無托槽隱形矯治進展評估功能的準(zhǔn)確性研究

李博 許益蒙 史睿穎 胡憶戎 劉思穎 顧澤旭

軍事口腔醫(yī)學(xué)國家重點實驗室，國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，陜西省口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，西安 710032

無托槽隱形矯治自其問世以來由于其較好的舒適性、美觀性，逐漸成為醫(yī)生和正畸患者的選擇，其矯治范圍也不再局限于簡單錯畸形[1-3]。無托槽隱形矯治的廣泛應(yīng)用也推動了其自身發(fā)展，Invisalign 公司推出的口腔數(shù)字化掃描（下文簡稱口掃）設(shè)備iTero element自帶的軟件具有記錄并分析治療進展的評估功能，旨在幫助正畸醫(yī)生臨床監(jiān)控患者各個階段治療的效果。

患者在復(fù)診時進行一次口掃，iTero 軟件的進展評估功能能夠?qū)⒖趻攉@得的數(shù)字模型與治療初診牙列數(shù)字模型重疊，對比觀察經(jīng)過一段時間治療后患者牙齒的移動情況；也可將口掃獲得的數(shù)字模型與該階段3D 矯治方案設(shè)計相對應(yīng)矯治步數(shù)的預(yù)期效果進行擬合，進而評估患者牙齒移動情況是否符合方案設(shè)計。但是在臨床應(yīng)用中，觀察以硬腭為參考重疊的“階段”治療前后的模型[4]時發(fā)現(xiàn)，未設(shè)計移動的上頜磨牙也發(fā)生了不同程度的移動，而iTero 軟件的分析結(jié)果則顯示患者上頜磨牙并未發(fā)生明顯的移動，這可能是由于其將未設(shè)計移動的牙齒作為模型重疊參考標(biāo)志所致。封穎麗等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在無托槽隱形矯治中，未設(shè)計移動的上頜磨牙在階段治療后，其會在三維方向上發(fā)生不同程度的移動。本研究選取采用無托槽隱形矯治的成年患者，以硬腭為重疊標(biāo)志，通過實際三維模型重疊測量其階段治療后上頜牙齒在水平面上的實際移動數(shù)據(jù)，與iTero 軟件的進展評估功能分析所得的結(jié)果進行比較，研究其準(zhǔn)確性，為正畸醫(yī)生臨床合理應(yīng)用iTero 軟件的進展評估功能提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 樣本采集

本研究為回顧性病例對照研究，選取2018 年1 月—2021 年1 月至第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科就診并采取Invisalign 無托槽隱形矯治的成年患者共19 例，其中拔牙病例4 例，女性18 例，男性1例，年齡（28.7±5.4）歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：1）全程采用Invisalign無托槽隱形矯治；2）恒牙列，第二磨牙萌出并建；3）依從性好，配合使用咬膠，每2 周更換一步矯治器，每日佩戴不少于22 h；4）硬腭發(fā)育良好、腭皺襞清晰；5）牙冠形態(tài)良好、無異常磨耗、無不良修復(fù)體。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1）腭皺襞因外傷等原因引起組織形態(tài)變化者；2）牙齒因牙體或修復(fù)治療導(dǎo)致牙冠形態(tài)或位置變化者；3）牙周病或曾進行過牙周手術(shù)者。

所有病例均由專業(yè)人員使用藻酸鹽印膜材制取質(zhì)量合格的初診及階段治療石膏模型。

1.2 研究方法

1.2.1 測量指標(biāo)與分組 在初診和階段治療（階段治療是依據(jù)患者在整個治療時期主要設(shè)計的牙齒移動形式劃分的，如擴弓階段、前牙內(nèi)收階段）后進行2 次測量，采用iTero 軟件的進展評估測量的記為iTero 組；在實際三維模型中進行測量的記為AM（actural measurement，實際測量）組。測量指標(biāo)：1）上頜牙水平面移動距離，19 例患者的124顆上頜牙齒在水平面的移動距離；2）4個牙列寬度分析指標(biāo)，分別為上頜尖牙間寬度、下頜尖牙間寬度、上頜磨牙間寬度、下頜磨牙間寬度，上頜尖牙間寬度組因個別樣本的上頜尖牙存在缺失、阻生，故在初診、階段治療后的樣本量分別為17、18例。

1.2.2 AM 組模型的獲取、重疊和測量 采用R700模型掃描儀（3shape 公司，丹麥）掃描初診和階段治療后的石膏模型，獲得數(shù)字化模型stl（Ste‐reolithography）格式文件，將數(shù)字化模型導(dǎo)入Ma‐terialise ProPlan CMF 3.0 軟件，選取硬腭腭皺襞表面[4]為基準(zhǔn)進行三維重疊（圖1），再將重疊模型導(dǎo)入Geomagic Studio 2013（3D System 公司，美國）軟件，使用色譜偏差分析對配準(zhǔn)后的模型進行模型重疊匹配度檢測（圖1）。

圖1 重疊參考標(biāo)志示意圖及偏差分析Fig 1 Schematic diagram of overlapping reference markers and deviation analysis

應(yīng)用Geomagic Studio 2013 軟件（3D System公司，美國）建立坐標(biāo)系，將初診上頜數(shù)字化模型作為基準(zhǔn)模型，定位XY 平面（圖2A）、ZY 平面（圖2B）、XZ 平面（圖2C），X 軸、Y 軸、Z 軸分別代表橫向、矢狀向、垂直向。測量標(biāo)志點的選取：1）前牙區(qū)選擇尖牙的牙尖點和切牙的切嵴中點；2）后牙區(qū)每個牙位選擇一個牙尖點，牙尖點的選擇為在iTero軟件中能夠清晰確認的牙尖點。分別獲取初診和階段治療后標(biāo)志點的三維坐標(biāo)（X、Y、Z），記為初診（T0）和階段治療后（T1），其坐標(biāo)差值 ΔX=XT1?XT0、ΔY=YT1?YT0、ΔZ=ZT1?ZT0，代表階段治療前后該點三維方向位移量，計算牙齒標(biāo)志點投影在XY 平面移動量ΔLXY=上、下頜雙側(cè)尖牙牙尖距離為尖牙間寬度，雙側(cè)第一磨牙頰面最突點距離為磨牙間寬度。

圖2 建立坐標(biāo)系Fig 2 Set up the coordinate system

1.2.3 iTero組數(shù)據(jù)的獲取與處理 患者在初診和階段治療后，口掃獲得其口內(nèi)牙列數(shù)字化模型，應(yīng)用iTero軟件的進展評估功能，進入模型重疊界面，將其自動重疊完成的模型調(diào)整至與實際測量模型重疊定義的XY 平面同一平面，截圖獲取上頜牙列的水平面圖像，應(yīng)用圖像分析軟件Image J 測量上頜牙齒在水平面的移動距離（圖3），其中若iTero軟件顯示牙齒移動方向與實際測量相反，則Image J軟件測量牙齒在水平面移動數(shù)據(jù)記為負值。iTero軟件的進展評估功能可自動分析口掃所得數(shù)字化模型的寬度，記錄其模型寬度分析數(shù)據(jù)。

圖3 Image J軟件測量上頜牙齒在水平面的移動距離Fig 3 Image J software measures the horizontal movement of the maxillary teeth

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0 軟件進行統(tǒng)計分析，所有模型均由同一人進行測量，2 周后隨機抽取20%患者，重新測量，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correla‐tion coefficient，ICC）進行一致性分析。對矯治前后牙齒移動數(shù)據(jù)及模型寬度分析數(shù)據(jù)進行K-S正態(tài)性檢驗，數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，采用Wilcoxon 秩和檢驗；服從正態(tài)分布，則采用配對樣本的t檢驗。符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）表示，檢驗水準(zhǔn)α=0.05，P<0.05有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析結(jié)果

本研究采用ICC 進行一致性檢驗，檢驗結(jié)果示，iTero 組、AM 組數(shù)據(jù)組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.75，一致性較好，數(shù)據(jù)測量結(jié)果可靠。

2.2 2組上頜牙水平面移動距離的測量結(jié)果

iTero組上頜牙水平面移動距離的中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）為2.31（1.59，3.22）mm；AM 組上頜牙水平面移動距離的中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）為1.79（1.21，3.03） mm，采用 Wilcoxon 秩和檢驗比較發(fā)現(xiàn)，AM 組數(shù)據(jù)小于iTero 組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。繪制成箱狀圖（圖4）可見，iTero 組的中位數(shù)、上四分位數(shù)、下四分位數(shù)均大于AM 組，即AM 組的牙齒移動距離小于iTero組的顯示情況。

圖4 iTero組與AM組上頜牙齒水平面移動距離箱狀圖Fig 4 The box plot of horizontal movement distance of maxil‐lary teeth in iTero group and AM group

2.3 2組牙列寬度分析數(shù)據(jù)的比較

分別比較iTero 組與AM 組的牙列寬度分析數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示，兩組在階段治療前后的牙列寬度指標(biāo)數(shù)據(jù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。

表1 iTero組與AM組牙列寬度分析的比較Tab 1 Comparison of dentition width analysis between iTero group and AM group

3 討論

3.1 無托槽隱形矯治進展評估的臨床應(yīng)用

Invisalign 公司設(shè)計制造的iTero 軟件提供了進展評估功能，旨在輔助正畸醫(yī)生在臨床診療工作中更加方便、準(zhǔn)確、高效地評估階段治療后患者口內(nèi)的牙列情況，患者復(fù)診時進行1次口掃，進入iTero 軟件的進展評估功能界面后可以看到，評估結(jié)果以不同顏色表示：綠色牙位表示該牙位牙齒移動與3D 矯治方案設(shè)計一致；白色牙位表示該牙位未設(shè)計移動，牙齒未發(fā)生移動；黃色牙位表示該牙位牙齒移動速度較慢，未達到矯治設(shè)計預(yù)期位置；紫色牙位表示該牙位牙齒移動方向與矯治設(shè)計牙齒移動方向相反；灰色牙位表示該牙位牙齒未發(fā)生移動。通過重疊功能，可以對比觀察牙齒移動情況，基于此，正畸醫(yī)生結(jié)合臨床檢查，可快速評估患者此階段治療效果。

但是，由于技術(shù)專利問題，Invisalign 公司并未對外公布應(yīng)用iTero 軟件進行進展評估時治療前后數(shù)字化模型重疊所采用的方法，國內(nèi)外也無文獻對其準(zhǔn)確性做出表述，并且Invisalign 3D 矯治方案設(shè)計中無法讀取每一步設(shè)計牙齒三維方向具體移動數(shù)值，正畸醫(yī)生只能通過顏色進行定性評估，對于牙齒移動距離、移動方式無法得到具體結(jié)果，這就導(dǎo)致正畸醫(yī)生無法準(zhǔn)確評估牙齒移動效果。

3.2 無托槽隱形矯治牙齒實際移動評估方法

目前，臨床常采用數(shù)字化模型重疊方法評估無托槽隱形矯治牙齒的實際移動效果，研究[6-10]表明，通過口內(nèi)掃描和口外掃描技術(shù)獲得數(shù)字化模型與傳統(tǒng)印模技術(shù)制取牙頜模型，在精度方面無明顯差異。口內(nèi)掃描技術(shù)更加高效舒適，且數(shù)字化模型易于存儲，其臨床應(yīng)用愈加廣泛。有學(xué)者[11-12]選擇未設(shè)計移動的磨牙作為重疊標(biāo)志進行模型重疊，研究無托槽隱形矯治牙齒移動效率，但以磨牙作為標(biāo)志進行重疊，其準(zhǔn)確性不佳。任亞男等[13]研究發(fā)現(xiàn)，推磨牙遠移時，已經(jīng)到位的上頜第二磨牙，雖然在推上頜第一磨牙遠移的過程中并未設(shè)計移動，但其實際出現(xiàn)一定程度的復(fù)發(fā)近移。Vasilakos 等[4]研究對比上腭不同區(qū)域作為重疊標(biāo)志的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)上腭第三腭皺襞中部及遠中部分腭穹窿其三維重疊準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較佳。除此以外，也有學(xué)者[14-15]選用錐形束CT結(jié)合數(shù)字化模型進行重疊分析牙齒移動結(jié)果。本研究選擇上頜硬腭區(qū)域進行模型表面重疊，與選擇腭皺襞標(biāo)志點相比，避免了人為定點誤差[16]，具有更好的準(zhǔn)確度，同時避免了錐形束CT 所帶來的的輻射暴露。

3.3 iTero 進展評估功能在牙列寬度分析評價上的準(zhǔn)確性

與實際數(shù)字化模型寬度分析相比，無論是初診還是階段治療后，iTero 軟件的進展評估分析所顯示的結(jié)果，在4個牙列寬度測量中的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，說明iTero 軟件的進展評估功能在牙列寬度分析方面具有較好的準(zhǔn)確性。iTero 掃描儀直接掃描患者的口內(nèi)咬合情況，掃描結(jié)果代表患者當(dāng)時的牙列情況，正畸醫(yī)生可以參考其模型分析結(jié)果，觀察治療效果。

3.4 iTero進展評估功能的模型重疊評價

本研究結(jié)果顯示，牙齒二維水平面移動距離在iTero 組與AM 組間出現(xiàn)差異，且具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），統(tǒng)計分析顯示，iTero 組的中位數(shù)、上四分位數(shù)、下四分位數(shù)均大于AM組，即實際牙齒移動距離，如磨牙遠移量與前牙內(nèi)收量，小于iTero 軟件的顯示情況。在iTero 軟件中，正畸醫(yī)生可以觀看矯治方案設(shè)計每一步牙齒預(yù)期變化，但是無法導(dǎo)出階段設(shè)計三維數(shù)字化模型，因此本研究選取上頜牙列水平面圖像，測量牙齒在水平面移動距離。由于試驗樣本的上頜牙齒在垂直向移動并不明顯，故本研究未納入牙齒在垂直向移動變化。此外，應(yīng)用iTero 進行口掃時，并未完整獲取上頜硬腭數(shù)據(jù)，進展評估模型重疊所用參考標(biāo)志未知，結(jié)合本試驗研究結(jié)果，說明進展評估模型擬合的準(zhǔn)確度需要進一步優(yōu)化。這提示正畸醫(yī)生應(yīng)用iTero 軟件的進展評估功能時，即使顯示結(jié)果為綠色，也并不代表牙齒移動符合矯治設(shè)計，還需要結(jié)合患者口內(nèi)的真實情況進行分析。為提高其準(zhǔn)確性，在臨床上進行口掃時可將硬腭完整掃描，改進算法，以硬腭作為標(biāo)志進行數(shù)字化模型重疊，這樣更能代表患者牙齒實際移動情況。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。