Messung der Oberkiefer-Seitenzahnbewegung: Eine Modellbewertung mit Gaumen- und Zahnüberlagerung

Summary

Dieses Manuskript stellt ein umfassendes Protokoll zur Bewertung der dreidimensionalen (3D) Bewegung von Oberkiefer-Seitenzähnen mit durchsichtigen Alignern unter Verwendung der digitalen Modellüberlagerung vor, einem unschätzbaren Werkzeug in der Kieferorthopädie und dentofazialen Orthopädie.

Abstract

Seit der Einführung von Invisalign durch Align Technology, Inc. im Jahr 1999 gibt es immer wieder Fragen und Debatten über die Präzision der Invisalign-Therapie (Clear Aligner), insbesondere im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher festsitzender Apparaturen. Dies ist besonders wichtig in Fällen, in denen es sich um anteroposteriore, vertikale und transversale Korrekturen handelt, bei denen genaue Vergleiche von größter Bedeutung sind. Um diese Anfragen zu beantworten, stellt diese Studie ein sorgfältig ausgearbeitetes Protokoll vor, das den Schwerpunkt auf die digitale Überlagerung der Bewegung der Oberkiefer-Seitenzähne legt, um eine genaue Analyse zu ermöglichen. Die Stichprobe umfasste 25 Patienten, die ihre erste Serie von Invisalign (durchsichtigen) Alignern abgeschlossen hatten. Vier digitale Modelle des Oberkiefers (Vorbehandlung, Nachbehandlung, ClinCheck-Initial- und Endmodell) wurden digital überlagert, wobei die Gaumenrugae und das Gebiss als stabile Referenzen verwendet wurden. Für die Modellüberlagerung und Zahnsegmentierung wurde eine Softwarekombination verwendet. Transformationsmatrizen drückten dann die Unterschiede zwischen den erreichten und den vorhergesagten Zahnpositionen aus. Die Schwellenwerte für klinisch relevante Unterschiede lagen bei ±0,25 mm für die lineare Verschiebung und ±2° für die Rotation. Die Unterschiede wurden mit den T-Quadrat-Tests von Hotelling mit Bonferroni-Korrektur bewertet. Die mittleren Unterschiede in Rotation (2,036° ± 4,217°) und Drehmoment (-2,913° ± 3,263°) waren statistisch und klinisch signifikant, mit p-Werten von 0,023 bzw. 0,0003. Die Derotation der Prämolaren und die Drehmomentkontrolle für alle Seitenzähne waren weniger vorhersehbar. Alle mittleren Unterschiede für die linearen Messungen waren statistisch und klinisch nicht signifikant, außer dass die ersten Molaren etwas (0,256 mm) stärker intrudiert schienen als ihre vorhergesagte Position. Das klare Aligner-System scheint seine Vorhersage für die meisten translationalen Zahnbewegungen und mesial-distale Kippen in Oberkiefer-Seitenzähnen für Nicht-Extraktionsfälle mit leichten bis mittelschweren Malokklusionen zu erfüllen.

Introduction

Im Jahr 1999 wurden digital hergestellte herausnehmbare kieferorthopädische Geräte von Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ) kommerziell verfügbar gemacht. Ursprünglich wurde dieses System entwickelt, um nicht wachsende Fälle mit leichter bis mäßiger Überfüllung zu lösen oder kleine Räume als ästhetische Alternative zu herkömmlichen festen Kantengeräten zu schließen. Mit jahrzehntelangen Verbesserungen in der computergestützten Konstruktion und Fertigung (CAD/CAM), den Dentalmaterialien und der Behandlungsplanung wurde die Clear-Aligner-Therapie (CAT) seitdem zur Behandlung von über 10 Millionen Patienten mit verschiedenen Zahnfehlstellungen weltweit eingesetzt¹. Eine kürzlich durchgeführte retrospektive Studie deutete darauf hin, dass CAT für die jugendliche Bevölkerung mit leichten Zahnfehlstellungen genauso wirksam ist wie eine festsitzende Apparaturtherapie, mit signifikant verbesserten Ergebnissen bei Zahnausrichtung, okklusalen Beziehungen und Overjet². Die Anzahl der Termine, Notfallbesuche und die Gesamtbehandlungszeit hatten auch bessere Ergebnisse für Patienten mit klarer Aligner-Therapie. Obwohl die CAT zur Behandlung von Nicht-Extraktion, leichten bis mittelschweren Fehlstellungen bei nicht wachsenden Patienten ^3,4 und zur Verkürzung der Behandlungsdauer und der Stuhlzeit eingesetzt werden kann⁵, bleibt unklar, ob die Behandlung so wirksam ist wie der Goldstandard der konventionellen Labialspangen ^4,6,7,8,9, insbesondere bei der anteroposterioren und vertikalen Korrektur¹⁰.

ClinCheck ist eine von Align entwickelte Softwareplattform, um Ärzten virtuelle dreidimensionale (3D) Simulationen von prospektiven Zahnbewegungen zur Verfügung zu stellen. Es befasst sich in erster Linie mit dem Ausgangszustand des Patienten und dem vom Arzt verordneten Behandlungsplan, kann aber auch ein visuelles Kommunikationsinstrument für den Patienten sein. Jede Diskrepanz zwischen den vorhergesagten und den erzielten Ergebnissen kann eine Korrektur, Verfeinerung oder Umstellung auf eine Therapie mit festsitzenden Geräten erfordern. Infolgedessen hat die Zuverlässigkeit von Softwarevorhersagen die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. Seit der 2005 veröffentlichten systematischen Übersichtsarbeit von Lagravere und Flores-Mir¹¹ wurden Untersuchungen zur Übereinstimmung zwischen vorhergesagten Modellen und Nachbehandlungsmodellen auf unterschiedliche Weise gemessen, darunter Bogenlänge, Abstand zwischen den Eckzähnen, Überbiss, Überbiss, Mittellinienabweichung¹², das American Board of Orthodontics Objective Grading System (ABO-OGS) Reduktionswert¹³, obere und untere Interdentalbreite¹⁴und Messungen aus der Kegelstrahl-Computertomographie¹⁵.

Vergleiche wurden auch durch Überlagerung der 3D-Modelle 16,17,18,19,20,21 angestellt. Beispielsweise können viele aktuelle Softwareplattformen, wie z. B. ToothMeasure (interne Software, die von Align Technology entwickelt wurde), reproduzierbar zwei digitale Modelle mit vom Benutzer ausgewählten Referenzpunkten auf unbehandelten Zähnen, Gaumenrügen oder Zahnimplantaten überlagern. Da die vorhergesagten und erreichten Modelle in der Regel die Gaumenoberflächen nicht berücksichtigen, haben viele frühere Studien 15,16,17,18 die unbehandelten Seitenzähne als Referenz für die Überlagerung verwendet, einschließlich der Möglichkeit, Fehler aufgrund der relativen Bewegungen dieser Zähne hinzuzufügen. Diese Studien beschränkten sich auf die vorderen Regionen des Bogens in relativ einfachen Fällen mit Abstand oder leichtem bis mäßigem Engstand.

Grünheid et al. verwendeten mathematische Überlagerungen, um die Diskrepanzen zwischen virtuellen Behandlungsplänen und tatsächlichen Behandlungsergebnissen zu quantifizieren, um die Genauigkeit von Vollgebiss-CAT ohne stabile anatomische Strukturen in digitalen Modellen^{zu bewerten 20}. Haouili et al. verwendeten die gleiche Methode in einem Best-Fit-Algorithmus innerhalb der Compare-Software, um eine prospektive Folgestudie zur Wirksamkeit der Zahnbewegung mit CAT²¹ durchzuführen. Ziel war es, ein Update zur Genauigkeit im Zusammenhang mit neuen Technologien zu geben, d. h. SmartForce, SmartTrack-Aligner-Materialien und digitalen Scans. Ihre Ergebnisse einer verbesserten Gesamtgenauigkeit von 41 %¹⁷ auf 50 %²¹ waren ermutigend, schließen aber nicht die Möglichkeit aus, dass einige Zahnbewegungen mit dem klaren Aligner-System immer noch nicht zufriedenstellend erreichbar sind.

Wenn sie vorhergesagt und erreicht werden, enthalten digitale Modelle eine gemeinsame 3D-Referenz, die unabhängig vom Gebiss ist, wie z. B. Gaumenrugae, Zahnimplantate oder Tori; Sie können innerhalb des Koordinatensystems vieler geeigneter Softwareplattformen mitregistriert werden. Wenn dann ein Zahn von Interesse von einem segmentiert und mathematisch transformiert wird, um seiner verschobenen Version in dem anderen zu entsprechen, enthält die Transformationsmatrix die vollständigen Informationen, die zur Beschreibung der gesamten 3D-Transposition erforderlich sind. Sein Inhalt kann in drei Übersetzungen und drei Rotationen ausgedrückt werden, die durch eine formale Konvention beschrieben werden. Ein Beispiel ist die Invisalign ClinCheck Pro 3D-Steuerungssoftware, bei der die numerischen Parameter, die die 3D-Zahnbewegungen angeben, die erforderlich sind, um die Zähne in ihre vorhergesagte Position zu bewegen, in einer Zahnbewegungstabelle angezeigt werden.

Während das anfängliche und das endgültige (vorhergesagte) Modell aus der Planungssoftware ein gemeinsames Koordinatensystem haben, das von derselben Softwareplattform bereitgestellt wird, schränkt das Fehlen von Gaumen die Möglichkeit ein, sich mit jedem anderen digitalen Gebissmodell zu registrieren, es sei denn, sie besitzen ein identisches Gebiss. In diesem Zusammenhang wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Überlagerung von softwarevorhergesagten und Nachbehandlungsmodellen (erreicht) möglich wäre. Diese Machbarkeit ergibt sich aus der Verfügbarkeit von zwei Paaren: initial und final (automatisch überlagert beim Export aus der Planungssoftware) und einem weiteren Paar von Vorbehandlungs- und erzielten Modellen (überlagert mit palatinalen Rugae). Diese Paare konnten mit dem Vorbehandlungsgebiss als Referenz registriert werden, um sie mit dem Invisalign-Initialmodell in Einklang zu bringen. Anschließend konnte die Segmentierung einzelner Zähne durchgeführt werden, um Unterschiede in ihren Positionen und Orientierungen zu beurteilen. Diese Bewertung beinhaltet die Transponierung von Zähnen zwischen den Modellen, und die Transformationsmatrizen würden eine numerische Quantifizierung der Translationen und Neuorientierungen ermöglichen.

In diesem Protokoll wurde ein Ansatz zur Bewertung der Wirksamkeit von CAT bei leichten bis mittelschweren Zahnfehlstellungen sowohl bei Jugendlichen als auch bei Erwachsenen vorgestellt, der sich speziell auf die Oberkiefer-Seitenzähne konzentriert. Die Nullhypothese war, dass es keinen Unterschied zwischen der erreichten und der von der Planungssoftware vorhergesagten Zahnposition in den Oberkiefer-Seitenzähnen nach der ersten Serie klarer Aligner gab.

Protocol

Diese Studie erhielt die ethische Genehmigung des Institutional Review Board der University of British Columbia (Nr. H19-00787). Um die Vertraulichkeit zu wahren, wurden alle in der Studie verwendeten Proben De-Identifizierungsverfahren unterzogen. Darüber hinaus wurde vor ihrer Aufnahme in die Forschung die Einwilligung aller teilnehmenden Patienten eingeholt.

HINWEIS: Jeder Teilnehmer steuerte vier digitale Modelle für den Oberkiefer bei, die Folgendes umfassten:

1. Digitales Modell vor der Behandlung, bei dem der Gaumen mit iTero gescannt wurde
2. Digitales Modell nach der Behandlung, bei dem der Gaumen mit iTero gescannt wurde
3. Vorbehandlungsmodell, exportiert aus der Planungssoftware.
4. Vorhergesagtes Modell, exportiert aus der Planungssoftware.

Dieses Protokoll nutzte eine Kombination aus mehreren Softwaretools, darunter CloudCompare, Meshmixer und Rhinoceros. Diese Softwareplattformen spielten eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung des Registrierungsprozesses und der Segmentierung einzelner Zähne zum Zwecke der Analyse ihrer Bewegungen und Orientierungen. Es ist erwähnenswert, dass diese Softwaretools mit anderen Open-Source-Softwareoptionen replizierbar sein können, vorausgesetzt, sie können ähnliche Ziele erreichen. Ein Arbeitsablauf, der die Softwaresequenz veranschaulicht, ist in Abbildung 1 dargestellt.

1. Vorbereitung

1. Rufen Sie das anfängliche und das endgültige (vorhergesagte) Modell als stereolithographische (STL) Dateien aus der Planungssoftware ab, indem Sie auf Tools > Export > STL klicken.
   HINWEIS: Aus der Planungssoftware exportierte Modelle zeigen nur klinische Kronen und virtuelle Gingiva ohne Gaumen.
2. Rufen Sie die digitalen Modelle vor und nach der Behandlung als STL-Dateien aus der gescannten Modellsoftware (OrthoCAD) ab, indem Sie den Scan auswählen, klicken und Exportieren > Exporttyp (offene Schale), Datenformat (Datei pro Bogen [Bögen in Okklusion orientiert]) auswählen.
   HINWEIS: Modelle, die aus der Modellscan-Software exportiert werden, enthalten nicht nur das Gebiss, sondern auch die Gingiva und den gesamten Gaumen.

2. Gaumenüberlagerung von digitalen Modellen vor und nach der Behandlung in CloudCompare

1. Öffnen Sie die Software und ziehen Sie die STL-Dateien der digitalen Modelle vor und nach der Behandlung per Drag & Drop.
2. Wählen Sie jedes Modell aus und klicken Sie auf > Farben bearbeiten > Eindeutig festlegen , um die Farben der ausgewählten Modelle zu ändern.
3. Wählen Sie das digitale Modell nach der Behandlung aus und klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen . Klicken Sie mit der rechten Maustaste, um das Modell so zu ziehen, dass sie nebeneinander liegen. Klicken Sie auf das grüne Häkchen.
4. Wählen Sie das digitale Vorbehandlungsmodell aus und klicken Sie auf das Symbol Segment .
5. Klicken Sie auf vier Punkte auf den Gaumenrugae und klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Auswahl aufzuheben. Klicken Sie auf Segmentieren in und dann auf das grüne Häkchen. Wiederholen Sie die Schritte 2.4 bis 2.5 für das digitale Nachbehandlungsmodell.
6. Blenden Sie die Modelle PostTreatModel.remaining und PreTreatModel.remaining aus, und wählen Sie die Modelle PostTreatModel.part und PreTreatModel.part aus.
7. Klicken Sie auf das Symbol für die Ausrichtung der groben Registrierung (Punktpaarauswahl) und platzieren Sie mindestens drei entsprechende Orientierungspunkte auf dem Gaumen auf jeder Seite der Mittellinie für die Gaumen vor und nach der Behandlung. Klicken Sie auf Ausrichten und dann auf das grüne Häkchen.
8. Blenden Sie die Netze für beide Modelle ein, und verschieben Sie das nicht transformierte PostTreatModel.rest-Modell , indem Sie die Transformationsmatrix kopieren, auf Bearbeiten > Transformation anwenden klicken und die Transformationsmatrix einfügen.
   HINWEIS: Die Ausgaben der Transformationsmatrix werden in der Konsole angezeigt.
9. Blenden Sie die Modelle PostTreatModel.remaining und PreTreatModel.remaining aus, und wählen Sie die Modelle PostTreatModel.part und PreTreatModel.part aus.
10. Klicken Sie auf das Alignment-Symbol Feinregistrierung , und stellen Sie sicher, dass das Modell PreTreatModel.part als Referenz ausgewählt ist. Klicken Sie auf OK.
    HINWEIS: Bestätigen Sie den resultierenden quadratischen Mittelwert (RMS) im Fenster mit den Registrierungsinformationen. Eine Abweichung von ≤ 0,05 RMS ist akzeptabel.
11. Blenden Sie die Netze für beide Modelle ein, und verschieben Sie das nicht transformierte PostTreatModel.remaining-Modell, indem Sie die Transformationsmatrix kopieren, auf Bearbeiten > Transformation anwenden klicken und die Transformationsmatrix einfügen.
12. Speichern Sie die überlagerten Modelle PostTreatModel.remaining und PreTreatModel.remaining als STL-Dateien.

3. Vorbereitung des Softwaremodells für die Überlagerung mit der Rhinoceros-Software

1. Importieren Sie die STL-Dateien der Planungssoftware Vorbehandlung und vorhergesagte Modelle separat.
   HINWEIS: Beim Importieren von Softwaremodellen in Messsoftware wie Rhinoceros oder CloudCompare werden die Ausrichtung und die Registrierung der Modelle beibehalten
2. Wählen Sie die simulierte Gingiva aus und drücken Sie die Entf-Taste , um sie zu entfernen.
3. Klicken Sie auf MeshTools, und wählen Sie Meshplane aus. Zeichnen Sie eine Ebene um die Zähne und verschieben Sie die Ebene zu den okklusalen 1/3 der Zahnkronen. Dadurch wird die Überlagerungsgenauigkeit verbessert.
4. Doppelklicken Sie auf die Schaltfläche Rechts , um die rechte Ansicht zu erweitern.
5. Geben Sie den Befehl MeshBooleanSplit ein, wählen Sie die Ebene und alle Zähne aus und drücken Sie die Eingabetaste.
6. Entfernen Sie die ebenen und zervikalen Teile der Zähne, die die 1/3 okklusalen Zahnkronen verlassen.
7. Speichern Sie das geteilte Modell als STL-Datei.
8. Wiederholen Sie alle Schritte für das andere Modell.

4. Überlagerung von softwarevorhergesagten und digitalen Nachbehandlungsmodellen mit CloudCompare

1. Ziehen Sie die STL-Dateien der zuvor palatal überlagerten digitalen Modelle vor und nach der Behandlung sowie der geteilten Vorbehandlungs- und geteilten vorhergesagten Modelle per Drag & Drop.
2. Wählen Sie jedes Modell aus und klicken Sie auf > Farben bearbeiten > Eindeutig festlegen , um die Farben der ausgewählten Modelle zu ändern.
3. Wählen Sie sowohl die digitalen Modelle vor als auch nach der Behandlung aus und klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen . Klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die Modelle so zu ziehen, dass sie nebeneinander liegen.
4. Fordern Sie die Software auf, das geteilte vorhergesagte Modell und das digitale Modell nach der Behandlung auszublenden, indem Sie die entsprechenden Kontrollkästchen deaktivieren. Wählen Sie das geteilte Vorbehandlungsmodell und das digitale Vorbehandlungsmodell aus.
5. Klicken Sie auf das Symbol für die Ausrichtung der groben Registrierung , und platzieren Sie entsprechende Orientierungspunkte an den Spitzen der Kronen sowohl im geteilten Vorbehandlungsmodell als auch im digitalen Vorbehandlungsmodell. Klicken Sie auf Ausrichten und dann auf das grüne Häkchen.
6. Blenden Sie das geteilte vorhergesagte Modell und das Nachbehandlungsmodell ein, und verschieben Sie das nicht transformierte Nachbehandlungsmodell, indem Sie die Transformationsmatrix kopieren, auf Bearbeiten > Transformation anwenden klicken und die Transformationsmatrix einfügen.
7. Blenden Sie die Nachbehandlung aus und teilen Sie die vorhergesagten Modelle auf. Wählen Sie die Vorbehandlungs- und Split-Vorbehandlungsmodelle aus. Klicken Sie auf das Symbol für die Ausrichtung der Feinregistrierung , um die beste Anpassung zwischen dem geteilten Vorbehandlungsmodell und dem digitalen Vorbehandlungsmodell zu erzielen.
8. Blenden Sie die Netze ein und verschieben Sie das nicht transformierte Modell, indem Sie die Transformationsmatrix kopieren, auf Bearbeiten > Transformation anwenden klicken und die Transformationsmatrix einfügen.
9. Blenden Sie die geteilten vorhergesagten und digitalen Modelle nach der Behandlung ein , und blenden Sie dann das geteilte Vorbehandlungsmodell und das digitale Modell vor der Behandlung aus, um die Überlagerung anzuzeigen (Abbildung 2).
10. Speichern Sie die Modelle als STL-Dateien.

5. Kronensegmentierung mit Meshmixer

1. Importieren Sie das geteilte vorhergesagte Modell und das digitale Nachbehandlungsmodell in Meshmixer.
2. Klicken Sie auf Bearbeiten > Duplizieren , um die Modelle für die Anzahl der zu segmentierenden Zähne zu duplizieren. Beschriften Sie jedes Modell mit der entsprechenden Zahnnummer, die segmentiert werden soll.
3. Blenden Sie das geteilte vorhergesagte Modell aus, indem Sie auf das Augensymbol klicken, um das digitale Modell nach der Behandlung sichtbar zu halten.
4. Klicken Sie im Nachbehandlungsmodell auf Auswählen , und passen Sie die Größe des Pinsels an. Um die ausgewählte Krone zu segmentieren, ziehen Sie das Pinselwerkzeug auf die Kaufläche des ausgewählten Zahns und achten Sie dabei genau auf die Spitzen.
5. Klicken Sie auf Ändern > Umkehren und dann auf Bearbeiten > Verwerfen , um den Rest des Modells zu löschen und die segmentierte Krone zu belassen.
6. Blenden Sie das geteilte vorhergesagte Modell ein, und blenden Sie das Nachbehandlungsmodell aus, indem Sie auf die entsprechenden Augensymbole klicken.
7. Wiederholen Sie die Schritte 5.4 bis 5.5 für das vorhergesagte Split-Modell.
8. Exportieren Sie jede ausgewählte Krone als STL-Dateien.
9. Wiederholen Sie alle Schritte für jede Zahnsegmentierung.

6. Zahnüberlagerung mit CloudCompare

1. Importieren Sie die segmentierten digitalen Kronen nach der Behandlung und teilen Sie die von der Software vorhergesagten Kronen in die Software auf. Stellen Sie sicher, dass die Ausrichtung und die Cloudregistrierung konsistent bleiben. Erstellen Sie das Weltkoordinatengitter , um die Ausrichtung von rechten und linken Zähnen zu standardisieren und die Zuverlässigkeit der Methodik zu erhöhen. Die Mitte des Rasters sollte die Koordinate (0,0,0,0,0,0) der CloudCompare-Software-Cloud darstellen.
2. Wählen Sie beide Kronen aus, und klicken Sie auf > Normalen bearbeiten > > pro Scheitelpunkt berechnen.
3. Wählen Sie jeden Zahn aus und klicken Sie auf > Farben bearbeiten > Eindeutig festlegen , um die Farben der ausgewählten Modelle zu ändern.
4. Blenden Sie den Nachbehandlungszahn aus, indem Sie das Häkchen entfernen und sowohl den versteckten Nachbehandlungszahn als auch den sichtbaren vorhergesagten Zahn auswählen.
5. Wählen Sie die untere Ansicht aus, klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen , und verwenden Sie die Ebenen X, Y und Z, um den Zahn so zu drehen, dass der bukkale Höcker mit der vertikalen Linie ausgerichtet ist.
6. Wählen Sie die linke Seitenansicht aus, klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen und richten Sie die bukkalen und lingualen Höcker mit der horizontalen Linie aus.
7. Wählen Sie die Rückansicht aus, klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen , und richten Sie die bukkalen und lingualen Höcker mit der horizontalen Linie aus.
   HINWEIS: Versuchen Sie, seine okklusalen und Gesichtsflächen an den Weltachsen und -ebenen auszurichten. Stellen Sie sicher, dass die Begrenzungsrahmenmitte des Zahns am Weltursprung positioniert ist. Durch die Einhaltung des Weltkoordinatengitters werden die Positionen aller Zähne vereinheitlicht. Dieser Schritt gewährleistet eine konsistente und genaue Konvertierung von X-, Y- und Z-Verschiebungen über alle Achsen, unabhängig von der spezifischen Position eines einzelnen Zahns.
8. Sobald alle Spitzen ausgerichtet sind, klicken Sie auf das Symbol Verschieben/Drehen , um den Zahn in allen Ansichten auf dem Raster zu zentrieren.
9. Blenden Sie den Nachbehandlungszahn ein und wählen Sie den vorhergesagten Zahn und den Nachbehandlungszahn aus.
10. Klicken Sie auf das Symbol für die Ausrichtung der Feinregistrierung, um den Nachbehandlungszahn über dem vorhergesagten Zahn zu registrieren. Klicken Sie auf OK.
    HINWEIS: Nach Abschluss zeigt CloudCompare die Registrierungsinformationen an, einschließlich der Überlagerung von RMS (Abbildung 3).
11. Um die Positions- und Rotationsunterschiede zwischen den beiden Zähnen zu bestimmen, wählen Sie den Nachbehandlungszahn aus, kopieren Sie die Transformationsmatrix, klicken Sie auf Bearbeiten > Transformation anwenden und fügen Sie die Transformationsmatrix ein.
12. Wählen Sie das Symbol Euler-Winkel, um die Rotations- und Linearbewegungen zwischen dem vorhergesagten Zahn und dem Nachbehandlungszahn anzuzeigen.
13. Dokumentieren Sie alle Übersetzungs- und Rotationsmessungen in einer Tabelle. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle verbleibenden Seitenzähne.
    HINWEIS: Verwenden Sie das Modellbewertungssystem¹² des American Board of Orthodontics (ABO), um klinisch signifikante Messunterschiede zu identifizieren. Unterschiede von mehr als 0,5 mm linear und 2 Grad winkelförmig gelten als klinisch relevant.
14. Passen Sie die Messwerte für die Front-Seitenzahn-Richtung der rechten Zähne in einer Tabelle an. Diese Anpassung berücksichtigt die standardisierte Ausrichtung der rechten Zähne zu den linken Seitenzähnen.

7. Messspezifikationen

1. Verstehen Sie die Abfolge von Rotations- und Messkonventionen: CloudCompare verwendet die extrinsische Tait-Bryan-ZYX-Konvention (Weltursprung) für seine Messungen.
   HINWEIS: Für die Translation stellen die Achsen X (bukkolinguale Richtung), Y (mesiodistale Richtung) und Z (vertikale Richtung: Intrusion/Extrusion) dar. Winkelbewegungen werden durch die X-Achse (Psi - mesiodistale Kippung), die Y-Achse (Theta - bukkolinguales Drehmoment) und die Z-Achse (Phi - mesiodistale Rotation) ^{dargestellt22}. Zahnbewegungen werden in Bezug auf die Anatomie des Zahns ausgedrückt, unabhängig von seiner Position im Bogen. Das Maßzeichen (+, -) zeigt die Richtung vom Weltursprung und die Drehung um seine Achsen an.
2. Bedeutung der kontextuellen Relevanz: Beachten Sie, dass sich die Richtungsbegriffe, die Zahnbewegungen beschreiben (z. B. mesial, distal, bukkolilingual), auf den spezifischen Zahn beziehen und keine Veränderungen in Bezug auf den Zahnbogen berücksichtigen.

8. Statistische Auswertung

1. Verwenden Sie für alle Analysen das Statistikpaket R (v 3.2.3, RStudio Inc.) über RStudio (Version 1.4.1103).
2. Wählen Sie 32 Zähne nach dem Zufallsprinzip aus und führen Sie doppelte Messungen im Abstand von 1 Monat durch.
3. Testen Sie die Reliabilität des Untersuchers mit Intra-Class-Korrelationskoeffizienten (ICC) und Bland-Altman-Analysen für beide Messreihen.
4. Wenden Sie die T-Quadrat-Tests von Hotelling an, um mittlere Vorhersageunterschiede zwischen den vorhergesagten und erreichten Zahnpositionen sowohl für Winkel- als auch für lineare Parameter zu testen.
5. Passen Sie den Vergleich mehrerer Zähne mit einer Bonferroni-Korrektur der p-Werte an und streben Sie eine familienbezogene Fehlerrate von 0,05 an.
6. Führen Sie einen Post-hoc-T-Quadrat-Test von Hotelling durch, wenn signifikante Unterschiede festgestellt werden, um festzustellen, ob die Vorhersageunterschiede für jeden Zahntyp und Bewegungsparameter signifikant sind. Betrachten Sie Abweichungen von 0,25 mm oder mehr bei linearen Messungen und 2° oder mehr bei Winkelmessungen als klinisch relevant.

Results

Eine Mindeststichprobengröße von 24 Fällen war erforderlich, um eine Effektänderung von 0,6° für die durchschnittlichen Spitzen- und Drehmomentwinkel mit einer Leistung von 80 % und einem Alpha von 0,05²³ zu erkennen. Die Einschlusskriterien waren wie folgt: (1) vollständiges bleibendes Gebiss durch die ersten Molaren, (2) Malokklusionen der Klasse I oder weniger als 2 mm Malokklusionen der Klasse II / III mit Abstand oder leichter bis mäßiger Engstand, der einer nicht extraktionierten Invisalign-Behandlung unterzogen worden war, (3) Fertigstellung der ersten Serie von Invisalign-Alignern und (4) Gaumenrugen, die sowohl auf dem initialen als auch auf dem intraoralen Verfeinerungsscan dargestellt wurden. Die Ausschlusskriterien waren: (1) frühere Exposition gegenüber Hilfsexpansions- und Distalisationsgeräten, (2) sichtbare Verschleißfacetten im Gebiss während der Behandlung, (3) Trauma, kraniofaziales Syndrom oder fehlende Zähne in der Vorgeschichte und (4) schlechte Compliance mit dem Tragen von Alignern, die in der Tabelle dokumentiert sind. Die zweiten Backenzähne fehlten oder brachen aus und wurden daher von der Analyse ausgeschlossen. Dementsprechend umfasste diese Studie 150 Zähne (50 erste Prämolaren, 50 zweite Prämolaren und 50 erste Molaren), die von 25 Teilnehmern (17 Frauen und 8 Männer) im Alter von 12 bis 44 Jahren mit einem Durchschnittsalter von 24,8 ± 8,8 Jahren ausgewählt wurden. Von den 25 Patienten waren 4 Klasse I, 15 Klasse II und 6 Klasse III-Malokklusionen, alle weniger als 2 mm. Die durchschnittliche Anzahl der Trays betrug 24,8 ± 11,2 und die durchschnittliche Behandlungsdauer betrug 214 ± 131 Tage. Unter den 150 Oberkiefer-Seitenzähnen befanden sich 63 Zähne ohne jeglichen Ansatz, 7 mit konventionellen und 80 mit optimierten Befestigungen.

Die mittleren ICCs für die Reliabilität des Untersuchers waren größer als 0,990, was darauf hindeutet, dass die Übereinstimmung zwischen den Untersuchern ausgezeichnet war (Tabelle 1). Die Ergebnisse der Bland-Altman-Analysen sind in Tabelle 2 aufgeführt, die ebenfalls eine hohe Übereinstimmung innerhalb der Untersucher zeigte.

Tabelle 3 zeigt die winkeligen und linearen Unterschiede zwischen der vorhergesagten und der erreichten Zahnstellung bei Oberkiefer-Seitenzähnen. Im Allgemeinen wiesen die Winkelmaße für Rotation, Drehmoment und Spitze eine deutlich größere Variation auf als die Abstandsmaße für bukkal-linguale, mesial-distale und okklusales-gingivale Translationen. Die mittleren Rotationsunterschiede für erste Prämolaren und zweite Prämolaren waren größer als 2° und das 95%-Konfidenzintervall enthielt nicht Null. Dies deutet darauf hin, dass klinisch der erste und zweite Prämolaren des Oberkiefers signifikant mesial rotiert waren. Das Drehmoment für alle Zahntypen wich erheblich von Null ab, während die mittlere Differenz für zweite Prämolaren und erste Molaren weniger als -2° betrug, was darauf hindeutet, dass alle Oberkiefer-Seitenzähne, insbesondere die zweiten Prämolaren und ersten Molaren, ein klinisch relevanteres bukkales Kronendrehmoment relativ zur vorhergesagten Position aufwiesen.

Die T-Quadrat-Testergebnisse von Hotelling und die 95%-Gesamtkonfidenzintervalle mit Bonferroni-Korrektur für jeden Parameter sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die mittleren Unterschiede in Rotation (2,036° ± 4,217°) und Drehmoment (-2,913° ± 3,263°) statistisch signifikant von Null abwichen, mit p-Werten von 0,023 bzw. 0,0003.

Um die möglichen Auswirkungen der Verwendung von Attachments auf die Genauigkeit der Vorhersage weiter zu untersuchen, kann in Abbildung 4 eine Primäruntersuchung visualisiert werden, die geringfügige Unterschiede zwischen verschiedenen Attachments zeigte (No, konventionelles oder optimiertes Attachment). Dies ist jedoch wahrscheinlich auf die niedrigen Frequenzen der herkömmlichen Befestigung zurückzuführen.

Abbildung 1: Ein Workflow der Software-Nutzungssequenz. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Überlagerung des Software-Endmodells (vorhergesagt) und des Nachbehandlungsmodells (erreicht). (A) Vier Modelle eines Subjekts, die im selben Koordinatensystem registriert sind. Die Farbcodierung zeigt die Modelle vor und nach der Behandlung mit Gaumen, aber unterschiedlichen Zähnen, das Software-Anfangsmodell ohne Gaumen und das gleiche Gebiss wie das Vorbehandlungsmodell und das Software-Endmodell ohne Gaumen und das vorhergesagte Gebiss. Die Methode zur Überlagerung ist im Text beschrieben. (B) Die von der Software vorhergesagten End- und Nachbehandlungsmodelle werden allein gezeigt. In dieser Studie wurden Unterschiede in ihren Zahnpositionen und -orientierungen gemessen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Zahnüberlagerung mit Messungen. (A) Ein segmentierter erster Molaren aus dem erreichten (Nachbehandlungs-)Modell, das in der softwarevorhergesagten Version registriert ist. Die Transformationsmatrix für die Registrierung und das Effektivwert (RMS) der Anpassung stammt aus dem Popup-Fenster von CloudCompare. (B) Euler-Winkel und -Verschiebungen, die aus der Transformationsmatrix abgeleitet werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Vergleich der Vorhersageunterschiede ohne Anbaugerät mit konventionellen und optimierten Anbaugeräten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Parameter	Bedeuten	95%	CI	Bedeutung
Drehung (°)	1	1	1	0
Drehmoment (°)	0.991	0.982	0.996	0
Spitze (°)	0.992	0.983	0.996	0
Buccal-Lingual (mm)	0.999	0.997	0.999	0
Mesial-distal (mm)	0.99	0.979	0.995	0
Okklusal-Gingival (mm)	0.998	0.996	0.999	0

Tabelle 1: Intraklassen-Korrelationskoeffizienten (ICC) für die Zuverlässigkeit des Untersuchers (n = 32 Zähne). CI: Konfidenzintervall.

Parameter	Mittlere Differenz	95%	CI
Drehung (°)	0.032	-0.045	0.137
Drehmoment (°)	0.182	-0.099	0.503
Spitze (°)	0.061	-0.08	0.218
Buccal-Lingual (mm)	-0.011	-0.043	0.012
Mesial-distal (mm)	0.008	-0.033	0.048
Okklusal-Gingival (mm)	0.011	-0.002	0.026

Tabelle 2: Ergebnisse von Bland-Altman-Analysen zur Übereinstimmung der Untersucher (n = 32 Zähne). CI: Konfidenzintervall.

Parameter	Erster Prämolar (n=50)				Zweiter Prämolar (n=50)				Erster Backenzahn (n=50)
	Bedeuten	SD	95%	CI	Bedeuten	SD	95%	CI	Bedeuten	SD	95%	CI
Drehung (°)	2.801	3.881	1.767	4.023	2.472	5.265	1.195	4.148	0.835	3.004	0.098	1.74
Drehmoment (°)	-1.261	1.912	-1.765	-0.722	-3.597	3.586	-4.588	-2.512	-3.881	3.413	-4.895	-2.934
Spitze (°)	0.746	2.851	-0.079	1.632	0.409	3.015	-0.434	1.238	-0.326	1.917	-0.582	0.506
Buccal-Lingual (mm)	-0.18	0.455	-0.311	-0.046	-0.156	0.516	-0.307	-0.018	-0.048	0.619	-0.203	0.132
Mesial-distal (mm)	0.143	0.535	-0.006	0.309	0.155	0.56	-0.01	0.299	0.213	0.618	0.041	0.392
Okklusal-Gingival (mm)	-0.141	0.407	-0.256	-0.031	-0.206	0.408	-0.323	-0.09	-0.256	0.398	-0.363	-0.147

Tabelle 3: Deskriptive Statistik für winkelige und lineare Unterschiede zwischen der vorhergesagten und der erreichten Zahnposition für die ersten Prämolaren, die zweiten Prämolaren und die ersten Molaren des Oberkiefers. Positive Werte zeigten eine erreichte Zahnposition an, die bukkaler, distaler oder okklusaler war oder mehr mesiale Rotation, mehr distale Kronenspitze oder mehr linguales Kronendrehmoment als die vorhergesagte Zahnposition aufwies. SD: Standardabweichung; CI: Konfidenzintervall.

Parameter	Bedeuten	SD	95%	CI	P
Drehung (°)	2.036	4.217	1.408	2.756	0.023*
Drehmoment (°)	-2.913	3.263	-3.411	-2.388	0.0003*
Spitze (°)	0.374	2.641	-0.049	0.8	1
Buccal-Lingual (mm)	-0.128	0.534	-0.216	-0.041	0.186
Mesial-distal (mm)	0.17	0.569	-0.076	0.258	1
Okklusal-Gingival (mm)	-0.201	0.405	-0.266	-0.136	0.123

Tabelle 4: Vergleiche der eckigen und linearen mittleren Vorhersageunterschiede bei allen Oberkiefer-Seitenzähnen, die mit Hotellings T-Quadrat-Tests mit Bonferonni-Korrektur gemessen wurden. Positive Werte zeigten eine erreichte Zahnposition an, die bukkaler, distaler oder okklusaler war oder mehr mesiale Rotation, mehr distale Kronenspitze oder mehr linguales Kronendrehmoment als die vorhergesagte Zahnposition aufwies. *P < 0,05.

Discussion

Die palatinalen Rugae haben in der Adoleszenz eine einzigartige Konfiguration; Sie bleiben während des Wachstums konstant, sind authentische Marker für die persönliche Identifizierung und gelten als stabile anatomische Referenzen für die Überlagerung des Oberkiefermodells 24,25,26,27. Dai et al. verwendeten diese Methode, um die erreichte und vorhergesagte Zahnbewegung der ersten Molaren des Oberkiefers und der mittleren Schneidezähne mit durchsichtigen Alignern nach der ersten Prämolarenextraktion zu vergleichen²⁸. Das erreichte Nachbehandlungsmodell wurde über die Rapidform-Software für die Vorbehandlung und das geplante Nachbehandlungsmodell registriert. Sie berichteten über statistisch signifikante Unterschiede zwischen den vorhergesagten und den erreichten Zahnbewegungen. Die Modelle vor und nach der Behandlung wurden aus verschiedenen Quellen (Alginatabdrücke und intraorale Scans) gewonnen. Die Messungen der Zahnbewegung wurden innerhalb eines Koordinatensystems ausgedrückt, wobei die hintere Okklusionsebene als Querebene und die Gaumennaht als Leitfaden für die Konstruktion einer mittleren Sagittalebene verwendet wurden. Da Winkel- und Translationsparameter für die jeweiligen Oberkiefer-Erstmolaren und oberen mittleren Schneidezähne auf diese Ebenen projiziert wurden, ist es schwierig, ihre Ergebnisse mit Untersuchungen zu vergleichen, die verschiedene Koordinatensysteme verwenden (z. B. ein Koordinatenursprung basierend auf dem ungefähren Widerstandszentrum eines Zahns)17,18,19,20,21.

Die Studie beschränkte sich auf den Oberkieferbogen, so dass der Gaumen und seine Rugae verwendet werden konnten, um die vorhergesagten und erreichten Modelle zu registrieren. Bisher erfolgte die Modellregistrierung mit unbehandelten oder vermeintlich stabilen Seitenzähnen 16,17,18,19, Best-Fit-Algorithmen ^20,21, Minischrauben^26,27, Tori²⁹, Implantaten³⁰, der Schädelbasis³¹ oder anderen knöchernen Strukturen³². In einer der wenigen früheren Studien, in denen Gaumenüberlagerungen zur Beurteilung der Wirksamkeit klarer Aligner verwendet wurden, verglichen Dai et al. die erreichten und vorhergesagten Zahnbewegungen der ersten Molaren des Oberkiefers und der mittleren Schneidezähne in Extraktionsfällen²⁸, obwohl sie keine individuellen Unterschiede in der Zahnposition und -orientierung mit den sechs Freiheitsgraden berichteten, die in dieser und anderen Studien verwendet wurden^{20, 21}. Urheberrecht

Frontzähne wurden nicht in dieses Protokoll aufgenommen, da die Formen ihrer klinischen Kronen innerhalb des Weltkoordinatensystems, das von CloudCompare zum Ausdruck seiner Transformationen verwendet wird, zu schwierig zu orientieren waren. Die Prämolaren und Molaren wiesen jedoch genügend okklusale Orientierungspunkte und eine ausreichende Regelmäßigkeit der Gesichtsoberfläche auf, damit die Kaufläche, die Längsachse und der Begrenzungsrahmen jedes behandelten Zahns am Ursprung und den Weltkoordinaten der Software ausgerichtet werden konnten.

Die Verwendung einer Transformationsmatrix zur Bereitstellung der Translations- und Rotationsinformationen, die die Zahnbewegung während der Registrierung beschreiben, erfordert die Einhaltung bestimmter Konventionen. CloudCompare verwendet die Tait-Bryan-Konvention, bei der zuerst eine ZYX-Achsenrotationssequenz verwendet wird, gefolgt von den 3D-Übersetzungen von Welt Null, die zum Abschließen des Abgleichs erforderlich sind. Da die in dieser Studie berichteten Blickwinkel die Tait-Bryan-Konvention³³ widerspiegeln, würden Studien, die unterschiedliche Konventionen verwenden, zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die Ausrichtung des Nachbehandlungszahns auf den Weltursprung und die Koordinaten stellte sicher, dass die Messungen eine Translation von der ursprünglichen Position des Zahns und den Richtungen anzeigten, die durch die spezifische Oberflächenanatomie jedes Zahns bestimmt wurden.

Insgesamt zeigten unsere Ergebnisse, dass sich die Rotation und das Drehmoment der erreichten Zahnposition statistisch und klinisch signifikant von den Vorhersagen unterschieden, mit mehr mesialer Rotation und bukkalem Drehmoment nach der Behandlung mit durchsichtigen Alignern. Während die Rotationsbewegung in den ersten Molaren des Oberkiefers relativ erfolgreich war, war die Derotation im ersten und zweiten Prämolaren problematischer, was darauf hindeutet, dass die Morphologie der Prämolarenkronen zu diesem Unterschied beitragen könnte. Diese Ergebnisse ähneln einer kürzlich durchgeführten Studie von Al-Nadawia et al., die herausfanden, dass die Genauigkeit der Bewegungen der Seitenzähne mit einem 7-Tage-Protokoll nicht so genau ist wie das 14-Tage-Protokoll für Intrusion, distale Intrusion, distale Kronenspitze und bukkales Kronendrehmoment³⁴. Um festzustellen, ob sich die Genauigkeit von Invisalign mit der neueren Technologie verbessert hat, aktualisierten Haouili et al. die bahnbrechende Studie von Kravitz et al.¹⁷ und fanden auch die geringste Gesamtgenauigkeit bei der Rotation, insbesondere bei Eckzähnen, Prämolaren und Molaren ²¹.

Die Translationsdaten zeigten in Übereinstimmung mit früheren Studien keine statistisch signifikanten Unterschiede für alle drei Richtungen. Simon et al. fanden heraus, dass die Distalisierung der oberen Molaren die am effektivsten vorhergesagte Bewegung war¹⁸. Ein nicht-statistischer, aber klinisch signifikanter Vorhersageunterschied wurde für die okklusales-gingivale Bewegung in den ersten Molaren in der aktuellen Studie festgestellt, die im Verhältnis zu ihren vorhergesagten Positionen tendenziell leicht intrudiert waren. Haouili et al. wiesen auch darauf hin, dass sich die Extrusion der Oberkieferschneidezähne durch den Einsatz optimierter Extrusionsaufsätze zwar verbesserte, die Extrusion der Oberkiefer- und Unterkiefermolaren jedoch die geringste Genauigkeit aufwies²¹.

In der vorliegenden Studie unterschieden sich Zahnbewegungen mit Attachments nicht von Zähnen ohne Attachments, um die gewünschten Zahnbewegungen zu erreichen. Zahnbewegungen mit optimierter Befestigung schienen bei Rotationsbewegungen leicht ungenau zu sein. Obwohl Zähne mit optimiertem Anbau im Vergleich zu herkömmlichen oder keinen Anbauteilen eine genauere Drehmomentzahnbewegung zeigten, waren die gesamten Drehmomentzahnbewegungen eine Herausforderung. Kravitz et al. stellten fest, dass Attachments mit Rotationsbewegungen im Vergleich zu keinen Attachments winzige klinische Verbesserungen bringen können; jedoch nicht mit statistischer Signifikanz¹⁶. Auf der anderen Seite fanden Simon et al. heraus, dass Attachments bei der Derotation von Prämolaren signifikant vorteilhaft sind¹⁸. Cortona et al. befassten sich auch mit einer endlichen Studie, dass der effizienteste Weg, runde Zähne im Unterkiefer zu derotieren, darin bestand, einen einzigen Aufsatz mit einer Aligner-Aktivierung von^{1,2° hinzuzufügen 35}. Nucera et al. überprüften systematisch die Auswirkungen von Komposit-Attachments auf die Clear-Aligner-Therapie und skizzierten die widersprüchlichen Ergebnisse in der aktuellen Literatur³⁶. Der Mangel an Beweisen rechtfertigt weitere klinische Studien, um den Einfluss von Attachments und deren Anzahl, Größe, Form und Position auf jede kieferorthopädische Bewegung zu klären.

Insgesamt erreichte Invisalign die meisten der vorhergesagten Seitenzahnbewegungen bei Jugendlichen und Erwachsenen mit leichten bis mittelschweren Zahnfehlstellungen. Insbesondere die vorhergesagte Derotation der Oberkieferprämolaren und insbesondere des ersten Prämolaren war eine größere Herausforderung. Alle Oberkiefer-Seitenzähne neigten dazu, ohne ausreichende Drehmomentkontrolle bukkal zu ziehen. Je distal der Zahn positioniert ist, desto unvorhersehbarer ist das Ergebnis. Mit oder ohne Aufsätze oder verschiedene Arten von Aufsätzen schienen in der Vorhersage keinen Unterschied zu machen. Im Allgemeinen wären zusätzliche Verfeinerungen oder Überkorrekturen erforderlich, um alle Vorhersagen zu erreichen. Vergleiche von Invisalign-vorhergesagten mit klinisch erzielten digitalen Modellen im Oberkieferbogen können von der Modellregistrierung sowohl unter Verwendung palatinaler als auch zahnärztlicher Merkmale, der individuellen Zahnsegmentierung und der mathematischen Transformationen, die zu ihrem Abgleich verwendet werden, profitieren.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
CloudVergleichen	GPL-Software	Version 2.11	Open-Source-Software (https://www.cloudcompare.net/)
Meshmixer-Software	Autodesk, Inc.
Rhinoceros 5.0	Robert McNeel & Mitarbeiter	Version 5.0