無托槽隱形矯治進(jìn)展評估功能的準(zhǔn)確性研究

李博 許益蒙 史睿穎 胡憶戎 劉思穎 顧澤旭

軍事口腔醫(yī)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，陜西省口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科，西安 710032

無托槽隱形矯治自其問世以來由于其較好的舒適性、美觀性，逐漸成為醫(yī)生和正畸患者的選擇，其矯治范圍也不再局限于簡單錯(cuò)畸形[1-3]。無托槽隱形矯治的廣泛應(yīng)用也推動(dòng)了其自身發(fā)展，Invisalign 公司推出的口腔數(shù)字化掃描（下文簡稱口掃）設(shè)備iTero element自帶的軟件具有記錄并分析治療進(jìn)展的評估功能，旨在幫助正畸醫(yī)生臨床監(jiān)控患者各個(gè)階段治療的效果。

患者在復(fù)診時(shí)進(jìn)行一次口掃，iTero 軟件的進(jìn)展評估功能能夠?qū)⒖趻攉@得的數(shù)字模型與治療初診牙列數(shù)字模型重疊，對比觀察經(jīng)過一段時(shí)間治療后患者牙齒的移動(dòng)情況；也可將口掃獲得的數(shù)字模型與該階段3D 矯治方案設(shè)計(jì)相對應(yīng)矯治步數(shù)的預(yù)期效果進(jìn)行擬合，進(jìn)而評估患者牙齒移動(dòng)情況是否符合方案設(shè)計(jì)。但是在臨床應(yīng)用中，觀察以硬腭為參考重疊的“階段”治療前后的模型[4]時(shí)發(fā)現(xiàn)，未設(shè)計(jì)移動(dòng)的上頜磨牙也發(fā)生了不同程度的移動(dòng)，而iTero 軟件的分析結(jié)果則顯示患者上頜磨牙并未發(fā)生明顯的移動(dòng)，這可能是由于其將未設(shè)計(jì)移動(dòng)的牙齒作為模型重疊參考標(biāo)志所致。封穎麗等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在無托槽隱形矯治中，未設(shè)計(jì)移動(dòng)的上頜磨牙在階段治療后，其會(huì)在三維方向上發(fā)生不同程度的移動(dòng)。本研究選取采用無托槽隱形矯治的成年患者，以硬腭為重疊標(biāo)志，通過實(shí)際三維模型重疊測量其階段治療后上頜牙齒在水平面上的實(shí)際移動(dòng)數(shù)據(jù)，與iTero 軟件的進(jìn)展評估功能分析所得的結(jié)果進(jìn)行比較，研究其準(zhǔn)確性，為正畸醫(yī)生臨床合理應(yīng)用iTero 軟件的進(jìn)展評估功能提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 樣本采集

本研究為回顧性病例對照研究，選取2018 年1 月—2021 年1 月至第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院正畸科就診并采取Invisalign 無托槽隱形矯治的成年患者共19 例，其中拔牙病例4 例，女性18 例，男性1例，年齡（28.7±5.4）歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：1）全程采用Invisalign無托槽隱形矯治；2）恒牙列，第二磨牙萌出并建；3）依從性好，配合使用咬膠，每2 周更換一步矯治器，每日佩戴不少于22 h；4）硬腭發(fā)育良好、腭皺襞清晰；5）牙冠形態(tài)良好、無異常磨耗、無不良修復(fù)體。

排除標(biāo)準(zhǔn)：1）腭皺襞因外傷等原因引起組織形態(tài)變化者；2）牙齒因牙體或修復(fù)治療導(dǎo)致牙冠形態(tài)或位置變化者；3）牙周病或曾進(jìn)行過牙周手術(shù)者。

所有病例均由專業(yè)人員使用藻酸鹽印膜材制取質(zhì)量合格的初診及階段治療石膏模型。

1.2 研究方法

1.2.1 測量指標(biāo)與分組 在初診和階段治療（階段治療是依據(jù)患者在整個(gè)治療時(shí)期主要設(shè)計(jì)的牙齒移動(dòng)形式劃分的，如擴(kuò)弓階段、前牙內(nèi)收階段）后進(jìn)行2 次測量，采用iTero 軟件的進(jìn)展評估測量的記為iTero 組；在實(shí)際三維模型中進(jìn)行測量的記為AM（actural measurement，實(shí)際測量）組。測量指標(biāo)：1）上頜牙水平面移動(dòng)距離，19 例患者的124顆上頜牙齒在水平面的移動(dòng)距離；2）4個(gè)牙列寬度分析指標(biāo)，分別為上頜尖牙間寬度、下頜尖牙間寬度、上頜磨牙間寬度、下頜磨牙間寬度，上頜尖牙間寬度組因個(gè)別樣本的上頜尖牙存在缺失、阻生，故在初診、階段治療后的樣本量分別為17、18例。

1.2.2 AM 組模型的獲取、重疊和測量 采用R700模型掃描儀（3shape 公司，丹麥）掃描初診和階段治療后的石膏模型，獲得數(shù)字化模型stl（Ste‐reolithography）格式文件，將數(shù)字化模型導(dǎo)入Ma‐terialise ProPlan CMF 3.0 軟件，選取硬腭腭皺襞表面[4]為基準(zhǔn)進(jìn)行三維重疊（圖1），再將重疊模型導(dǎo)入Geomagic Studio 2013（3D System 公司，美國）軟件，使用色譜偏差分析對配準(zhǔn)后的模型進(jìn)行模型重疊匹配度檢測（圖1）。

圖1 重疊參考標(biāo)志示意圖及偏差分析Fig 1 Schematic diagram of overlapping reference markers and deviation analysis

應(yīng)用Geomagic Studio 2013 軟件（3D System公司，美國）建立坐標(biāo)系，將初診上頜數(shù)字化模型作為基準(zhǔn)模型，定位XY 平面（圖2A）、ZY 平面（圖2B）、XZ 平面（圖2C），X 軸、Y 軸、Z 軸分別代表橫向、矢狀向、垂直向。測量標(biāo)志點(diǎn)的選取：1）前牙區(qū)選擇尖牙的牙尖點(diǎn)和切牙的切嵴中點(diǎn)；2）后牙區(qū)每個(gè)牙位選擇一個(gè)牙尖點(diǎn)，牙尖點(diǎn)的選擇為在iTero軟件中能夠清晰確認(rèn)的牙尖點(diǎn)。分別獲取初診和階段治療后標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X、Y、Z），記為初診（T0）和階段治療后（T1），其坐標(biāo)差值 ΔX=XT1?XT0、ΔY=YT1?YT0、ΔZ=ZT1?ZT0，代表階段治療前后該點(diǎn)三維方向位移量，計(jì)算牙齒標(biāo)志點(diǎn)投影在XY 平面移動(dòng)量ΔLXY=上、下頜雙側(cè)尖牙牙尖距離為尖牙間寬度，雙側(cè)第一磨牙頰面最突點(diǎn)距離為磨牙間寬度。

圖2 建立坐標(biāo)系Fig 2 Set up the coordinate system

1.2.3 iTero組數(shù)據(jù)的獲取與處理 患者在初診和階段治療后，口掃獲得其口內(nèi)牙列數(shù)字化模型，應(yīng)用iTero軟件的進(jìn)展評估功能，進(jìn)入模型重疊界面，將其自動(dòng)重疊完成的模型調(diào)整至與實(shí)際測量模型重疊定義的XY 平面同一平面，截圖獲取上頜牙列的水平面圖像，應(yīng)用圖像分析軟件Image J 測量上頜牙齒在水平面的移動(dòng)距離（圖3），其中若iTero軟件顯示牙齒移動(dòng)方向與實(shí)際測量相反，則Image J軟件測量牙齒在水平面移動(dòng)數(shù)據(jù)記為負(fù)值。iTero軟件的進(jìn)展評估功能可自動(dòng)分析口掃所得數(shù)字化模型的寬度，記錄其模型寬度分析數(shù)據(jù)。

圖3 Image J軟件測量上頜牙齒在水平面的移動(dòng)距離Fig 3 Image J software measures the horizontal movement of the maxillary teeth

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有模型均由同一人進(jìn)行測量，2 周后隨機(jī)抽取20%患者，重新測量，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correla‐tion coefficient，ICC）進(jìn)行一致性分析。對矯治前后牙齒移動(dòng)數(shù)據(jù)及模型寬度分析數(shù)據(jù)進(jìn)行K-S正態(tài)性檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，采用Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)；服從正態(tài)分布，則采用配對樣本的t檢驗(yàn)。符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）表示，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05，P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析結(jié)果

本研究采用ICC 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果示，iTero 組、AM 組數(shù)據(jù)組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均大于0.75，一致性較好，數(shù)據(jù)測量結(jié)果可靠。

2.2 2組上頜牙水平面移動(dòng)距離的測量結(jié)果

iTero組上頜牙水平面移動(dòng)距離的中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）為2.31（1.59，3.22）mm；AM 組上頜牙水平面移動(dòng)距離的中位數(shù)（上、下四分位數(shù)）為1.79（1.21，3.03） mm，采用 Wilcoxon 秩和檢驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)，AM 組數(shù)據(jù)小于iTero 組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。繪制成箱狀圖（圖4）可見，iTero 組的中位數(shù)、上四分位數(shù)、下四分位數(shù)均大于AM 組，即AM 組的牙齒移動(dòng)距離小于iTero組的顯示情況。

圖4 iTero組與AM組上頜牙齒水平面移動(dòng)距離箱狀圖Fig 4 The box plot of horizontal movement distance of maxil‐lary teeth in iTero group and AM group

2.3 2組牙列寬度分析數(shù)據(jù)的比較

分別比較iTero 組與AM 組的牙列寬度分析數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示，兩組在階段治療前后的牙列寬度指標(biāo)數(shù)據(jù)的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表1 iTero組與AM組牙列寬度分析的比較Tab 1 Comparison of dentition width analysis between iTero group and AM group

3 討論

3.1 無托槽隱形矯治進(jìn)展評估的臨床應(yīng)用

Invisalign 公司設(shè)計(jì)制造的iTero 軟件提供了進(jìn)展評估功能，旨在輔助正畸醫(yī)生在臨床診療工作中更加方便、準(zhǔn)確、高效地評估階段治療后患者口內(nèi)的牙列情況，患者復(fù)診時(shí)進(jìn)行1次口掃，進(jìn)入iTero 軟件的進(jìn)展評估功能界面后可以看到，評估結(jié)果以不同顏色表示：綠色牙位表示該牙位牙齒移動(dòng)與3D 矯治方案設(shè)計(jì)一致；白色牙位表示該牙位未設(shè)計(jì)移動(dòng)，牙齒未發(fā)生移動(dòng)；黃色牙位表示該牙位牙齒移動(dòng)速度較慢，未達(dá)到矯治設(shè)計(jì)預(yù)期位置；紫色牙位表示該牙位牙齒移動(dòng)方向與矯治設(shè)計(jì)牙齒移動(dòng)方向相反；灰色牙位表示該牙位牙齒未發(fā)生移動(dòng)。通過重疊功能，可以對比觀察牙齒移動(dòng)情況，基于此，正畸醫(yī)生結(jié)合臨床檢查，可快速評估患者此階段治療效果。

但是，由于技術(shù)專利問題，Invisalign 公司并未對外公布應(yīng)用iTero 軟件進(jìn)行進(jìn)展評估時(shí)治療前后數(shù)字化模型重疊所采用的方法，國內(nèi)外也無文獻(xiàn)對其準(zhǔn)確性做出表述，并且Invisalign 3D 矯治方案設(shè)計(jì)中無法讀取每一步設(shè)計(jì)牙齒三維方向具體移動(dòng)數(shù)值，正畸醫(yī)生只能通過顏色進(jìn)行定性評估，對于牙齒移動(dòng)距離、移動(dòng)方式無法得到具體結(jié)果，這就導(dǎo)致正畸醫(yī)生無法準(zhǔn)確評估牙齒移動(dòng)效果。

3.2 無托槽隱形矯治牙齒實(shí)際移動(dòng)評估方法

目前，臨床常采用數(shù)字化模型重疊方法評估無托槽隱形矯治牙齒的實(shí)際移動(dòng)效果，研究[6-10]表明，通過口內(nèi)掃描和口外掃描技術(shù)獲得數(shù)字化模型與傳統(tǒng)印模技術(shù)制取牙頜模型，在精度方面無明顯差異?？趦?nèi)掃描技術(shù)更加高效舒適，且數(shù)字化模型易于存儲(chǔ)，其臨床應(yīng)用愈加廣泛。有學(xué)者[11-12]選擇未設(shè)計(jì)移動(dòng)的磨牙作為重疊標(biāo)志進(jìn)行模型重疊，研究無托槽隱形矯治牙齒移動(dòng)效率，但以磨牙作為標(biāo)志進(jìn)行重疊，其準(zhǔn)確性不佳。任亞男等[13]研究發(fā)現(xiàn)，推磨牙遠(yuǎn)移時(shí)，已經(jīng)到位的上頜第二磨牙，雖然在推上頜第一磨牙遠(yuǎn)移的過程中并未設(shè)計(jì)移動(dòng)，但其實(shí)際出現(xiàn)一定程度的復(fù)發(fā)近移。Vasilakos 等[4]研究對比上腭不同區(qū)域作為重疊標(biāo)志的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)上腭第三腭皺襞中部及遠(yuǎn)中部分腭穹窿其三維重疊準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較佳。除此以外，也有學(xué)者[14-15]選用錐形束CT結(jié)合數(shù)字化模型進(jìn)行重疊分析牙齒移動(dòng)結(jié)果。本研究選擇上頜硬腭區(qū)域進(jìn)行模型表面重疊，與選擇腭皺襞標(biāo)志點(diǎn)相比，避免了人為定點(diǎn)誤差[16]，具有更好的準(zhǔn)確度，同時(shí)避免了錐形束CT 所帶來的的輻射暴露。

3.3 iTero 進(jìn)展評估功能在牙列寬度分析評價(jià)上的準(zhǔn)確性

與實(shí)際數(shù)字化模型寬度分析相比，無論是初診還是階段治療后，iTero 軟件的進(jìn)展評估分析所顯示的結(jié)果，在4個(gè)牙列寬度測量中的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明iTero 軟件的進(jìn)展評估功能在牙列寬度分析方面具有較好的準(zhǔn)確性。iTero 掃描儀直接掃描患者的口內(nèi)咬合情況，掃描結(jié)果代表患者當(dāng)時(shí)的牙列情況，正畸醫(yī)生可以參考其模型分析結(jié)果，觀察治療效果。

3.4 iTero進(jìn)展評估功能的模型重疊評價(jià)

本研究結(jié)果顯示，牙齒二維水平面移動(dòng)距離在iTero 組與AM 組間出現(xiàn)差異，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），統(tǒng)計(jì)分析顯示，iTero 組的中位數(shù)、上四分位數(shù)、下四分位數(shù)均大于AM組，即實(shí)際牙齒移動(dòng)距離，如磨牙遠(yuǎn)移量與前牙內(nèi)收量，小于iTero 軟件的顯示情況。在iTero 軟件中，正畸醫(yī)生可以觀看矯治方案設(shè)計(jì)每一步牙齒預(yù)期變化，但是無法導(dǎo)出階段設(shè)計(jì)三維數(shù)字化模型，因此本研究選取上頜牙列水平面圖像，測量牙齒在水平面移動(dòng)距離。由于試驗(yàn)樣本的上頜牙齒在垂直向移動(dòng)并不明顯，故本研究未納入牙齒在垂直向移動(dòng)變化。此外，應(yīng)用iTero 進(jìn)行口掃時(shí)，并未完整獲取上頜硬腭數(shù)據(jù)，進(jìn)展評估模型重疊所用參考標(biāo)志未知，結(jié)合本試驗(yàn)研究結(jié)果，說明進(jìn)展評估模型擬合的準(zhǔn)確度需要進(jìn)一步優(yōu)化。這提示正畸醫(yī)生應(yīng)用iTero 軟件的進(jìn)展評估功能時(shí)，即使顯示結(jié)果為綠色，也并不代表牙齒移動(dòng)符合矯治設(shè)計(jì)，還需要結(jié)合患者口內(nèi)的真實(shí)情況進(jìn)行分析。為提高其準(zhǔn)確性，在臨床上進(jìn)行口掃時(shí)可將硬腭完整掃描，改進(jìn)算法，以硬腭作為標(biāo)志進(jìn)行數(shù)字化模型重疊，這樣更能代表患者牙齒實(shí)際移動(dòng)情況。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。