雙牙合板式透明矯治器作用力值的測量及其影響因素分析

周佳琦,吳 棟,吳櫻儀,周 力,李 宇

雙牙合板矯治器(twin-block)是一種臨床上廣泛應(yīng)用的功能矯治器,用于刺激生長發(fā)育期骨性Ⅱ類患者的下頜骨生長[1]。近年來,隨著無托槽隱形矯治技術(shù)與功能矯形治療的結(jié)合,雙牙合板式透明矯治器應(yīng)運(yùn)而生[2-3]。研究表明,傳統(tǒng)twin-block和雙牙合板式透明矯治器均可引起下頜骨長度(包括升支、下頜體)增加,髁突三維方向生長、髁突位置前移,下牙列唇移、上牙列舌移等改變,通過牙效應(yīng)和骨效應(yīng)兩部分作用共同糾正Ⅱ類錯(cuò)牙合[4-5]。然而不同研究中,牙效應(yīng)和骨效應(yīng)的比例有所差異[6-8]。

雙牙合板式矯治器通過咬合重建將下頜引導(dǎo)到前伸位置,對下頜施加前導(dǎo)力,對上頜施加等大反向的后抑力。對于下頜,前導(dǎo)力越大,對下牙列的唇移作用越大,但骨效應(yīng)卻未必隨之同比增加。因此,是否存在利于下頜骨效應(yīng)/牙效應(yīng)比例最優(yōu)化的最適力值,目前尚不清楚。而對于上頜,該后抑力越大,對上牙列的舌移作用越大;當(dāng)其增大到一定程度時(shí),甚至有可能壓迫上頜骨后方的骨縫,抑制其生長[9]。但目前尚缺乏雙牙合板式矯治器后抑力值大小與上頜生長抑制效果的相關(guān)性研究。

力幾乎是正畸唯一的治療工具。而雙牙合板式矯治器作用力的“三要素”中,其“大小”(力值)卻一直處于正畸醫(yī)生的盲區(qū)。由于缺乏雙牙合板式矯治器作用力值的測量手段,限制了相關(guān)力學(xué)生物學(xué)研究的進(jìn)一步深入。雙牙合板式矯治器的作用力,可以通過患者配戴矯治器后,上、下牙合板間的壓力大小來量化。因此,本研究擬嘗試建立一種雙牙合板式矯治器作用力的測量方法,對該作用力值進(jìn)行測量,并探究其影響因素,為后續(xù)雙牙合板式矯治器作用力值與療效間潛在關(guān)系的研究奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2020年1月至2022年12月于四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院正畸科就診,使用雙牙合板式透明矯治器(時(shí)代天使A6,中國)進(jìn)行治療的骨性Ⅱ類患者,根據(jù)下述納入、排除標(biāo)準(zhǔn),共納入15例;其中男性6例,女性9例,初診年齡(12.47±4.86)歲。本研究經(jīng)四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院倫理委員會審查批準(zhǔn)(審批號:WCHSIRB-D-2019-190),所有患者均簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn):①∠SNB<78°或∠ANB>4°;②安氏Ⅱ類1分類;③前牙覆蓋>5 mm;④采用時(shí)代天使A6矯治器治療。排除標(biāo)準(zhǔn):①下牙列中線偏斜>2 mm;②顱頜面缺損、綜合征或唇腭裂等畸形;③顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病。

1.2 方法

1.2.1 A6矯治器作用力值測量

本研究采用便攜式薄膜壓力測試儀(RFP-XW01,宇博智能科技,中國)測量A6矯治器的作用力值。該壓力測試系統(tǒng)由薄膜壓力傳感器和主機(jī)兩部分構(gòu)成,通過USB相連接(圖1)。壓力測試儀量程為0.5～5.0 N,精度為0.01 N,薄膜壓力傳感器直徑0.7 mm,厚度約0.3 mm。

患者配戴矯治器適應(yīng)1周后測量作用力值。測量時(shí)患者處于坐位,佩戴A6矯治器,在雙牙合板的引導(dǎo)下,下頜前伸、咬合打開。將薄膜壓力傳感器的感應(yīng)區(qū)放置于上頜牙合板的前斜面,囑患者作閉口運(yùn)動(dòng),至上下頜牙合板相接觸后囑患者肌肉放松,待主機(jī)屏幕顯示的力值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)(圖2)。按照上述方法對同一患者分別測量左右兩側(cè)力值,每側(cè)重復(fù)測量3次,取平均值。

A:測力時(shí)將薄膜壓力傳感器放置于上下牙合板斜面間;B:數(shù)值穩(wěn)定后,通過主機(jī)讀取牙合板間壓力值

1.2.2 前導(dǎo)量和咬合打開量的測量

收集患者初始牙尖交錯(cuò)位以及咬合重建位的數(shù)字化牙列模型,在iOrtho軟件(時(shí)代天使,中國)中截取側(cè)方咬合圖片,其中1小格代表1 mm,測量兩個(gè)頜位的前牙覆牙合、覆蓋。覆蓋的差值為前導(dǎo)量(SA),覆牙合的差值為咬合打開量(VO)(圖3)。

表1 患者的基本信息、下頜前導(dǎo)量、咬合打開量和雙牙合板式透明矯治器作用力值

A:在牙尖交錯(cuò)位的上中切牙切緣建立直角坐標(biāo)系;B:隱去上頜模型后,測量初始覆牙合(OB1)、覆蓋(OJ1);C:在咬合重建位的上中切牙切緣建立直角坐標(biāo)系,測量咬合重建后覆牙合(OB2)、覆蓋(OJ2);前導(dǎo)量SA=OJ1-OJ2;咬合打開量VO= OB1+OB2

1.2.3 影像學(xué)測量

所有患者治療前均拍攝頭顱側(cè)位片,采用Dolphin軟件(Partterson,美國)進(jìn)行常規(guī)頭影測量。

1.2.4 一致性檢驗(yàn)

上述前導(dǎo)量、咬合打開量以及頭影測量由同一位醫(yī)生完成,每位患者的數(shù)據(jù)重復(fù)測量2次,時(shí)間間隔為2周。利用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)ICC檢測2次測量結(jié)果的一致性,各測量項(xiàng)目的ICC均大于0.95,表明一致性好。

1.2.5 回歸模型預(yù)測準(zhǔn)確性檢驗(yàn)

收集2023年1月至2023年5月于四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院正畸科就診,滿足納入標(biāo)準(zhǔn)的8例新樣本,對比實(shí)際測量A6矯治器作用力與回歸方程預(yù)測結(jié)果,對回歸模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用 SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。各測量數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布且方差齊,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。通過配對t檢驗(yàn)比較左右兩側(cè)作用力值,獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較不同性別作用力值,Pearson相關(guān)性分析確定相關(guān)因素與雙牙合板式透明矯治器作用力值的關(guān)系,逐步多重線性回歸分析建立相關(guān)變量和雙牙合板式透明矯治器作用力值的回歸方程,組內(nèi)相關(guān)系數(shù)ICC檢測新納入樣本雙牙合板式透明矯治器作用力值與預(yù)測值的一致性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 雙牙合板式透明矯治器作用力值測量結(jié)果

本研究采用薄膜壓力測試儀測量上下牙合板間的壓力值,以此表征雙牙合板式透明矯治器的作用力大小。結(jié)果表明,薄膜壓力感受器的感應(yīng)區(qū)域面積與A6矯治器的牙合板斜面較匹配,適合測量牙合板接觸面之間的壓力,即其作用力值?；颊呋拘畔ⅰ⑾骂M前導(dǎo)量、咬合打開量及A6矯治器作用力值見表1,15例患者作用力值為(2.51±0.51)N。左右兩側(cè)力值經(jīng)配對t檢驗(yàn)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=0.455,P=0. 656)。男性患者的作用力值為(2.40±0.59)N,女性為(2.57±0.48)N,經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),性別間無顯著性差異(t=-0.602,P=0. 557,表2)。

表2 不同性別患者作用力值的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)

2.2 雙牙合板式透明矯治器的作用力值與各因素間的相關(guān)性

Pearson相關(guān)性分析(表3)顯示,雙牙合板式透明矯治器的作用力值與前導(dǎo)量呈正相關(guān)(r=0.859,P<0.001),與咬合打開量呈負(fù)相關(guān)(r=-0.521,P=0.046<0.05);與∠SN-MP、年齡之間沒有明顯相關(guān)性。

表3 雙牙合板式透明矯治器的作用力值與前導(dǎo)量、咬合打開量、∠SN-MP和年齡的Pearson相關(guān)性分析

2.3 雙牙合板式透明矯治器的作用力值與前導(dǎo)量、咬合打開量的多重線性回歸分析

以雙牙合板式透明矯治器的作用力值為因變量,前導(dǎo)量、咬合打開量為自變量,進(jìn)行多重線性回歸分析。結(jié)果顯示:前導(dǎo)量是影響作用力值的主要因素(B=0.319,P<0.001),咬合打開量未進(jìn)入回歸方程(P=0.213)(表4)。最終擬合回歸方程為Y= 0.963+0.319X(Y為作用力值,X為前導(dǎo)量),擬合系數(shù)R2=0.738,經(jīng)方差分析檢驗(yàn)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=36.60,P<0.001)。

表4 雙牙合板式透明矯治器作用力值多重線性回歸分析模型

2.4 雙牙合板式透明矯治器的作用力值多重線性回歸方程驗(yàn)證

對8例新納入患者實(shí)測力值與預(yù)測力值進(jìn)行組內(nèi)一致性檢驗(yàn),ICC值為0.79>0.75(P<0.01),表明回歸方程預(yù)測準(zhǔn)確性較好(表5)。

表5 雙牙合板式透明矯治器預(yù)測作用力值與實(shí)際作用力值的一致性檢驗(yàn)

3 討 論

3.1 本研究建立了一種有效測量雙牙合板式矯治器作用力值的方法

雙牙合板式矯治器的臨床應(yīng)用已有40余年,正畸醫(yī)生和研究者只知其下頜前導(dǎo)量,卻并不知其實(shí)際作用力值。近年來,已有學(xué)者開始進(jìn)行這個(gè)方向的努力。Onimaru等[10]設(shè)計(jì)了一種前導(dǎo)力測量裝置,由測力元件、滑動(dòng)軌道、位置傳感器、指示燈和電腦等部分構(gòu)成。該測量方法較復(fù)雜、耗時(shí),且該裝置為作者團(tuán)隊(duì)自行研發(fā),目前無法被推廣應(yīng)用,國內(nèi)也很難獲得。本研究采用商品化薄膜壓力測試儀,測量雙牙合板式矯治器上下斜面間的壓力以量化其作用力。據(jù)估計(jì),雙牙合板式矯治器的作用力值很難超過5 N,因此,我們選擇了量程為0.5～5.0 N,精度為0.01 N的測試儀,其量程與實(shí)際力值越接近,則測量誤差越小。經(jīng)過臨床實(shí)測發(fā)現(xiàn),本研究所建立的測力方法簡易、高效、可重復(fù),能夠在臨床研究或臨床治療中推廣應(yīng)用。

除了本研究涉及的雙牙合板式透明矯治器,該測力裝置和方法同樣適用于傳統(tǒng)twin-block矯治器,以及頰側(cè)翼托式透明矯治器(隱適美MA,美國)[11]的作用力測量,因?yàn)楹髢烧叩淖饔昧ν瑯涌梢酝ㄟ^兩平面間的“壓力”量化。正畸醫(yī)生臨床上可以用該方法測量該類矯治器的作用力值,在病歷或研究數(shù)據(jù)中記錄,使我們對“力”的應(yīng)用更加有據(jù)可循;為該類矯治器后續(xù)力學(xué)生物學(xué)的相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

3.2 雙牙合板式矯治器作用力值測量的學(xué)術(shù)價(jià)值

雙牙合板式矯治器的作用力值鮮有文獻(xiàn)報(bào)道,其學(xué)術(shù)價(jià)值尚不明朗。隨著本研究測力方法的報(bào)道,更多研究者對該力值展開測量與研究,其學(xué)術(shù)價(jià)值及臨床意義將逐漸被發(fā)掘。

雙牙合板式矯治器的作用力表現(xiàn)為“上頜后抑”與“下頜前導(dǎo)”,其效應(yīng)可分為牙/牙槽效應(yīng)與頜骨效應(yīng)兩方面[12]。本研究通過測量A6矯治器上下牙合板斜面間的壓力,得出單側(cè)作用力值為(2.51±0.51)N,即200～300 g力,為臨床常用橡皮筋牽引力值(3.5盎司)的2～3倍,大于常用Ⅱ類牽引的力值。通常大于300 g的力才被認(rèn)為是能夠抑制上頜生長的矯形力[13]。因此,該類矯治器所產(chǎn)生的力值或許尚不能產(chǎn)生壓迫上頜后方骨縫、抑制其生長的矯形作用。相關(guān)報(bào)道中由A6矯治器產(chǎn)生的上頜A點(diǎn)后退效果可能只是牙列遠(yuǎn)移、牙槽骨塑建的結(jié)果[4,14]。

在功能矯形治療中,下頜骨有效長度的增加包括下頜升支以及下頜體部的生長[15]。Zhang等[16]建立的三維有限元模型顯示,twin-block矯治器前導(dǎo)下頜后對下頜骨的作用力集中在髁突頸部,下頜體部皮質(zhì)骨表面也有一定的應(yīng)力分布。Zhu等[17]建立的三維有限元模型表明關(guān)節(jié)窩后份受到牽張力,為其向前方成骨塑建創(chuàng)造了有利的力學(xué)微環(huán)境。生物力學(xué)是功能矯形治療中頜骨、牙周組織改建的基礎(chǔ)[18]。無論下頜體部還是髁突的生長以及關(guān)節(jié)窩的適應(yīng)性改建,都與咀嚼肌群以及關(guān)節(jié)周圍韌帶收縮所產(chǎn)生的張力有關(guān)。雙牙合板矯治器上下牙合板間的壓力值反映了咀嚼肌群的收縮力,或許能與肌肉、韌帶的應(yīng)力所引起的改建反應(yīng)建立聯(lián)系。該作用力值與雙牙合板式矯治器下頜骨效應(yīng)之間的潛在關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

牙合板間的壓力作用于下牙列會導(dǎo)致下前牙唇傾[19]。大部分骨性Ⅱ類患者下前牙在治療前即處于唇傾狀態(tài),進(jìn)一步唇傾可能造成前牙牙周風(fēng)險(xiǎn)增高或根骨關(guān)系惡化。相比傳統(tǒng)twin-block矯治器,雙牙合板式透明矯治器包裹整個(gè)下牙列,能夠減少下前牙唇傾的副作用[7]。此外,通過在矯治器上設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)呢?fù)轉(zhuǎn)矩也可以對前導(dǎo)力引起的前牙唇傾起到一定對抗作用。已有研究對隱形矯治器建立三維有限元模型,分析其對前牙轉(zhuǎn)矩控制的影響[20]。未來可以將雙牙合板式透明矯治器的前導(dǎo)力值加入相關(guān)研究的三維有限元建模中,模擬矯治器負(fù)轉(zhuǎn)矩在該作用力下對下前牙的控制效果。

3.3 雙牙合板式矯治器作用力值影響因素分析及預(yù)測模型

雙牙合板式矯治器使下頜前導(dǎo)、咬合打開,咀嚼肌群牽張而產(chǎn)生張力。因此,其作用力值可能與咀嚼肌群的形變量以及肌力有關(guān)。Alabdullah等[21]研究表明,不同垂直骨面型患者咀嚼肌力有所差異。高角患者口頜功能較弱,姿勢位、最大緊咬位和最大前伸位時(shí)顳肌、咬肌的肌電活動(dòng)均弱于均角和低角患者,而低角患者咀嚼肌力更強(qiáng)。因此本研究探究了前導(dǎo)量、咬合打開量、∠SN-MP、年齡、性別與作用力值的關(guān)系。結(jié)果表明作用力值與前導(dǎo)量正相關(guān),與咬合打開量負(fù)相關(guān),∠SN-MP、性別、年齡對作用力值的影響并不顯著。但由于本研究樣本量較小,無法完全排除后三者對作用力值的影響,后續(xù)可擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步對相關(guān)因素進(jìn)行探究。多重線性回歸分析結(jié)果表明前導(dǎo)量對力值的影響較大,而咬合打開量未進(jìn)入回歸方程,說明雙牙合板式矯治器的作用力值很大程度上取決于咀嚼肌群在矢狀向的位移。根據(jù)新納入樣本的初步檢驗(yàn),目前所得回歸方程具有較高的準(zhǔn)確性;但樣本量總體仍偏小,隨著后續(xù)研究樣本量不斷增加,該預(yù)測模型將不斷得到修正,其準(zhǔn)確性有望繼續(xù)提高。

4 結(jié) 論

本研究建立了一種雙牙合板式矯治器作用力值的測量方法,為研究此類矯治器的生物力學(xué)提供了新的手段,也為臨床記錄其力值提供了工具。

基于本研究納入的樣本,在前導(dǎo)量2.6～7.4 mm范圍內(nèi),A6矯治器的單側(cè)作用力值為(2.51±0.51)N,這是對雙牙合板式矯治器臨床病例實(shí)測作用力值的首次報(bào)道。該力值大于常規(guī)Ⅱ類牽引力值,小于矯形力值,與前導(dǎo)量呈正相關(guān),與咬合打開量呈負(fù)相關(guān)。其更多學(xué)術(shù)價(jià)值和臨床意義有待后續(xù)研究進(jìn)一步發(fā)掘。

本研究根據(jù)初期納入樣本生成了A6矯治器作用力值的多重線性回歸模型,通過后期新增樣本初步驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。后續(xù)研究隨著累計(jì)病例數(shù)的增加,該回歸模型的準(zhǔn)確性有望繼續(xù)提高。