粘接這一概念由Silverman 等［3］提出。傳統的間接粘接技術是通過取患者的牙齒模型，實驗室內在模型上進行托槽定位制作轉移導板，然后使用轉移導板將托槽在模型上的位置關系轉移到患者口腔內的一種技術。與此同時，依托信息技術、精密機械及材料學等多學科發展起來的3D 打印技術，越來越多地應用于口腔醫療領域［8］。由于其可快速而精確地制造復雜精密裝置及廣泛的臨床應用前景，其已成為正畸領域最熱門的技術之一［9］。

關于間接粘接準確性的研究報道較多，然而評價轉移導板準確性的方式不一。陳慧等［17］測定牙尖或切角到托槽特定點間距離以及托槽在牙面粘接前后的角度變化來判斷托槽的準確性。Nichols等［18］和Grünheid 等［19］通過對轉移前后的托槽進行數字化重疊匹配研究轉移導板的準確性。但是對于間接粘接導板間對托槽轉移定位準確性的研究則少之又少。Castilla 等［20］通過對300 個托槽利用相機拍照記錄托槽粘接后近遠中位置的變化、利用數字化卡尺測量頰舌向位置的變化，以此在二維方向上研究5種間接粘接轉移導板間的準確性。本實驗研究方法是借鑒Castilla 等［20］研究方法，利用數字化測量尺對140 個托槽特定點與牙面不同平面的標記點間進行三維方向上的測量，進一步分析，以研究兩種間接粘接轉移導板的準確性。

雙層壓膜導板和3D打印法制作單牙式導板對托槽進行轉移定位后，通過統計學分析發現兩者對托槽進行間接粘接準確性并無統計學差異。但利用3D打印制作間接粘接導板對托槽進行轉移定位后，其標準差較壓膜組小，原因可能主要是由于3D 打印法制作導板是利用計算機輔助軟件對數字化模型進行導板的設計、加工制造，通過激光快速成型技術用光敏樹脂直接輸出導板，由于材料無彈性和收縮性、精度高，而壓膜制作的雙層轉移導板內層材料質軟，具有一定的彈性域收縮性，因此3D 打印導板組相對更穩定。

然而，無論是制作導板所需時間還是臨床粘接所需時間，雙層壓膜導板所需時間相對更短：制作導板過程雙層壓膜導板是利用成品膜片真空負壓成型，3D打印導板是需要利用材料進行激光燒結成型；臨床粘接過程主要是由于壓膜導板在進行制作過程中托槽已就位于導板內，托槽背板已有貼合牙齒唇面的個性化樹脂背板，進行粘接時只需對牙面和托槽背板分別涂不同的粘接劑，且多余的粘接劑易去除；而3D 打印導板進行粘接仍時尚需將托槽和粘接劑放置到導板內，且對托槽每個邊緣進行光固化處理；多余粘接劑的去除需要用手機磨除，需要額外的臨床時間。但是，計算機輔助的3D 打印間接粘接導板卻簡化了實驗室轉移導板制作的所需過多人為參與的步驟，極大地減少了托槽定位的時間。總之，無論是從設計到粘接所花費時間，還是椅旁時間方面考慮，雙層壓膜導板所需時間較短。

但是計算機輔助、3D 打印制作導板在未來的正畸治療中卻有無法取代的優勢，因其是在整合CBCT影像學數據和模型掃描數據后獲得的牙頜-顱面數字化模型上按照正常幕上六項標準［21］模擬排牙和定位托槽，讓排牙既考慮了牙冠又考慮了牙根，再將托槽和牙齒綁定后再將牙齒移回初始位置，最后制作間接粘接導板用于臨床，為避免出現治療后頜骨內牙根不平行、骨開裂和開窗等問題提供解決方案，使得我們對患者的正畸治療變得更加科學、可預測和便捷［22-25］。即使治療過程中出現托槽脫落，個性化3D打印導板可再次利用或者通過設計數據再次打印間接粘接導板從而保證托槽的準確粘接［26］。

眾所周知，托槽的準確定位與粘接是保證正畸后效果的前提、基石，但是這也僅是漫長正畸中的一小部分；而且此次實驗是在體外進行，托槽的轉移定位并不會受到舌、唇頰粘膜的阻擋以及口內濕氣等因素的影響；而在口內進行托槽的轉移定位時是否仍能取得良好的粘接準確性尚需在臨床進一步驗證。同時，正畸的長期性和復雜性決定了影響正畸術后效果的因素很多，間接粘接后能否達到預期設計效果尚需進一步驗證，同時應由有經驗的正畸醫生進行總體的掌控、調節。

4 結論

在此實驗條件下制作的3D打印單牙式導板與雙層壓膜導板對托槽進行間接粘接定位的準確性并沒有明顯差別，均可滿足對托槽轉移準確性的要求，但相對目前而言，雙層壓膜導板更加便捷方便。