兩種3D打印導(dǎo)板在托槽間接粘接中的準(zhǔn)確性比較

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

1972年，Silverman 等［1］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而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)。眾多研究報(bào)道均表明間接粘接具有較好的準(zhǔn)確性及粘接必要性。傳統(tǒng)的間接粘接技術(shù)在提高托槽定位準(zhǔn)確性的同時(shí)由于操作步驟繁瑣需要消耗大量的時(shí)間且任一步驟的差錯(cuò)都會(huì)影響最終矯治效果［2］。近年來，依托數(shù)字化信息技術(shù)、精密機(jī)械及材料學(xué)等多學(xué)科交叉聯(lián)合發(fā)展起來的3D打印技術(shù)正越來越廣泛地應(yīng)用于口腔醫(yī)療領(lǐng)域［3］，由于其可快速而精確地制造復(fù)雜精密裝置，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景，現(xiàn)已成為正畸領(lǐng)域最熱門的技術(shù)之一［4］。與此同時(shí)，數(shù)字化掃描技術(shù)的成熟與應(yīng)用［5‐6］以及在此基礎(chǔ)上與醫(yī)學(xué)影像、Mimics軟件、有限元分析軟件等的聯(lián)合應(yīng)用［7‐8］實(shí)現(xiàn)了牙冠、牙根、牙槽骨、軟組織的整合，使得醫(yī)護(hù)人員能更快速、準(zhǔn)確地獲取患者全方位的三維信息［9］，從而完成對(duì)患者的診斷、模擬治療及治療效果的預(yù)測(cè)，當(dāng)然也能夠完成對(duì)托槽的輔助定位［10］。只需要通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件即可完成托槽的定位，進(jìn)而完成轉(zhuǎn)移導(dǎo)板的制作［11］。由于3D 打印技術(shù)可使材料具有靈活多變的設(shè)計(jì)性，國(guó)內(nèi)外對(duì)用于間接粘接的3D 打印導(dǎo)板樣式報(bào)導(dǎo)不一，常見有整段式多牙位和單牙位的導(dǎo)板。本研究探討了整段式多牙位與單牙位3D打印導(dǎo)板在托槽間接粘接時(shí)的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 設(shè)備與材料

采用3Shape TRIOS?Standard口內(nèi)掃描儀（3Shape，丹麥，掃描精度20 μm）；3D 打印機(jī)ProJet?3510 DP（3D Systems，美國(guó)）；打印材料VisiJet?StonePlast（丙烯腈‐丁二烯‐苯乙烯共聚物）；正畸托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTTM；粘接劑3M Unitek TransbondTMXT（3M, 美國(guó)）；正畸噴砂機(jī)（Masel,美國(guó)）；光固化燈（Dentsply,美國(guó)）；離體牙；基托樹脂材料（上海新世紀(jì)齒科材料有限公司,中國(guó)）。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件包括3Shape OrthoAnalyzerTM和3Shape Dental System（3Shape, 丹麥）；Mimics（Materialise,比利時(shí)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 建模體外收集140 顆離體牙（唇頰面無明顯缺損、充填體，牙冠形態(tài)正常），消毒處理備用。按照牙弓形態(tài)在體外排牙，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(zhǎng)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，并以此模型作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D1）。

圖1 上、下頜模型Fig.1 Maxillary and mandible model

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、3D 打印制作間接粘接整段式導(dǎo)板：利用3Shape TRIOS?Standard 口內(nèi)掃描儀，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e進(jìn)行數(shù)字化掃描，由此建立數(shù)字化牙頜模型（圖2）。

在3Shape 軟件內(nèi)處理數(shù)字化模型，標(biāo)記每牙近遠(yuǎn)中接觸點(diǎn)及其齦緣線以完成齒齦分離，確定牙冠長(zhǎng)軸方向和臨床冠中心。選取上頜雙側(cè)第一磨牙近中頰尖頂及中切牙接觸點(diǎn)，確定3點(diǎn)構(gòu)成的平面為咬合平面。調(diào)取3Shape OrthoAnanlyzerTM正畸分析軟件托槽數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)驗(yàn)所用托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTTM的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)將托槽與相對(duì)應(yīng)牙齒的臨床冠中心進(jìn)行匹配，由正畸醫(yī)生根據(jù)牙齒扭轉(zhuǎn)不齊情況適當(dāng)調(diào)整個(gè)別托槽位置，確保托槽位置理想并將此時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以.stl格式保存。

利用3Shape Dental System軟件打開以.stl格式保存輸出的托槽及牙齒模型數(shù)據(jù)，并用此軟件設(shè)計(jì)上下頜前牙及前磨牙的間接粘接3D打印導(dǎo)板。首先，將托槽和牙齒數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，根據(jù)牙列情況選取導(dǎo)板就位方向，設(shè)定導(dǎo)板厚度1 mm；然后，軟件根據(jù)所選就位方向，自動(dòng)填充該就位方向上的倒凹，由此設(shè)計(jì)整段組導(dǎo)板。將導(dǎo)板數(shù)據(jù)輸入3D打印設(shè)備，由3D打印設(shè)備Projet 3510 DP對(duì)材料VisiJet?StonePlast進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)成型，打印出實(shí)體托槽轉(zhuǎn)移導(dǎo)板（圖3）。

圖3 數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印導(dǎo)板Fig.3 Digital design and 3D printed guide plates

將托槽放入3D 打印整段式導(dǎo)板內(nèi)，利用正畸粘接劑3M Unitek TransbondTMXT完成對(duì)托槽的間接粘接（圖4）。

圖4 托槽歸位及完成托槽粘接Fig.4 Bracket reset and bracket bonding completed

利用Mimics軟件對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕贤胁厶囟c(diǎn)（托槽下翼與背板交接點(diǎn)及托槽遠(yuǎn)中下翼凸點(diǎn)，圖5）與牙冠標(biāo)記點(diǎn)間距離進(jìn)行3 次測(cè)量并記錄。利用改良游標(biāo)卡尺（圖6），對(duì)如上完成托槽轉(zhuǎn)移后的托槽特定點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)間距離進(jìn)行3次測(cè)量并記錄。

圖5 標(biāo)記點(diǎn)Fig.5 Markers

圖6 改良測(cè)量尺Fig.6 Improved measuring scale

采用上述方式重新制作3D打印單牙式導(dǎo)板并對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接的定位轉(zhuǎn)移；同時(shí)，分別利用Mimics 軟件和改裝后數(shù)字游標(biāo)卡尺對(duì)托槽特定位置至標(biāo)記點(diǎn)間距離進(jìn)行3次測(cè)量并記錄。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析利用SPSS 20.0軟件對(duì)5副模型其中100 個(gè)牙位的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。整段組與單牙組兩組均對(duì)每牙位測(cè)量點(diǎn)間差值絕對(duì)值取和后數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)檢驗(yàn)，確認(rèn)符合正態(tài)性及方差齊性后進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，若P＜0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3D 打印法制作的整段組和單牙組導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接后，兩者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果表明3D打印導(dǎo)板整段組測(cè)量點(diǎn)間差值的均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差為（0.21±0.05）mm，3D 打印導(dǎo)板單牙組測(cè)量點(diǎn)間差值的均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差為（0.22±0.05）mm，兩者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.078）。但在實(shí)驗(yàn)中，由于相較于單牙式單板需多次粘接方可完成半模型托槽的定位與粘接，整段式導(dǎo)板可一次粘接完成半模型定位與粘接，整段式導(dǎo)板在使用過程中相對(duì)更加便捷。

3 討論

目前，3D 打印技術(shù)在口腔正畸領(lǐng)域中主要應(yīng)用于個(gè)性化托槽、正畸模型、間接粘接導(dǎo)板以及支抗釘定位導(dǎo)板的制作［12‐14］。國(guó)內(nèi)外對(duì)于3D 打印制作間接粘接導(dǎo)板均有報(bào)道；但由于3D 打印制作間接粘接導(dǎo)板受到打印材料的限制［15］，國(guó)內(nèi)外常見報(bào)道的3D 打印導(dǎo)板多為單顆牙齒的或者是分段式的導(dǎo)板［16‐17］。然而，本實(shí)驗(yàn)所采用的模型無明顯牙列擁擠、不齊，為了尋求準(zhǔn)確便捷的3D 打印法導(dǎo)板，本實(shí)驗(yàn)所用3D打印法導(dǎo)板為單牙組和整段組間接粘接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板。

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［18］通過測(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［19］及Grünheid 等［20］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)板對(duì)托槽轉(zhuǎn)移定位準(zhǔn)確性的研究則少之又少。Castilla 等［21］通過相機(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)研究方法借鑒了Castilla 等［21］的研究方法，利用數(shù)字化測(cè)量尺對(duì)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，并進(jìn)一步分析，以研究?jī)煞N間接粘接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板的準(zhǔn)確性。

通過預(yù)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，3D 打印間接粘接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板整段組與單牙組分別對(duì)托槽進(jìn)行轉(zhuǎn)移定位后，相同牙位間差值其均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差為（‐0.025±0.077）mm。根據(jù)［22］，同時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)家建議參數(shù)α=0.05 則Z0.05/2=1.96、β=0.20 則Z0.20=0.842，計(jì)算得出所需樣本量N=75，因此若比較3D 打印導(dǎo)板整段組和單牙組對(duì)托槽定位的準(zhǔn)確性，欲使保持置信水平為95%，檢驗(yàn)功效為0.8，共需要75 個(gè)牙位的比較。因此，本實(shí)驗(yàn)收集了140個(gè)離體牙按照牙列形態(tài)進(jìn)行排列5 副牙頜模型，并對(duì)其中100 個(gè)牙位的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

利用間接粘接導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行間接粘接的轉(zhuǎn)移定位，間接粘接導(dǎo)板的精確度是在臨床應(yīng)用中必須考慮的核心問題，通常認(rèn)為導(dǎo)板的精度是由多個(gè)環(huán)節(jié)決定的，包括數(shù)字化圖像的采集，擬合配準(zhǔn)，導(dǎo)板的制作、打印以及術(shù)中操作等環(huán)節(jié)［23］。而對(duì)本實(shí)驗(yàn)3D 打印間接轉(zhuǎn)移導(dǎo)板間比較而言，因由同一設(shè)備完成數(shù)字化圖像的采集、同一軟件進(jìn)行擬合匹配、同一設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)板打印，在分析兩種3D 打印導(dǎo)板對(duì)托槽定位準(zhǔn)確度時(shí)僅需主要考慮導(dǎo)板的設(shè)計(jì)及術(shù)中操作兩個(gè)環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用3D 打印制作導(dǎo)板對(duì)托槽進(jìn)行轉(zhuǎn)移定位后，無論是利用整段組還是單牙組導(dǎo)板進(jìn)行托槽轉(zhuǎn)移定位，其多方向配準(zhǔn)精度誤差和約在0.21～0.23 mm 內(nèi)，且兩種打印導(dǎo)板的準(zhǔn)確性并無明顯差別，兩者均可滿足臨床對(duì)托槽的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移定位要求。這主要得益于高精度的3D打印技術(shù)以及規(guī)范的臨床操作。輕度錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂墒沟?D打印整段組導(dǎo)板既可保證共同就位道又對(duì)托槽定位具有較高的準(zhǔn)確性；同時(shí)高精度的打印技術(shù)可使得導(dǎo)板與設(shè)計(jì)保持一致，無論是整段式還是單牙式導(dǎo)板均可確保導(dǎo)板的精確度。通過規(guī)范的臨床操作，托槽經(jīng)過間接粘接后位置基本與原設(shè)計(jì)保持一致。

目前，計(jì)算機(jī)輔助制作的3D 打印導(dǎo)板簡(jiǎn)化了繁瑣的導(dǎo)板制作步驟僅僅是其優(yōu)勢(shì)之一，其最大且不可替代的優(yōu)勢(shì)在于其可結(jié)合CBCT 影像學(xué)及模型數(shù)字化信息進(jìn)而按照正常6 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)［24］排齊牙齒，在治療計(jì)劃中既考慮臨床冠的整齊又考慮牙根在頜骨內(nèi)的位置，避免矯正治療后出現(xiàn)骨開窗等并發(fā)癥的可能性，使矯治更加科學(xué)、可預(yù)測(cè)和準(zhǔn)確［13］。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在制作3D打印整段組導(dǎo)板時(shí)，為了獲得共同的就位道會(huì)自動(dòng)填補(bǔ)倒凹以便導(dǎo)板就位與取出，因此整段組導(dǎo)板對(duì)于如輕度不齊的錯(cuò)牙列進(jìn)行托槽的間接粘接定位可以確保準(zhǔn)確性。但若患者的牙列明顯不齊并伴有扭轉(zhuǎn)，此時(shí)仍利用3D 打印整段式導(dǎo)板進(jìn)行間接粘接時(shí)，托槽與3D 打印導(dǎo)板間密合性下降，此時(shí)是否仍能取得較高的準(zhǔn)確性尚需進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。對(duì)于牙列明顯不齊的患者，可考慮通過多個(gè)就位道式設(shè)計(jì)制作幾個(gè)分段式的間接粘接導(dǎo)板；若患者牙列嚴(yán)重不齊伴有牙齒扭轉(zhuǎn)的情況時(shí)，可以考慮單牙位導(dǎo)板。隨著對(duì)新材料的探索，或許會(huì)研發(fā)出可口內(nèi)黏膜放置的、具有一定彈性的、具有較高生物安全性的打印材料，3D打印導(dǎo)板會(huì)越來越廣泛地應(yīng)用于正畸間接粘接領(lǐng)域。

4 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)條件下制作的3D打印導(dǎo)板無論是整段組還是單牙組導(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)此實(shí)驗(yàn)研究模型，整段組導(dǎo)板在臨床粘接過程中更加便捷。