錐形束CT三維體積測量評估骨性Ⅲ類錯牙合

正畸正頜治療后的牙根吸收

高 娟1,2，呂航苗1，馬慧敏1，趙一姣3，李小彤1△

現(xiàn)代正畸矯治倡導“健康矯治”的理念，即合理利用正畸技術(shù)和材料的發(fā)展和進步，在健康的基礎(chǔ)上達成正畸的美學、功能、穩(wěn)定目標，其中牙周組織、牙體牙根組織是非常重要的健康指標。牙周組織包括包繞牙根的牙周膜、牙槽骨、牙齦等結(jié)構(gòu)，在正畸過程中的變化已經(jīng)被越來越多的正畸和牙周學者所關(guān)注。牙根表面的牙骨質(zhì)是一層特殊的礦化組織，與骨細胞有相似之處，在正畸治療啟動牙槽骨改建的同時也造成根吸收[1-2]。正畸治療繼發(fā)的牙根吸收是無法完全避免的，但在正畸過程中把握好可控因素，盡可能把牙根吸收程度降到最小是保證正畸療效的關(guān)鍵，探究正畸治療中牙根吸收的特點具有重要意義。既往對牙根吸收的研究多集中在牙根長度的二維測量，對牙根三維體積改變的研究較少[3-4]。錐形束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)具有放射劑量低、圖像處理方便、分辨率高等優(yōu)點[5]，因此，本研究采用CBCT三維重建技術(shù)結(jié)合數(shù)字化軟件，探索骨性Ⅲ類錯牙合患者在正畸正頜聯(lián)合矯治過程中，上下頜中切牙牙根形態(tài)變化的特點，以及牙根吸收與牙齒移動距離和移動方式的關(guān)系，為臨床矯治提供參考。

1 資料與方法

1.1 病例資料

選取2015年3月至2018年9月就診于北京大學口腔醫(yī)院正畸科的成人骨性Ⅲ類錯牙合患者20例，其中男性8例，女性12例，年齡18～35歲。所有病例均采用正畸正頜聯(lián)合治療的方案，術(shù)前正畸去代償后，正頜手術(shù)采用雙側(cè)下頜升支矢狀劈開截骨術(shù)及上頜LeFort Ⅰ型截骨術(shù)，術(shù)后正畸精細調(diào)整咬合。

納入標準：(1)初診年齡>18歲；(2)ANB角< -4°；(3)術(shù)前及術(shù)后正畸采用MBT(杭州新亞金屬托槽)直絲弓矯治技術(shù)，托槽統(tǒng)一采用0.022英寸(1英寸=25.4 mm)槽溝MBT金屬網(wǎng)底托槽，術(shù)前正畸過程中拔除上頜雙側(cè)第一前磨牙，下頜不拔牙；(4)擁擠度< 4 mm；(5)無全身系統(tǒng)性疾病及遺傳性疾?。?6)本研究三個時間點，即T0(正畸去代償治療前1周內(nèi))、T1(正畸去代償治療后正頜手術(shù)前1周內(nèi))、T2(術(shù)后正畸結(jié)束后1周內(nèi))的CBCT及頭顱側(cè)位X線片影像資料完整且清晰；(7)去代償治療時長20～24個月，治療總療程36～42個月；(8)患者知情同意。

排除標準：(1)上頜前牙有外傷史；(2)上頜中切牙、尖牙有牙髓治療史；(3)頦部偏斜> 3 mm；(4)唇腭裂等嚴重頜面部畸形；(5)正畸治療史。

1.2 資料獲取

研究對象在T0、T1和T2三個時間點均拍攝CBCT。使用儀器為NewTom 3D eXam，拍攝條件均采用統(tǒng)一標準(掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流5 mA，持續(xù)掃描時間14.7 s，掃描直徑16 cm，掃描高度13 cm，掃描層厚0.3 mm)。照片質(zhì)量均清晰可辨，使用Mimics 20.0 3D成像軟件進行三維圖像重建(圖1)。

圖1 上下頜中切牙三維重建示意圖Figure 1 Schematic diagram of 3D reconstruction of upper and under anterior teeth

1.3 牙根體積的分割及測量

將所有研究對象的CBCT數(shù)字醫(yī)學圖像統(tǒng)一保存為DICOM存儲格式，將標準化的數(shù)字醫(yī)學圖像導入Mimics 20.0 (Materialise公司，比利時)，通過設(shè)置矢狀面、冠狀面和橫斷面三個正交斷面輔助定位對目標切牙進行三維重建(圖2A)。根據(jù)不同組織的灰度差異(水為0，骨松質(zhì)為100～300，骨皮質(zhì)為2 000，牙釉質(zhì)高于2 000)，將閾值調(diào)整為1 500～3 000對切牙進行閾值分割預處理，分割結(jié)果保存為蒙版，根據(jù)相鄰像素灰度值差異在初始蒙版上繪制通過牙釉質(zhì)和牙槽骨分界線的曲線，生成沿此分界線的灰度值分布曲線，設(shè)置更為精確的分割閾值對預處理蒙版進行剖面線閾值分割，然后對初步閾值分割蒙版上彼此不相連接的內(nèi)部區(qū)域通過區(qū)域增長進一步細分亞組，生成新的蒙版，經(jīng)過手工分割、修改和編輯，得到精準的上下頜切牙切割蒙版，最后通過Mimics 20.0計算出3D模型。根據(jù)牙冠形態(tài)變化找到釉牙骨質(zhì)界，以釉牙骨質(zhì)界為界分割出牙根，過舌側(cè)釉牙骨質(zhì)界最低點向根方平移4 mm并且垂直于牙根做一平面，將牙根分為根頸部和根體部兩部分，通過3DProperties分別測量牙根各部分的體積(圖2B～C)。牙根體積變化量=治療前牙根體積-治療后牙根體積；牙根體積變化量百分比=(治療前牙根體積-治療后牙根體積)/治療前牙根體積×100%。

1.4 CBCT牙根長度的測量

應用Dolphin 18.0頭影測量軟件(Dolphin Imaging &. Management Solution公司，美國)在二維多層重建界面上顯示被測量牙齒的軸平面、冠狀面、矢狀面，調(diào)整旋轉(zhuǎn)圖像，在矢狀面上找到唇側(cè)釉牙骨質(zhì)界的最低點(A)和舌側(cè)釉牙骨質(zhì)界的最低點(B)，測量唇舌側(cè)釉牙骨質(zhì)界中點(C)與根尖點(D)連線的長度，即為牙根的長度(圖3)。

1.5 牙齒移動距離的測量

測量時重新定位治療前CBCT頭位，首先使雙側(cè)眶下點、右側(cè)耳點處于同一水平面，然后使顱底點和鼻根點均位于正中矢狀面。在正中矢狀面上連接蝶鞍點、鼻根點作SN(sella-nasion)連線，以蝶鞍點為原點，將SN平面順時針旋轉(zhuǎn)7°[6]。

利用Dolphin imaging體素重疊法[7]將T1 CBCT重疊到T0上，先以標記點法進行初步重疊，測量上中切牙移動距離時以上頜硬腭和上前牙根尖下基骨為重疊區(qū)域進行體素重疊，測量下中切牙移動距離時以頦部、下頜體部、下前牙根尖下基骨為主要重疊區(qū)域進行體素重疊。

A, the lowest point of labial enamel cementum boundary; B, the lowest point of lingual enamel cementum boundary; C, the midpoint of A and B lines; D, the apical point. C and D lines are the root length.圖3 二維牙根長度的測量Figure 3 Measurement of root length in two dimensions

完成重疊后，分別定位術(shù)前正畸治療前后的右側(cè)上下中切牙切緣點和根尖點，測量在矢狀方向上術(shù)前正畸治療前后兩個切緣點和兩個根尖點之間的距離(S-edge、S-root)，測量在垂直方向上術(shù)前正畸治療前后兩個切緣點和兩個根尖點之間的距離(V-edge、V-root)。

1.6 統(tǒng)計學方法

采用統(tǒng)計分析軟件SPSS 20.0 (IBM 公司，美國)， 所有測量項目由同一測量者間隔14 d重復測量兩次，測量結(jié)果取兩次測量的平均值。用計算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)值的方法進行自身重復性檢驗(ICC=0.997，95%CI：0.991～0.998)。對相關(guān)數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗及方差齊性檢驗。

對上下頜中切牙在不同時間點的長度、體積變化應用單因素重復測量方差分析，分析中切牙治療前、術(shù)前、正畸治療后牙根長度、體積的變化，服從正態(tài)分布的組間兩兩比較采用最小顯著性差異法(least significant difference，LSD)，不服從正態(tài)分布的組間比較采用非參數(shù)檢驗(Kruskal-Wallis秩和檢驗)。上下頜中切牙牙根不同部位體積變化(減少百分比)、牙根吸收變化的比較服從正態(tài)分布的使用配對t檢驗，不服從正態(tài)分布的使用配對樣本W(wǎng)ilcoxon符號秩和檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 正畸正頜聯(lián)合治療前后牙根長度和體積變化

骨性Ⅲ類錯牙合患者上下頜中切牙正畸正頜聯(lián)合治療前后牙根長度和體積變化結(jié)果見表1。與治療前相比，正畸正頜治療后上頜中切牙牙根體積[(156.90±31.77) mm3vs. (135.16±31.46) mm3，P<0.001]和牙根長度[(10.47±2.13) mmvs. (8.95±2.37) mm，P<0.001]均明顯減??；下頜中切牙牙根體積[(98.07±15.18) mm3vs. (82.69±16.37) mm3，P<0.001]和牙根長度[(10.97±0.91) mmvs. (9.72±0.86) mm，P<0.001]均明顯減小。與治療前相比，牙根體積的減小不僅發(fā)生在根尖方向的根體部，根頸部體積也有明顯減小[上頜：(94.34±15.16) mm3vs. (88.27±15.41) mm3，P=0.01；下頜：(54.35±8.28) mm3vs. (48.96±9.05) mm3，P<0.001]。不同治療階段的組內(nèi)比較，上下頜中切牙在術(shù)前正畸階段(T0～T1)和術(shù)后正畸階段(T1～T2)的牙根總體積、根體部體積和牙根長度呈持續(xù)減小趨勢，相對而言，術(shù)前階段減小更為明顯，根頸部體積在術(shù)后正畸階段體積減小更為顯著。

表1 骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療過程中上下頜中切牙牙根體積和長度的變化Table 1 Changes of root volume and length of upper and under central incisors in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion during orthodontic combined orthodontic treatment

2.2 正畸正頜治療過程中上下頜中切牙牙根長度和體積的變化

上下頜中切牙正畸正頜治療過程中牙根長度和牙根體積的減小量及減少百分比見表2。牙根長度的減小量在上中切牙為(1.51±1.34) mm，下中切牙為(1.24±0.70) mm，上下中切牙牙根總體積的減小量分別是(21.73±13.81) mm3和(15.38±7.78) mm3。上中切牙的牙根長度和體積減少百分比相近，但下中切牙的牙根體積減少百分比[(15.93±8.15)%]大于下中切牙的牙根長度減少百分比[(11.21±5.94)%]，揭示體積測量能提供更豐富的牙根變化信息。牙根體部體積的減少量更大，由減少百分比可見，上中切牙牙根體部吸收達到牙根總體積的(30.51±23.23)%，下中切牙牙根體部吸收達到牙根總體積的(23.24±11.96)%。此外，上中切牙的減小量和減少百分比均大于下中切牙，但只有上中切牙根體部的體積減少量大于下中切牙，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

2.3 正畸正頜聯(lián)合治療前后上下頜中切牙根頸部體積與根體部體積的變化

骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療前后(T2～T0)上下頜中切牙的根頸部與根體部體積減小量及減少百分比見表3。上頜中切牙和下頜中切牙在術(shù)前正畸和術(shù)后正畸兩個階段，根體部的體積減小量和減少百分比均顯著大于根頸部，上頜中切牙的差異尤為明顯。

表2 骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療后(T2～T0)上下頜中切牙牙根體積和根長減小量及減少百分比Table 2 Difference of root volume and root length reduction and percentage of upper and under central incisors after orthodontic combined orthodontic treatment (T2-T0) in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

表3 骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療后(T2～T0)上下頜中切牙的根頸部與根體部體積減小量及減少百分比的比較Table 3 Comparison of volume reduction and percentage of root neck and root body of upper and under central incisors after combined orthodontic treatment (T2-T0) in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

T0, within 1 week before orthodontic decompensation treatment; T2, within 1 week after orthodontic treatment.

2.4 術(shù)前正畸和術(shù)后正畸階段上下頜中切牙牙齒的移動量

骨性Ⅲ類錯牙合患者術(shù)前正畸和術(shù)后正畸階段上下頜中切牙牙齒的移動量見表4。

表4 骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療的術(shù)前、術(shù)后正畸階段上下頜中切牙牙齒移動量的比較Table 4 Comparison of tooth movement of upper and under central incisors before and after orthodontic combined orthodontic treatment in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

術(shù)前正畸階段(T0～T1)上頜中切牙牙齒移動明顯[(70.43±5.72) mm，(66.51±5.63) mm，P<0.001]，尤其在矢狀向，上頜中切牙體現(xiàn)為整體和控根腭向移動[S-edge：(-3.92±1.78) mm，S-root：(-1.44±1.63) mm]；下頜中切牙牙齒移動以矢狀方向切緣點之間的距離(S-edge)和垂直方向根尖點之間的距離(V-root)更為顯著(P=0.011)，下頜為牙冠的唇向傾斜移動[S-edge：(3.16±1.97) mm，S-root：(-0.37±2.05) mm]。

術(shù)后正畸階段(以T1′表示正頜術(shù)后開始正畸之時)(T1′～T2)上頜中切牙牙齒移動以矢狀方向移動為主，切緣點之間的距離(S-edge)變化明顯[(64.24±6.09) mm，(65.66±5.58) mm，P=0.048]，下頜中切牙移動以垂直向移動為主，根尖點之間的距離(V-root)變化顯著[(91.32±3.70) mm，(89.55±3.82) mm，P=0.006)，并且上頜中切牙有一定程度的唇向傾斜復發(fā)[S-edge：(1.42±2.73) mm，S-root：(-0.73±1.42) mm]。

3 討論

3.1 CBCT三維重建技術(shù)測量牙根吸收的精確性

牙根吸收是正畸術(shù)中常見的并發(fā)癥，影響矯治效果的滿意度，探究其影響因素并盡可能減少牙根吸收的發(fā)生，是正畸醫(yī)生關(guān)注的熱點問題。Deng等[8]對應用CBCT測量根尖吸收的文獻進行了meta分析，發(fā)現(xiàn)CBCT測量的吸收量比二維X線平片測量得出的根尖吸收量要小。也有研究顯示，CBCT可以對牙根長度進行定量測量，精確程度得到了極大提高[5]。有研究表明，牙根吸收與加力大小、牙齒加力方式、移動方式有關(guān)[1]，正畸治療中的牙齒移動很多是在牙根的側(cè)方受到壓力，引起牙槽骨吸收、牙齒移動的同時，相應的牙根側(cè)方部位也有吸收的可能，當牙根改變的差異體現(xiàn)在牙根側(cè)面時，牙根的立體形態(tài)無法用牙根長度簡單替代，總體牙根立體形態(tài)的改變單用牙根長度的縮短來表示，無法代表牙根吸收的全貌[9]。因此，探討牙根體積的改變，對全面認識正畸牙齒移動的牙根吸收很有必要。有研究將CBCT三維重建技術(shù)測量牙根體積應用于評估上頜快速擴弓過程中上頜第一磨牙的牙根吸收[10-11]，也有研究應用該技術(shù)測量骨性Ⅰ類患者上頜前牙回收過程中的牙根體積吸收[12]，以及測量骨性Ⅰ類錯牙合中、重度擁擠患者治療過程中的牙根體積吸收[13]。本研究應用CBCT三維重建技術(shù)測量骨性Ⅲ類錯牙合患者正畸正頜聯(lián)合治療前后的牙根長度、牙根體積吸收量及牙齒移動方式，結(jié)果也反映出正畸治療前后用體積改變表現(xiàn)出的牙根吸收與用牙根長度測量的不同。

3.2 正畸正頜治療前后牙根長度和體積的變化特點

骨性Ⅲ類錯牙合患者的頜骨解剖結(jié)構(gòu)特殊，下前牙唇舌側(cè)和上前牙舌側(cè)根尖區(qū)牙槽骨厚度較正常牙合窄[14-15]，限制前牙的移動范圍，牙根碰觸牙槽骨骨皮質(zhì)，可能比牙槽骨骨量充足的患者更容易造成牙根外吸收。目前，針對骨性Ⅲ類患者正畸正頜聯(lián)合治療過程中牙根吸收的研究仍較少，有關(guān)牙根體積測量的研究更少[16]。王芳等[17]對骨性Ⅲ類錯牙合患者術(shù)前去代償過程中前牙牙根體積的變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)術(shù)前去代償正畸過程中牙根總體積明顯減少。本研究從牙根長度和牙根體積兩方面進行了探討，將三維牙根體積劃分為靠近牙根尖方向的牙根體部和靠近牙冠方向的牙根頸部，進一步細化探討了牙根這兩部分的吸收情況和特點。本研究結(jié)果顯示，骨性Ⅲ類錯牙合患者的上下頜中切牙在正畸正頜治療后牙根長度的減小量分別為(1.51±1.34) mm、(1.24±0.70) mm，減少量小于2 mm，結(jié)論與既往研究一致[18]。上下頜前牙牙根總體積、根體部體積和牙根長度在術(shù)前正畸階段和術(shù)后正畸階段都表現(xiàn)出明顯減小的改變，術(shù)前正畸階段的減小量更多；上下頜牙根總體積變化量的百分比與牙根長度變化量的百分比[上頜(14.86±12.39)%，下頜(11.21±5.94)%]基本一致，但分段測量時發(fā)現(xiàn)，牙根頸部體積的減小量在兩個正畸階段相近，根體部牙根體積的減小量相對更大。

3.3 正畸正頜治療過程中牙齒移動與牙根吸收的關(guān)系

本研究采取上頜拔除第一前磨牙、輕度擁擠、強支抗，下頜前牙唇向移動去除舌傾代償?shù)闹委?，患者在矯治器、矯治力量、治療持續(xù)時間等因素上盡量保持一致，盡量避免干擾因素對研究結(jié)果的影響。正畸治療過程中，很多因素都有可能誘導不同程度的牙根外吸收，其中牙齒移動方式是引起牙根吸收的因素之一。Bartley等[19]的研究認為，冠轉(zhuǎn)矩是牙根吸收的危險因素，減小覆蓋和關(guān)閉拔牙間隙過程中，上頜前牙的內(nèi)收、壓低以及根舌向轉(zhuǎn)矩容易導致牙根吸收，可能是因為根舌向轉(zhuǎn)矩使根尖移動距離增大，根吸收增多[20-21]。Martins等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，上頜前牙內(nèi)收壓低組比單純內(nèi)收組的切牙牙根吸收量多，可能與牙齒移動過程中上頜中切牙與切牙管及牙槽骨唇側(cè)骨皮質(zhì)的接觸容易引起嚴重牙根吸收有關(guān)[23]。本研究結(jié)果顯示，上下頜中切牙牙根總體積減少量分別為(21.73±13.81) mm3、(15.38±7.78) mm3，上頜中切牙根體部牙根減小量可達(30.51±23.23)%，下頜中切牙根體部牙根減小量達(23.24±11.96)%。由此推測，上頜前牙以控根內(nèi)收移動方式為主，且上頜前牙的移動范圍更大，牙齒持續(xù)受力時間更長，容易發(fā)生一定程度的牙根吸收，這與此前的研究結(jié)論一致。另外，牙槽骨的形態(tài)也是引起牙根吸收的危險因素。馬寧等[24]的研究認為，內(nèi)收后上頜中切牙與腭側(cè)骨皮質(zhì)的距離越近越容易發(fā)生牙根吸收。本研究結(jié)果顯示，上下頜中切牙牙根均有明顯吸收，這可能與骨性Ⅲ類錯牙合患者牙槽骨厚度薄，牙根容易與骨皮質(zhì)接觸有關(guān)。

正畸正頜聯(lián)合治療過程中，正畸治療分為術(shù)前正畸和術(shù)后正畸兩個階段，術(shù)前正畸階段上頜中切牙牙齒矢狀向移動量大，上頜主要為內(nèi)收平移，下頜主要為牙冠的唇向傾斜移動；術(shù)后正畸階段上頜切牙有少量的傾斜復發(fā)的移動，即切端唇向、根尖舌向移動，下頜切牙以垂直向移動為主。這種移動方式的差異有可能導致上下頜前牙的牙根吸收量和吸收位置有差異，以整體或控根移動方式為主時，牙根的吸收在牙根頸部和牙根體部均發(fā)生，牙根體部吸收較根頸部吸收顯著；以傾斜移動和垂直向移動為主時，牙根吸收的部位易發(fā)生在牙根體部。在術(shù)后正畸階段，牙根持續(xù)在牙槽骨內(nèi)移動，牙周組織仍發(fā)生一系列組織學改建，去代償治療后的牙齒還存在或多或少的復發(fā)，牙根進一步吸收的原因可能與術(shù)后正畸持續(xù)施力以及術(shù)后復發(fā)有關(guān)。

綜上所述，骨性Ⅲ類錯牙合患者在正畸正頜聯(lián)合治療中，上下頜中切牙牙根長度和牙根總體積均呈持續(xù)減小的趨勢，變化規(guī)律相似，上頜中切牙的牙根吸收量大于下頜，上頜根頸部、根體部均有發(fā)生，根體部吸收較根頸部顯著，而下頜主要集中在根體部。牙根吸收主要發(fā)生在術(shù)前正畸階段，術(shù)后正畸階段有持續(xù)少量吸收。在整個矯治過程中，無論牙齒整體移動(控根移動)、傾斜移動還是垂直向移動，根體部均發(fā)生了顯著的牙根吸收，但是整體移動(控根移動)時根頸部的牙根吸收也較為顯著，這是以往僅用牙根長度的變化來判斷牙根吸收所難以揭示的，牙根體積的測量可以彌補牙根長度測量的局限性。