雙層壓膜與3D打印導(dǎo)板在托槽間接粘接中準(zhǔn)確性的對(duì)比研究

楊椿浩，李巖峰，夏冬，施婷婷

解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心口腔科，北京100048

前言

在正畸矯正過程中，托槽定位的準(zhǔn)確性影響矯正效果，對(duì)于直絲弓矯治器尤其重要［1］。托槽進(jìn)行直接粘接由于某些牙位難以觀測(cè)，易受唾液、口內(nèi)濕氣等因素影響，耗時(shí)較長且有時(shí)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(shù)并應(yīng)用于臨床實(shí)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(zhuǎn)移導(dǎo)板完成托槽口內(nèi)粘接的技術(shù)。目前，臨床上常規(guī)使用的間接粘接導(dǎo)板多為雙層壓膜導(dǎo)板，該類間接粘接導(dǎo)板的制作是根據(jù)口內(nèi)臨床牙冠的情況決定，通過托槽的位置并無法準(zhǔn)確預(yù)估牙根在牙槽骨內(nèi)的位置移動(dòng)?，F(xiàn)在隨著3D打印技術(shù)、影像學(xué)及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的結(jié)合與應(yīng)用，現(xiàn)代數(shù)字化正畸診療的過程中需考慮牙--頜-顱面綜合因素，已有數(shù)字化排牙、定制個(gè)性化托槽及間接粘接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板制作系統(tǒng)投入臨床使用。數(shù)字化模型因能夠記錄牙根、顱面在內(nèi)的口腔信息，所以在臨床應(yīng)用中越來越廣泛。目前，在數(shù)字化牙列模型上可以進(jìn)行排牙、模擬托槽的定位，然后利用計(jì)算機(jī)輔助快速成型技術(shù)制作帶有托槽的轉(zhuǎn)移導(dǎo)板從而完成間接粘接。但計(jì)算機(jī)輔助快速成型技術(shù)制作的間接粘接導(dǎo)板與傳統(tǒng)間接粘接導(dǎo)板的精確性尚未見報(bào)道，為了探求兩類導(dǎo)板即3D打印導(dǎo)板是否與傳統(tǒng)雙層壓膜導(dǎo)板在托槽間接粘接時(shí)準(zhǔn)確便捷，本文進(jìn)行了如下體外實(shí)驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)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(jī)，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(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件：3 Shape OrthoAnalyzerTM和3 Shape Dental System。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 建模收集140 顆離體牙按牙弓形態(tài)體外排牙建立5副上、下頜正畸錯(cuò)模型，排牙標(biāo)準(zhǔn)：安氏I類、擁擠度＜4 mm、Spee曲線深度0～2 mm、牙齒扭轉(zhuǎn)＜5°。利用高速渦輪機(jī)手機(jī)及微創(chuàng)車針（固美車針HM249M.314.007）分別在牙冠的頸1/3 沿牙長軸近遠(yuǎn)中鄰面距離相等唇面最凸點(diǎn)（約距齦緣2 mm 處）、切/1/3 遠(yuǎn)中（距鄰接點(diǎn)約1 mm 處）的位置做標(biāo)記點(diǎn)用于實(shí)驗(yàn)測(cè)量，以此模型作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如圖1所示。

圖1 上、下頜實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皹?biāo)記點(diǎn)Fig.1 Maxillary and Mandible experimental model and marked points

1.2.2 實(shí)驗(yàn)（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、3D 打印制作間接粘接導(dǎo)板。利用3 Shape TRIOS?Standard 掃描儀，建立數(shù)字化牙頜模型，如圖2a 所示。應(yīng)用3 Shape OrthoAnanlyzerTM正畸分析軟件標(biāo)記每顆牙近遠(yuǎn)中點(diǎn)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(shù)據(jù)庫中3M Victory SeriesTMLow Profile MBTtm，系統(tǒng)自動(dòng)將托槽與相應(yīng)牙齒的臨床冠中心進(jìn)行匹配，可據(jù)牙位適當(dāng)調(diào)節(jié)個(gè)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(shè)計(jì)導(dǎo)板，擬合托槽和牙齒，設(shè)定導(dǎo)板就位方向等數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)出單牙式導(dǎo)板，Projet 3510 DP 對(duì)材料VisiJet?StonePlast 進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)成型，打印出托槽轉(zhuǎn)移導(dǎo)板，如圖2c所示。

圖2 數(shù)字化模型、托槽定位及3D打印間接粘接導(dǎo)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(dǎo)板。硅橡膠二次取模法獲取帶唇面標(biāo)記點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)，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(duì)托槽每個(gè)邊緣進(jìn)行光固化［5］；利用壓膜法制作內(nèi)層軟膜為1 mm、外層為0.6 mm 的雙層間接粘接導(dǎo)板并修整導(dǎo)板的邊緣范圍；將修整完成的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移導(dǎo)板放入超聲震蕩器中清洗后徹底吹干后放置備用，避免轉(zhuǎn)移導(dǎo)板內(nèi)托槽的樹脂底板受到污染［6］，如圖3所示。

圖3 雙層壓膜導(dǎo)板Fig.3 Double laminated film guide

（3）臨床粘接。由一名操作熟練且經(jīng)過訓(xùn)練的醫(yī)生進(jìn)行粘接，3D 打印導(dǎo)板需將托槽放置到導(dǎo)板內(nèi)利用3M Unitek TransbondTMXT 粘接劑進(jìn)行粘接，光固化后去除多余粘接劑；雙層壓膜導(dǎo)板使用3M Sondhi快速凝固間接粘接劑進(jìn)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(dǎo)板轉(zhuǎn)移Fig.4 After the indirect bonding guide being transferred

（4）數(shù)據(jù)測(cè)量。利用改裝后的游標(biāo)卡尺（圖5）對(duì)托槽轉(zhuǎn)移前的工作模型標(biāo)記點(diǎn)與托槽特定點(diǎn)（托槽下翼與背板交接點(diǎn)及托槽遠(yuǎn)中下翼凸點(diǎn)，圖6）間距離（dA1、dB1、dB2、dC2）和托槽轉(zhuǎn)移后的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?biāo)記點(diǎn)與托槽特定點(diǎn)間距離進(jìn)行測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。由專人利用Mimics軟件和改裝后數(shù)字游標(biāo)卡尺分別對(duì)數(shù)字化模型及粘接完成后的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕贤胁厶囟ㄎ恢弥翗?biāo)記點(diǎn)間距離進(jìn)行測(cè)量、記錄。

圖5 改裝后的游標(biāo)卡尺Fig.5 Modified vernier caliper

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

圖6 測(cè)量點(diǎn)Fig.6 Measuring point

利用SPSS 20軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，3D打印組內(nèi)進(jìn)行時(shí)間及對(duì)每牙位測(cè)量點(diǎn)間差值絕對(duì)值取和后配對(duì)t檢驗(yàn)，擇優(yōu)后與壓膜組進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

3D打印制作的單牙導(dǎo)板與雙層壓膜導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接后位置的變化，兩者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果為：雙層壓膜導(dǎo)板組為（0.22±0.08）mm，3D打印導(dǎo)板組為（0.22±0.05）mm，兩者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.075＞0.05）。然而，從臨床粘接所需椅旁時(shí)間方面來看，雙層壓膜法導(dǎo)板因整體對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接，所需椅旁時(shí)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(tǒng)的間接粘接技術(shù)是通過取患者的牙齒模型，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在模型上進(jìn)行托槽定位制作轉(zhuǎn)移導(dǎo)板，然后使用轉(zhuǎn)移導(dǎo)板將托槽在模型上的位置關(guān)系轉(zhuǎn)移到患者口腔內(nèi)的一種技術(shù)。與此同時(shí)，依托信息技術(shù)、精密機(jī)械及材料學(xué)等多學(xué)科發(fā)展起來的3D 打印技術(shù)，越來越多地應(yīng)用于口腔醫(yī)療領(lǐng)域［8］。由于其可快速而精確地制造復(fù)雜精密裝置及廣泛的臨床應(yīng)用前景，其已成為正畸領(lǐng)域最熱門的技術(shù)之一［9］。

關(guān)于間接粘接準(zhǔn)確性的研究報(bào)道較多，然而評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)移導(dǎo)板準(zhǔn)確性的方式不一。陳慧等［17］測(cè)定牙尖或切角到托槽特定點(diǎn)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(zhǔn)確性。Nichols等［18］和Grünheid 等［19］通過對(duì)轉(zhuǎn)移前后的托槽進(jìn)行數(shù)字化重疊匹配研究轉(zhuǎn)移導(dǎo)板的準(zhǔn)確性。但是對(duì)于間接粘接導(dǎo)板間對(duì)托槽轉(zhuǎn)移定位準(zhǔn)確性的研究則少之又少。Castilla 等［20］通過對(duì)300 個(gè)托槽利用相機(jī)拍照記錄托槽粘接后近遠(yuǎn)中位置的變化、利用數(shù)字化卡尺測(cè)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(zhuǎn)移導(dǎo)板間的準(zhǔn)確性。本實(shí)驗(yàn)研究方法是借鑒Castilla 等［20］研究方法，利用數(shù)字化測(cè)量尺對(duì)140 個(gè)托槽特定點(diǎn)與牙面不同平面的標(biāo)記點(diǎn)間進(jìn)行三維方向上的測(cè)量，進(jìn)一步分析，以研究兩種間接粘接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板的準(zhǔn)確性。

雙層壓膜導(dǎo)板和3D打印法制作單牙式導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行轉(zhuǎn)移定位后，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接準(zhǔn)確性并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但利用3D打印制作間接粘接導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行轉(zhuǎn)移定位后，其標(biāo)準(zhǔn)差較壓膜組小，原因可能主要是由于3D 打印法制作導(dǎo)板是利用計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行導(dǎo)板的設(shè)計(jì)、加工制造，通過激光快速成型技術(shù)用光敏樹脂直接輸出導(dǎo)板，由于材料無彈性和收縮性、精度高，而壓膜制作的雙層轉(zhuǎn)移導(dǎo)板內(nèi)層材料質(zhì)軟，具有一定的彈性域收縮性，因此3D 打印導(dǎo)板組相對(duì)更穩(wěn)定。

然而，無論是制作導(dǎo)板所需時(shí)間還是臨床粘接所需時(shí)間，雙層壓膜導(dǎo)板所需時(shí)間相對(duì)更短：制作導(dǎo)板過程雙層壓膜導(dǎo)板是利用成品膜片真空負(fù)壓成型，3D打印導(dǎo)板是需要利用材料進(jìn)行激光燒結(jié)成型；臨床粘接過程主要是由于壓膜導(dǎo)板在進(jìn)行制作過程中托槽已就位于導(dǎo)板內(nèi)，托槽背板已有貼合牙齒唇面的個(gè)性化樹脂背板，進(jìn)行粘接時(shí)只需對(duì)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(dǎo)板進(jìn)行粘接仍時(shí)尚需將托槽和粘接劑放置到導(dǎo)板內(nèi)，且對(duì)托槽每個(gè)邊緣進(jìn)行光固化處理；多余粘接劑的去除需要用手機(jī)磨除，需要額外的臨床時(shí)間。但是，計(jì)算機(jī)輔助的3D 打印間接粘接導(dǎo)板卻簡化了實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移導(dǎo)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(shí)間。總之，無論是從設(shè)計(jì)到粘接所花費(fèi)時(shí)間，還是椅旁時(shí)間方面考慮，雙層壓膜導(dǎo)板所需時(shí)間較短。

但是計(jì)算機(jī)輔助、3D 打印制作導(dǎo)板在未來的正畸治療中卻有無法取代的優(yōu)勢(shì)，因其是在整合CBCT影像學(xué)數(shù)據(jù)和模型掃描數(shù)據(jù)后獲得的牙頜-顱面數(shù)字化模型上按照正常幕上六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)［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(dǎo)板用于臨床，為避免出現(xiàn)治療后頜骨內(nèi)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(duì)患者的正畸治療變得更加科學(xué)、可預(yù)測(cè)和便捷［22-25］。即使治療過程中出現(xiàn)托槽脫落，個(gè)性化3D打印導(dǎo)板可再次利用或者通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)再次打印間接粘接導(dǎo)板從而保證托槽的準(zhǔn)確粘接［26］。

眾所周知，托槽的準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)是在體外進(jìn)行，托槽的轉(zhuǎn)移定位并不會(huì)受到舌、唇頰粘膜的阻擋以及口內(nèi)濕氣等因素的影響；而在口內(nèi)進(jìn)行托槽的轉(zhuǎn)移定位時(shí)是否仍能取得良好的粘接準(zhǔn)確性尚需在臨床進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，正畸的長期性和復(fù)雜性決定了影響正畸術(shù)后效果的因素很多，間接粘接后能否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果尚需進(jìn)一步驗(yàn)證，同時(shí)應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的正畸醫(yī)生進(jìn)行總體的掌控、調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

在此實(shí)驗(yàn)條件下制作的3D打印單牙式導(dǎo)板與雙層壓膜導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接定位的準(zhǔn)確性并沒有明顯差別，均可滿足對(duì)托槽轉(zhuǎn)移準(zhǔn)確性的要求，但相對(duì)目前而言，雙層壓膜導(dǎo)板更加便捷方便。