Damon Q自鎖托槽在數(shù)字化牙頜模型上的模擬定位研究

萬(wàn)賢鳳 張文斌 章錦才 段培佳

1.廣東省口腔醫(yī)院正畸科，廣州 510280；2.西安恒惠科技有限公司，西安 710075；3.廣東省口腔醫(yī)院牙周病科，廣州 510280

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維數(shù)字化牙頜模型以其存儲(chǔ)方便、精度較高、測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到正畸醫(yī)生的青睞[1-4]。在數(shù)字化模型上進(jìn)行托槽定位成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外數(shù)字化正畸技術(shù)的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)在數(shù)字化牙頜模型上進(jìn)行托槽模擬定位，用軟件制作完成弓絲以模擬正畸矯治后效果的研究還較少。本研究應(yīng)用激光掃描的牙冠與錐形束CT重建的牙根和頜骨進(jìn)行整合，建立包括牙冠、牙根和頜骨在內(nèi)的三維數(shù)字化牙頜模型，利用工程軟件繪制真實(shí)大小的Damon Q自鎖托槽，在整合模型上比較數(shù)字化Damon Q自鎖托槽含牙根信息托槽定位法以及托槽高度定位法模擬矯治效果的差異。通過(guò)美國(guó)正畸目標(biāo)評(píng)分系統(tǒng)（American board of orthodontics objective grading system，ABO-OGS）的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（邊緣嵴高度、牙齒排齊、牙根平行度）評(píng)估模擬矯治后的矯治效果，探討數(shù)字化托槽模擬定位的準(zhǔn)確性以及今后臨床應(yīng)用的可行性。

1 材料和方法

1.1 材料

NewTom 3G錐形束CT（QR SRL公司，意大利）；掃描系統(tǒng)：3Shape D700五軸三維激光掃描儀（3Shape公司，丹麥）；計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)：Intel Core 2 Duo mit 2.0 GHz處理器，內(nèi)存2 GB，硬盤500 GB；計(jì)算機(jī)軟件：OrthoRx軟件。

選擇廣東省口腔醫(yī)院正畸科應(yīng)用西安恒惠科技有限公司無(wú)托槽隱形矯治技術(shù)進(jìn)行矯治的錯(cuò) 畸形患者15例，其中男性3例，女性12例，年齡23～38歲，平均27.7歲；其中安氏Ⅰ類錯(cuò) 畸形患者9例，安氏Ⅱ類錯(cuò) 畸形患者6例。納入標(biāo)準(zhǔn)：恒牙列，牙列完整（28～32顆牙齒），無(wú)多生牙和畸形牙，無(wú)根管治療及唇頰側(cè)充填牙齒，牙齒無(wú)過(guò)度磨耗，無(wú)金屬修復(fù)體。排除標(biāo)準(zhǔn)：錐形束CT圖像不清晰。所有患者知情同意后簽署知情同意書再進(jìn)行研究。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)字化三維牙頜模型的建立 參照參考文獻(xiàn)[5]的方法建立數(shù)字化三維牙頜模型。

1.2.2 數(shù)字化托槽 采用美國(guó)Ormco公司的Da-mon Q自鎖托槽，槽溝尺寸為0.711 2 mm×0.558 8 mm。將從廠家取得的Damon Q托槽建立數(shù)字化模型，轉(zhuǎn)化成stl文件，導(dǎo)入OrthoRx軟件中。

1.2.3 用托槽高度定位法進(jìn)行托槽定位 采用托槽高度定位法對(duì)15個(gè)數(shù)字化牙頜模型上的全口牙齒進(jìn)行托槽模擬定位。從上頜中切牙至上頜第二磨牙的托槽高度分別為4.5、4.0、4.5、4.0、3.5、2.5、2.0 mm，從下頜中切牙至下頜第二磨牙的托槽高度分別為3.5、3.5、4.0、3.5、3.0、2.0、2.0 mm。各牙臨床冠長(zhǎng)軸位置的確定方法如下：上下頜切牙的臨床冠長(zhǎng)軸位于切嵴上，上下頜尖牙的臨床冠長(zhǎng)軸位于唇軸嵴上，上下頜第一及第二前磨牙的臨床冠長(zhǎng)軸位于頰軸嵴上，上下頜磨牙的臨床冠長(zhǎng)軸位于頰面主發(fā)育溝上。本研究采用目測(cè)法按照上述位置參考尋找各牙的臨床冠長(zhǎng)軸。

1.2.4 用含牙根信息托槽定位法進(jìn)行托槽定位 采用含牙根信息托槽定位法對(duì)15個(gè)數(shù)字化牙頜模型上的全口牙齒進(jìn)行托槽模擬定位。為了可以精確定位每顆牙齒，由西安恒惠科技有限公司開發(fā)了基于每顆牙齒基本信息的新的托槽定位軟件工具，該工具可以顯示每顆牙齒的牙冠及牙根信息，通過(guò)移動(dòng)不同的平面進(jìn)行托槽定位。該方法即為含牙根信息托槽定位法，本研究即利用該方法對(duì)15個(gè)數(shù)字化牙頜模型上全口牙齒進(jìn)行托槽模擬定位。每個(gè)數(shù)字化模型進(jìn)行托槽定位3次，每次間隔時(shí)間為2周，每次托槽定位后的數(shù)據(jù)用軟件保存。

1.2.5 模擬排牙形成矯治后牙頜模型 由西安恒惠科技有限公司開發(fā)出新的模擬矯治后效果的軟件，利用該軟件將牙齒沿弓絲方向排列成無(wú)鄰牙碰撞、無(wú)牙齒間隙的牙列，形成模擬的最終矯治狀態(tài)。保存模擬矯治后的狀態(tài)。

1.2.6 ABO-OGS測(cè)量方法與標(biāo)準(zhǔn) 在計(jì)算機(jī)軟件上使用目測(cè)法對(duì)研究模型各種托槽定位方法正畸模擬治療前后的數(shù)字化模型進(jìn)行測(cè)量。參照ABO-OGS標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量指標(biāo)包括3項(xiàng)：牙齒排列、后牙邊緣嵴高度和牙根平行度。每個(gè)病例記錄扣分牙位、各單項(xiàng)扣分及總扣分。操作者在測(cè)量前要求熟悉使用OrthoRx軟件。每個(gè)病例的測(cè)量間隔時(shí)間為2周，重復(fù)測(cè)量3次，取3次測(cè)量的均值。

1.2.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用重復(fù)測(cè)量資料方差分析對(duì)牙齒排齊、邊緣嵴高度、牙根平行度3項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)及綜合指標(biāo)進(jìn)行分析，比較矯治前和兩種不同的托槽模擬定位方法模擬矯治后的效果。因不滿足球?qū)ΨQ檢驗(yàn)，所以采用校正的Greenhouse-Geisser檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05。

2 結(jié)果

兩種托槽定位方法（含牙根信息托槽定位法設(shè)為方法一，托槽高度定位法設(shè)為方法二）模擬矯治前后ABO-OGS扣分（邊緣嵴高度、牙齒排齊、牙根平行度及3項(xiàng)總扣分）見表1。

在邊緣嵴高度方面，治療前扣分均數(shù)為2.80±2.01，方法一虛擬矯治后的扣分均數(shù)為0.53±0.83，方法二虛擬矯治后扣分均數(shù)為0.27±0.46。重復(fù)測(cè)量資料方差分析檢驗(yàn)結(jié)果顯示：方法一及方法二虛擬矯治前后牙齒邊緣嵴高度的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=22.691，P=0.000），兩種托槽定位方法虛擬矯治后邊緣嵴高度的扣分均小于治療前扣分。

表1 模擬矯治前及兩種方法矯治后扣分的比較Tab 1 Comparison of two methods between before and after simulated treatment

在牙齒排齊方面，治療前扣分均數(shù)為10.80±5.06，方法一虛擬矯治后扣分均數(shù)為0.27±0.46，方法二為1.00±0.84。重復(fù)測(cè)量資料方差分析檢驗(yàn)結(jié)果顯示：方法一及方法二虛擬矯治前后牙齒排齊的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=67.144，P=0.000），兩種托槽定位方法虛擬矯治后牙齒排齊扣分均小于治療前扣分；且兩種方法矯治后牙齒排齊扣分的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

在牙根平行度方面，治療前扣分均數(shù)為0.47±1.13，方法一虛擬矯治后扣分均數(shù)為0.07±0.26，方法二為1.00±1.13。重復(fù)測(cè)量資料方差分析檢驗(yàn)結(jié)果顯示：方法一與方法二比較，兩者矯治后牙根平行度扣分的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=5.971，P=0.007），方法二牙根平行度扣分大于方法一。兩種方法虛擬矯治前后牙根平行度的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示兩種托槽定位方法虛擬矯治后牙根平行度方面未發(fā)生明顯改善。

分析牙齒排齊、邊緣嵴高度及牙根平行度3項(xiàng)總的扣分情況，治療前均數(shù)為14.07±7.15，方法一虛擬矯治后總扣分均數(shù)為0.87±1.19，方法二為2.27±1.58。重復(fù)測(cè)量資料方差分析檢驗(yàn)結(jié)果顯示：方法一及方法二虛擬矯治前后3項(xiàng)總扣分的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=54.818，P=0.000），兩種托槽定位方法虛擬矯治后3項(xiàng)總扣分均小于治療前扣分；同時(shí)，兩種方法矯治后3項(xiàng)總扣分的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），故可以認(rèn)為方法一虛擬矯治后的效果較方法二更好。

3 討論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大量的三維模型引入正畸界，有許多公司如OrthoCad、OrthoProof與O3DM等開發(fā)了軟件程序，這些軟件可以分析數(shù)字化模型的線性及角度參數(shù)。利用軟件測(cè)量線距及角度提高了治療計(jì)劃及復(fù)診的準(zhǔn)確性。本研究重建了包含牙根信息的數(shù)字化三維牙頜模型，并開發(fā)了新的OrthoRx軟件進(jìn)行托槽模擬定位并模擬正畸矯治后效果。

托槽定位是否準(zhǔn)確的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是：按照該托槽定位后，牙齒在弓絲上排齊后的效果。鑒于此，本研究的軟件工程師開發(fā)了特定的軟件，該軟件按照臨床弓形圖制作上下頜大、中、小號(hào)弓形，通過(guò)選擇上下頜合適的弓形，將弓絲移動(dòng)至與托槽匹配的位置，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整間隙使具有定位托槽的牙齒沿著上述弓絲滑動(dòng)，排列為牙齒間無(wú)間隙及無(wú)碰撞的模擬矯治后狀態(tài)。本研究根據(jù)模擬矯治后的狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)模型上進(jìn)行ABO-OGS評(píng)分。

ABO-OGS評(píng)分系統(tǒng)包括8項(xiàng)獨(dú)立的評(píng)分：牙齒排齊、邊緣嵴高度、后牙頰舌向傾斜度、咬合接觸、關(guān)系、覆蓋、鄰接接觸關(guān)系及牙根平行度。本研究?jī)H選擇牙齒排齊、邊緣嵴高度及牙根平行度這3個(gè)指標(biāo)評(píng)估模擬矯治前后的情況，因?yàn)橥胁鄱ㄎ慌c這3項(xiàng)的關(guān)系最為密切，且咬合接觸、關(guān)系、覆蓋等指標(biāo)用目前的軟件還無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估。Israel等[6]用ABO-OGS標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估OrthoCAD iQ間接粘接的準(zhǔn)確性并測(cè)量正畸治療后排齊牙弓的間接粘接的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)OrthoCAD iQ在間接粘接托槽準(zhǔn)確性方面與傳統(tǒng)粘接方法相比沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，OrthoCAD在上頜前磨牙排齊及頰舌向傾斜度方面評(píng)分高于傳統(tǒng)方法組，上頜第一前磨牙牙根平行的扣分也最低，但兩者的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。OrthoCAD在上頜第一前磨牙的定位能力較差，而傳統(tǒng)方法排齊上頜磨牙的能力更強(qiáng)。

本研究結(jié)果顯示，在邊緣嵴高度方面，兩種托槽定位方法在模擬矯治后邊緣嵴高度扣分均小于治療前扣分。這與Suárez等[7]的研究不同。Suárez等[7]研究了數(shù)字化牙頜模型上采用高度定位法定位后的牙齒邊緣嵴高度情況。該研究選取42個(gè)數(shù)字化模型，計(jì)算機(jī)工具是OrthoCAD，用軟件預(yù)測(cè)矯治后的結(jié)果，比較治療前后邊緣嵴高度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用托槽高度定位法排齊后，牙齒邊緣嵴高度差異有加大的趨勢(shì)；經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，14和15、24和25、36和37、46和47這幾處邊緣嵴在治療前后的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，按托槽高度定位法排齊后，上述牙齒邊緣嵴的鄰接位置關(guān)系變差。Casko等[8]研究認(rèn)為，治療后最難獲得良好邊緣嵴的位置是雙側(cè)第一、二磨牙。Eliades等[9]通過(guò)研究前磨牙托槽定位顯示，即使是通過(guò)臨床冠中心排齊托槽槽溝，都可能產(chǎn)生大于1 mm的鄰接接觸差異。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種方法模擬矯治后，后牙邊緣嵴高度扣分均減少；由此可以推斷，托槽按高度的標(biāo)準(zhǔn)定位，有助于改善后牙邊緣嵴的不調(diào)。

本研究結(jié)果顯示：在牙齒排齊方面，兩種托槽定位方法在模擬矯治后牙齒排齊方面的扣分均小于治療前扣分；而且兩種方法矯治后牙齒排齊扣分的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。這說(shuō)明兩種托槽定位方法都可以排齊上下頜前牙，可以滿足臨床需要，含牙根信息托槽定位法牙齒排齊效果較托槽高度定位法好。但是，Israel等[6]認(rèn)為OrthoCAD軟件在下頜切牙長(zhǎng)軸的定位方面不夠準(zhǔn)確，下頜切牙的根平行度方面明顯低于傳統(tǒng)粘接方法。

本研究結(jié)果顯示：在牙根平行度方面，兩種方法模擬矯治前后牙根平行度差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩種托槽定位方法，模擬矯治后牙根平行度方面未發(fā)生明顯改善。雖然模擬矯治前后牙根的平行度無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，從三維模型上可以發(fā)現(xiàn)，牙根不平行的位置發(fā)生了改變，治療前的前牙因?yàn)閲?yán)重扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致牙根不平行，經(jīng)過(guò)模擬矯治后（兩種方法），這些前牙牙根的不平行得到改善。矯治后的牙根不平行多數(shù)發(fā)生在下頜尖牙與第一前磨牙牙根之間，這可能與Damon Q自鎖托槽的尖牙托槽含有5°軸傾角，同時(shí)與下頜尖牙外形定位困難導(dǎo)致尖牙牙根向遠(yuǎn)中傾斜有關(guān)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果示：兩種方法矯治后牙根的平行度扣分有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，含牙根信息托槽定位法矯治后牙根平行度扣分較小。這是由于托槽定位時(shí)包含了牙根信息，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行托槽定位。本研究中，由于重建三維牙頜模型包含牙根信息，可以在三維方向清晰地觀察全口牙齒牙根的平行度，牙根的頰舌向位置，看到牙根的排列情況，并準(zhǔn)確評(píng)估牙根平行度，這是傳統(tǒng)的全景片及石膏模型無(wú)法做到的。

本研究結(jié)果顯示：兩種托槽定位方法模擬矯治后牙齒排齊、邊緣嵴高度及牙根平行度3項(xiàng)總的扣分情況均小于治療前；同時(shí)，兩種方法矯治后3項(xiàng)總扣分的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。含牙根信息托槽定位法3項(xiàng)總扣分小于托槽高度定位法，可以認(rèn)為含牙根信息托槽定位法模擬矯治后效果較托槽高度定位法好，含牙根信息托槽定位方法較托槽高度定位方法更為準(zhǔn)確；這為后續(xù)研究托槽準(zhǔn)確定位于口腔提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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