测量上颌后牙移动：基于腭部与牙齿重叠的模型评估

摘要

本文提供了一种全面的方案，通过数字模型叠加技术评估上颌后牙在使用透明矫治器时的三维（3D）移动情况，该技术是正畸学与牙颌面矫形学领域中不可或缺的工具。

摘要

自1999年艾利科技公司（Align Technology, Inc.）推出隐适美（Invisalign）以来，关于隐适美（透明矫治器）治疗精确性的疑问和争论一直存在，尤其是在与传统固定矫治器进行比较时。在涉及前后向、垂直向和横向矫正的情况下，这种精确性比较尤为重要。为回应这些问题，本研究提出了一项精心设计的方案，重点在于通过数字化叠加上颌后牙的移动，以实现准确分析。研究样本包括25名已完成第一阶段隐适美（透明）矫治器治疗的患者。利用腭皱和牙列作为稳定的参考区域，将四个上颌数字化模型（治疗前、治疗后、ClinCheck初始模型和最终模型）进行数字化叠加。采用组合软件完成模型叠加和牙齿分割。随后通过变换矩阵表达实际实现的牙齿位置与预测位置之间的差异。临床相关差异的阈值设定为线性位移±0.25 mm，旋转±2°。差异评估采用Hotelling T²检验并进行Bonferroni校正。旋转（2.036° ± 4.217°）和转矩（-2.913° ± 3.263°）的平均差异在统计学和临床上均具有显著性，p值分别为0.023和0.0003。前磨牙的去旋转以及所有后牙的转矩控制可预测性较低。除第一磨牙实际位置较预测位置轻微压低（0.256 mm）外，其余各项线性测量指标的平均差异在统计学和临床上均无显著意义。对于轻度至中度错𬌗且非拔牙病例，透明矫治器系统在上颌后牙的大多数平移性移动及近远中倾斜控制方面，能够达到其预测效果。

引言

1999年，Align公司（Align Technology Inc.，亚利桑那州坦佩市）首次将数字化制造的可摘矫治器投入商业应用。最初，该系统旨在为轻度至中度牙列拥挤或关闭小间隙的非生长发育期患者提供一种美观性优于传统固定直丝弓矫治器的替代方案。经过数十年在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、牙科材料和治疗规划方面的改进，透明矫治器治疗（CAT）已在全球范围内用于治疗超过1000万名各类错𬌗畸形患者¹。最近一项回顾性研究显示，对于轻度错𬌗畸形的青少年患者，透明矫治器治疗在牙齿排列、咬合关系和覆盖改善方面的疗效与固定矫治器治疗相当，且结果显著更优²。透明矫治器治疗患者的就诊次数、急诊访问次数以及总体治疗时间也表现出更佳的治疗效果。尽管透明矫治器治疗可用于非拔牙、轻度至中度错𬌗畸形的非生长发育期患者^3,4，并可缩短治疗周期和椅旁操作时间⁵，但其疗效是否能达到传统唇侧托槽矫治这一金标准水平仍不明确^4,6,7,8

方案

本研究获得了不列颠哥伦比亚大学机构审查委员会的伦理批准（编号：H19-00787）。为保护隐私，研究中使用的所有样本均经过去标识化处理。此外，在患者参与研究之前，均已获得其签署的知情同意书。

注意：每位参与者提供了四个上颌数字模型，包括以下内容：

1. 治疗前数字化模型，使用 iTero 扫描腭部
2. 治疗后数字化模型，使用 iTero 扫描腭部
3. 治疗前模型，从规划软件中导出
4. 预测模型，从规划软件中导出

本方案结合使用了多种软件工具，包括 CloudCompare、Meshmixer 和 Rhinoceros。这些软件平台在促进配准过程以及实现单颗牙齿的分割方面发挥了关键作用，从而便于分析牙齿的移动和方向。值得注意的是，只要其他开源软件能够实现类似目标，也可替代使用。用于展示软件操作流程的示意图见图1。

1. 准备

1. 在规划软件中点击 Tools > Export > STL，获取初始模型和最终（预测）模型的立体光刻（STL）文件。
   注意：从规划软件导出的模型仅包含临床牙冠和虚拟牙龈，不包含腭部。<....

结果

为了检测平均尖端角和转矩角0.6°的效应变化，在80%检验效能和α=0.05的条件下，至少需要24例样本²³。纳入标准如下：（1）恒牙列完整，至少包括第一磨牙；（2）安氏I类错𬌗，或伴有间隙的安氏II类/III类错𬌗（小于2 mm），或接受过非拔牙型Invisalign隐形矫治的轻度至中度牙列拥挤；（3）至少已完成第一阶段Invisalign矫治器的佩戴；（4）初始和精细调整阶段的口内扫描图像中均可见腭皱襞。排除标准为：（1）曾使用辅助扩弓或远移矫治装置；（2）治疗期间牙齿出现可见的磨耗面；（3）有外伤史、颅面综合征或缺牙史；（4）病历记录显示矫治器佩戴依从性差。部分病例的第二磨牙缺失或正在萌出，因此未纳入分析。本研究共纳入25名受试者（17名女性和8名男性），年龄范围为12至44岁，平均年龄为24.8 ± 8.8岁，从中选取150颗牙齿（50颗第一前磨牙、50颗第二前磨牙和50颗第一磨牙）。25名患者中，4名为安氏I类错𬌗，15名为安氏II类错𬌗，6名为安氏III类错𬌗，错𬌗程度均小于2 mm。平均矫治器数量为24.8 ± 11.2副，平均治疗时长为214 ± 131天。在1.......

讨论

腭皱襞在青春期具有独特的形态特征；在生长发育过程中保持稳定，是个人身份识别的可靠标志，并被视为上颌模型重叠的稳定解剖参考点^24,25,26,27。Dai 等人采用该方法比较了第一前磨牙拔除后，使用透明矫治器治疗上颌第一磨牙和中切牙时实际实现与预测的牙齿移动量²⁸。治疗后的实际模型通过 Rapidform 软件与治疗前及计划中的治疗后模型进行配准。他们报告了预测与实际牙齿移动之间存在统计学上的显著差异。治疗前和治疗后的模型来自不同的数据来源（藻酸盐印模和口内扫描）。牙齿移动的测量值在一个坐标系中表示，以腭后咬合平面作为横断面，腭中缝作为构建矢状中线平面的参考。由于各上颌第一磨牙和上中切牙的角向和移位参数被投影到这些平面上，因此很难将他们的结果与使用不同坐标系（例如，以牙齿近似的阻抗中心为坐标原点）的研究进行比较

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
CloudCompare	GPL 软件	版本 2.11	开源软件 (https://www.cloudcompare.net/)
Meshmixer 软件	Autodesk, Inc.
Rhinoceros 5.0	Robert McNeel & Associates	版本 5.0