מדידת תנועת שיניים מקסילרית אחורית: הערכת מודל באמצעות סופראימפוזיציה פלטלית ודנטלית

סיכום

כתב יד זה מציג פרוטוקול מקיף להערכת התנועה התלת-ממדית (תלת-ממדית) של שיניים אחוריות מקסילריות עם קשתיות שקופות באמצעות סופראימפוזיציה של מודל דיגיטלי, כלי רב ערך באורתודונטיה ובאורתופדיה דנטופציאלית.

תקציר

מאז השקת Invisalign על ידי Align Technology, Inc. בשנת 1999, נמשכו שאלות וויכוחים בנוגע לדיוק של טיפול Invisalign (יישור שקוף), במיוחד בהשוואה לשימוש במכשירים קבועים מסורתיים. הדבר הופך להיות משמעותי במיוחד במקרים של תיקונים אנטרופוסטריים, אנכיים ורוחביים, שבהם השוואות מדויקות הן בעלות חשיבות עליונה. כדי לענות על שאלות אלה, מחקר זה מציג פרוטוקול שתוכנן בקפידה, תוך שימת דגש עיקרי על הנחת המשנה הדיגיטלית של תנועת השיניים האחוריות המקסילריות כדי להקל על ניתוח מדויק. הדגימה כללה 25 מטופלים שהשלימו את הסדרה הראשונה של קשתיות Invisalign (שקופות). ארבעה מודלים דיגיטליים מקסילריים (מודלים לפני טיפול, לאחר טיפול, ClinCheck-ראשוני וסופי) הונחו דיגיטלית תוך שימוש ברוגות החיך ובשיניים כהפניות יציבות. שילוב תוכנה שימש לסופראימפוזיציה של מודלים ופילוח שיניים. מטריצות טרנספורמציה ביטאו אז את ההבדלים בין מיקום השן שהושג לבין מיקום השן החזוי. ערכי הסף להבדלים רלוונטיים מבחינה קלינית היו ±0.25 מ"מ לתזוזה ליניארית ו-±2° לסיבוב. ההבדלים הוערכו באמצעות מבחני T-squared של Hotelling עם תיקון Bonferroni. ההבדלים הממוצעים בסיבוב (2.036° ±-4.217°) ובמומנט (-2.913° ±-3.263°) היו מובהקים סטטיסטית וקלינית, עם ערכי p של 0.023 ו-0.0003 בהתאמה. דה-רוטציה של קדם-טוחנות ובקרת מומנט עבור כל השיניים האחוריות היו פחות צפויים. כל ההבדלים הממוצעים במדידות הליניאריות היו חסרי משמעות סטטיסטית וקלינית, פרט לכך שהטוחנות הראשונות נראו מעט יותר פולשניות (0.256 מ"מ) ממיקומן החזוי. נראה כי מערכת היישור השקוף עומדת בתחזית שלה עבור רוב תנועות השיניים התרגומי והטיה מזיאלית-דיסטלית בשיניים אחוריות מקסילריות במקרים ללא עקירה עם חסימות קלות עד בינוניות.

מבוא

בשנת 1999, מכשירים אורתודונטיים נשלפים בייצור דיגיטלי הפכו לזמינים מסחרית על ידי Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ). במקור, מערכת זו תוכננה לפתור מקרים שאינם גדלים עם צפיפות קלה עד בינונית או לסגור חללים קטנים כחלופה אסתטית למכשירים מסורתיים קבועים. עם עשרות שנים של שיפורים בתכנון וייצור בעזרת מחשב (CAD/CAM), חומרים דנטליים ותכנון טיפול, טיפול בקשתיות שקופות (CAT) שימש מאז לטיפול ביותר מ-10 מיליון מטופלים עם חסימות שונות ברחבי העולם¹. מחקר רטרוספקטיבי שנערך לאחרונה הציע כי CAT יעיל כמו טיפול במכשיר קבוע עבור אוכלוסיית מתבגרים עם חסימות קלות, עם תוצאות משופרות באופן משמעותי ביישור שיניים, יחסים חסומים, overjet². מספר התורים, ביקורי החירום וזמן הטיפול הכולל היו גם תוצאות טובות יותר עבור מטופלים בטיפול בקשתיות שקופות. למרות שניתן להשתמש ב- CAT לטיפול בחסימות ללא מיצוי, חסימות קלות עד בינוניות בחולים שאינם גדלים ^3,4, ולקצר את משך הטיפול ואת זמן הכיסא⁵, עדיין לא ברור אם הטיפול יעיל כמו תקן הזהב של סמכים שפתיים קונבנציונליים ^4,6,7,8,9, במיוחד עבור תיקון אנטרופוסטרי ואנכי¹⁰.

ClinCheck היא פלטפורמת תוכנה שפותחה על ידי Align כדי לספק לרופאים סימולציות תלת ממדיות וירטואליות (3D) של תנועות שיניים פוטנציאליות. הוא עוסק בעיקר במצב הראשוני של המטופל ובתוכנית הטיפול שנקבעה על ידי הקלינאי, ויכול להיות גם כלי תקשורת חזותית עבור המטופל. כל חוסר התאמה בין התוצאות החזויות והמושגות עשוי לדרוש תיקון, עידון או המרה באמצע הקורס לטיפול במכשיר קבוע. כתוצאה מכך, האמינות של תחזיות תוכנה משכה תשומת לב גוברת מצד החוקרים. מאז הסקירה השיטתית של לגראבר ופלורס-מיר שפורסמה ב-2005¹¹, נמדדו בדרכים שונות מחקרים על הקונקורדנציה בין מודלים חזויים למודלים שלאחר הטיפול, שיטות מדידה הכוללות אורך קשת, מרחק בין-כלבי, נשיכת יתר, סילון יתר, סטיית קו אמצע¹², ציון הפחתה¹³ של המועצה האמריקאית לאורתודונטיה לדירוג אובייקטיבי (ABO-OGS), רוחב בין-דנטלי עליון ותחתון¹⁴ומידות הנגזרות מטומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט¹⁵.,

השוואות נעשו גם על ידי הנחת מודלים תלת ממדיים 16,17,18,19,20,21. לדוגמה, פלטפורמות תוכנה קיימות רבות, כגון ToothMeasure (תוכנה פנימית שפותחה על ידי Align Technology), יכולות לשכפל שני מודלים דיגיטליים באמצעות נקודות ייחוס שנבחרו על ידי המשתמש על שיניים לא מטופלות, rugae palatal או שתלים דנטליים. מכיוון שהמודלים החזויים והמושגים בדרך כלל אינם כוללים את משטחי החיך, מחקרים קודמים רבים 15,16,17,18 השתמשו בשיניים האחוריות הלא מטופלות כסימוכין לסופראימפוזיציה, כולל האפשרות להוסיף טעויות עקב התנועות היחסיות של שיניים אלה. מחקרים אלה הוגבלו לאזורים קדמיים של הקשת במקרים פשוטים יחסית עם ריווח או צפיפות קלה עד בינונית.

Grünheid et al. השתמשו בסופראימפוזיציה מתמטית כדי לכמת את הפערים בין תוכניות טיפול וירטואליות לבין תוצאות הטיפול בפועל כדי להעריך את הדיוק של CAT שיניים מלאות ללא מבנים אנטומיים יציבים במודלים דיגיטליים²⁰. Haouili et al. השתמשו באותה שיטה באלגוריתם המתאים ביותר בתוך תוכנת Compare כדי לערוך מחקר מעקב פרוספקטיבי על היעילות של תנועת שיניים עם CAT²¹. המטרה הייתה לספק עדכון על הדיוק הקשור לטכנולוגיה מתפתחת, כלומר SmartForce, חומרי יישור SmartTrack וסריקות דיגיטליות. ממצאיהם של שיפור ברמת הדיוק הכוללת מ-41%¹⁷ ל-50%²¹ היו מעודדים, אך אינם שוללים את האפשרות שחלק מתנועות השיניים עדיין אינן ניתנות להשגה באופן משביע רצון עם מערכת היישור השקוף.

כאשר הם נחזים ומושגים, מודלים דיגיטליים כוללים התייחסות תלת-ממדית נפוצה שאינה תלויה בשיניים, כגון רוגות חיך, שתלים דנטליים או טורי; הם יכולים להיות רשומים במשותף בתוך מערכת הקואורדינטות של פלטפורמות תוכנה מתאימות רבות. אם שן מעניינת מקוטעת מאחת ועוברת טרנספורמציה מתמטית כדי להתאים לגרסה העקורה שלה באחרת, מטריצת הטרנספורמציה מכילה את המידע המלא הדרוש לתיאור הטרנספוזיציה התלת-ממדית כולה. תוכנו יכול לבוא לידי ביטוי כשלושה תרגומים ושלושה סבבים המתוארים על ידי אמנה רשמית. דוגמה לכך ניתן למצוא בתוכנת הבקרה Invisalign ClinCheck Pro 3D, שבה הפרמטרים המספריים המציינים את תנועות השיניים התלת-ממדיות הדרושות להזזת שיניים למיקומן החזוי מוצגים בטבלת תנועות שיניים.

בעוד שהמודלים הראשוניים והסופיים (הצפויים) מתוכנת התכנון חולקים מערכת קואורדינטות משותפת המסופקת על ידי אותה פלטפורמת תוכנה, היעדר החיך שלהם מגביל את האפשרות להירשם במשותף עם כל מודל שיניים דיגיטלי אחר, אלא אם כן יש להם שיניים זהות. בהקשר זה, הועלתה השערה כי העל-אימפוזיציה של מודלים חזויי תוכנה ולאחר טיפול (מושגים) תהיה ישימה. היתכנות זו נובעת מזמינותם של שני זוגות: ראשוניים וסופיים (המועלים אוטומטית במהלך הייצוא מתוכנת תכנון) וזוג נוסף של מודלים טרום טיפול והושג (המונחים באמצעות רוגות פלטליות). ניתן לרשום זוגות אלה באמצעות השיניים שלפני הטיפול כהפניה כדי ליישר אותם עם המודל הראשוני של Invisalign. לאחר מכן, ניתן לבצע פילוח של שיניים בודדות כדי להעריך הבדלים במיקום ובאוריינטציה שלהן. הערכה זו כוללת החלפת שיניים בין המודלים, ומטריצות הטרנספורמציה יאפשרו כימות מספרי של התרגומים והכיוונים מחדש.

בפרוטוקול זה הוצגה גישה להערכת היעילות של CAT בטיפול בחסימות קלות עד בינוניות הן בקרב מתבגרים והן אצל מבוגרים, תוך התמקדות ספציפית בשיניים האחוריות המקסילריות. השערת האפס הייתה שאין הבדל בין מיקום השן שהושג לבין מיקום השן החזוי על ידי תוכנת התכנון בשיניים האחוריות המקסילריות לאחר הסדרה הראשונה של הקשתיות השקופות.

פרוטוקול

מחקר זה קיבל אישור אתי ממועצת הביקורת המוסדית באוניברסיטת קולומביה הבריטית (No. H19-00787). כדי לשמור על סודיות, כל הדגימות ששימשו במחקר עברו הליכי ביטול זיהוי. יתר על כן, לפני הכללתם במחקר, התקבלה הסכמה מדעת מתאימה מכל החולים המשתתפים.

הערה: כל משתתף תרם ארבעה מודלים דיגיטליים מקסילריים, שהקיפו את הדברים הבאים:

1. מודל דיגיטלי טרום טיפול, כאשר החיך נסרק באמצעות iTero
2. מודל דיגיטלי לאחר הטיפול, כאשר החיך נסרק באמצעות iTero
3. מודל טרום טיפול, המיוצא מתוכנת התכנון.
4. מודל חזוי, מיוצא מתוכנת התכנון.

פרוטוקול זה מינף שילוב של מספר כלי תוכנה, שכללו את CloudCompare, Meshmixer ו-Rhinoceros. פלטפורמות תוכנה אלו מילאו תפקיד מרכזי בהקלת תהליך הרישום ואפשרו פילוח של שיניים בודדות לצורך ניתוח תנועותיהם וכיווניהן. ראוי לציין כי כלי תוכנה אלה עשויים להיות ניתנים לשכפול עם אפשרויות תוכנה אחרות בקוד פתוח, בתנאי שהם יכולים להשיג מטרות דומות. זרימת עבודה הממחישה את רצף התוכנה מוצגת באיור 1.

1. הכנה

1. השג את המודלים הראשוניים והסופיים (החזויים) כקבצים סטריאוליתוגרפיים (STL) מתוכנת התכנון על ידי לחיצה על כלים > ייצוא > STL.
   הערה: דגמים המיוצאים מתוכנת התכנון מציגים רק כתרים קליניים וחניכיים וירטואליים ללא החיך.
2. השג את המודלים הדיגיטליים לפני הטיפול ולאחר הטיפול כקובצי STL מתוכנת המודל הסרוק (OrthoCAD) על ידי בחירת הסריקה, לחיצה ובחירה באפשרות ייצוא > סוג ייצוא (מעטפת פתוחה), תבנית נתונים (קובץ לכל קשת [קשתות בכיוון חסימה])).
   הערה: דגמים המיוצאים מתוכנת סריקת הדגמים כוללים לא רק שיניים אלא גם חניכיים ואת החיך כולו.

2. הנחת על פלטלית של מודלים דיגיטליים לפני ואחרי הטיפול ב- CloudCompare

1. פתח את התוכנה וגרור ושחרר את קבצי STL של המודלים הדיגיטליים לפני הטיפול ואחריו.
2. בחרו כל דגם ולחצו על 'עריכת צבעי >' >'קבע ייחודי' לשינוי צבעי הדגמים שנבחרו.
3. בחר את המודל הדיגיטלי שלאחר הטיפול ולחץ על סמל תרגום/סיבוב . לחץ לחיצה ימנית כדי לגרור את הדגם כך שהם יהיו זה לצד זה. לחץ על סימן הביקורת הירוק.
4. בחר את המודל הדיגיטלי לפני הטיפול ולחץ על סמל Segment .
5. לחצו על ארבע נקודות על ה-palatal rugae ולחצו לחיצה ימנית כדי לבטל את הבחירה. לחץ/י על ״פלח פנימה״ ולאחר מכן לחץ/י על סימן הביקורת הירוק. חזור על שלבים 2.4 עד 2.5 עבור המודל הדיגיטלי שלאחר הטיפול.
6. הסתר את המודלים PostTreatModel.remaining ו- PreTreatModel.remaining ובחר הן את המודלים PostTreatModel.part והן את המודלים PreTreatModel.part .
7. לחץ על סמל יישור הרישום הגס (בחירת זוג נקודות) והנח לפחות שלושה ציוני דרך מתאימים על החיך בכל צד של קו האמצע עבור החיך לפני ואחרי הטיפול. לחץ/י על ״ישר״ ולאחר מכן לחץ/י על סימן הביקורת הירוק.
8. בטלו את הסתרת רשתות השינוי של שני הדגמים והזיזו את המודל הנותר PostTreatModel.left שלא עבר שינוי צורה באמצעות העתקת מטריצת שינוי הצורה, לחיצה על Edit > Apply Transformation והדבקת מטריצת שינוי הצורה.
   הערה: יציאות מטריצת ההמרה מוצגות בקונסולה.
9. הסתר את המודלים PostTreatModel.remaining ו- PreTreatModel.remaining ובחר את המודלים PostTreatModel.part ו - PreTreatModel.part .
10. לחץ על סמל היישור Fine Registration וודא שהמודל PreTreatModel.part נבחר כהפניה. לחץ על אישור.
    הערה: אשר את ריבוע ממוצע השורש שנוצר (RMS) בחלון פרטי הרישום. סטייה של ≤ 0.05 RMS מקובלת.
11. בטלו את הסתרת רשתות השינוי של שני הדגמים והזיזו את המודל הנותר PostTreatModel.left שלא עבר שינוי צורה באמצעות העתקת מטריצת שינוי הצורה, לחיצה על Edit > Apply Transformation והדבקת מטריצת שינוי הצורה.
12. שמור את המודלים PostTreatModel.remaining ו - PreTreatModel.remaining כקבצי STL.

3. הכנת מודל תוכנה לסופראימפוזיציה עם תוכנת קרנף

1. ייבא בנפרד את קבצי STL של תוכנת התכנון לטיפול מקדים ומודלים חזויים.
   הערה: בעת ייבוא מודלי תוכנה לתוכנות מדידה כגון Rhinoceros או CloudCompare, הכיוון ורישום הדגמים נשמרים
2. בחר את חניכיית החניכיים המדומה ולחץ על Delete כדי להסיר אותה.
3. לחצו על 'כלי רשת שינוי', בחרו 'מישור רשת שינוי'. ציירו מישור סביב השיניים והזיזו את המישור ל-1/3 הכתרים החסומים של השיניים. זה ישפר את דיוק הסופר-אימפוזיציה.
4. לחץ פעמיים על הלחצן ימינה כדי להרחיב את התצוגה הימנית.
5. הזן את הפקודה MeshBooleanSplit ובחר את המישור ואת כל השיניים ולאחר מכן הקש Enter.
6. מחק את המישור ואת חלקי צוואר הרחם של השיניים והשאיר את 1/3 כתרי השיניים החסומות.
7. שמור את המודל המפוצל כקובץ STL.
8. חזור על כל השלבים עבור הדגם השני.

4. הטמעת מודלים דיגיטליים חזויי תוכנה ולאחר טיפול באמצעות CloudCompare

1. גרור ושחרר את קבצי STL של המודלים הדיגיטליים שהונחו בעבר לפני הטיפול ואחריו, ואת המודלים החזויים המפוצלים לפני הטיפול והפיצול.
2. בחרו כל דגם ולחצו על 'עריכת צבעי >' >'קבע ייחודי' לשינוי צבעי הדגמים שנבחרו.
3. בחר הן את המודל הדיגיטלי לפני הטיפול והן לאחר הטיפול ולחץ על סמל תרגום/סיבוב . לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני כדי לגרור את הדגמים כך שיהיו זה לצד זה.
4. בקש מהתוכנה להסתיר את המודל החזוי המפוצל ואת המודל הדיגיטלי שלאחר הטיפול על ידי ביטול הסימון של התיבות המתאימות. בחר את המודל המפוצל לפני הטיפול ואת המודל הדיגיטלי לפני הטיפול.
5. לחץ על סמל יישור הרישום הגס והצב ציוני דרך מתאימים על שפכי הכתרים הן במודל המפוצל לפני הטיפול והן במודל הדיגיטלי שלפני הטיפול. לחץ/י על ״ישר״ ולאחר מכן לחץ/י על סימן הביקורת הירוק.
6. בטל את הסתרת המודל החזוי המפוצל ואת המודל שלאחר הטיפול והזז את המודל שלאחר הטיפול שלא עבר טרנספורמציה על-ידי העתקת מטריצת הטרנספורמציה, לחיצה על ערוך > החל טרנספורמציה והדבקת מטריצת הטרנספורמציה.
7. הסתר את המודלים החזויים שלאחר הטיפול ופיצול. בחר את המודלים שלפני הטיפול ואת המודלים המפוצלים לפני הטיפול. לחץ על סמל יישור רישום עדין לקבלת ההתאמה הטובה ביותר בין מודל טרום הטיפול המפוצל לבין המודל הדיגיטלי שלפני הטיפול.
8. בטלו את הסתרת רשתות השינוי והזיזו את המודל שלא עבר שינוי צורה באמצעות העתקת מטריצת שינוי הצורה, לחיצה על 'עריכה' > 'החל שינוי צורה' והדבקת מטריצת שינוי הצורה.
9. בטל את הסתרת המודלים הדיגיטליים החזויים והמפוצלים שלאחר הטיפול, ולאחר מכן הסתר את המודל המפוצל לפני הטיפול ואת המודל הדיגיטלי שלפני הטיפול כדי להציג את הסופראימפוזיציה (איור 2).
10. שמור את הדגמים כקבצי STL.

5. פילוח כתר באמצעות Meshmixer

1. ייבא את המודל החזוי המפוצל ואת המודל הדיגיטלי שלאחר הטיפול ל- Meshmixer.
2. לחץ על Edit > Duplicate כדי לשכפל את הדגמים עבור מספר השיניים שיש לפצל. תייג כל דגם עם מספר השן המתאים לסגמנטציה.
3. הסתר את המודל החזוי המפוצל על-ידי לחיצה על סמל העין , תוך שמירה על המודל הדיגיטלי שלאחר הטיפול גלוי.
4. במודל שלאחר הטיפול, לחץ על בחר והתאם את גודל המברשת. לפלח את הכתר שנבחר, גררו את הכלי מברשת על פני השטח החסומים של השן שנבחרה, תוך שימת לב רבה לקצות השיניים.
5. לחצו על 'שינוי' >'היפוך' ולאחר מכן על 'עריכה' > 'בטל ' כדי למחוק את שאר הדגם, תוך השארת הכתר המקוטע.
6. בטל את הסתרת המודל החזוי המפוצל והסתר את המודל שלאחר הטיפול על ידי לחיצה על סמלי העיניים המתאימים.
7. חזור על שלבים 5.4-5.5 עבור המודל החזוי של פיצול.
8. ייצא כל כתר שנבחר כקובצי STL.
9. חזור על כל השלבים עבור כל פילוח שיניים.

6. סופראימפוזיציה דנטלית עם CloudCompare

1. ייבאו את הכתרים הדיגיטליים המפולחים לאחר הטיפול ופיצלו כתרים חזויי תוכנה לתוך התוכנה. ודא שהכיוון והרישום בענן נשארים עקביים. להקים את רשת הקואורדינטות העולמית כדי לתקנן את הכיוון של שיניים ימניות ושמאליות כאחד, ולשפר את אמינות המתודולוגיה. מרכז הרשת אמור לייצג את הקואורדינטות (0,0,0,0,0,0,0) של ענן התוכנה CloudCompare.
2. בחר בשני הכתרים ולחץ על Edit > Normals > Compute > Per-Vertex.
3. בחרו כל שן ולחצו על 'עריכת צבעי >' >'קבע ייחודי ' לשינוי צבעי הדגמים שנבחרו.
4. הסתירו את השן שלאחר הטיפול על ידי ביטול סימון התיבה ובחרו הן את השן הנסתרת לאחר הטיפול והן את השן החזויה הנראית לעין.
5. בחר בתצוגה התחתונה, לחץ על סמל תרגום/סיבוב והשתמש במישורים X, Y ו- Z כדי לסובב את השן כך שהשן הבוקאלית תתיישר עם הקו האנכי.
6. בחר את התצוגה בצד שמאל, לחץ על סמל תרגום/סיבוב וחבר את הקווים הבוקליים והלשוניים בקו האופקי.
7. בחר בתצוגה האחורית, לחץ על הסמל תרגם/סובב ותחום את הקווים הבוקליים והלשוניים בקו האופקי.
   הערה: המטרה היא ליישר את המשטחים הסתירים והפנים שלו עם הצירים והמישורים בעולם. ודא שמרכז התיבה התוחמת של השן ממוקם במוצא העולם. על ידי היצמדות לרשת הקואורדינטות העולמית, מיקומי כל השיניים יהיו סטנדרטיים. שלב זה מבטיח המרה עקבית ומדויקת של תרגומי X, Y ו-Z בכל הצירים, ללא קשר למיקום הספציפי של השן הספציפית.
8. לאחר שכל השיניים מתיישרות, לחץ על סמל תרגום/סיבוב כדי למרכז את השן ברשת בכל התצוגות.
9. בטל את הסתרת השן שלאחר הטיפול ובחר את השן החזויה ואת השן שלאחר הטיפול.
10. לחץ על סמל יישור רישום עדין כדי לרשום את השן שלאחר הטיפול מעל השן הצפויה. לחץ על אישור.
    הערה: עם השלמתו, CloudCompare יציג את פרטי הרישום, כולל סופראימפוזיציה RMS (איור 3).
11. כדי לקבוע את הבדלי המיקום והסיבוב בין שתי השיניים, בחר את השן שלאחר הטיפול, העתק את מטריצת הטרנספורמציה, לחץ על ערוך > החל טרנספורמציה והדבק את מטריצת הטרנספורמציה.
12. בחר בסמל Euler Angles כדי להציג את התנועות הסיבוביות והליניאריות בין השן החזויה לבין השן שלאחר הטיפול.
13. תעד את כל מדידות התרגום והסיבוב בגיליון אלקטרוני. חזור על תהליך זה עבור כל השיניים האחוריות הנותרות.
    הערה: השתמש במערכת דירוג המודל¹² של המועצה האמריקאית לאורתודונטיה (ABO) כדי לזהות הבדלי מדידה משמעותיים מבחינה קלינית. הבדלים גדולים מ 0.5 מ"מ ליניארי ו 2 מעלות זוויתית נחשבים רלוונטיים מבחינה קלינית.
14. התאם את ערכי המדידה לכיוון הקדמי-אחורי של השיניים הימניות בגיליון אלקטרוני. התאמה זו לוקחת בחשבון את הכיוון הסטנדרטי של שיניים בצד ימין לשיניים בצד שמאל.

7. מפרטי מדידה

1. להבין את רצף מוסכמות הסיבוב והמדידה: CloudCompare משתמשת במוסכמה החיצונית Tait-Bryan ZYX (מקור עולמי) עבור המדידות שלה.
   הערה: עבור תרגום, הצירים מייצגים X (כיוון buccolingual), Y (כיוון mesiodistal) ו- Z (כיוון אנכי: חדירה/שחול). תנועות זוויתיות מיוצגות על ידי ציר X (Psi - tipping mesiodistal), ציר Y (תטא - מומנט buccolingual), וציר Z (Phi - סיבוב mesiodistal)²². תנועות השיניים מתבטאות במונחים של האנטומיה של השן, ללא קשר למיקומה בקשת. סימן המידות (+, -) מציין את הכיוון ממוצא העולם ואת סיבובו סביב ציריו.
2. חשיבות הרלוונטיות הקשרית: שימו לב שהמונחים הכיווניים המתארים תנועות שיניים (למשל, מזיאליים, דיסטליים, בוקו-לשוניים) מתייחסים לשן הספציפית ואינם מביאים בחשבון שינויים ביחס לקשת השיניים.

8. ניתוח סטטיסטי

1. השתמש בחבילה הסטטיסטית R (גרסה 3.2.3, RStudio Inc.) באמצעות RStudio (גרסה 1.4.1103) עבור כל הניתוחים.
2. בחר 32 שיניים באופן אקראי ובצע מדידות כפולות במרווח של חודש.
3. בדיקת מהימנות תוך בוחן באמצעות מקדמי מתאם תוך-מחלקתיים (ICC) וניתוח בלנד אלטמן עבור שתי קבוצות המדידות.
4. יישמו את מבחני T-squared של Hotelling כדי לבדוק את הבדלי הניבוי הממוצעים בין מיקום השן החזוי למיקום המושגת עבור פרמטרים זוויתיים ולינאריים כאחד.
5. התאם עבור השוואות שיניים מרובות באמצעות תיקון Bonferroni על ערכי p, במטרה לשיעור שגיאה משפחתי של 0.05.
6. בצעו בדיקת T-squared לאחר הוק אם זוהו הבדלים משמעותיים כדי לקבוע אם הבדלי הניבוי עבור כל סוג שן ופרמטר תנועה הם משמעותיים. שקול אי התאמות של 0.25 מ"מ או יותר במדידות ליניאריות ו- 2° ומעלה למדידות זוויתיות כרלוונטיות מבחינה קלינית.

תוצאות

גודל מדגם מינימלי של 24 מקרים נדרש כדי לזהות שינוי אפקט של 0.6° עבור זוויות הקצה והמומנט הממוצעות, עם הספק של 80% ואלפא של 0.05²³. קריטריוני ההכללה היו כדלקמן: (1) שיניים קבועות מלאות דרך הטוחנות הראשונות, (2) חסימות Class I, או פחות מ-2 מ"מ Class II / III malocclusions עם ריווח, או צפיפות קלה עד בינונית שעברו טיפול Invisalign ללא עקירה, (3) השלמת הסדרה הראשונה של קשתיות Invisalign לפחות, ו-(4) rugae palatal שהוצגו הן בסריקה התוך-אוראלית הראשונית והן בסריקה התוך-אוראלית המעודנת. קריטריוני ההחרגה היו: (1) חשיפה קודמת למכשירי עזר להרחבה ודיסטליזציה, (2) פאות שחיקה גלויות בשיניים במהלך הטיפול, (3) היסטוריה של טראומה, תסמונת גולגולתית או שיניים חסרות, ו-(4) היענות לקויה לשחיקת היישור שתועדה בתרשים. הטוחנות השניות של מספר מקרים נעדרו או התפרצו ולכן לא נכללו בניתוח. בהתאם לכך, מחקר זה כלל 150 שיניים (50 טוחנות קדם-טוחנות ראשונות, 50 שיניים קדם-טוחנות שניות ו-50 טוחנות ראשונות) שנבחרו מתוך 25 משתתפים (17 נקבות ו-8 גברים), בגילאי 12 עד 44 עם גיל ממוצע של 24.8 ±-8.8 שנים. מתוך 25 החולים, 4 היו מדרגה I, 15 היו מדרגה II ו-6 היו מחסימות מדרגה III, כולן פחות מ-2 מ"מ. מספר המגשים הממוצע היה 24.8 ±-11.2, ומשך הטיפול הממוצע היה 214 ±-131 ימים. מבין 150 השיניים האחוריות המקסילריות, היו 63 שיניים ללא כל חיבור, 7 עם שיניים קונבנציונליות ו-80 עם חיבורים אופטימליים.

ממוצע מהימנות הבודק היה גבוה מ-0.990, דבר המצביע על כך שהסכם הבודק הפנימי היה מצוין (טבלה 1). תוצאות הניתוחים של בלנד-אלטמן מדווחות בטבלה 2, שגם בה נמצאה הסכמה פנימית גבוהה.

טבלה 3 מציגה את ההבדלים הזוויתיים והליניאריים בין מיקום השן החזוי למיקום המושגת בשיניים האחוריות המקסילריות. באופן כללי, המדידות הזוויתיות לסיבוב, מומנט וקצה היו שונות גדולה יותר באופן ניכר מאשר מדדי המרחק עבור תרגומים בוקל-לשוניים, מזיאליים-דיסטליים ונסתרים-חניכיים. הפרשי הסיבוב הממוצעים בין קדם-טוחנות ראשונות לקדם-טוחנות שניות היו גדולים מ-2° ורווח בר-סמך של 95% לא כלל אפס. זה מצביע על כך שמבחינה קלינית, הקדם-טוחנות המקסילריות הראשונה והשנייה היו מסובבות באופן משמעותי מבחינה מסיבית. המומנט עבור כל סוגי השיניים סטה באופן משמעותי מהאפס, בעוד שההבדל הממוצע עבור השיניים הקדם-טוחנות השניות והטוחנות הראשונות היה פחות מ-2°-, דבר המצביע על כך שלכל השיניים האחוריות המקסילריות, במיוחד השיניים הקדם-טוחנות השניות והטוחנות הראשונות, היה מומנט כתר בוקאלי רלוונטי יותר מבחינה קלינית ביחס למיקום החזוי.

תוצאות בדיקת T-squared של Hotelling ורווחי בר-סמך הכוללים של 95% עם תיקון Bonferroni עבור כל פרמטר מוצגים בטבלה 4. התוצאות מצביעות על כך שההבדלים הממוצעים בסיבוב (2.036° ±-4.217°) ובמומנט (-2.913° ±-3.263°) היו שונים סטטיסטית באופן מובהק מאפס, עם ערכי p של 0.023 ו-0.0003 בהתאמה.

כדי להמשיך ולחקור את ההשפעות האפשריות של שימוש בהתקשרות על דיוק החיזוי, ניתן לדמיין חקירה ראשונית באיור 4, אשר הראתה הבדלים קלים בין קבצים מצורפים שונים (לא, התקשרות קונבנציונלית או אופטימלית). עם זאת, סביר להניח שזה נובע מתדרים נמוכים של התקשרות קונבנציונלית.

איור 1: זרימת עבודה של רצף השימוש בתוכנה. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: הטמעת העל של המודלים הסופיים (חזוי) והפוסט-טיפוליים (מושגים). (א) ארבעה מודלים מנבדק אחד הרשומים באותה מערכת קואורדינטות. קידוד צבע מציין את המודלים שלפני הטיפול ולאחריו עם חיך אך נטיות שונות, את המודל הראשוני-תוכנה ללא חיך ואותה שיניים כמו המודל שלפני הטיפול, ואת המודל הסופי של התוכנה ללא חיך והשיניים החזויות. השיטה לסופראימפוזיציה מתוארת בטקסט. (B) המודלים הסופיים והמודלים שלאחר הטיפול שנחזו על-ידי תוכנה מוצגים לבדם. במחקר זה נמדדו הבדלים במיקום השיניים ובאוריינטציה שלהם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: סופראימפוזיציה דנטלית עם מדידות. (A) טוחנת ראשונה מקוטעת מהמודל שהושג (לאחר הטיפול) הרשומה לגרסה החזויה על ידי תוכנה. מטריצת הטרנספורמציה לרישום וריבוע ממוצע השורש (RMS) של ההתאמה היא מהחלון הנפתח של CloudCompare. (B) זוויות אוילר ותזוזות הנגזרות ממטריצת הטרנספורמציה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: השוואה של הבדלי חיזוי ללא התקשרות עם קבצים מצורפים קונבנציונליים וממוטבים. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

פרמטר	התכוון	95%	CI	משמעות
סיבוב (°)	1	1	1	0
מומנט (°)	0.991	0.982	0.996	0
עצה (°)	0.992	0.983	0.996	0
Buccal-לשוני (מ"מ)	0.999	0.997	0.999	0
Mesial-Distal (מ"מ)	0.99	0.979	0.995	0
חניכיים נסתרות (מ"מ)	0.998	0.996	0.999	0

טבלה 1: מקדמי מתאם תוך-מחלקתיים (ICC) למהימנות תוך-בודק (n = 32 שיניים). CI: רווח בר-סמך.

פרמטר	הבדל ממוצע	95%	CI
סיבוב (°)	0.032	-0.045	0.137
מומנט (°)	0.182	-0.099	0.503
עצה (°)	0.061	-0.08	0.218
Buccal-לשוני (מ"מ)	-0.011	-0.043	0.012
Mesial-Distal (מ"מ)	0.008	-0.033	0.048
חניכיים נסתרות (מ"מ)	0.011	-0.002	0.026

טבלה 2: תוצאות ניתוחי בלנד-אלטמן להסכם תוך בודק (n = 32 שיניים). CI: רווח בר-סמך.

פרמטר	קדם-טוחנת ראשונה (n=50)				קדם-טוחנת שנייה (n=50)				טוחנת ראשונה (n = 50)
	התכוון	SD	95%	CI	התכוון	SD	95%	CI	התכוון	SD	95%	CI
סיבוב (°)	2.801	3.881	1.767	4.023	2.472	5.265	1.195	4.148	0.835	3.004	0.098	1.74
מומנט (°)	-1.261	1.912	-1.765	-0.722	-3.597	3.586	-4.588	-2.512	-3.881	3.413	-4.895	-2.934
עצה (°)	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-לשוני (מ"מ)	-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 (מ"מ)	0.143	0.535	-0.006	0.309	0.155	0.56	-0.01	0.299	0.213	0.618	0.041	0.392
חניכיים נסתרות (מ"מ)	-0.141	0.407	-0.256	-0.031	-0.206	0.408	-0.323	-0.09	-0.256	0.398	-0.363	-0.147

טבלה 3: סטטיסטיקה תיאורית של הבדלים זוויתיים ולינאריים בין מיקום השן החזוי לבין מיקום השן שהושג עבור קדם-טוחנות ראשונות מקסילריות, קדם-טוחנות שניות וטוחנות ראשונות. ערכים חיוביים הצביעו על מיקום שן מושגת יותר בוקאלי, דיסטלי או סמוי, או עם יותר סיבוב מזיאלי, יותר קצה כתר דיסטלי, או מומנט כתר לשוני יותר מאשר מיקום השן החזוי. SD: סטיית תקן; CI: רווח בר-סמך.

פרמטר	התכוון	SD	95%	CI	P
סיבוב (°)	2.036	4.217	1.408	2.756	0.023*
מומנט (°)	-2.913	3.263	-3.411	-2.388	0.0003*
עצה (°)	0.374	2.641	-0.049	0.8	1
Buccal-לשוני (מ"מ)	-0.128	0.534	-0.216	-0.041	0.186
Mesial-Distal (מ"מ)	0.17	0.569	-0.076	0.258	1
חניכיים נסתרות (מ"מ)	-0.201	0.405	-0.266	-0.136	0.123

טבלה 4: השוואות של הבדלי ניבוי ממוצעים זוויתיים ולינאריים בכל השיניים האחוריות המקסילריות שנמדדו במבחני T-squared של הוטלינג עם תיקון בונפרוני. ערכים חיוביים הצביעו על מיקום שן מושגת יותר בוקאלי, דיסטלי או סמוי, או עם יותר סיבוב מזיאלי, יותר קצה כתר דיסטלי, או מומנט כתר לשוני יותר מאשר מיקום השן החזוי. *P < 0.05.

דיון

לרוגות החיך יש תצורה ייחודית בגיל ההתבגרות; הם נשארים קבועים במהלך הצמיחה, הם סמנים אותנטיים לזיהוי אישי, ונחשבים להפניות אנטומיות יציבות לסופראימפוזיציה של מודל מקסילרי 24,25,26,27. Dai et al. השתמשו בשיטה זו כדי להשוות את תנועת השיניים המושגת והחזויה של טוחנות ראשונות מקסילריות וחותכות מרכזיות עם קשתיות שקופות לאחר העקירה הקדם-טוחנת הראשונה²⁸. המודל שהושג לאחר הטיפול נרשם באמצעות תוכנת Rapidform למודל שקדם לטיפול ולמודל המתוכנן לאחר הטיפול. הם דיווחו על הבדלים מובהקים סטטיסטית בין תנועות השיניים החזויות והמושגות. המודלים לפני ואחרי הטיפול נרכשו ממקורות שונים (רשמי אלגינט וסריקות אינטרה-אוראליות). מדידות תנועת השן באו לידי ביטוי במערכת קואורדינטות תוך שימוש במישור החסימה האחורי כמישור רוחבי ובתפר החיך כמדריך לבניית מישור אמצע הקשת. מכיוון שפרמטרים זוויתיים ותרגומיים עבור הטוחנות הראשונות המקסילריות והחותכות המרכזיות העליונות בהתאמה הוקרנו על מישורים אלה, קשה להשוות את תוצאותיהם לחקירות באמצעות מערכות קואורדינטות שונות (למשל, מקור קואורדינטות המבוסס על מרכז ההתנגדות המשוער של השן)17,18,19,20,21.

המחקר הוגבל לקשת המקסילרית כך שניתן היה להשתמש בחיך וברוגות שלו כדי לרשום את המודלים החזויים והמושגים. בעבר, רישום המודל נעשה באמצעות שיניים אחוריות לא מטופלות או יציבות לכאורה 16,17,18,19, אלגוריתמים המתאימים ביותר^20,21, מיני ברגים^26,27, טורי²⁹, שתלים³⁰, בסיס הגולגולת³¹, או מבנים גרמיים אחרים³². באחד המחקרים הקודמים המעטים שהשתמשו בסופראימפוזיציה פלטלית כדי להעריך את יעילות היישור השקוף, Dai et al. השוו את תנועות השיניים שהושגו ונחזו של טוחנות ראשונות מקסילריות וחותכות מרכזיות במקרים של עקירה²⁸, אם כי הם לא דיווחו על הבדלים אינדיבידואליים במיקום השן ובכיוונה עם שש דרגות החופש ששימשו במחקר זה ובמחקרים אחרים^{20, 21}.

שיניים קדמיות לא נכללו בפרוטוקול זה מכיוון שצורות הכתרים הקליניים שלהן היו קשות מדי להתמצאות בתוך מערכת הקואורדינטות העולמית המשמשת את CloudCompare כדי לבטא את הטרנספורמציות שלה. עם זאת, לקדם-טוחנות ולטוחנות היו מספיק ציוני דרך סתומים וסדירות פני השטח של הפנים כדי לאפשר למשטח החסימה של כל שן מטופלת, לציר הארוך ולקופסה התוחמת להיות מכוונים לקואורדינטות המקור והעולם של התוכנה.

שימוש במטריצת טרנספורמציה כדי לספק את המידע התרגומי והסיבובי המתאר את תנועת השיניים במהלך הרישום דורש היצמדות למוסכמות ספציפיות. CloudCompare משתמשת במוסכמת טייט-בריאן, שבה מאומץ תחילה רצף סיבוב ציר ZYX, ואחריו התרגומים התלת-ממדיים מעולם האפס הדרושים להשלמת המשחק. מכיוון שהזוויות שדווחו במחקר זה משקפות את מוסכמת טייט-בריאן³³, מחקרים המשתמשים במוסכמות שונות יניבו תוצאות שונות. התאמת השן לאחר הטיפול למקור העולם ולקואורדינטות הבטיחה שהמדידות יצביעו על תרגום ממיקומה המקורי של השן ומכיווניה שנקבעו על פי אנטומיה של פני השטח הספציפיים של כל שן.

בסך הכל, התוצאות שלנו הראו כי הסיבוב והמומנט של מיקום השן שהושג היו שונים באופן מובהק סטטיסטית וקלינית מהתחזיות, עם יותר סיבוב מזיאלי ומומנט בוקאלי לאחר טיפול בקשתיות שקופות. בעוד שהתנועה הסיבובית בשיניים הטוחנות הראשונות המקסילריות הייתה מוצלחת יחסית, דה-רוטציה בקדם-טוחנות הראשונה והשנייה הייתה בעייתית יותר, מה שמרמז על כך שהמורפולוגיה של כתרים קדם-טוחנים עשויה לתרום להבדל זה. ממצאים אלה דומים למחקר שנערך לאחרונה על ידי Al-Nadawia et al., שמצאו כי הדיוק של תנועות שיניים אחוריות עם פרוטוקול של 7 ימים אינו מדויק כמו פרוטוקול 14 יום לחדירה, חדירה דיסטלית, קצה כתר דיסטלי, ומומנט כתר בוקאלי³⁴. על מנת לקבוע אם הדיוק של Invisalign השתפר עם הטכנולוגיה החדשה יותר, Haouili et al. עדכנו את המחקר החלוצי¹⁷ של Kravitz et al. והם גם מצאו את הדיוק הכולל הנמוך ביותר בסיבוב, מאתגר במיוחד עבור כלבים, קדם-טוחנות וטוחנות ²¹.

נתוני התרגום לא הראו הבדלים מובהקים סטטיסטית בכל שלושת הכיוונים, בהתאמה למחקרים קודמים. סיימון ועמיתיו מצאו כי דיסטליזציה של טוחנת עליונה הייתה התנועה החזויה היעילה ביותר¹⁸. הבדל ניבוי לא סטטיסטי אך משמעותי מבחינה קלינית נצפה עבור תנועה חסומה-חניכיים בשיניים הטוחנות הראשונות במחקר הנוכחי, אשר נטו להיות מעט פולשניות ביחס למיקומן החזוי. Haouili et al. גם הצביעו על כך שלמרות שהאקסטרוזיה של החותכות המקסילריות השתפרה עם השימוש באביזרי אקסטרוזיה אופטימליים, אקסטרוזיה של הטוחנות המקסילריות והמנדיבולאריות הייתה בעלת הדיוק הנמוך ביותר²¹.

במחקר הנוכחי, תנועות שיניים עם חיבורים לא היו שונות משיניים ללא חיבורים בהשגת תנועות השיניים הרצויות. תנועות שיניים עם חיבור אופטימלי נראו מעט לא מדויקות עם תנועה סיבובית. למרות ששיניים עם חיבור אופטימלי הראו תנועת שיניים מדויקת יותר במומנט בהשוואה לחיבורים קונבנציונליים או ללא חיבורים, תנועות השיניים המומנט הכולל היו מאתגרות. קרביץ ועמיתיו ציינו כי התקשרות עשויה לספק שיפורים קליניים זעירים עם תנועות סיבוביות בהשוואה ללא התקשרות; עם זאת, לא עם מובהקות סטטיסטית¹⁶. מצד שני, סיימון ועמיתיו מצאו כי התקשרות מועילה באופן משמעותי כאשר מגזרת קדם-טוחנות¹⁸. קורטונה ועמיתיו התייחסו גם במחקר סופי לכך שהדרך היעילה ביותר לסובב שיניים עגולות מנדיבולאריות היא להוסיף חיבור יחיד עם הפעלה של 1.2° של יישור³⁵. Nucera et al. סקרו באופן שיטתי את ההשפעות של החזקות מרוכבות על טיפול בקשתיות שקופות ותיארו את התוצאות הסותרות בספרות הנוכחית³⁶. היעדר ראיות מצדיק ניסויים קליניים נוספים כדי להבהיר את השפעת החיבורים ומספרם, גודלם, צורתם ומיקומם על כל תנועה אורתודונטית.

בסך הכל, Invisalign השיגה את רוב תנועות השיניים האחוריות החזויות שלה בקרב מתבגרים ומבוגרים עם חסימות קלות עד בינוניות. באופן ספציפי, הדה-רוטציה הצפויה של הקדם-טוחנות המקסילריות, ובמיוחד הקדם-טוחנות הראשונות, הייתה מאתגרת יותר. כל השיניים האחוריות המקסילריות נטו למומנט בוקלי ללא בקרת מומנט מספקת. ככל שהשן ממוקמת בצורה מרוחקת יותר, כך התוצאה בלתי צפויה יותר. עם או בלי החזקות או סוגים שונים של החזקות נראה שלא משנה דבר בתחזית. בדרך כלל, יהיה צורך בחידודים נוספים או תיקון יתר כדי להשיג את כל התחזיות. השוואות של Invisalign שנחזה עם מודלים דיגיטליים שהושגו קלינית בקשת המקסילרית יכולות להפיק תועלת מרישום מודל באמצעות תכונות חיך ושיניים, פילוח שיניים אינדיבידואלי והטרנספורמציות המתמטיות המשמשות להתאמתן.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
CloudCompare	תוכנת GPL	גרסה 2.11	תוכנת קוד פתוח (https://www.cloudcompare.net/)
תוכנת Meshmixer	אוטודסק בע"מ
קרנף 5.0	רוברט מקניל & גירסה	5.0