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方法文章

牙齿位置对使用改良牙科测量软件进行磨牙氧化锆冠修复效果的影响

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DOI：

10.3791/68587

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2025年10月31日

 ,  ,  ,  , 
1Department of Stomatology, Beijing Shijitan Hospital, Capital Medical University

本文内容

摘要

本研究探讨一种用于后牙个性化氧化锆冠修复的改良数字化技术。

摘要

本研究采用改良的数字化技术评估磨牙单层氧化锆冠修复体预备参数，探讨不同牙位的临床预备对修复效果的影响。使用口内扫描仪分析共238个预备后的后牙基牙，评估总合面收敛角（TOC）、边缘周长和平均基牙高度等参数并进行统计分析。结果显示，每个后牙的平均TOC角均超过6°，其中下颌左侧第二磨牙最大（35.96 ± 20.21°），上颌右侧第一前磨牙最小（10.97 ± 6.84°）。同名第二前磨牙之间的TOC角存在统计学显著差异（p < 0.05），其中下颌左侧第二磨牙显著大于其他同名牙。此外，同一象限内不同位置牙齿之间的TOC角也存在显著差异（p < 0.05），显示随着牙位向远中移动，TOC角呈线性增加趋势。TOC角与边缘周长呈正相关，而与平均基牙高度呈负相关。研究结果表明，临床氧化锆冠预备常偏离理论推荐的TOC值，尤其需要针对下颌牙齿制定个性化的预备标准。所开发的软件整合了数字化采集与临床分析功能，显示出其在修复学实践与教育中的应用价值。

引言

高质量的氧化锆冠预备对牙体修复的长期成功至关重要1,2,3已观察到，总牙合向会聚角（TOC）、直径和基台高度之间存在相关性。1,4,5多个 体外 研究表明，这些因素显著影响修复体的适合性、固位力、抗力及使用寿命5,6,7牙体预备中轴面聚合角（TOC）定义为同一平面内两个相对轴壁会聚所形成的夹角。牙体预备不当可能导致机械性和生物学并发症。机械性失败可表现为修复体松动、脱粘接或折裂，以及牙体结构的断裂。生物学并发症可能包括牙周炎症和黏膜软组织感染8TOC 角度常受手动操作影响，而基台高度和直径则由解剖学变量决定，情况不同。9由于其形态存在差异，轴面聚合角（TOC角）对于确定预备体的固位力和抗力性能至关重要。在牙体预备过程中，车针的角度和锥度决定了牙齿各部位预备体的角度。10.

像沃德这样的先驱者最早支持将TOC角度测量用于预备体，提出会聚角应在3°至12°之间11随后 体外 Jorgensen 的研究12 和 Kaufman13 研究表明，固位力随聚合角度增大而减小，提示临床牙体预备的聚合角度常超过5°。此外，Ohm和Silness对临床预备牙体的聚合角度进行了初步测量，发现其数值显著高于推荐范围。14一项系统性综述（1978–2013年）表明，理想的TOC角（2°–5°）实际上难以实现，建议采用10°–22°这一更符合实际的TOC角15此外，有研究建议，合格的牙医通常能达到15°至25°之间的牙体聚合角（TOC）。16,17,18,19,20,21,22,23Shillingburg HT 提出了针对不同牙齿位置的具体聚合角度，范围为10至24°24Nordlander 等人分析了来自10名牙医的208个病例数据，提出前牙区最小角度应为17.3°，后牙区最大角度应为27.3°25文献还建议预备体的轴面应相互平行，或具有一定的聚合角度， <6° 26然而，牙齿结构复杂且具有独特性，不同位置的牙齿应根据其个体需求，采用临床推荐的个性化治疗方案。Janine Tiu 进行的统计分析表明 >为玻璃陶瓷冠修复制备的100个石膏代型显示，上颌左侧第二磨牙的最大平均全角向聚合度（TOC）为74.49° （n = 4）27然而，玻璃陶瓷冠材料的强度较低，限制了其在磨牙区的应用28因此，全面分析基于氧化锆冠的后牙修复体的统计学数据至关重要。

陶瓷材料和数字化牙科领域的最新进展使得单层氧化锆陶瓷冠成为后牙固定修复的首选方案，尤其适用于通过口内光学扫描（IOS）系统进行牙体缺损修复，这主要得益于其高强度、良好的生物相容性以及优异的美学性能29。传统的数字化技术仅能获取有限的几何参数，当与无法直接评估基牙预备体内部特征的传统3D扫描方法结合时，表现出明显的局限性30。本研究提出一种个体化的改良数字化技术，用于评估后牙氧化锆冠修复体，为优化修复体密合度和延长使用寿命提供了一种具有临床应用价值的方法。该技术可特别适用于基牙预备高度不足、边缘形态不规则或锥度过大等需要个性化冠修复的情况。该方法系统分析了不同后牙位置的聚合角（TOC）变化，有助于临床医生制定最佳的牙体预备指导原则，降低机械性失败或粘接相关问题的风险。此外，将测得的TOC角度与推荐值进行比较，可为牙体预备过程中的临床决策提供实用参考，从而改善临床治疗效果。同时，对TOC角度、边缘线长度与平均基牙高度之间的相关性分析，为修复设计提供了有价值的依据。临床医生可依据这些结果调整预备方法，或在临床牙冠过短或锥度过大的情况下选择其他修复方案。该技术的数字化工作流程提高了修复精度并减少了椅旁操作时间。通过弥合数字化设计与实际修复挑战之间的差距，该方法有助于实现后牙区更可预测且更持久的氧化锆冠修复效果。

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方案

所有实验均按照首都医科大学附属北京世纪坛医院机构审查委员会（IRB）批准的方案进行。伦理批准编号为 IIT2023-021-001。

1. 实验准备

  1. 软件准备
    1. 使用 IOS、3D 检查软件和牙科测量软件。
  2. 人员准备
    1. 由三名经委员会认证的修复科医师（平均临床经验：12.4 ± 2.1 年）执行测量操作。
    2. 由十九名具备资质的修复科医师组成的团队进行样本制备，每位医师均具有至少 5 年的专科临床经验。确保所有操作人员在研究开始前接受标准化培训，以保持操作的一致性。

2. 数据采集

  1. 纳入与排除标准
    1. 采用以下纳入标准：（1）年龄在18岁及以上的患者，（2）能够提供知情同意的患者，以及（3）需要在天然牙上制作单颗牙冠的患者。
    2. 采用以下排除标准：（1）需要为固定桥保留体的个体，（2）在单次就诊中需要制作多颗单颗牙冠的个体，以及（3）牙齿严重倾斜的个体。
  2. 数据来源
    1. 从口腔科部门获取238份关于后牙单层氧化锆陶瓷冠预备的多边形文件格式（PLY）完整数据集。确保所有牙体预备均来自临床指征明确、需对存在结构缺损的后牙进行全冠修复的病例（图1）。
    2. 纳入19名自愿参与本研究的牙医提供的额外数字化模型。根据制造商的操作规程对扫描仪进行校准（补充图1）。采用以下标准化扫描流程获取所有预备体数据：（1）保持最佳照明条件，（2）确保适当的湿度控制，以及（3）获取包含邻牙的部分牙弓扫描数据。

3. 数据预处理

  1. 初步数据筛选
    1. 使用三维检测软件处理全部238个PLY数据集。通过检查非流形边和孔洞来验证网格的完整性。
    2. 确认扫描分辨率达到至少20 µm的点间距。根据参考标准评估表面纹理质量。
  2. 预处理阶段
    1. 将扫描数据导入三维检测软件，并将单位设置为毫米。使用“Mesh Doctor”命令分析并修复多边形网格，然后进入编辑界面。
    2. 从菜单工具中选择套索工具，并启用"穿透"功能，以分离预备体模型与周围牙齿。执行Mesh Doctor算法，自动填充孔洞、平滑表面并优化网格边线（补充图2）。
  3. 输出生成
    1. 以两种格式导出所有最终数据集：高分辨率PLY文件（保留原始颜色数据）和可用于生产的立体光刻（STL）文件（二进制格式，弦高公差为0.01 mm）。

4. 测量步骤

  1. 就位道角度测量
    1. 运行测量软件，选择导入预备体模型，在屏幕上显示牙体预备形态。选择就位道选项，将指示冠修复体就位方向的引导线投影到预备体表面。
    2. 保持就位道垂直于牙合平面，并旋转预备体模型。在近中、中央和远中三个等分区域（沿近远中轴，MD轴）的预备体边缘处及其上方2 mm处分别选取测量点16,31。
    3. 执行就位道角度测量命令，在屏幕旁显示角度数据。重复该操作，测量唇侧、中央和舌侧三个等分区域（沿唇舌向轴，BL轴）的就位道角度12,32。
  2. 边缘线周长分析
    1. 执行提取边缘线命令，在预备体完成线的外围边缘选择一个起始点。沿预备体整个周长进行追踪，直至返回起始点。
    2. 系统将自动勾画硬组织与软组织的边界，在预备体颈缘外侧生成一条边缘周长线。点击分割，以分离位于边缘线以内的预备体部分33。
  3. 基牙高度测量
    1. 启用高度初始化功能，在预备体牙合面的近中、远中、颊侧和舌侧位置选取测量点，确保所有点均与就位道轴线对齐。
    2. 执行计算命令，以确定牙体预备的平均高度31。图2展示了涵盖步骤3至4的操作流程图。

5. 质量控制

  1. 在主要研究开始前，安排三名经过校准的牙医独立对同一颗牙齿应用该方法，每人完成15次重复测量，以评估测量的可重复性。
  2. 通过验证标准差（SD）值是否达到预设的可接受阈值，确认操作者间的可重复性：单个平面上的牙体轴向角（TOC角）变异应≤0.39°，边缘周长一致性应≤0.14 mm，基台高度测量精度应≤0.11 mm。
  3. 汇总三位操作者的全部结果，计算平均标准差，其值应接近0.35°（TOC角）、0.10 mm（边缘周长）和0.08 mm（基台高度）。确保每位操作者的标准差均低于规定的最大允许阈值（表1）。
  4. 得出结论：该评估方法在由经过培训的操作者执行时，具有临床可接受的可重复性。

6. 统计学分析

  1. 根据牙齿位置将数据分为16组（表2 和 表3). 对数据集进行TOC角度、边缘周长和平均对接高度分析。
  2. 正态分布数据以均数和标准差（X ± S）表示，非正态分布数据以中位数和四分位数[M, (P25~P75)]表示。采用方差分析（ANOVA）比较相同位置牙齿间TOC角的差异（14-24-34-44、15-25-35-45、16-26-36-46及17-27-37-47），组间两两比较采用LSD-t检验。
  3. 进行成对操作 t检验 分析同一象限内不同位置牙齿之间（14-15-16-17、24-25-26-27、34-35-36-37 和 44-45-46-47）在唇（颊）舌向（BL）和近远中向（MD）的牙长轴角（TOC）变化。
  4. 进行线性趋势检验，以评估同一象限内TOC角是否随后牙位置向远中移动而增大。
  5. 使用 SPSS 26.0 软件进行皮尔逊相关性分析，以确定 TOC 角度、边缘周长和平均基台高度之间的关系。显著性水平设定为 α = 0.05。

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结果

一般特征
上颌样本数量（n = 132）多于下颌样本（n = 106），其中上颌右侧第一磨牙是最常预备的牙齿（n = 24）。负值角度被视为无效数据，未纳入统计分析。表2列出了无效的TOC角度样本的数量及分类。表3展示了每种后牙的平均TOC角度。此外，将临床测得的TOC角度与推荐值进行了比较（图3），结果显示每种后牙的平均TOC角度均超过推荐值6°，这与文献报道一致26。大多数TOC角度接近Shillingburg等人24所建议的数值，但下颌左侧第二磨牙的数值显著偏高。

本研究观察到，平均牙尖斜度（TOC）角度的最大值出现在下颌左侧第二磨牙（37号牙，TOC-BL = 35.96 ± 20.21°，TOC-MD = 35.12 ± 14.67°，n = 14），在BL和MD两个视角下的平均值相近。而TOC角度的最小值则出现在上颌右侧第一前磨牙（14号牙，TOC-BL =...

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讨论

本研究旨在利用数字化技术评估单层氧化锆冠的总合就位道聚合角（TOC），并分析其与牙齿位置之间的关系，该领域目前仍缺乏相关研究。此外，数字化技术在这些修复体预备与评估中的应用也尚未得到充分探索。根据牙齿所在位置收集临床样本，针对每一颗后牙测量其TOC角度、边缘周长以及平均基牙高度。研究结果表明，即使由经验丰富的牙医操作，单层氧化锆冠的牙体预备仍常未能达到理想标准，临床实际获得的TOC角度往往偏离理论推荐值。这些发现凸显了在常规修复临床实践中改进预备技术的必要性。此外，数字化技术在优化冠修复设计方面展现出应用潜力，提示未来研究应探讨针对不同牙齿位置的特定参数，以提升临床治疗效果。

口内扫描仪（IOS）在临床牙科中日益普及，已取代传统的取模方法。过去几十年来，包括口内扫描仪在内的数字技术已彻底改变了医学和牙科的临床实践30,34。对于后牙修复，整体式氧化锆冠无需饰面陶瓷，且对牙体预备的要求极小35。这一优势得益于计算机辅助设...

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披露

作者声明不存在任何竞争利益。

致谢

本研究得到了北京市医院管理中心孵育计划（PX2024028）、首都医科大学（项目编号 2023JYY349）、国家自然科学基金（资助号 81901001）和国家自然科学基金（资助号 62002033）的经费支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
DentalEngineerV1.0中国苏州 牙科测量软件
3Shape TRIOS33Shape, Danmark口内扫描仪
Geomagic Studio12.03D Systems, USA口内扫描数据处理

参考文献

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