使用改进的牙科测量软件牙齿位置对磨牙氧化锆牙冠修复体的影响

高质量的氧化锆牙冠制备对于牙齿修复的长期成功至关重要 ^1,2,3。据观察，总咬合会聚 （TOC） 角度、直径和基台高度相关 ^1,4,5。几项体外研究表明，这些因素显着影响修复体的贴合度、保留性、阻力和寿命 ^5,6,7。冠部制备中的TOC角定义为两个相对的轴向壁在同一平面上会聚形成的角。牙齿准备不足可能会导致机械和生物学并发症。机械故障可表现为修复体松动、脱粘或断裂，以及牙齿结构断裂。生物学并发症可能包括牙周炎症和粘膜软组织感染⁸。TOC 角度通常受手动作的影响，这与基台高度和直径不同，基台高度和直径由解剖变量⁹ 决定。由于其变化，TOC 角对于确定制剂的保留性和抗性质量至关重要。在牙齿准备过程中，车针的角度和锥度决定了牙齿¹⁰ 上每个位置的牙齿准备角度。

像沃德这样的先驱者是第一个支持用于准备的 TOC 角度测量的人，提出了 3° 和 12°¹¹ 之间的收敛角。Jorgensen¹² 和 Kaufman¹³ 随后的体外研究表明，保持力随着会聚角的增加而降低，表明超过 5° 的 TOC 更高。此外，欧姆和静音初步测量了临床准备的牙齿上的 TOC 角，并显示明显大于推荐范围¹⁴ 的值。一项系统评价（1978-2013）表明，理想的TOC角为2°-5°实际上是无法实现的，并建议现实的TOC角为10-22°¹⁵。此外，有人建议合格的牙医通常能达到 15° 和 25° 之间的 TOC 角度16,17,18,19,20,21,22,23。Shillingburg HT 提出了针对不同牙齿位置的特定会聚角，范围为 10 至 24°²⁴。Nordlander 等人检查了 10 名牙医的数据，包括 208 例病例，并建议前部区域的最小角度为 17.3°，后部区域的最大角度为 27.3°²⁵。文献还表明，制剂的轴向表面应彼此平行，或会聚角为 <6° ²⁶。然而，牙齿是复杂而独特的，那些位置不同的牙齿应该根据他们的个人需求使用临床推荐的值进行治疗。Janine Tiu 对为微晶玻璃冠修复体制备的 >100 个石模进行的统计分析表明，上颌左第二磨牙的最大平均 TOC 角为 74.49° （n = 4）²⁷。然而，微晶玻璃冠材料的低强度限制了它们在磨牙区域^{的应用 28}。因此，综合分析基于氧化锆牙冠的后牙修复的统计数据至关重要。

陶瓷材料和数字牙科的最新进展使整体氧化锆陶瓷牙冠成为使用口内光学扫描 （IOS） 系统进行牙齿缺损修复的后牙固定修复体的首选，特别是因为它们具有高强度、生物相容性和美观品质²⁹。传统的数字技术只能捕获有限的几何参数，当与无法直接评估内部准备特征的传统3D扫描方法结合使用时，显示出显着的局限性³⁰。本研究引入了一种个性化的改良数字技术来评估后牙的氧化锆牙冠修复体，提供了一种临床适用的方法来优化贴合度和寿命。所提出的技术可以专门用于定制的牙冠适应，例如基台高度降低、边缘配置不均匀或锥度不理想的牙齿。该方法系统地分析不同后牙位置的 TOC 角度变化，帮助临床医生实现最佳准备指南并降低机械故障或粘接问题的风险。此外，将 TOC 角度与推荐值进行比较，可以为牙科医生在牙齿准备过程中提供实用的见解，确保更好的临床结果。此外，TOC角度、边缘线长度和平均基台高度之间的相关性分析为修复规划提供了有价值的见解。临床医生可以利用这些发现来调整制备技术或在临床牙冠短或锥度过大的情况下选择替代修复解决方案。该技术的数字工作流程提高了准确性并减少了椅旁时间。这种方法通过弥合数字设计与现实世界修复挑战之间的差距，支持后牙列中更可预测和更耐用的氧化锆牙冠修复体。

所有实验均按照首都医科大学附属北京石济潭医院机构审查委员会（IRB）批准的方案进行。伦理批准参考号为 IIT2023-021-001。

1、实验准备

1. 软件准备
   1. 使用 IOS、3D 检测软件和牙科测量软件。
2. 人员准备
   1. 与三名经过委员会认证的修复医生一起执行测量程序（平均临床经验：12.4 ± 2.1 年）。
   2. 与 19 名合格的修复医生组成的团队进行样本制备，每位修复医生都拥有至少 5 年的专业临床经验。确保所有操作员在研究开始前接受标准化培训，以保持程序一致性。

2. 数据采集

1. 纳入和排除标准
   1. 应用以下纳入标准：（1） 18 岁或以上的患者，（2） 能够提供知情同意的患者，以及 （3） 需要在天然牙齿上安装单单位牙冠的患者。
   2. 应用以下排除标准：（1） 需要固定牙桥保持器的个人，（2） 在一次预约中需要多个单单位牙冠的个人，以及 （3） 牙齿严重倾斜的个人。
2. 数据源
   1. 从口腔科获取 238 个关于整体氧化锆陶瓷牙冠后牙准备的 238 个多边形文件格式 （PLY） 综合数据集。确保所有牙齿制剂均来自需要对有结构缺陷的后牙进行全覆盖修复的临床指示病例（图 1）。
   2. 包括来自自愿为研究做出贡献的 19 名牙医的其他数字模型。根据制造商的协议校准扫描仪（补充图 1）。使用以下标准化扫描方案捕获所有制剂：（1）保持最佳照明条件，（2）确保适当的湿度控制，以及（3）获得相邻牙齿的部分牙弓扫描。

3. 数据预处理

1. 初始数据筛选
   1. 使用 3D 检测软件处理所有 238 个 PLY 数据集。通过检查非流形边和孔来验证网格完整性。
   2. 确认扫描分辨率达到至少 20 μm 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3D检测软件，并将单位规格设置为毫米。使用网格医生命令对多边形网格进行分析和修复，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，将制备模型与周围的牙齿隔离开来。执行Mesh Doctor算法，自动填充孔洞，平滑表面，优化网格边缘（补充图2）。
3. 输出生成
   1. 以双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）和生产就绪立体光刻 （STL） 文件（二进制格式，0.01 mm 弦高公差）。

4. 测量程序

1. TOC角度测量
   1. 作测量软件，选择 导入准备模型 ，在屏幕上显示牙齿准备情况。选择“ 插入路径 ”选项，将指示牙冠插入方向的引导线投影到制备曲面上。
   2. 保持插入路径垂直于咬合平面并旋转制备模型。沿近远端 （MD） 轴^16,31 在近中、中部和远中三分之一处的准备边缘及其上方 2 毫米处选择测量点。
   3. 执行 TOC 角度测量命令，在屏幕旁边显示角度数据。重复该过程以沿颊舌 （BL） 轴^12,32 测量颊侧、中侧和舌侧三分之一处的 TOC 角度。
2. 边距周长分析
   1. 执行“ 提取边距线 ”命令，并在准备终点线的外围边缘上选择一个起点。在制剂的整个圆周上追踪，直到返回起点。
   2. 允许系统自动描绘硬软组织边界，沿制剂的颈椎外边缘生成边缘周边。单击 “拆分” 以分离边距线³³ 内的制剂部分。
3. 基台高度测量
   1. 激活 高度初始化 功能，选择制剂咬合面近中、远中、颊侧和舌侧位置的测量点，确保所有点都与插入路径轴对齐。
   2. 执行 计算 命令以确定牙齿准备的平均高度³¹。 图 2 显示了包含过程步骤 3 到 4 的工作流图。

5. 质量控制

1. 通过指导三名经过校准的牙医独立将该方法应用于一颗牙齿来评估测量的可重复性，每个操作员在主要研究之前进行 15 次重复测量。
2. 通过验证标准偏差 （SD） 值是否满足预定的验收阈值来确认操作员之间的可重复性：单个平面内的 TOC 角度变化为 ≤0.39°，边缘周长一致性为 ≤0.14 mm，基台高度测量精度为 ≤0.11 mm。
3. 汇总所有三个操作员的结果并计算平均标准差，该标准差应约为 0.35°（TOC 角）、0.10 mm（边缘周长）和 0.08 mm（基台高度）。确保各个操作员的SD保持在最大允许阈值以下（表1）。
4. 得出结论，当由训练有素的操作员执行时，评估方法提供了临床上可接受的可重复性。

6. 统计分析

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、边缘周长和平均基台高度分析。
2. 将正态分布数据表示为均值和SD（X±S），将非正态数据表示为中位数和四分位数[M，（P25~P75）]。使用方差分析 （ANOVA） 比较相同位置（14-24-34-44、15-25-35-45、16-26-36-46 和 17-27-37-47）牙齿之间 TOC 角度的差异，并执行事后 LSD-t 检验以进行成对比较。
3. 进行成对 t 检验 ，以分析同一象限但不同位置（14-15-16-17、24-25-26-27、34-35-36-37 和 44-45-46-47）中牙齿之间的 TOC 角度变化在 BL 和 MD 方向上。
4. 执行线性趋势检验以评估 TOC 角是否随着同一象限中后牙位置的增加而增加。
5. 进行 Pearson 相关分析以确定 TOC 角、边缘周长和平均基台高度之间的关系。使用 SPSS 26.0 软件执行所有分析，并将显着性水平设置为 α = 0.05。

一般特征
上颌标本数量（n = 132）大于下颌标本（n = 106），其中上颌右第一磨牙是最常准备的牙齿（n = 24）。显示负值的角度被视为无效，并被排除在统计分析之外。表2描述了无效TOC角试样的数量和分类。表 3 显示了每颗后牙的平均 TOC 角。此外，将临床TOC角与推荐值进行比较（图3），结果显示每颗后牙的平均TOC角超过推荐值6°， 与文献26一致。大多数 TOC 角度接近 Shillingburg 等人 24 推荐的角度，尽管下颌左第二磨牙显示出明显更高的值。

本研究观察到，平均TOC角的最大值为下颌左第二磨牙（牙齿37，TOC-BL = 35.96 ± 20.21°，TOC-MD = 35.12 ± 14.67°，n = 14），BL和MD均值相似。而最小TOC角值出现在上颌右第一前磨牙（牙齿14，TOC-BL = 10.97 ± 6.84°，n = 14）、上颌左第二前磨牙（牙齿25，TOC-MD = 14.96 ± 7.34°，n = 14）和下颌右第二前磨牙（牙齿45，TOC-MD = 14.96 ± 8.99°，n = 10）。

每颗后牙的边缘周长如 表 3 所示。上颌左第二磨牙的边缘周长最长（牙齿 27,34.73 ± 3.4 mm，n = 17），而下颌左第二前磨牙的边缘最短（牙齿 35,21.42 ± 2.03 mm，n = 13）。

表 3 显示了每颗后牙的平均基台高度。下颌左第一前磨牙的高度最大（牙齿 34、3.53 ± 0.94 mm，n = 8），而下颌左第二磨牙的高度最小（牙齿 37、2.34 ± 0.83 mm，n = 14）。

TOC-BL 和 TOC-MD 在单牙位置的比较
TOC-BL和TOC-MD在单个牙齿位置的方差分析（图3）表明，TOC-MD主要在第14和46牙中超过TOC-BL，差异有统计学意义（p < 0.05），在其他牙齿位置，TOC-BL和TOC-MD之间没有观察到显着差异（p > 0.05）。

同一象限中 TOC 角的比较
同一象限但不同位置的牙齿的TOC角的线性趋势分析（表4和图4）表明，随着牙齿位置向后移动，上颌右象限（图4A）和下颌左象限的TOC-BL线性增加。此外，TOC-MD在右上颌（图4A），左上颌（图4B），左下颌（图4C）和右下颌（图4D）象限中，根据牙齿位置在后方方向表现出线性上升。

同名牙齿位置的TOC角比较
TOC-BL （p = 0.002） 和 TOC-MD （p = 0.013） 在 17、27、37 和 47 之间的同名牙齿位置之间观察到统计学上的显着差异（表 5 和 图 5）。此外，事后成对比较显示，上颌右第二磨牙（17 齿）和下颌左第二磨牙（37 齿）、上颌左第二磨牙（27 齿）和下颌左第二磨牙（37 齿）以及下颌左第二磨牙（37 齿）和下颌右第二磨牙（47 齿）之间的 TOC-BL 存在显着差异（p < 0.05）。下颌左第二磨牙（第37齿）的TOC-BL显著大于其他相应牙齿。此外，上颌右第二磨牙（第 17 颗牙齿）和下颌左第二磨牙（第 37 颗牙齿）之间以及上颌左第二磨牙（第 27 颗牙齿）和下颌左第二磨牙（第 37 颗牙齿）之间发现了 TOC-MD 的显着差异 （p < 0.05）。下颌左第二磨牙（37齿）的TOC-MD大于上颌右第二磨牙（17齿）和上颌左第二磨牙（27齿）。TOC-MD中下颌左第二磨牙（37齿）和下颌右第二磨牙（47齿）之间没有发现统计学差异。

相关分析
Pearson相关分析显示，TOC-BL与TOC-MD之间以及TOC-BL与边缘周长之间呈正相关，而TOC-BL与平均基台高度之间呈负相关。TOC-MD与边缘周长呈正相关，与平均基台高度呈负相关。边缘周长与平均基台高度呈负相关（图6）。

图 1：牙齿预备和整体氧化锆牙冠修复的临床病例介绍。（AF） 上颌左第一磨牙的整体氧化锆牙冠修复。（G-L）上颌右第二前磨牙的整体氧化锆冠修复。请点击此处查看此图的大图。

图 2：数字评估流程图。请点击此处查看此图的大图。

图 3：具有 95% 置信区间的总咬合会聚 （TOC） 角，按牙齿类型分类并与推荐值进行比较。 在第 14 齿（TOC-MD = 15.21 ± 4.6°，TOC-BL = 10.97 ± 6.84°）和第 46 齿（TOC-MD = 27.77 ± 13.41°，TOC-BL = 17.72 ± 6.10°）观察到显着差异，*p < 0.05。 请点击此处查看此图的大图。

图 4：同一象限内 TOC 角的比较。 （A） 上颌右象限：TOC-BL 在第 14 齿（10.97 ± 6.84°） 与16 （20.80 ± 9.59°） 和 14 （10.97 ± 6.84°） vs.17 （21.23 ± 8.17°），*p < 0.05。（B） 上颌左象限。（C） 下颌左象限：TOC-BL 在第 34 齿（16.03 ± 7.59°） 与37 （35.96 ± 20.21°）、35 （15.94 ± 9.65°） vs.37 （35.96 ± 20.21°） 和 36 （25.57 ± 11.6°） vs.37 （35.96 ± 20.21°），*p < 0.05。TOC-MD 在第 34 齿（18.08 ± 6.88°） 与37 （35.12 ± 14.67°）， 35 （16.22 ± 10.64°） vs.37 （35.12 ± 14.67°） 和 36 （24.09 ± 10.97°） vs.37 （35.12 ± 14.67°），*p < 0.05。（D） 下颌右象限：TOC-BL 在第 45 齿（14.98 ± 5.48°） 与47 （22.99 ± 8.95°） 和 46 （17.72 ± 6.10°） vs.47 （22.99 ± 8.95°），*p < 0.05。TOC-MD 在第 45 齿（14.96 ± 8.99°） 与46 （27.77 ± 13.41°） 和 45 （14.96 ± 8.99°） vs.47 （28.34 ± 12.32°），*p < 0.05。 请点击此处查看此图的大图。

图 5：同名牙齿位置的 TOC 角比较。 （A） 第一前磨牙。（B） 第二前磨牙。（C） 第一磨牙。（D） 第二磨牙：TOC-BL 在第 17 齿（21.23 ± 8.17°） 与37 （35.96 ± 20.21°）， 27 （19.37 ± 9.83°） vs.37 （35.96 ± 20.21°） 和 37 （35.96 ± 20.21°） vs.47 （22.99 ± 8.95°），*p < 0.05。TOC-MD 在第 27 齿（23.17 ± 9.95°） 与37 （35.12 ± 14.67°） 和 17 （22.16 ± 9.48°） vs.37 （35.12 ± 14.67°），*p < 0.05。 请点击此处查看此图的大图。

图 6：TOC 角、边缘周长和平均基台高度的 Pearson 相关性分析。 检查 TOC-BL 和 TOC-MD、TOC-BL 和边缘周长、TOC-BL 和平均基台高度、TOC-MD 和边缘周长以及 TOC-MD 和平均基台高度之间的相关性。*p < 0.05。 请点击此处查看此图的大图。

表 1：重现性测试。请按此下载此表。

表 2：TOC 角度、边缘周长和平均基台高度的有效和无效测量次数。 请按此下载此表。

表 3：每颗后牙的 TOC 角度。 请按此下载此表。

表 4：同一象限内 TOC 角的线性趋势分析。 请按此下载此表。

表5：同名牙齿之间TOC角的差异。a：第37齿和第17齿之间的 p <0.05;b：37-27齿之间 p <0.05;C： P < 47 和 37 齿之间的 0.05。 请按此下载此表。

补充图 1：扫描仪校准。请点击此处下载此文件。

补充图 2：预处理结果的可视化说明。请点击此处下载此文件。

提交人声明他们没有竞争利益。