方法文章

测量上颌后牙移动：基于腭部与牙齿重叠的模型评估

2.4K 次观看

⸱

DOI：

10.3791/65531

⸱

2024年2月23日

 ,  ,  ,  , 
1Department of Dental Public Health, Faculty of Dentistry, King Abdulaziz University, 2Department of Oral Health Science, Faculty of Dentistry, University of British Columbia

本文内容

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4,6,7,8,9，尤其是在矢状向和垂直向矫正方面10。

ClinCheck 是由 Align 公司开发的一款软件平台，可为临床医生提供预期牙齿移动的三维（3D）虚拟模拟。该软件主要关注患者的初始状态以及临床医生制定的治疗方案，同时也可以作为与患者沟通的可视化工具。预测结果与实际治疗效果之间的任何偏差，可能需要进行中途调整、精细修整，或转为固定矫治器治疗。因此，软件预测的可靠性已引起研究人员越来越多的关注。自 Lagravere 和 Flores-Mir 于 2005 年发表系统性综述以来11，针对预测模型与治疗后模型之间一致性的研究采用了多种评估方法，包括牙弓长度、尖牙间距离、覆𬌗、覆盖、中线偏移12、美国正畸委员会客观评分系统（ABO-OGS）减分评分13、上下颌牙间宽度14，以及基于锥形束计算机断层扫描的测量指标15。

还通过叠加三维模型进行了比较16,17,18,19,20,21。例如，当前许多软件平台（如由Align Technology开发的内部软件ToothMeasure）均可利用未治疗牙齿、腭皱或牙种植体上由用户选定的参考点，对两个数字化模型进行可重复的叠加。由于预测模型与实际实现模型通常不包含腭侧表面，许多先前的研究15,16,17,18均采用未治疗的后牙作为叠加的参考，但这可能因这些牙齿的相对移动而引入误差。这些研究主要集中于存在间隙或轻度至中度拥挤等相对简单病例的牙弓前牙区域。

Grünheid 等人采用数学叠加法，量化虚拟治疗方案与实际治疗结果之间的差异，以评估在缺乏稳定解剖结构的数字模型中全牙列透明矫治器（CAT）的准确性20。Haouili 等人也在 Compare 软件中使用相同的最佳拟合算法，对透明矫治器（CAT）在牙齿移动方面的疗效开展了一项前瞻性随访研究21。该研究旨在更新关于新兴技术相关准确性的信息，即 SmartForce、SmartTrack 矫治器材料和数字化扫描技术。他们发现整体准确性从 41%17 提高到 50%21 ，结果令人鼓舞，但并不能排除某些牙齿移动仍无法通过透明矫治器系统令人满意地实现的可能性。

当预测结果与实际结果一致时，数字模型包含一个与牙齿无关的共同三维参考结构，例如腭皱襞、牙种植体或骨性隆突；这些结构可在多种适用软件平台的坐标系内进行共配准。若将目标牙齿从其中一个模型中分割出来，并通过数学方法变换以匹配其在另一模型中的移位形态，则该变换矩阵即包含描述整个三维移位所需的全部信息。矩阵内容可表示为三个平移和三个旋转，其具体数值遵循特定的形式化规范。例如，在Invisalign ClinCheck Pro 3D控制软件中，牙齿移动表格会显示用于指示将牙齿移动至预测位置所需的三维牙齿移动数值参数。

尽管规划软件生成的初始模型与最终（预测）模型共享由同一软件平台提供的共同坐标系，但由于二者均缺乏腭部结构，因此无法与其他任何数字牙列模型进行共配准，除非这些模型具有完全相同的牙列。在此背景下，本研究假设软件预测的模型与治疗后（实际获得）的模型之间可以实现叠加。这种可行性源于存在两组模型对：第一组为初始模型与最终模型（在从规划软件导出时已自动叠加），第二组为治疗前与实际获得的模型（通过腭皱襞进行叠加）。这两组模型可通过治疗前牙列作为参考进行配准，从而与Invisalign初始模型对齐。随后可对单颗牙齿进行分割，以评估其位置和方向的差异。该评估涉及在不同模型间移动牙齿，而变换矩阵将实现对平移和重新定向的数值量化。

本方案介绍了一种评估透明矫治器（CAT）在青少年和成人中纠正轻度至中度牙颌畸形效果的方法，特别关注上颌后牙。零假设为：在完成第一阶段透明矫治器治疗后，上颌后牙的实际牙齿位置与规划软件预测的位置之间无差异。

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。
  2. 在模型扫描软件（OrthoCAD）中选择扫描数据，点击并选择 Export > Export Type（open shell），Data Format（File per Arch [arches oriented in occlusion]），获取治疗前和治疗后的数字模型的 STL 文件。
    ​注意：从模型扫描软件导出的模型不仅包含牙齿结构，还包括牙龈和完整的腭部。

2. 在 CloudCompare 中对治疗前后数字化模型进行腭部叠加

  1. 打开软件，将预处理和处理后数字模型的STL文件拖放至软件中。
  2. 选择每个模型并点击 编辑 > 颜色 > 设置唯一 用于更改所选模型的颜色。
  3. 选择治疗后的数字化模型并单击 平移/旋转 图标。右键单击并拖动模型，使它们并排排列。单击 绿色对勾.
  4. 选择预处理的数字模型并点击 片段 图标。
  5. 在腭皱襞上单击四个点，然后右键单击以取消选择。单击 分段，然后点击 绿色对勾重复步骤 2.4 至 2.5，处理治疗后的数字化模型。
  6. 隐藏 的 PostTreatModel.remaining 和 PreTreatModel.remaining 模型并同时选择两者 PostTreatModel.part 和 PreTreatModel.part 模型
  7. 点击 粗配准 对齐图标（点对点选取），在治疗前和治疗后的腭部中线两侧各选取至少三个对应的解剖标志点。单击 对齐，然后点击 绿色对勾.
  8. 取消隐藏 两个模型的网格并移动未变换的 PostTreatModel.remaining 通过复制变换矩阵并点击建模 编辑 > 转化操作，以及粘贴变换矩阵。
    注意：变换矩阵的输出结果将显示在控制台中。
  9. 隐藏 的 PostTreatModel.剩余 和 PreTreatModel.剩余 模型并选择 PostTreatModel.part 和 PreTreatModel.part 模型
  10. 点击 精细配准 对齐图标并确保 PreTreatModel.part 选择模型作为参考。点击 好的.
    注意：在配准信息窗口中确认生成的均方根（RMS）值，偏差 ≤ 0.05 RMS 可接受。
  11. 取消隐藏 两个模型的网格并移动未变换的 PostTreatModel.remaining 通过复制变换矩阵并点击建模 编辑 > 应用转化，粘贴变换矩阵。
  12. 保存叠加图像 PostTreatModel.remaining 和 PreTreatModel.remaining 模型为 STL 文件。

3. 使用 Rhinoceros 软件进行叠加的软件模型制备

  1. 分别导入规划软件的治疗前和预测模型的 STL 文件。
    注意：将软件模型导入 Rhino 或 CloudCompare 等测量软件时，模型的方向和配准信息将被保留
  2. 选择模拟牙龈，按 删除 键将其移除。
  3. 点击 网格工具，选择 网格平面。在牙齿周围绘制一个平面，并将该平面移动至牙冠咬合面的 1/3 处。这将提高叠加的精度。
  4. 双击 右侧 按钮以展开右视图。
  5. 输入命令 网格布尔分割 ，选择平面和所有牙齿，然后按 回车。
  6. 删除平面以及牙齿的颈缘部分，保留牙冠咬合面 1/3 的结构。
  7. 将分割后的模型另存为 STL 文件。
  8. 对另一个模型重复上述所有步骤。

4. 使用 CloudCompare 将软件预测的数字模型与治疗后数字模型进行叠加

  1. 拖放先前腭侧叠加的治疗前和治疗后数字模型的 STL 文件，以及分割后的治疗前模型和分割后的预测模型。
  2. 选择每个模型，然后点击 编辑 > 颜色 > 设置唯一颜色，以更改所选模型的颜色。
  3. 同时选择治疗前和治疗后数字模型，然后点击 平移/旋转 图标。右键拖动模型，使其并排显示。
  4. 取消勾选相应复选框，请求软件隐藏分割后的预测模型和治疗后数字模型。选择分割后的治疗前模型和治疗前数字模型。
  5. 点击 粗略配准 对齐图标，在分割后的治疗前模型和治疗前数字模型的牙冠牙尖上放置对应的解剖标志点。点击 对齐，然后点击 绿色对勾。
  6. 取消隐藏 分割后的预测模型和治疗后模型，并通过复制变换矩阵、点击 编辑 > 应用变换，然后粘贴变换矩阵，移动未变换的治疗后模型。
  7. 隐藏 治疗后模型和分割后的预测模型。选择治疗前模型和分割后的治疗前模型。点击 精细配准 对齐图标，以实现分割后的治疗前模型与治疗前数字模型之间的最佳拟合。
  8. 取消隐藏 网格，并通过复制变换矩阵、点击 编辑 > 应用变换，然后粘贴变换矩阵，移动未变换的模型。
  9. 取消隐藏 分割后的预测模型和治疗后数字模型，然后 隐藏 分割后的治疗前模型和治疗前数字模型，以显示叠加结果（图 2）。
  10. 将模型保存为 STL 文件。

使用 Meshmixer 进行牙冠分割

  1. 将分割预测模型和治疗后数字模型导入 Meshmixer。
  2. 点击 编辑 > 复制，复制出所需分割牙齿数量的模型。为每个模型标注对应的牙齿编号。
  3. 通过点击 眼睛 图标 隐藏 分割预测模型，保持治疗后数字模型可见。
  4. 在治疗后模型上，点击 选择 并调整 画笔 大小。要分割选定的牙冠，将 画笔工具 拖动至目标牙齿的咬合面，特别注意牙尖顶部。
  5. 点击 修改 > 反选，然后点击 编辑 > 删除，以移除模型其余部分，保留已分割的牙冠。
  6. 点击相应 眼睛 图标，取消隐藏 分割预测模型，并隐藏治疗后模型。
  7. 对分割预测模型重复步骤 5.4–5.5。
  8. 将每个选定的牙冠分别导出为 STL 文件。
  9. 对每颗牙齿的分割重复以上所有步骤。

6. 使用 CloudCompare 进行牙科叠加

  1. 导入治疗后的分割数字化牙冠和软件预测的牙冠至软件中。确保方向和点云配准保持一致。建立世界坐标网格，以标准化左右牙齿的方向，提高方法的可靠性。该网格的中心应代表CloudCompare软件点云中的(0,0,0,0,0,0)坐标。
  2. 选择两个牙冠，点击编辑 > 法线 > 计算 > 逐顶点。
  3. 选择每颗牙齿，点击编辑 > 颜色 > 设置唯一颜色，以更改所选模型的颜色。
  4. 隐藏治疗后牙齿（取消勾选复选框），然后选择隐藏的治疗后牙齿和可见的预测牙齿。
  5. 选择底视图，点击平移/旋转图标，并使用X、Y和Z平面旋转牙齿，使颊尖与垂直线对齐。
  6. 选择左侧视图，点击平移/旋转图标，并将颊尖和舌尖与水平线对齐。
  7. 选择后视图，点击平移/旋转图标，并将颊尖和舌尖与水平线对齐。
    注：应尽量使牙齿的咬合面和唇颊面与世界坐标轴和坐标平面对齐。确保牙齿的包围盒中心位于世界坐标原点。通过遵循世界坐标网格，所有牙齿的位置将实现标准化。此步骤可确保在所有轴向上X、Y和Z的平移转换具有一致性和准确性，不受单颗牙齿具体位置的影响。
  8. 当所有牙尖均对齐后，点击平移/旋转图标，在所有视图中将牙齿居中于网格上。
  9. 取消隐藏治疗后牙齿，选择预测牙冠和治疗后牙冠。
  10. 点击精细配准对齐图标，将治疗后牙冠与预测牙冠进行配准，然后点击确定。
    注：完成后，CloudCompare将显示配准信息，包括重叠均方根误差（RMS）（图3）。
  11. 为确定两颗牙齿之间的位置和旋转差异，选择治疗后牙冠，复制变换矩阵，点击编辑 > 应用变换，然后粘贴变换矩阵。
  12. 点击欧拉角图标，以显示预测牙冠与治疗后牙冠之间的旋转和线性移动。
  13. 在电子表格中记录所有平移和旋转测量值。对所有剩余的后牙重复此过程。
    注：使用美国正畸医师委员会（ABO）模型评分系统12来识别具有临床意义的测量差异。线性差异大于0.5 mm、角度差异大于2度被视为具有临床相关性。
  14. 在电子表格中调整右侧牙齿前后方向的测量值。此调整用于校正右侧牙齿相对于左侧牙齿的标准方向。

7. 测量规格

  1. 了解旋转和测量的顺序及规范：CloudCompare 采用 Tait-Bryan ZYX 外在旋转（以世界坐标原点为基准）的约定进行测量。
    注意：在平移中，各轴分别代表 X 轴（颊舌向）、Y 轴（近远中向）和 Z 轴（垂直向：压入/伸长）。角向运动由 X 轴（Psi — 近远中向倾斜）、Y 轴（Theta — 颊舌向转矩）和 Z 轴（Phi — 近远中向旋转）表示22。牙齿的运动以牙齿自身的解剖结构为参考，而不受其在牙弓中位置的影响。测量值的符号（+、-）表示相对于世界坐标原点及其坐标轴旋转的方向。
  2. 上下文相关性的重要性：需注意，描述牙齿运动的方向术语（如近中、远中、颊舌向）是针对特定牙齿而言的，不考虑相对于整个牙弓的位置变化。

8. 统计分析

  1. 所有分析均通过 RStudio（版本 1.4.1103）使用 R 统计软件包（v 3.2.3，RStudio 公司）进行。
  2. 随机选取 32 颗牙齿，在间隔 1 个月的时间内进行重复测量。
  3. 采用组内相关系数（ICC）和 Bland-Altman 分析法，对两组测量结果进行检查者内部可靠性检验。
  4. 应用霍特林 T 平方检验（Hotelling's T-squared tests）评估预测牙位与实际达到牙位在角度和线性参数上的平均预测差异。
  5. 对多个牙齿比较进行 p 值的 Bonferroni 校正，以控制整体误差率在 0.05 水平。
  6. 若发现任何显著差异，则进行事后霍特林 T 平方检验（post-hoc Hotelling's T-squared test），以确定每种牙类型和移动参数的预测差异是否具有显著性。线性测量中差异达到或超过 0.25 mm、角度测量中差异达到或超过 2° 被视为具有临床意义。

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150颗上颌后牙中，63颗未使用任何附件，7颗使用传统附件，80颗使用优化附件。

检查者内部可靠性的平均组内相关系数（ICC）大于0.990，表明检查者内部一致性极佳（表1）。Bland-Altman分析结果见表2，同样显示了较高的检查者内部一致性。

表3显示了上颌后牙预测位置与实际达到位置之间的角度和线性差异。总体而言，旋转、转矩和倾斜的角度测量值变异程度明显大于颊舌向、近远中向和𬌗龈向移动的距离测量值。第一前磨牙和第二前磨牙的平均旋转差异大于2°，且95%置信区间不包含零值。这表明在临床上，上颌第一和第二前磨牙存在显著的近中旋转。所有牙类的转矩值均显著偏离零值，而第二前磨牙和第一磨牙的平均差异小于-2°，提示所有上颌后牙，尤其是第二前磨牙和第一磨牙，其牙冠在临床上表现出更明显的颊侧转矩，相对于预测位置而言。

Hotelling T² 检验结果以及每个参数经 Bonferroni 校正后的 95% 总体置信区间见表 4。结果表明，旋转角度（2.036° ± 4.217°）和扭矩（-2.913° ± 3.263°）的均值差异与零相比具有统计学显著性，其 p 值分别为 0.023 和 0.0003。

为了进一步探讨使用附件对接预测准确性可能产生的影响，可以在图4中看到初步研究结果，该图显示了不同附件（无、传统附件或优化附件）之间的差异较小。然而，这可能是由于传统附件的使用频率较低所致。

正畸模型分析流程；三维模型叠加、分割、测量步骤示意图。
图1：软件使用流程的工作流程图。 请点击此处查看此图的放大版本。

牙弓分析，治疗前和治疗后的3D模型；ClinCheck阶段，正畸评估。
图2：软件预测最终模型与治疗后实际获得模型的叠加对比。（A）同一受试者的四个模型在相同坐标系中配准。颜色编码表示：包含腭部但牙列不同的治疗前与治疗后模型、不含腭部但牙列与治疗前模型相同的软件初始模型，以及不含腭部且为预测牙列的软件最终模型。模型叠加方法详见正文。（B）单独显示的软件预测最终模型与治疗后模型。本研究测量了二者在牙齿位置和方向上的差异。请点击此处查看该图的放大版本。

三维表面重建过程；用于变换角度和位移的图像分析软件界面。
图3：牙齿叠加及测量结果。（A）将获得的实际（治疗后）模型中分割出的第一磨牙与软件预测版本进行配准。配准所用的变换矩阵以及拟合的均方根（RMS）值来自 CloudCompare 的弹出窗口。（B）由变换矩阵计算得到的欧拉角和位移参数。请点击此处查看该图的放大版本。

附着变量 X、Y、Z、PHI、PSI、Theta 的箱线图对比图。
图 4：无附着情况下，传统附着件与优化附着件预测差异的对比。 请点击此处查看此图的放大版本。

参数均值95%置信区间显著性
旋转角度 (°)1110
扭矩 (°)0.9910.9820.9960
倾斜角度 (°)0.9920.9830.9960
颊舌向 (mm)0.9990.9970.9990
近远中向 (mm)0.990.9790.9950
𬌗龈向 (mm)0.9980.9960.9990

表1：检查者内部可靠性的组内相关系数（ICC）（n = 32 颗牙齿）。 CI：置信区间。

参数均数差95%CI
旋转 (°)0.032-0.0450.137
扭矩 (°)0.182-0.0990.503
牙根尖 (°)0.061-0.080.218
颊舌向 (mm)-0.011-0.0430.012
近远中向 (mm)0.008-0.0330.048
𬌗龈向 (mm)0.011-0.0020.026

表2：检查者内部一致性的Bland-Altman分析结果（n = 32颗牙齿）。 CI：置信区间。

参数第一前磨牙 (n=50)第二前磨牙 (n=50)第一磨牙 (n=50)
均值标准差95%置信区间均值标准差95%置信区间均值标准差95%置信区间
旋转 (°)2.8013.8811.7674.0232.4725.2651.1954.1480.8353.0040.0981.74
转矩 (°)-1.2611.912-1.765-0.722-3.5973.586-4.588-2.512-3.8813.413-4.895-2.934
倾斜 (°)0.7462.851-0.0791.6320.4093.015-0.4341.238-0.3261.917-0.5820.506
颊舌向 (mm)-0.180.455-0.311-0.046-0.1560.516-0.307-0.018-0.0480.619-0.2030.132
近远中向 (mm)0.1430.535-0.0060.3090.1550.56-0.010.2990.2130.6180.0410.392
咬合-龈向 (mm)-0.1410.407-0.256-0.031-0.2060.408-0.323-0.09-0.2560.398-0.363-0.147

表3：上颌第一前磨牙、第二前磨牙和第一磨牙预测牙位与实际达到牙位之间角度和线性差异的描述性统计。 正值表示实际达到的牙位更偏向颊侧、远中或咬合方向，或具有更大的近中旋转、更大的远中冠倾斜或更大的舌侧冠转矩，相较于预测牙位。SD：标准差；CI：置信区间。

参数均值标准差95%置信区间P 值
旋转角度 (°)2.0364.2171.4082.7560.023*
扭矩 (°)-2.9133.263-3.411-2.3880.0003*
牙根尖倾斜角度 (°)0.3742.641-0.0490.81
颊侧-舌侧向位移 (mm)-0.1280.534-0.216-0.0410.186
近中-远中向位移 (mm)0.170.569-0.0760.2581
咬合-龈向位移 (mm)-0.2010.405-0.266-0.1360.123

表4：采用经Bonferroni校正的Hotelling T²检验对所有上颌后牙的角向和线性平均预测差异进行比较。 正值表示实际达到的牙齿位置较预测位置更偏向颊侧、远中或咬合方向，或具有更大的近中旋转、更大的远中冠倾斜或更大的舌侧冠转矩。*P < 0.05。

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17,18,19,20,21。

本研究仅限于上颌牙弓，以便利用腭部及其皱襞来对预测模型和实际实现模型进行配准。以往，模型配准通常采用未经治疗或假定稳定的后牙16,17,18,19、最佳拟合算法20,21、微型种植体26,27、骨隆突29、植入体30、颅底31,或其他骨性结构32来实现。在少数先前使用腭部叠加法评估透明矫治器疗效的研究中，Dai 等人比较了拔牙病例中上颌第一磨牙和中切牙的实际移动与预测移动情况28，但他们并未报告本研究及其他研究中所采用的六自由度下各个牙齿位置与方向的个体差异20,21。

前牙未包含在本方案中，因为其临床牙冠的形态难以在CloudCompare所使用的全局坐标系中进行准确定向。然而，前磨牙和磨牙具有足够的咬合面解剖标志及唇面形态规律性，可使每颗处理后的牙齿的咬合面、长轴及包围盒均能与软件的原点及全局坐标对齐。

在配准过程中，使用变换矩阵提供描述牙齿移动的平移和旋转信息时，必须遵循特定的约定。CloudCompare 采用 Tait-Bryan 约定，即首先应用 ZYX 轴旋转顺序，然后进行从世界坐标原点出发所需的三维平移以完成匹配。由于本研究中报告的角度遵循 Tait-Bryan 约定33，因此采用不同约定的研究将得到不同的结果。将治疗后的牙齿对齐至世界坐标原点和坐标轴，可确保测量结果反映的是牙齿相对于其原始位置的平移量，以及由各牙齿特定表面解剖结构确定的方向。

总体而言，我们的结果显示，牙齿实际达到的位置在旋转和转矩方面与预测值相比具有统计学和临床意义上的显著差异，采用透明矫治器治疗后出现了更多的近中旋转和颊侧转矩。尽管上颌第一磨牙的旋转移动相对成功，但去旋转 第一和第二前磨牙的情况更为棘手，提示前磨牙牙冠的形态可能影响了这种差异。这些发现与Al-Nadawia近期开展的一项研究结果相似。 等人发现，对于压低、远中压低、远中冠倾斜和颊侧冠转矩，7天方案在后牙移动的准确性上不如14天方案34为了确定Invisalign技术的准确性是否随着新技术的应用而提高，Haouili等人更新了Kravitz等人的开创性研究。17 他们还发现旋转操作的整体准确率最低，尤其是对于犬齿、前磨牙和磨牙而言，难度更大 21.

翻译数据显示，三个方向均无统计学上的显著差异，这与以往的研究结果一致。Simon 等人发现，上颌磨牙的远中移动是最能有效预测的位移18。在本研究中，第一磨牙的𬌗龈向移动出现了一种虽无统计学意义但具有临床意义的预测偏差，表现为相对于预测位置有轻微的压入倾向。Haouili 等人也指出，尽管使用优化的伸长附件可改善上颌切牙的伸长效果，但上颌和下颌磨牙的伸长预测准确度最低21。

本研究中，使用附件与未使用附件在实现预期牙齿移动方面并无差异。使用优化附件的牙齿移动在旋转移动方面似乎略显不准确。尽管与传统附件或无附件相比，使用优化附件的牙齿在转矩移动方面表现更为准确，但总体的转矩移动仍具有挑战性。Kravitz 等人指出，与不使用附件相比，附件在旋转移动中可能带来微小的临床改善，但无统计学意义16。另一方面，Simon 等人发现，在前磨牙去旋转过程中，附件具有显著益处18。Cortona 等人通过一项有限的研究指出，对下颌圆形牙进行去旋转最有效的方法是添加一个附件，并配合 1.2° 的矫治器激活35。Nucera 等人系统综述了复合附件对隐形矫治治疗的影响，并总结了当前文献中存在的矛盾结果36。现有证据不足，需要进一步的临床试验来明确附件及其数量、大小、形状和位置对每种正畸移动的影响。

总体而言，隐适美在治疗伴有轻度至中度错𬌗的青少年和成人时，基本实现了其预测的后牙移动效果。具体而言，上颌前磨牙（尤其是第一前磨牙）的预测去扭转效果较难实现。所有上颌后牙均倾向于发生转矩移动 颊侧移动时若缺乏足够的转矩控制，牙齿位置越偏远中，结果的可预测性越低。无论使用附件或不同类型的附件，对预测准确性均无明显影响。通常需要额外的精细调整或过矫正才能实现所有预期目标。对隐适美预测结果与临床实际达成效果的比较 上颌牙弓的数字模型可通过利用腭部和牙齿特征进行模型配准、单颗牙齿分割以及用于匹配这些特征的数学变换而获益。

披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本研究由国际Align研究奖项目（Align Technology Inc.，亚利桑那州坦佩市）资助。然而，资助方未参与研究的实施和/或文章的撰写。我们谨此感谢Sandra Tai博士和Samuel Tam博士在提供隐适美病例方面的大力支持，以及Nikolas Krstic在统计分析方面的专业支持。

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

参考文献

  1. Align Technology Inc. ALGN Q320 Financial slides and historical data. , https://investor.aligntech.com/events (2020).
  2. Borda, A. F., et al. Outcome assessment of orthodontic clear aligners vs fixed appliance treatment in a teenage population with mild malocclusions. Angle Orthodontist. 90 (4), 485-490 (2020).
  3. Patterson, B. D., et al. Class II malocclusion correction with Invisalign: Is it possible. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 159 (1), e41-e48 (2021).
  4. Roberston, L., et al. Effectiveness of clear aligner therapy for orthodontic treatment: A systematic review. Orthodontics and Craniofacial Research. 23 (2), 133-142 (2020).
  5. Papadimitriou, A., Mousoulea, S., Gkantidis, N., Kloukos, D. Clinical effectiveness of Invisalign orthodontic treatment: a systematic review. Progress in Orthodontics. 19 (1), 37-60 (2018).
  6. Ke, Y., Zhu, Y., Zhu, M. A comparison of treatment effectiveness between clear aligner and fixed appliance therapies. BMC Oral Health. 19 (1), 24(2019).
  7. Zheng, M., Liu, R., Ni, Z., Yu, Z. Efficiency, effectiveness and treatment stability of clear aligners: a systematic review and meta-analysis. Orthodontics and Craniofacial Research. 20 (3), 127-133 (2017).
  8. Papageorgiou, S. N., Koletsi, D., Iliadi, A., Peltomaki, T., Eliades, T. Treatment outcome with orthodontic aligners and fixed appliances: a systematic review with meta-analysis. European Journal of Orthodontics. 42 (3), 331-343 (2020).
  9. Galan-Lopez, L., Barcia-Gonzalez, J., Plasencia, E. A systematic review of the accuracy and efficiency of dental movements with Invisalign. Korean Journal of Orthodontics. 49 (3), 140-149 (2019).
  10. Rossini, G., Parrini, S., Castroflorio, T., Deregibus, A., Debernardi, C. L. Efficacy of clear aligners in controlling orthodontic tooth movement: A systematic review. Angle Orthodontist. 85 (5), 881-999 (2015).
  11. Lagravère, M. O., Flores-Mir, C. The treatment effects of Invisalign orthodontic aligners: a systematic review. Journal of the American Dental Association. 136 (12), 1724-1729 (2005).
  12. Krieger, E., Seiferth, J., Saric, I., Jung, B. A., Wehrbein, H. Accuracy of Invisalign® treatments in the anterior region: First results. Journal of Orofacial Orthopedics. 72 (2), 141-149 (2011).
  13. Buschang, P. H., Shaw, S. G., Ross, M., Crosby, D., Campbell, P. M. Predicted and actual end-of-treatment occlusion produced with aligner therapy. Angle Orthodontist. 85 (5), 723-727 (2015).
  14. Houle, J. P., Piedade, L., Todescan, R., Pinheiro, F. H. The predictability of transverse changes with Invisalign. Angle Orthodontist. 87 (1), 19-24 (2017).
  15. Zhou, N., Guo, J. Efficiency of upper arch expansion with the Invisalign system. Angle Orthodontist. 90 (1), 23-30 (2020).
  16. Kravitz, N. D., Kusnoto, B., Agran, B., Viana, G. Influence of attachments and interproximal reduction on the accuracy of canine rotation with Invisalign. A prospective clinical study. Angle Orthodontist. 78 (4), 682-687 (2008).
  17. Kravitz, N. D., Kusnoto, B., BeGole, E., Obrez, A., Agran, B. How well does Invisalign work? A prospective clinical study evaluating the efficacy of tooth movement with Invisalign. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 135 (1), 27-35 (2009).
  18. Simon, M., Keilig, L., Schwarze, J., Jung, B. A., Bourauel, C. Treatment outcome and efficacy of an aligner technique-regarding incisor torque, premolar and molar distalization. BMC Oral Health. 14, 68(2014).
  19. Charalampakis, O., Iliadi, A., Ueno, H., Oliver, D. R., Kim, K. B. Accuracy of clear aligners: a retrospective study of patients who needed refinement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 154 (1), 47-54 (2018).
  20. Grünheid, T., Loh, C., Larson, B. E. How accurate is Invisalign in nonextraction cases? Are predicted tooth positions achieved. Angle Orthodontist. 87 (6), 809-815 (2017).
  21. Haouili, N., Kravitz, N. D., Vaid, N. R., Ferguson, D. J., Makki, L. Has Invisalign improved? A prospective follow-up study on the efficacy of tooth movement with Invisalign. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 158 (3), 420-425 (2020).
  22. Alwafi, A. A., Hannam, A. G., Yen, E. H., Zou, B. A new method assessing predicted and achieved mandibular tooth movement in adults treated with clear aligners using CBCT and individual crown superimposition. Scientific Reports. 13, 4084(2023).
  23. Huanca Ghislanzoni, L. T., et al. Evaluation of tip and torque on virtual study models: a validation study. Progress in Orthodontics. 26 (1), 14-19 (2013).
  24. English, W. R., et al. Individuality of human palatal rugae. Journal of Forensic Sciences. 33 (3), 718-726 (1988).
  25. Almeida, M. A., et al. Stability of the palatal rugae as landmarks for analysis of dental casts. Angle Orthodontist. 65 (1), 43-48 (1995).
  26. Jang, I., et al. A novel method for the assessment of three-dimensional tooth movement during orthodontic treatment. Angle Orthodontist. 79 (3), 447-453 (2009).
  27. Chen, G., et al. Stable region for maxillary dental cast superimposition in adults, studied with the aid of stable miniscrews. Orthodontics and Craniofacial Research. 14 (2), 70-79 (2011).
  28. Dai, F. F., Xu, T. M., Shu, G. Comparison of achieved and predicted tooth movement of maxillary first molars and central incisors: first premolar extraction treatment with Invisalign. Angle Orthodontist. 89 (5), 679-687 (2019).
  29. An, K., Jang, I., Choi, D. S., Jost-Brinkmann, P. G., Cha, B. K. Identification of a stable reference area for superimposing mandibular digital models. Journal of Orofacial Orthopedics. 76 (6), 508-519 (2015).
  30. Miller, R. J., Kuo, E., Choi, W. Validation of Align Technology's Treat IIITM digital model superimposition tool and its case application. Orthodontics and Craniofacial Research. 6 (s1), 143-149 (2003).
  31. Cevidanes, L. H. C., Oliveira, A. E. F., Grauer, D., Styner, M., Proffit, W. R. Clinical application of 3D Imaging for assessment of treatment outcomes. Seminars in Orthodontics. 17 (1), 72-80 (2011).
  32. Rose, D. Rotations in three-dimensions: Euler Angles and rotation matrices. , http://danceswithcode.net/engineeringnotes/rotations_in_3d/rotations_in_3d_part1.html (2015).
  33. Tait-Bryan angles - Wikimedia Commons. , https://commons.wikimedia.org/wiki/Tait-Bryan_angles (2023).
  34. Al-Nadawi, M., et al. Effect of clear aligner wear protocol on the efficacy of tooth movement. Angle Orthodontist. 91 (2), 157-163 (2021).
  35. Cortona, A., Rossini, G., Parrini, S., Dergibus, A., Castroflorio, T. Clear aligner orthodontic therapy of rotated mandibular round-shaped teeth: A finite element study. Angle Orthodontist. 90 (2), 247-254 (2020).
  36. Nucera, R., et al. Effects of composite attachments on orthodontic clear aligners therapy: A systematic review. Materials. 15 (2), 533(2022).

重印与许可

标签

上颌后牙牙齿移动评估腭部重叠隐形矫治数字模型重叠牙齿分割变换矩阵旋转测量转矩控制
测量上颌后牙移动：基于腭部与牙齿重叠的模型评估
联系我们
向图书馆推荐

隐私政策

使用条款

政策

版权所有 © 2026 MyJoVE Corporation。保留所有权利。