基于三維冠根整合模型在無托槽隱形矯治中的臨床療效研究

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(Invisalign)以來，隱形矯治器憑借其獨有的美觀，可摘戴，舒適等優點，廣泛應用于臨床矯治之中，然而，隱形矯治療效評估多以拔牙病例為主[1]，有關小范圍移動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價主要通過掃描口內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系，同時，錐形束投照計算機體層攝影系統(cone beam computed tomography，CBCT)獲取的分辨率較低，牙冠圖像部分并不準確[2]。

因此將頜骨、牙冠、牙齦、牙根融合，建立完整的數字化牙頜模型，能夠得到更精確的臨床效果，避免因為缺少牙根數據，出現骨開窗、骨開裂，甚至牙根外露[3-7]。本研究在此基礎上，通過配準三維重建與口內掃描數據，建立治療后患者完整冠根融合模型，以預測模型為基準，測量小范圍移動下前牙轉矩和軸傾的差異，以期為臨床應用提供指導。

1 資料與方法

1.1 研究對象

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

納入標準：①年齡>12歲；②錯牙合畸形患者，能理解并配合完成治療。排除標準：①曾經完成正畸治療的患者；②曾經做過正頜手術的患者；③唇腭裂患者；④顳下頜關節紊亂病的患者；⑤需要使用功能矯治器的患者；⑥有傳染性疾病和(或)系統性疾病；⑦氟斑牙、釉質發育不全的患者；⑧口內有烤瓷牙、種植牙的患者；⑨嚴重牙周病患者；⑩不能完成治療的患者。本研究通過徐州市口腔醫院倫理委員會審核(2021-012)，患者對研究方案簽署知情同意書。

1.2 治療方法

1.2.1 數據采集 首先運用CBCT，口內掃描進行數據采集。通過CBCT對全口牙列進行掃描，并以DICOM(digital imaging and communications in medicine)格式保存。再用iTero掃描系統(Align公司，美國)，對患者進行直接口內掃描，并且以STL(Standard Template Library)格式導出。

1.2.2 模型配準 對之前獲取的CBCT以及口內掃描模型通過E-guide軟件(EnvisionTEC，德國)進行初步配準，獲得較為精確的模型(不帶牙根)。

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

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

1.2.4 模型重建 將配準后的模型和帶有牙根的CBCT模型導入Geomagic Studio 2014(Geomagic公司，美國)中，利用“N點對齊”“布爾合并”功能，融合牙冠及牙根數據，建立一個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 將帶牙根的數據導入Maestro 3D Dental Studio(Maestro公司，意大利)中(圖3)，并根據 Andrews 六要素進行排牙[8]，成治療過程的設計，并以STL格式導出，獲取治療結束時的預期牙列模型。

圖3 將帶牙根數據導入排牙軟件并排牙Fig.3 Importing data with roots into the software and arranging the teeth

1.2.6 數據再收集以及模型再重建 經過復查，在矯治完成以后可以得到術后的照片并與術前照片對比，再次獲取術后的CBCT以及口內掃描圖像，并進行模型的配準，分割，以及重建，最終獲取術后帶有牙根的三維模型，以便于前牙轉矩，軸傾的測量。

1.2.7 納入病例的方案設計 14—24垂直矩形附件，附件大小3 mm×2 mm×1 mm，唇側轉矩均值為4.74，舌側轉矩均值為3.97，唇側軸傾均值為1.67，舌側軸傾均值為2.24，同時前牙牙冠大小基本一致。根據醫師指示：①維持上切牙矢狀向位置，通過上頜擴弓，必要時推磨牙向后解除牙列擁擠；②下頜推磨牙向后，必要時結合鄰面去釉解除擁擠；③以面部中線為基準，調整上下頜中線；④根據 Andrews 六要素進行排牙，最終使牙列排齊整平，建立正常覆牙合覆蓋及Ⅰ類咬合關系。

1.3 測量項目

1.3.1 前牙轉矩角 本研究使用的測量方法是激光掃描測量法指的是前牙在唇舌方向傾斜的角度，是臨床牙冠牙長軸即定位齦緣最凹點、切緣中點并連接與牙合平面即連接中切牙切緣與雙側第一磨牙遠中頰尖的直線構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為正值，舌向傾斜時為負值。

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

1.4 測量軟件以及方法

首先將得到的術前術后的模型通過在后牙牙尖等選取相同的點，進行“N點對齊”(對每個對象至少有3個對應點對齊對象)和“最佳擬合對齊”，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)，進行術前術后前牙轉矩和軸傾的測量(圖4)，通過將重疊后的術前術后的模型導入3-matic，分別以牙體牙合面、唇舌面、近遠中面為軸，建立新的坐標系[10]，將之前得到的臨床冠長軸帶入坐標系中，通過得到在相應平面的投影即可得到轉矩和軸傾。對測量結果左右同名牙進行合并計算，并且由兩位測量者分別進行3次測量，將實際測量值與預測值相比較得到實現率，最后取平均值得到平均實現率。

圖4 軸傾和轉矩的測量Fig.4 The measurement of tip and torque

1.5 統計學方法

采用 SPSS 22.0 統計學軟件，采用Shapiro-Wilk檢驗(SW檢驗)驗證正態性，采用配對t檢驗，將各樣本相應前牙轉矩和軸傾的目標值和實際值進行自身配對對照研究，P<0.05，表明差異有統計學意義。

2 結 果

根據方案不同，不同牙位的轉矩與軸傾的表達不一致。最終納入病例中設計轉矩的樣本量為14例中切牙、12例側切牙、10例尖牙，而設計軸傾的樣本量為7例中切牙、9例側切牙、6例尖牙。

測量顯示在三維冠根整合數字化模型并用隱形矯治的過程中，中切牙、側切牙、尖牙的實際轉矩都小于預測轉矩，具有統計學差異(P<0.05，表1)，其中中切牙具有顯著差異(P<0.01，表1)；中切牙、側切牙、尖牙的實際軸傾也同樣小于預測軸傾，均具有顯著差異(P<0.01，表2)。

表1 前牙轉矩的實現率Tab.1 Realization of the torque of anterior teeth

同時在轉矩的實現率方面，側切牙的實現率最高達到了77.55%，中切牙最低為60.70%；在軸傾的實現率方面，中切牙最高達到了81.49%，尖牙最低為74.95%。

表2 前牙軸傾的實現率Tab.2 Realization of the axial of anterior teeth

3 討 論

在數字化正畸矯治中，CBCT成像和口內掃描技術在臨床中廣泛使用。CBCT具有分辨率低等局限性[11-12]，而口內掃描也因缺乏牙根數據可能會使醫師無法準確掌控療效，出現嚴重并發癥[13]，而加強對牙根的轉矩和軸傾的控制將會極大改善這一問題[14]。因此通過將口內掃描與CBCT掃描模型相融合建立冠根整合數字化模型就可以將牙根可視化[6]，除了減少并發癥的發生，也可以保證牙根的平行度，具有更好的轉矩和軸傾效果[15]，同時減少正畸術后的復發。

在以往的研究當中，大多僅可見冠根融合模型的建立，或對于改善根外露等并發癥的效果進行相對評估[1]。而隱形矯治作為逐漸興起的矯治方式，面臨著實現率較低等問題，尤其在前牙轉矩等方面[16]。因此冠根整合數字化模型與隱形矯治相結合是否真的能夠獲得理想的臨床效果，根據李蘇娜等[4]的研究已經驗證了可行性，具有建模的意義，但缺乏對于實際療效的研究。而本研究建立一種冠根融合的三維模型，并首次對無托槽隱形矯治器在非拔牙病例中前牙區的實際臨床效果即轉矩和軸傾進行分析。

本研究結果表明，切牙和尖牙實際轉矩小于預測轉矩，二者差異具有統計學意義(P<0.05)，Haouili等[17]的前瞻性研究發現上頜側切牙的轉矩實現率達到了70%，這與本實驗的研究結果相似。然而Kravitz等[18]的研究表明，側切牙轉矩實現率最高為 47.6%，其次尖牙的轉矩實現率為44.6%，中切牙的轉矩實現率最低為 40.3%。此外對于前牙的轉矩，側切牙相對于其他前牙來說有著更好的控制率。而造成前述研究的實現率相對較低的原因可能與多種因素相關，如Kravitz等的研究移動量設計較大，導致實現難度相對提高；而本研究結合牙根數據，牙根在牙槽骨中的高度決定其阻力中心，準確判斷阻力中心位置，有利于選擇合適力系統矯治[19]；同時由于隱形矯治器的特性能夠提供較好的頰向移動的力，而本研究唇頰向移動病例相對較多，故實現率相對較高；而前牙附件的設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]通過回顧性研究發現前牙轉矩改變在10°以下的病例調控相對簡單，實現率較高，這同樣與本研究的結果類似。其中側切牙的轉矩實現率最高為77.55%，其次尖牙的轉矩實現率為65.99%，中切牙的轉矩實現率最低為60.70%。側切牙實現率顯著高于尖牙與中切牙，與以往結果類似[17]。筆者認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、擠壓產生的反作用力，側切牙體積較小，牙周膜面積小，相同矯治力下引起牙槽骨改建更加明顯。

本研究結果表明，前牙的實際軸傾均顯著小于預測值(P<0.01)，其中中切牙的實現率最高為81.49%，其次側切牙為77.62%，尖牙的實現率最低為74.95%。相對于轉矩實現率較高，與前述研究相比，尖牙的軸傾實現率較低，可能是因為相較于其他牙，尖牙牙根截面為圓形，牙根更長，同時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]研究結果相同；同時尖牙位于牙弓轉折處，與前磨牙牙根間空間較小，導致矯治效果較差[5]。而切牙軸傾實現率相對較高可能是因為切牙牙冠扁平，牙根相對較小所致。

雖然隱形矯治在前牙區小范圍移動擁有更高的實現率，但與預測值相比仍有一定的差距，在了解最終牙齒位置的基礎上，臨床醫生能夠在矯治中通過過矯治建立必要的補償[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到目標位置[25-26]。

無托槽隱形矯治技術結合冠根整合模型進行臨床矯治的優勢具有相當大的潛力，未來可進一步進行骨松質與骨皮質的精密分割，以動態反映正畸牙移動過程中牙槽骨的改建規律，通過更深入的技術融合發揮出更廣泛強大的功能[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進行術前和術后的模型重疊，而我們使用未處理的后牙牙冠作為參考點進行重疊。雖然所設計的后牙不移動，但不能排除存在相對移動[8]。另一個不足之處是研究參與者的數量相對較少，矯治的設計與過程也受到臨床醫生經驗的影響，存在著一定的誤差。在治療效果方面，本研究多數的目標角度相對較小，需要多名正畸醫生進行更大樣本量以及更大角度的隨訪研究提供更準確的結果。同時未將三維冠根整合數字化模型結合隱形矯治與其他正畸矯治器(如傳統固定矯治器、舌側矯治器)進行比較。因此需要進一步的研究比較不同正畸矯治器在前牙轉矩軸傾的臨床效果，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結合建立完整的數字化冠根模型，能夠提高療效評估的精度。②在隱形矯治非拔牙病例中，前牙區的轉矩和軸傾實現率能夠達到70%左右，其中軸傾相對于轉矩實現率更高。③側切牙相對于中切牙和尖牙有更高的轉矩實現率，中切牙相對于側切牙和尖牙有更高的軸傾實現率。