Maxillaire posterieure tandbeweging meten: een modelbeoordeling met behulp van palatinale en tandheelkundige superpositie

Samenvatting

Dit manuscript presenteert een uitgebreid protocol om de driedimensionale (3D) beweging van maxillaire achterste tanden te evalueren met doorzichtige aligners met behulp van digitale modelsuperpositie, een hulpmiddel van onschatbare waarde in de orthodontie en dentofaciale orthopedie.

Samenvatting

Sinds de introductie van Invisalign door Align Technology, Inc. in 1999 zijn er vragen en debatten blijven bestaan over de precisie van Invisalign-therapie (clear aligner), vooral in vergelijking met het gebruik van traditionele vaste apparaten. Dit wordt met name belangrijk in gevallen van anteroposterieure, verticale en transversale correcties, waarbij nauwkeurige vergelijkingen van het grootste belang zijn. Om deze vragen te beantwoorden, introduceert deze studie een zorgvuldig uitgewerkt protocol, waarbij de nadruk wordt gelegd op het digitaal over elkaar heen leggen van de beweging van maxillaire achterste tanden om een nauwkeurige analyse mogelijk te maken. De steekproef omvatte 25 patiënten die hun eerste serie Invisalign (doorzichtige) aligners hadden voltooid. Vier maxillaire digitale modellen (voorbehandeling, nabehandeling, ClinCheck-initiële en definitieve modellen) werden digitaal over elkaar heen gelegd met behulp van het gehemelte rugae en het gebit als stabiele referenties. Er werd gebruik gemaakt van een softwarecombinatie voor modelsuperpositie en tandsegmentatie. Transformatiematrices drukten vervolgens de verschillen uit tussen de bereikte en voorspelde tandposities. Drempels voor klinisch relevante verschillen lagen op ±0,25 mm voor lineaire verplaatsing en ±2° voor rotatie. Verschillen werden beoordeeld met behulp van Hotelling's T-kwadraattoetsen met Bonferroni-correctie. De gemiddelde verschillen in rotatie (2,036° ± 4,217°) en koppel (-2,913° ± 3,263°) waren statistisch en klinisch significant, met p-waarden van respectievelijk 0,023 en 0,0003. Derotatie van premolaren en koppelcontrole voor alle achterste tanden waren minder voorspelbaar. Alle gemiddelde verschillen voor de lineaire metingen waren statistisch en klinisch niet significant, behalve dat de eerste kiezen iets (0,256 mm) meer binnengedrongen leken dan hun voorspelde positie. Het clear aligner-systeem lijkt te voldoen aan de voorspelling voor de meeste translationele tandbewegingen en mesiaal-distale kanteling in maxillaire achterste tanden voor niet-extractiegevallen met milde tot matige malocclusies.

Inleiding

In 1999 werden digitaal vervaardigde verwijderbare orthodontische apparaten commercieel beschikbaar gesteld door Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ). Oorspronkelijk was dit systeem ontworpen om niet-groeiende gevallen met milde tot matige drukte op te lossen of om kleine ruimtes te sluiten als een esthetisch alternatief voor traditionele vaste randgewijze apparaten. Met tientallen jaren van verbeteringen op het gebied van computerondersteund ontwerp en fabricage (CAD/CAM), tandheelkundige materialen en behandelplanning, is clear aligner-therapie (CAT) sindsdien gebruikt om wereldwijd meer dan 10 miljoen patiënten met verschillende malocclusies te^behandelen1. Een recente retrospectieve studie suggereerde dat CAT net zo effectief is als therapie met vaste apparaten voor de tienerpopulatie met milde malocclusies, met significant verbeterde resultaten op het gebied van tanduitlijning, occlusale relaties en overjet². Het aantal afspraken, spoedbezoeken en de totale behandeltijd hadden ook betere resultaten voor patiënten met clear aligner-therapie. Hoewel CAT kan worden gebruikt voor de behandeling van niet-extractie, milde tot matige malocclusies bij niet-groeiende patiënten ^3,4, en voor het verkorten van de behandelingsduur en de stoeltijd⁵, blijft het onduidelijk of de behandeling even effectief is als de gouden standaard van conventionele labiale beugels ^4,6,7,8,9, vooral voor anteroposterieure en verticale correctie¹⁰.

ClinCheck is een softwareplatform ontwikkeld door Align om clinici te voorzien van virtuele driedimensionale (3D) simulaties van toekomstige tandbewegingen. Het houdt zich voornamelijk bezig met de initiële status van de patiënt en het voorgeschreven behandelplan van de arts, maar kan ook een visueel communicatiemiddel voor de patiënt zijn. Elke mismatch tussen de voorspelde en behaalde resultaten kan een tussentijdse correctie, verfijning of conversie naar therapie met vaste apparaten vereisen. Bijgevolg heeft de betrouwbaarheid van softwarevoorspellingen steeds meer aandacht getrokken van onderzoekers. Sinds de systematische review van Lagravere en Flores-Mir gepubliceerd in 2005¹¹, is onderzoek naar de concordantie tussen voorspelde modellen en modellen na de behandeling op verschillende manieren gemeten, meetmethoden waaronder booglengte, afstand tussen honden, overbeet, overjet, middellijnafwijking¹², de reductiescore van het American Board of Orthodontics objective grading system (ABO-OGS)¹³, bovenste en onderste interdentale breedte¹⁴, en metingen afgeleid van cone-beam computertomografie¹⁵.

Er zijn ook vergelijkingen gemaakt door 3D-modellen 16,17,18,19,20,21 over elkaar heen te leggen. Veel huidige softwareplatforms, zoals ToothMeasure (interne software ontwikkeld door Align Technology), kunnen bijvoorbeeld reproduceerbaar twee digitale modellen over elkaar heen leggen met behulp van door de gebruiker geselecteerde referentiepunten op onbehandelde tanden, palatinale rugae of tandheelkundige implantaten. Aangezien de voorspelde en bereikte modellen meestal geen rekening houden met de palatinale oppervlakken, hebben veel eerdere studies 15,16,17,18 de onbehandelde achterste tanden gebruikt als referentie voor superpositie, inclusief de mogelijkheid om fouten toe te voegen als gevolg van de relatieve bewegingen van deze tanden. Deze onderzoeken zijn beperkt tot de voorste delen van de boog in relatief eenvoudige gevallen met afstand of milde tot matige verdringing.

Grünheid et al. gebruikten wiskundige superpositie om de discrepanties tussen virtuele behandelplannen en werkelijke behandelresultaten te kwantificeren om de nauwkeurigheid van CAT met volledige gebitsprothese zonder stabiele anatomische structuren in digitale modellen te evalueren²⁰. Haouili et al. gebruikten dezelfde methode in een best-fit algoritme binnen de Compare-software om een prospectief vervolgonderzoek uit te voeren naar de werkzaamheid van tandbeweging met CAT²¹. Het doel was om een update te geven over de nauwkeurigheid van opkomende technologie, d.w.z. SmartForce, SmartTrack-alignermaterialen en digitale scans. Hun bevindingen van een verbeterde algehele nauwkeurigheid van 41%¹⁷ naar 50%²¹ waren bemoedigend, maar doen niets af aan de mogelijkheid dat sommige tandbewegingen nog steeds niet naar tevredenheid haalbaar zijn met het clear aligner-systeem.

Wanneer digitale modellen worden voorspeld en bereikt, bevatten ze een gemeenschappelijke 3D-referentie die onafhankelijk is van het gebit, zoals palatinale rugae, tandheelkundige implantaten of tori; Ze kunnen mede worden geregistreerd binnen het coördinatensysteem van veel geschikte softwareplatforms. Als een tand van belang vervolgens van de ene wordt gesegmenteerd en wiskundig wordt getransformeerd om overeen te komen met de verplaatste versie in de andere, bevat de transformatiematrix de volledige informatie die nodig is om de volledige 3D-transpositie te beschrijven. De inhoud ervan kan worden uitgedrukt in drie vertalingen en drie rotaties, beschreven door een formele conventie. Een voorbeeld is te vinden in de Invisalign ClinCheck Pro 3D-besturingssoftware, waar de numerieke parameters die de 3D-tandbewegingen aangeven die nodig zijn om tanden naar hun voorspelde posities te verplaatsen, worden weergegeven in een tandbewegingstabel.

Hoewel de initiële en definitieve (voorspelde) modellen van de planningssoftware een gemeenschappelijk coördinatensysteem delen dat door hetzelfde softwareplatform wordt geleverd, beperkt hun afwezigheid van gehemelte de mogelijkheid om samen te registreren met een ander digitaal gebitsmodel, tenzij ze een identiek gebit hebben. In deze context werd verondersteld dat de superpositie van software-voorspelde en (bereikte) modellen na de behandeling haalbaar zou zijn. Deze haalbaarheid vloeit voort uit de beschikbaarheid van twee paren: initieel en definitief (automatisch gesuperponeerd tijdens export vanuit planningssoftware) en nog een paar voorbehandelings- en gerealiseerde modellen (gesuperponeerd met behulp van palatinale rugae). Deze paren kunnen worden geregistreerd met behulp van het voorbehandelingsgebit als referentie om ze af te stemmen op het Invisalign-initiële model. Vervolgens kon de segmentatie van individuele tanden worden uitgevoerd om verschillen in hun posities en oriëntaties te beoordelen. Deze beoordeling omvat het transponeren van tanden tussen de modellen, en de transformatiematrices zouden een numerieke kwantificering van de translaties en heroriëntaties mogelijk maken.

In dit protocol werd een benadering geïntroduceerd om de effectiviteit van CAT te evalueren bij het aanpakken van milde tot matige malocclusies bij zowel adolescenten als volwassenen, specifiek gericht op de maxillaire achterste tanden. De nulhypothese was dat er geen verschil was tussen de bereikte en de door planningssoftware voorspelde tandpositie in de maxillaire achterste tanden na de eerste serie clear aligners.

Protocol

Deze studie kreeg ethische goedkeuring van de Institutional Review Board van de University of British Columbia (nr. H19-00787). Om de vertrouwelijkheid te handhaven, ondergingen alle monsters die in het onderzoek werden gebruikt de-identificatieprocedures. Bovendien werd, voorafgaand aan hun opname in het onderzoek, op de juiste manier geïnformeerde toestemming verkregen van alle deelnemende patiënten.

OPMERKING: Elke deelnemer droeg vier maxillaire digitale modellen bij, die het volgende omvatten:

1. Digitaal model voor de voorbehandeling, waarbij het gehemelte wordt gescand met iTero
2. Digitaal model na de behandeling, waarbij het gehemelte wordt gescand met iTero
3. Voorbehandelingsmodel, geëxporteerd vanuit de planningssoftware.
4. Voorspeld model, geëxporteerd vanuit de planningssoftware.

Dit protocol maakte gebruik van een combinatie van verschillende softwaretools, waaronder CloudCompare, Meshmixer en Rhinoceros. Deze softwareplatforms speelden een cruciale rol bij het vergemakkelijken van het registratieproces en het mogelijk maken van de segmentatie van individuele tanden met het oog op het analyseren van hun bewegingen en oriëntaties. Het is vermeldenswaard dat deze softwaretools kunnen worden gerepliceerd met andere open-source software-opties, op voorwaarde dat ze vergelijkbare doelstellingen kunnen bereiken. Een workflow die de softwarevolgorde illustreert, wordt weergegeven in figuur 1.

1. Voorbereiding

1. Verkrijg de begin- en eindmodellen (voorspelde) modellen als stereolithografische (STL) bestanden uit de planningssoftware door te klikken op Tools > Export > STL.
   OPMERKING: Modellen die vanuit de planningssoftware zijn geëxporteerd, presenteren alleen klinische kronen en virtueel tandvlees zonder het gehemelte.
2. Verkrijg de digitale modellen voor en na de behandeling als STL-bestanden uit de gescande modelsoftware (OrthoCAD) door de scan te selecteren, te klikken en te kiezen voor Exporteren > Exporttype (open shell), Gegevensformaat (bestand per boog [bogen georiënteerd in occlusie]).
   OPMERKING: Modellen die vanuit de modelscansoftware worden geëxporteerd, omvatten niet alleen het gebit, maar ook het tandvlees en het hele gehemelte.

2. Palatale superpositie van digitale modellen voor en na de behandeling in CloudCompare

1. Open de software en sleep de STL-bestanden van de digitale modellen voor en na de behandeling.
2. Selecteer elk model en klik op Bewerken > kleuren > Uniek instellen om de kleuren van de geselecteerde modellen te wijzigen.
3. Selecteer het digitale model na de behandeling en klik op het pictogram Vertalen/Roteren . Klik met de rechtermuisknop om het model naast elkaar te slepen. Klik op het groene vinkje.
4. Selecteer het digitale model voor de voorbehandeling en klik op het pictogram Segmenteren .
5. Klik op vier punten op de palatinale rugae en klik met de rechtermuisknop om de selectie ongedaan te maken. Klik op 'Segmenteer in' en klik vervolgens op het groene vinkje. Herhaal stap 2.4 tot en met 2.5 voor het digitale model na de behandeling.
6. Verberg de modellen PostTreatModel.remaining en PreTreatModel.remaining en selecteer zowel de modellen PostTreatModel.part als PreTreatModel.part.
7. Klik op het pictogram Ruwe registratie uitlijning (puntpaar kiezen) en plaats ten minste drie overeenkomstige oriëntatiepunten op het gehemelte aan elke kant van de middellijn voor zowel het gehemelte voor als na de behandeling. Klik op 'Lijn uit' en klik vervolgens op het groene vinkje.
8. Maak de mazen voor beide modellen zichtbaar en verplaats het niet-getransformeerde PostTreatModel.remaining-model door de transformatiematrix te kopiëren, op Bewerken > Transformatie toepassen te klikken en de transformatiematrix te plakken.
   OPMERKING: De uitvoer van de transformatiematrix wordt weergegeven in de console.
9. Verberg de modellen PostTreatModel.remaining en PreTreatModel.remaining en selecteer de modellen PostTreatModel.part en PreTreatModel.part.
10. Klik op het pictogram Fijne registratie uitlijning en zorg ervoor dat het model PreTreatModel.part is geselecteerd als verwijzing. Klik op OK.
    OPMERKING: Bevestig het resulterende root mean square (RMS) in het registratie-informatievenster. Een afwijking van ≤ 0,05 RMS is acceptabel.
11. Maak de mazen voor beide modellen zichtbaar en verplaats het niet-getransformeerde PostTreatModel.remaining-model door de transformatiematrix te kopiëren, op Bewerken > Transformatie toepassen te klikken en de transformatiematrix te plakken.
12. Sla de boven elkaar geplaatste modellen PostTreatModel.remaining en PreTreatModel.remaining op als STL-bestanden.

3. Voorbereiding van het softwaremodel voor superpositie met Rhinoceros-software

1. Importeer de STL-bestanden van de planningssoftware, voorbehandeling en voorspelde modellen afzonderlijk.
   OPMERKING: Bij het importeren van softwaremodellen in meetsoftware zoals Rhinoceros of CloudCompare blijven de oriëntatie en de registratie van de modellen behouden
2. Selecteer het gesimuleerde tandvlees en druk op Delete om het te verwijderen.
3. Klik op MeshTools, selecteer Meshplane. Teken een vlak rond de tanden en verplaats het vlak naar het occlusale 1/3 van de tandkronen. Dit zal de superpositieprecisie verbeteren.
4. Dubbelklik op de knop Rechts om de rechterweergave uit te vouwen.
5. Voer het commando MeshBooleanSplit in en selecteer het vlak en alle tanden en druk vervolgens op Enter.
6. Verwijder de vlakke en cervicale delen van de tanden en laat de 1/3 occlusale tandkronen achter.
7. Sla het gesplitste model op als een STL-bestand.
8. Herhaal alle stappen voor het andere model.

4. Superpositie van software-voorspelde en nabehandelings-digitale modellen met CloudCompare

1. Sleep de STL-bestanden van de eerder palataal over elkaar heen gelegde digitale modellen voor en na de behandeling, en de voorspelde modellen voor gesplitste voorbehandeling en splitsing.
2. Selecteer elk model en klik op Bewerken > kleuren > Uniek instellen om de kleuren van de geselecteerde modellen te wijzigen.
3. Selecteer zowel het digitale model voor als na de behandeling en klik op het pictogram Vertalen/Roteren . Klik met de rechtermuisknop om de modellen naast elkaar te slepen.
4. Vraag de software om het voorspelde model voor splitsing en het digitale model na de behandeling te verbergen door de bijbehorende vakjes uit te vinken. Selecteer het gesplitste voorbehandelingsmodel en het digitale voorbehandelingsmodel.
5. Klik op het pictogram Ruwe registratie uitlijning en plaats overeenkomstige oriëntatiepunten op de knobbels van de kronen op zowel het gesplitste voorbehandelingsmodel als het digitale voorbehandelingsmodel. Klik op 'Lijn uit' en klik vervolgens op het groene vinkje.
6. Maak het voorspelde model voor splitsing en het model na de behandeling zichtbaar en verplaats het niet-getransformeerde model na de behandeling door de transformatiematrix te kopiëren, op Bewerken > Transformatie toepassen te klikken en de transformatiematrix te plakken.
7. Verberg de voorspelde modellen na de behandeling en splits deze. Selecteer de modellen voorbehandeling en gesplitste voorbehandeling. Klik op het pictogram Fijne registratie uitlijning voor de beste pasvorm tussen het gesplitste voorbehandelingsmodel en het digitale voorbehandelingsmodel.
8. Maak de mazen zichtbaar en verplaats het niet-getransformeerde model door de transformatiematrix te kopiëren, op Bewerken > Transformatie toepassen te klikken en de transformatiematrix te plakken.
9. Maak de voorspelde splitsingsmodellen en de digitale modellen na de behandeling zichtbaar en verberg vervolgens het gesplitste model voor de voorbehandeling en het digitale model voor de voorbehandeling om de superpositie weer te geven (Afbeelding 2).
10. Sla de modellen op als STL-bestanden.

5. Kroonsegmentatie met behulp van Meshmixer

1. Importeer het voorspelde model voor splitsing en het digitale model na de behandeling in Meshmixer.
2. Klik op Bewerken > Dupliceren om de modellen te dupliceren voor het aantal tanden dat moet worden gesegmenteerd. Label elk model met het bijbehorende tandnummer dat moet worden gesegmenteerd.
3. Verberg het voorspelde model voor splitsing door op het pictogram Oog te klikken, zodat het digitale model na de behandeling zichtbaar blijft.
4. Klik in het nabehandelingsmodel op Selecteren en pas de grootte van het penseel aan. Als u de geselecteerde kroon wilt segmenteren, sleept u het gereedschap Borstel over het occlusale oppervlak van de geselecteerde tand en let u goed op de knobbelpunten.
5. Klik op Wijzigen > Omkeren en vervolgens op Bewerken > Verwijderen om de rest van het model te verwijderen en de gesegmenteerde kroon te laten staan.
6. Maak het voorspelde model voor splitsing zichtbaar en verberg het model na de behandeling door op de bijbehorende Eye-pictogrammen te klikken.
7. Herhaal stap 5.4-5.5 voor het voorspelde model voor splitsing.
8. Exporteer elke geselecteerde kroon als STL-bestanden.
9. Herhaal alle stappen voor elke tandsegmentatie.

6. Tandheelkundige superpositie met CloudCompare

1. Importeer de gesegmenteerde digitale kronen na de behandeling en splits de door software voorspelde kronen in de software. Zorg ervoor dat de oriëntatie en cloudregistratie consistent blijven. Stel het wereldcoördinatenraster op om de oriëntatie van zowel de rechter- als de linkertanden te standaardiseren, waardoor de betrouwbaarheid van de methodologie wordt vergroot. Het midden van het raster moet de (0,0,0,0,0,0) coördinaat van de CloudCompare-softwarecloud vertegenwoordigen.
2. Selecteer beide kronen en klik op Bewerken > Normalen > Bereken > Per-Punt.
3. Selecteer elke tand en klik op Bewerken > kleuren > Uniek instellen om de kleuren van de geselecteerde modellen te wijzigen.
4. Verberg de tand na de behandeling door het vinkje uit het vakje te halen en selecteer zowel de verborgen tand na de behandeling als de zichtbare voorspelde tand.
5. Selecteer het onderste aanzicht, klik op het pictogram Vertalen/Roteren en gebruik de vlakken X, Y en Z om de tand zo te draaien dat de buccale knobbel op één lijn ligt met de verticale lijn.
6. Selecteer het linker zijaanzicht, klik op het pictogram Vertalen/Roteren en lijn de buccale en linguale knobbels uit met de horizontale lijn.
7. Selecteer het achteraanzicht, klik op het pictogram Vertalen/Roteren en lijn de buccale en linguale knobbels uit met de horizontale lijn.
   OPMERKING: Probeer de occlusale en gezichtsoppervlakken uit te lijnen met de wereldassen en vlakken. Zorg ervoor dat het midden van het begrenzingsvak van de tand zich op de wereldoorsprong bevindt. Door vast te houden aan het World Coordinate Grid worden de posities van alle tanden gestandaardiseerd. Deze stap zorgt voor een consistente en nauwkeurige conversie van X-, Y- en Z-translaties over alle assen, ongeacht de specifieke positie van een individuele tand.
8. Zodra alle knobbels op één lijn liggen, klikt u op het pictogram Vertalen/Roteren om de tand in alle weergaven op het raster te centreren.
9. Maak de tand na de behandeling zichtbaar en selecteer de voorspelde tand en de tand na de behandeling.
10. Klik op het pictogram Fijne registratie uitlijning om de tand na de behandeling over de voorspelde tand te registreren. Klik op OK.
    OPMERKING: Na voltooiing toont CloudCompare de registratie-informatie, inclusief superpositie RMS (Afbeelding 3).
11. Om de positie- en rotatieverschillen tussen de twee tanden te bepalen, selecteert u de tand na de behandeling, kopieert u de transformatiematrix, klikt u op Bewerken > Transformatie toepassen en plakt u de transformatiematrix.
12. Selecteer het pictogram Euler-hoeken om de rotatie- en lineaire bewegingen tussen de voorspelde tand en de tand na de behandeling weer te geven.
13. Documenteer alle translatie- en rotatiemetingen in een spreadsheet. Herhaal dit proces voor alle resterende achterste tanden.
    OPMERKING: Gebruik het modelbeoordelingssysteem¹² van de American Board of Orthodontics (ABO) om klinisch significante meetverschillen te identificeren. Verschillen groter dan 0,5 mm lineair en 2 graden hoekig worden als klinisch relevant beschouwd.
14. Pas de meetwaarden voor de anterieure-posterieure richting van de rechtertanden in een spreadsheet aan. Deze aanpassing houdt rekening met de gestandaardiseerde oriëntatie van de rechtertanden op de linkertanden.

7. Specificaties van de meting

1. Begrijp de volgorde van rotatie- en meetconventies: CloudCompare maakt gebruik van de Tait-Bryan ZYX extrinsieke (wereldoorsprong) conventie voor zijn metingen.
   OPMERKING: Voor translatie vertegenwoordigen de assen X (buccolinguale richting), Y (mesiodistale richting) en Z (verticale richting: intrusie/extrusie). Hoekbewegingen worden weergegeven door de X-as (Psi - mesiodistaal kantelen), de Y-as (Theta - buccolinguaal koppel) en de Z-as (Phi - mesiodistale rotatie)²². Tandbewegingen worden uitgedrukt in termen van de anatomie van de tand, ongeacht de positie in de boog. Het teken van maten (+, -) geeft de richting aan van de wereldoorsprong en rotatie rond zijn assen.
2. Belang van contextuele relevantie: Merk op dat de richtingstermen die tandbewegingen beschrijven (bijv. mesiaal, distaal, buccolinguaal) verwijzen naar de specifieke tand en geen rekening houden met veranderingen ten opzichte van de tandboog.

8. Statistische analyse

1. Gebruik het statistische pakket R (v 3.2.3, RStudio Inc.) via RStudio (versie 1.4.1103) voor alle analyses.
2. Selecteer willekeurig 32 tanden en voer dubbele metingen uit met een interval van 1 maand.
3. Test de betrouwbaarheid van de intra-examinator met intra-class correlatiecoëfficiënten (ICC) en Bland Altman-analyses voor beide sets metingen.
4. Pas de T-kwadraattoetsen van Hotelling toe om de gemiddelde voorspellingsverschillen tussen de voorspelde en bereikte tandposities voor zowel hoek- als lineaire parameters te testen.
5. Corrigeer voor meerdere tandvergelijkingen met behulp van een Bonferroni-correctie op p-waarden, waarbij wordt gestreefd naar een familiegewijs foutenpercentage van 0,05.
6. Voer een post-hoc Hotelling's T-kwadraattest uit als er significante verschillen worden gedetecteerd om te bepalen of de voorspellingsverschillen voor elk tandtype en elke bewegingsparameter significant zijn. Beschouw afwijkingen van 0,25 mm of meer in lineaire metingen en 2° of hoger voor hoekmetingen als klinisch relevant.

Resultaten

Een minimale steekproefomvang van 24 gevallen was vereist om een effectverandering van 0,6° te detecteren voor de gemiddelde tip- en koppelhoeken, met een vermogen van 80% en een alfa van 0,05²³. De inclusiecriteria waren als volgt: (1) volledig permanent gebit door de eerste kiezen, (2) Klasse I malocclusies, of minder dan 2 mm Klasse II / III malocclusies met afstand, of milde tot matige verdringing die een niet-extractie Invisalign-behandeling had ondergaan, (3) voltooiing van de eerste serie Invisalign-aligners ten minste, en (4) palatinale rugae gepresenteerd op zowel de initiële als de verfijning intra-orale scans. De uitsluitingscriteria waren: (1) eerdere blootstelling aan hulpmiddelen voor expansie en distalisatie, (2) zichtbare slijtagefacetten in het gebit tijdens de behandeling, (3) voorgeschiedenis van trauma, craniofaciale syndroom of ontbrekende tanden, en (4) slechte naleving van het dragen van aligners gedocumenteerd op de kaart. De tweede kiezen van verschillende gevallen waren afwezig of braken uit en werden daarom uitgesloten van de analyse. Dienovereenkomstig omvatte deze studie 150 tanden (50 eerste premolaren, 50 tweede premolaren en 50 eerste kiezen) geselecteerd uit 25 deelnemers (17 vrouwen en 8 mannen), in de leeftijd van 12 tot 44 jaar oud met een gemiddelde leeftijd van 24,8 ± 8,8 jaar. Van de 25 patiënten waren er 4 klasse I, 15 klasse II en 6 klasse III malocclusies, allemaal minder dan 2 mm. Het gemiddelde aantal trays was 24,8 ± 11,2 en de gemiddelde behandelingsduur was 214 ± 131 dagen. Van de 150 maxillaire achterste tanden waren er 63 tanden zonder enige aanhechting, 7 met conventionele en 80 met geoptimaliseerde aanhechtingen.

De gemiddelde ICC's voor de betrouwbaarheid van de intra-examinator waren groter dan 0,990, wat suggereert dat de intra-examinatorovereenkomst uitstekend was (tabel 1). De resultaten van Bland-Altman-analyses zijn weergegeven in tabel 2, die ook een hoge mate van overeenstemming tussen de onderzoekers liet zien.

Tabel 3 toont de hoek- en lineaire verschillen tussen de voorspelde en bereikte tandpositie in maxillaire achterste tanden. Over het algemeen hadden de hoekmaten voor rotatie, koppel en tip een aanzienlijk grotere variatie dan de afstandsmaten voor buccaal-linguale, mesiaal-distale en occlusale-gingivale transtalen. De gemiddelde rotatieverschillen voor de eerste premolaren en de tweede premolaren waren groter dan 2° en het 95%-betrouwbaarheidsinterval omvatte geen nul. Dit suggereert dat klinisch gezien de maxillaire eerste en tweede premolaren mesiaal significant geroteerd waren. Het koppel voor alle tandtypes week aanzienlijk af van nul, terwijl het gemiddelde verschil voor tweede premolaren en eerste molaren minder dan -2° was, wat suggereert dat alle maxillaire achterste tanden, met name de tweede premolaren en eerste kiezen, een meer klinisch relevant buccaal kroonkoppel hadden ten opzichte van de voorspelde positie.

De T-kwadraattestresultaten van Hotelling en de 95% algemene betrouwbaarheidsintervallen met Bonferroni-correctie voor elke parameter worden weergegeven in tabel 4. De resultaten geven aan dat de gemiddelde verschillen in rotatie (2,036° ± 4,217°) en koppel (-2,913° ± 3,263°) statistisch significant verschilden van nul, met p-waarden van respectievelijk 0,023 en 0,0003.

Om de mogelijke effecten van het gebruik van bijlagen op de nauwkeurigheid van de voorspelling verder te onderzoeken, kan een primair onderzoek worden gevisualiseerd in figuur 4, dat kleine verschillen tussen verschillende bijlagen liet zien (geen, conventioneel of geoptimaliseerd hulpstuk). Dit is echter waarschijnlijk te wijten aan de lage frequenties van conventionele bevestiging.

Figuur 1: Een workflow van de volgorde van het softwaregebruik. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Superpositie van de software-finale (voorspelde) en de nabehandelingsmodellen (bereikt). (A) Vier modellen van één proefpersoon geregistreerd in hetzelfde coördinatensysteem. Kleurcodering geeft de modellen voor en na de behandeling aan met gehemelte maar verschillende gebitten, het software-initiële model zonder gehemelte en hetzelfde gebit als het voorbehandelingsmodel, en het software-eindmodel zonder gehemelte en het voorspelde gebit. De methode voor superpositie wordt in de tekst beschreven. (B) Alleen de door software voorspelde eind- en nabehandelingsmodellen die worden getoond. Verschillen in hun tandposities en oriëntaties werden in deze studie gemeten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Tandheelkundige superpositie met metingen. (A) Een gesegmenteerde eerste kies van het bereikte (nabehandelings)model geregistreerd in de software-voorspelde versie. De transformatiematrix voor registratie en het root mean square (RMS) van de fit komt uit het pop-upvenster van CloudCompare. (B) Euler-hoeken en verplaatsingen afgeleid van de transformatiematrix. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Vergelijking van voorspellingsverschillen zonder bijlage met conventionele en geoptimaliseerde bijlagen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Parameter	Bedoelen	95%	CI	Betekenis
Rotatie (°)	1	1	1	0
Koppel (°)	0.991	0.982	0.996	0
Tip (°)	0.992	0.983	0.996	0
Buccaal-Linguaal (mm)	0.999	0.997	0.999	0
Mesiaal-distaal (mm)	0.99	0.979	0.995	0
Occlusale-Gingivale (mm)	0.998	0.996	0.999	0

Tabel 1: Intra-class correlatiecoëfficiënten (ICC) voor de betrouwbaarheid van de intra-examinator (n = 32 tanden). BI: betrouwbaarheidsinterval.

Parameter	Gemiddeld verschil	95%	CI
Rotatie (°)	0.032	-0.045	0.137
Koppel (°)	0.182	-0.099	0.503
Tip (°)	0.061	-0.08	0.218
Buccaal-Linguaal (mm)	-0.011	-0.043	0.012
Mesiaal-distaal (mm)	0.008	-0.033	0.048
Occlusale-Gingivale (mm)	0.011	-0.002	0.026

Tabel 2: Resultaten van Bland-Altman-analyses voor intra-examinatorovereenkomst (n = 32 tanden). BI: betrouwbaarheidsinterval.

Para-meter	Eerste premolaar (n=50)				Tweede premolaar (n=50)				Eerste kies (n=50)
	Bedoelen	SD	95%	CI	Bedoelen	SD	95%	CI	Bedoelen	SD	95%	CI
Rotatie (°)	2.801	3.881	1.767	4.023	2.472	5.265	1.195	4.148	0.835	3.004	0.098	1.74
Koppel (°)	-1.261	1.912	-1.765	-0.722	-3.597	3.586	-4.588	-2.512	-3.881	3.413	-4.895	-2.934
Tip (°)	0.746	2.851	-0.079	1.632	0.409	3.015	-0.434	1.238	-0.326	1.917	-0.582	0.506
Buccaal-Linguaal (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
Mesiaal-distaal (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
Occlusale-Gingivale (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

Tabel 3: Beschrijvende statistiek voor hoek- en lineaire verschillen tussen de voorspelde en de bereikte tandpositie voor maxillaire eerste premolaren, tweede premolaren en eerste kiezen. Positieve waarden duidden op een bereikte tandpositie die meer buccaal, distaal of occlusale was, of met meer mesiale rotatie, meer distale kroonpunt of meer linguaal kroonkoppel dan de voorspelde tandpositie. SD: standaarddeviatie; BI: betrouwbaarheidsinterval.

Parameter	Bedoelen	SD	95%	CI	P
Rotatie (°)	2.036	4.217	1.408	2.756	0.023*
Koppel (°)	-2.913	3.263	-3.411	-2.388	0.0003*
Tip (°)	0.374	2.641	-0.049	0.8	1
Buccaal-Linguaal (mm)	-0.128	0.534	-0.216	-0.041	0.186
Mesiaal-distaal (mm)	0.17	0.569	-0.076	0.258	1
Occlusale-Gingivale (mm)	-0.201	0.405	-0.266	-0.136	0.123

Tabel 4: Vergelijkingen van hoek- en lineair gemiddelde voorspellingsverschillen in alle maxillaire posterieure tanden gemeten met Hotelling's T-kwadraattoetsen met Bonferonni-correctie. Positieve waarden duidden op een bereikte tandpositie die meer buccaal, distaal of occlusale was, of met meer mesiale rotatie, meer distale kroonpunt of meer linguaal kroonkoppel dan de voorspelde tandpositie. *P < 0,05.

Discussie

De palatinale rugae hebben een unieke configuratie in de adolescentie; Ze blijven constant tijdens de groei, zijn authentieke markers voor persoonlijke identificatie en worden beschouwd als stabiele anatomische referenties voor maxillaire modelsuperpositie 24,25,26,27. Dai et al. gebruikten deze methode om de bereikte en voorspelde tandbeweging van maxillaire eerste molaren en centrale snijtanden te vergelijken met duidelijke aligners na de eerste premolaire extractie²⁸. Het bereikte nabehandelingsmodel werd via Rapidform-software geregistreerd bij het voorbehandelings- en het geplande nabehandelingsmodel. Ze rapporteerden statistisch significante verschillen tussen de voorspelde en bereikte tandbewegingen. De modellen voor en na de behandeling werden verkregen uit verschillende bronnen (alginaatafdrukken en intraorale scans). De metingen van de tandbeweging werden uitgedrukt in een coördinatensysteem met behulp van het achterste occlusale vlak als transversaal vlak en de palatinale hechting als leidraad voor het construeren van een midsagittaal vlak. Aangezien hoek- en translatieparameters voor de respectievelijke maxillaire eerste molaren en bovenste centrale snijtanden op deze vlakken werden geprojecteerd, is het moeilijk om hun resultaten te vergelijken met onderzoeken met behulp van verschillende coördinatensystemen (bijv. een coördinatenoorsprong op basis van het geschatte weerstandscentrum van een tand)17,18,19,20,21.

De studie was beperkt tot de maxillaire boog, zodat het gehemelte en zijn rugae konden worden gebruikt om de voorspelde en bereikte modellen te registreren. Voorheen werd modelregistratie gedaan met behulp van onbehandelde of verondersteld stabiele achterste tanden 16,17,18,19, best-fit algoritmen ^20,21, minischroeven^26,27, tori²⁹, implantaten³⁰, de schedelbasis³¹ of andere benige structuren³². In een van de weinige eerdere onderzoeken waarbij palatinale superpositie werd gebruikt om de werkzaamheid van clear aligner te beoordelen, vergeleken Dai et al. de bereikte en voorspelde tandbewegingen van maxillaire eerste molaren en centrale snijtanden in extractiegevallen²⁸, hoewel ze geen individuele verschillen in tandpositie en oriëntatie rapporteerden met de zes vrijheidsgraden die in deze en andere onderzoeken werden gebruikt^{20, 21}. okt.

Voorste tanden werden niet in dit protocol opgenomen omdat de vormen van hun klinische kronen te moeilijk waren om te oriënteren binnen het wereldcoördinatensysteem dat door CloudCompare wordt gebruikt om zijn transformaties uit te drukken. De premolaren en kiezen hadden echter voldoende occlusale oriëntatiepunten en regelmaat van het gezichtsoppervlak om het occlusale oppervlak, de lange as en het begrenzingsvak van elke behandelde tand te kunnen oriënteren op de oorsprong en wereldcoördinaten van de software.

Het gebruik van een transformatiematrix om de translationele en rotatie-informatie te verstrekken die de tandbeweging tijdens de registratie beschrijft, vereist naleving van specifieke conventies. CloudCompare maakt gebruik van de Tait-Bryan-conventie, waarbij eerst een rotatievolgorde van de ZYX-as wordt aangenomen, gevolgd door de 3D-vertalingen van wereld nul die nodig zijn om de match te voltooien. Aangezien de invalshoeken die in deze studie worden gerapporteerd de Tait-Bryan-conventie³³ weerspiegelen, zouden studies met verschillende conventies verschillende resultaten opleveren. Door de tand na de behandeling uit te lijnen met de oorsprong en coördinaten van de wereld, zorgden de metingen voor translatie van de oorspronkelijke positie en richtingen van de tand die werden bepaald door de specifieke oppervlakteanatomie van elke tand.

Over het algemeen toonden onze resultaten aan dat de rotatie en het koppel van de bereikte tandpositie statistisch en klinisch significant verschilden van de voorspellingen, met meer mesiale rotatie en buccaal koppel na behandeling met doorzichtige aligners. Terwijl rotatiebeweging in maxillaire eerste molaren relatief succesvol was, was derotatie in de eerste en tweede premolaren problematischer, wat suggereert dat de morfologie van premolaire kronen zou kunnen bijdragen aan dit verschil. Deze bevindingen zijn vergelijkbaar met een recente studie uitgevoerd door Al-Nadawia et al., die ontdekten dat de nauwkeurigheid van posterieure tandbewegingen met een 7-daags protocol niet zo nauwkeurig is als het 14-dagenprotocol voor intrusie, distale intrusie, distale kroonpunt en buccale kroonkoppel³⁴. Om te bepalen of de nauwkeurigheid van Invisalign was verbeterd met de nieuwere technologie, hebben Haouili et al. de baanbrekende studie van Kravitz et al. bijgewerkt¹⁷ en ze vonden ook de minste algehele nauwkeurigheid met rotatie, met name uitdagend voor hoektanden, premolaren en kiezen ²¹.

Translatiegegevens vertoonden geen statistisch significante verschillen voor alle drie de richtingen, in overeenstemming met eerdere studies. Simon et al. ontdekten dat distalisatie van de bovenste kies de meest effectief voorspelde beweging was¹⁸. Een niet-statistisch maar klinisch significant voorspellingsverschil werd opgemerkt voor occlusale-gingivale beweging in de eerste kiezen in de huidige studie, die de neiging hadden om enigszins geïntrudeerd te zijn ten opzichte van hun voorspelde posities. Haouili et al. gaven ook aan dat hoewel de extrusie van de maxillaire snijtanden verbeterde met het gebruik van geoptimaliseerde extrusiehulpstukken, de extrusie van de maxillaire en mandibulaire kiezen de laagste nauwkeurigheid had²¹.

In de huidige studie verschilden tandbewegingen met aanhechtingen niet van tanden zonder aanhechtingen bij het bereiken van de gewenste tandbewegingen. Tandbewegingen met geoptimaliseerde aanhechting bleken enigszins onnauwkeurig te zijn bij roterende bewegingen. Hoewel tanden met geoptimaliseerde aanhechting een nauwkeurigere torsietandbeweging vertoonden in vergelijking met conventionele of geen hulpstukken, waren de algehele bewegingen van de koppeltanden een uitdaging. Kravitz et al. verklaarden dat hulpstukken minieme klinische verbeteringen kunnen opleveren met roterende bewegingen in vergelijking met geen hulpstukken; echter niet met een statistische significantie¹⁶. Aan de andere kant ontdekten Simon et al. dat aanhechtingen significant gunstig zijn bij het roteren van premolaren¹⁸. Cortona et al. hebben ook met een eindige studie besproken dat de meest efficiënte manier om mandibulaire ronde tanden te roteren was om een enkel hulpstuk toe te voegen met een 1,2° aligner-activering³⁵. Nucera et al. beoordeelden systematisch de effecten van samengestelde aanhechtingen op clear aligner-therapie en schetsten de tegenstrijdige resultaten in de huidige literatuur³⁶. Het gebrek aan bewijs rechtvaardigt verdere klinische onderzoeken om de invloed van hulpstukken en hun aantal, grootte, vorm en positie op elke orthodontische beweging te verduidelijken.

Over het algemeen bereikte Invisalign de meeste van de voorspelde posterieure tandbewegingen bij adolescenten en volwassenen met milde tot matige malocclusies. Met name de voorspelde derotatie van de maxillaire premolaren, en vooral de eerste premolaar, was een grotere uitdaging. Alle maxillaire achterste tanden hadden de neiging om buccaal te draaien zonder voldoende koppelregeling. Hoe distaal de tand is gepositioneerd, hoe onvoorspelbaarder het resultaat. Met of zonder bijlagen of verschillende soorten bijlagen leken geen verschil te maken in de voorspelling. Over het algemeen zouden aanvullende verfijningen of overcorrectie nodig zijn om alle voorspellingen te bereiken. Vergelijkingen van Invisalign-voorspelde met klinisch bereikte digitale modellen in de maxillaire boog kunnen profiteren van modelregistratie met behulp van zowel palatinale als tandheelkundige kenmerken, individuele tandsegmentatie en de wiskundige transformaties die worden gebruikt om ze te matchen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
CloudCompare	GPL-software	Versie 2.11	open-source software (https://www.cloudcompare.net/)
Meshmixer software	Autodesk, Inc.
Rhinoceros 5.0	Robert McNeel & Associates	Versie 5.0