Pomiar ruchu zębów tylnych szczęki: ocena modelu z wykorzystaniem nałożenia podniebienia i zębów

Podsumowanie

Ten manuskrypt przedstawia obszerny protokół do oceny trójwymiarowego (3D) ruchu zębów bocznych szczęki z przezroczystymi nakładkami za pomocą nakładania modelu cyfrowego, nieocenionego narzędzia w ortodoncji i ortopedii zębowo-twarzowej.

Streszczenie

Od czasu wprowadzenia Invisalign przez Align Technology, Inc. w 1999 roku, nadal pojawiają się pytania i debaty dotyczące precyzji terapii Invisalign (przezroczyste nakładki), szczególnie w porównaniu z tradycyjnymi aparatami stałymi. Staje się to szczególnie istotne w przypadkach obejmujących korekty przednio-tylne, pionowe i poprzeczne, gdzie precyzyjne porównania mają ogromne znaczenie. Aby odpowiedzieć na te pytania, w niniejszym badaniu wprowadzono skrupulatnie opracowany protokół, kładąc główny nacisk na cyfrowe nakładanie ruchu tylnych zębów szczęki w celu ułatwienia dokładnej analizy. Próba obejmowała 25 pacjentów, którzy ukończyli swoją pierwszą serię nakładek Invisalign (przezroczystych). Cztery cyfrowe modele szczęki (przed leczeniem, po leczeniu, modele początkowe i końcowe ClinCheck) zostały cyfrowo nałożone przy użyciu bruzd podniebienia i uzębienia jako stabilnych punktów odniesienia. Do nałożenia modelu i segmentacji zębów wykorzystano kombinację oprogramowania. Macierze transformacji wyrażały następnie różnice między osiągniętymi i przewidywanymi pozycjami zębów. Progi dla klinicznie istotnych różnic wynosiły ±0,25 mm dla przemieszczenia liniowego i ±2° dla obrotu. Różnice oceniano za pomocą testów T-kwadrat Hotellinga z poprawką Bonferroniego. Średnie różnice w obrocie (2,036° ± 4,217°) i momencie obrotowym (-2,913° ± 3,263°) były istotne statystycznie i klinicznie, z wartościami p wynoszącymi odpowiednio 0,023 i 0,0003. Derotacja zębów przedtrzonowych i kontrola momentu obrotowego dla wszystkich zębów bocznych były mniej przewidywalne. Wszystkie średnie różnice dla pomiarów liniowych były statystycznie i klinicznie nieistotne, z wyjątkiem tego, że pierwsze zęby trzonowe wydawały się nieznacznie (0,256 mm) bardziej intruzyjne niż ich przewidywana pozycja. Wydaje się, że system przezroczystych nakładek spełnia swoje przewidywania dla większości ruchów translacyjnych zębów i mezjalno-dystalnego przechylenia w tylnych zębach szczęki w przypadkach bez ekstrakcji z łagodnymi lub umiarkowanymi wadami zgryzu.

Wprowadzenie

W 1999 roku, cyfrowo produkowane ruchome aparaty ortodontyczne zostały udostępnione komercyjnie przez firmę Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ). Pierwotnie system ten został zaprojektowany do rozwiązywania nierosnących przypadków z łagodnym lub umiarkowanym zatłoczeniem lub zamykania małych przestrzeni jako estetyczna alternatywa dla tradycyjnych stałych urządzeń krawędziowych. Dzięki dziesięcioleciom ulepszeń w projektowaniu i produkcji wspomaganej komputerowo (CAD/CAM), materiałach dentystycznych i planowaniu leczenia, terapia przezroczystymi nakładkami (CAT) jest od tego czasu stosowana w leczeniu ponad 10 milionów pacjentów z różnymi wadami zgryzu na całym świecie¹. Niedawne badanie retrospektywne sugerowało, że CAT jest tak samo skuteczna jak terapia aparatem stałym dla populacji nastolatków z łagodnymi wadami zgryzu, ze znacznie lepszymi wynikami w ustawieniu zębów, relacjach zgryzowych i overjet². Liczba wizyt, wizyt w nagłych wypadkach i ogólny czas leczenia również przyniosły lepsze wyniki dla pacjentów z przezroczystymi nakładkami. Chociaż CAT może być stosowany w leczeniu łagodnych do umiarkowanych wad zgryzu bez ekstrakcji u pacjentów nierosnących^3,4, oraz skracać czas trwania leczenia i czas siedzenia na fotelu⁵, nie jest jasne, czy leczenie jest tak skuteczne, jak złoty standard konwencjonalnych aparatów wargowych^4,6,7,8,9, szczególnie dla korekcji przednio-tylnej i pionowej¹⁰.

ClinCheck to platforma oprogramowania opracowana przez firmę Align w celu dostarczania klinicystom wirtualnych trójwymiarowych (3D) symulacji potencjalnych ruchów zębów. Dotyczy przede wszystkim początkowego stanu pacjenta i planu leczenia przepisanego przez lekarza, może być również narzędziem komunikacji wizualnej dla pacjenta. Wszelkie rozbieżności między przewidywanymi a osiągniętymi wynikami mogą wymagać korekty w połowie kursu, udoskonalenia lub konwersji na terapię aparatem stałym. W związku z tym wiarygodność przewidywań oprogramowania przyciąga coraz większą uwagę badaczy. Od czasu systematycznego przeglądu Lagravere'a i Floresa-Mira opublikowanego w 2005 roku¹¹, badania zgodności między modelami przewidywanymi a modelami po leczeniu były mierzone na różne sposoby, metody pomiaru, w tym długość łuku, odległość między kłami, przodozgryz, nadgryz, odchylenie linii środkowej¹², wynik redukcji systemu obiektywnego systemu oceniania American Board of Orthodontics (ABO-OGS)¹³, górna i dolna szerokość międzyzębowa¹⁴, oraz pomiary pochodzące z tomografii komputerowej wiązki stożkowej¹⁵.

Porównania zostały również wykonane poprzez nałożenie modeli 3D^{16,17,18,19,20,21}. Na przykład wiele obecnych platform oprogramowania, takich jak ToothMeasure (wewnętrzne oprogramowanie opracowane przez firmę Align Technology), może w powtarzalny sposób nakładać dwa modele cyfrowe przy użyciu wybranych przez użytkownika punktów odniesienia na nieleczone zęby, bruzdy podniebienne lub implanty dentystyczne. Ponieważ przewidywane i osiągane modele zwykle nie obejmują powierzchni podniebiennych, wiele wcześniejszych badań^15,16,17,18 używało nieleczonych zębów bocznych jako punktów odniesienia do nałożenia, w tym możliwości dodawania błędów wynikających ze względnych ruchów tych zębów. Badania te ograniczały się do przednich obszarów łuku w stosunkowo prostych przypadkach z odstępami lub łagodnymi lub umiarkowanymi stłoczeniami.

Grünheid et al. użyli matematycznego nałożenia do ilościowego określenia rozbieżności między wirtualnymi planami leczenia a rzeczywistymi wynikami leczenia, aby ocenić dokładność pełnego uzębienia CAT bez stabilnych struktur anatomicznych w modelach cyfrowych²⁰. Haouili i wsp. zastosowali tę samą metodę w najlepiej dopasowanym algorytmie w oprogramowaniu Compare, aby przeprowadzić prospektywne badanie kontrolne dotyczące skuteczności ruchu zębów za pomocą CAT²¹. Celem było dostarczenie aktualnych informacji na temat dokładności związanej z nowymi technologiami, tj. SmartForce, materiałami wyrównującymi SmartTrack i skanami cyfrowymi. Ich wyniki dotyczące poprawy ogólnej dokładności z 41%¹⁷ do 50%²¹ były zachęcające, ale nie negują możliwości, że niektóre ruchy zębów nadal nie są zadowalająco osiągalne za pomocą systemu przezroczystych nakładek.

Gdy zostaną przewidziane i osiągnięte, modele cyfrowe zawierają wspólne odniesienie 3D niezależne od uzębienia, takie jak bruzdy podniebienne, implanty dentystyczne lub tor; mogą być one rejestrowane w układzie współrzędnych wielu odpowiednich platform oprogramowania. Jeśli interesujący nas ząb zostanie następnie podzielony na segmenty z jednego z nich i przekształcony matematycznie, aby dopasować go do jego przemieszczonej wersji w drugim, macierz transformacji zawiera pełne informacje potrzebne do opisania całej transpozycji 3D. Jego treść może być wyrażona jako trzy tłumaczenia i trzy obroty opisane formalną konwencją. Przykładem może być oprogramowanie sterujące Invisalign ClinCheck Pro 3D, w którym parametry numeryczne wskazujące ruchy zębów 3D potrzebne do przesunięcia zębów do ich przewidywanych pozycji są wyświetlane w tabeli ruchów zębów.

Podczas gdy początkowy i końcowy (przewidywany) model z oprogramowania do planowania mają wspólny układ współrzędnych dostarczany przez tę samą platformę oprogramowania, ich brak podniebienia ogranicza możliwość wspólnej rejestracji z jakimkolwiek innym cyfrowym modelem uzębienia, chyba że posiadają identyczne uzębienie. W tym kontekście postawiono hipotezę, że możliwe byłoby nałożenie na siebie modeli przewidywanych programowo i modeli po obróbce (osiągniętych). Ta wykonalność wynika z dostępności dwóch par: początkowego i końcowego (automatycznie nakładanego podczas eksportu z oprogramowania do planowania) oraz drugiej pary modeli obróbki wstępnej i uzyskanych (nakładanych za pomocą bruzd podniebiennych). Pary te można zarejestrować za pomocą uzębienia przed leczeniem jako odniesienie w celu dopasowania ich do początkowego modelu Invisalign. Następnie można przeprowadzić segmentację poszczególnych zębów w celu oceny różnic w ich położeniu i orientacji. Ocena ta polega na transpozycji zębów między modelami, a macierze transformacji umożliwiłyby numeryczną kwantyfikację translacji i reorientacji.

W tym protokole wprowadzono podejście do oceny skuteczności CAT w zwalczaniu łagodnych i umiarkowanych wad zgryzu zarówno u młodzieży, jak i dorosłych, koncentrując się szczególnie na zębach bocznych szczęki. Hipoteza zerowa zakładała, że po pierwszej serii przezroczystych nakładek nie ma różnicy między uzyskaną a przewidywaną przez oprogramowanie do planowania pozycją zębów w zębach bocznych szczęki.

Protokół

To badanie otrzymało etyczną aprobatę od Institutional Review Board na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej (nr H19-00787). Aby zachować poufność, wszystkie próbki wykorzystane w badaniu zostały poddane procedurom deidentyfikacji. Ponadto, przed włączeniem ich do badania, uzyskano odpowiednią świadomą zgodę od wszystkich uczestniczących pacjentów.

UWAGA: Każdy uczestnik wniósł cztery cyfrowe modele szczęki, które obejmowały następujące:

1. Model cyfrowy przed obróbką, ze skanowaniem podniebienia za pomocą iTero
2. Cyfrowy model po zabiegu, z podniebieniem zeskanowanym za pomocą iTero
3. Model obróbki wstępnej, eksportowany z oprogramowania do planowania.
4. Przewidywany model wyeksportowany z oprogramowania do planowania.

Ten protokół wykorzystywał kombinację kilku narzędzi programowych, w tym CloudCompare, Meshmixer i Rhinoceros. Te platformy oprogramowania odegrały kluczową rolę w ułatwieniu procesu rejestracji i umożliwieniu segmentacji poszczególnych zębów w celu analizy ich ruchów i orientacji. Warto zauważyć, że te narzędzia programowe mogą być powielane z innymi opcjami oprogramowania typu open source, pod warunkiem, że mogą osiągnąć podobne cele. Przepływ pracy ilustrujący sekwencję oprogramowania jest przedstawiony w Rysunek 1.

1. Przygotowanie

1. Uzyskaj początkowy i końcowy (przewidywany) model jako pliki stereolitograficzne (STL) z oprogramowania do planowania, klikając Narzędzia > Eksportuj > STL.
   UWAGA: Modele wyeksportowane z oprogramowania do planowania przedstawiają tylko korony kliniczne i wirtualne dziąsło bez podniebienia.
2. Uzyskaj cyfrowe modele przed obróbką i po obróbce jako pliki STL z oprogramowania do skanowania modelu (OrthoCAD), wybierając skan, klikając i wybierając Eksport > Typ eksportu (otwarta powłoka), Format danych (Plik na łuk [łuki zorientowane w okluzji]).
   UWAGA: Modele eksportowane z oprogramowania do skanowania modeli obejmują nie tylko uzębienie, ale także dziąsło i całe podniebienie.

2. Nakładanie podniebienia cyfrowych modeli przed i po zabiegu w CloudCompare

1. Otwórz oprogramowanie i przeciągnij i upuść pliki STL cyfrowych modeli obróbki wstępnej i końcowej.
2. Wybierz każdy model i kliknij Edytuj > Kolory > Ustaw unikalny, aby zmienić kolory wybranych modeli.
3. Wybierz cyfrowy model po zabiegu i kliknij ikonę Przetłumacz/Obróć. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby przeciągnąć model tak, aby znajdowały się obok siebie. Kliknij zielony znacznik wyboru.
4. Wybierz cyfrowy model obróbki wstępnej i kliknij ikonę Segment.
5. Kliknij cztery punkty na bruzdce podniebiennej i kliknij prawym przyciskiem myszy, aby odznaczyć. Kliknij opcję Segmentuj w, a następnie kliknij w zielony znacznik wyboru. Powtórz kroki od 2.4 do 2.5 dla cyfrowego modelu końcowego obróbki.
6. Ukryj modele PostTreatModel.remaining i PreTreatModel.remaining i wybierz modele PostTreatModel.part i PreTreatModel.part.
7. Kliknij ikonę wyrównania zgrubnej rejestracji (wybieranie par punktów) i umieść co najmniej trzy odpowiadające im punkty orientacyjne na podniebieniu po każdej stronie linii środkowej zarówno dla podniebień przed, jak i po zabiegu. Kliknij w Wyrównaj, a następnie kliknij w zielony znacznik wyboru.
8. Odkryj siatki dla obu modeli i przenieś nieprzekształcony model PostTreatModel.remained, kopiując macierz transformacji, klikając Edytuj > Zastosuj transformację i wklejając macierz transformacji.
   UWAGA: Dane wyjściowe macierzy transformacji są wyświetlane w konsoli.
9. Ukryj modele PostTreatModel.remaining i PreTreatModel.remaining i wybierz modele PostTreatModel.part i PreTreatModel.part.
10. Kliknij ikonę wyrównania Dokładna rejestracja i upewnij się, że model PreTreatModel.part jest wybrany jako odniesienie. Kliknij przycisk Ok.
    UWAGA: Potwierdź wynikowy pierwiastek średniokwadratowy (RMS) w oknie informacji o rejestracji. Dopuszczalne jest odchylenie ≤ 0,05 RMS.
11. Odkryj siatki dla obu modeli i przenieś nieprzekształcony model PostTreatModel.remaining, kopiując macierz transformacji, klikając przycisk Edytuj > Zastosuj transformację i wklejając macierz transformacji.
12. Zapisz nałożone modele PostTreatModel.remaining i PreTreatModel.remaining jako pliki STL.

3. Przygotowanie modelu oprogramowania do nałożenia za pomocą oprogramowania Rhinoceros

1. Oddzielnie zaimportuj pliki STL oprogramowania do planowania, obróbki wstępnej i modeli predykcyjnych.
   UWAGA: Podczas importowania modeli programowych do programów pomiarowych, takich jak Rhinoceros lub CloudCompare, orientacja i rejestracja modeli są zachowywane
2. Wybierz symulowane dziąsło i naciśnij Usuń, aby je usunąć.
3. Kliknij Narzędzia siatki, wybierz opcję Płaszczyzna siatki. Narysuj płaszczyznę wokół zębów i przesuń płaszczyznę do okluzyjnej 1/3 koron zębów. Poprawi to precyzję nakładania.
4. Kliknij dwukrotnie przycisk W prawo, aby rozwinąć prawy widok.
5. Wprowadź polecenie MeshBooleanSplit i wybierz płaszczyznę oraz wszystkie zęby, a następnie naciśnij Enter.
6. Usuń płaską i szyjkową część zębów, pozostawiając 1/3 koron zgryzowych.
7. Zapisz podzielony model jako plik STL.
8. Powtórz wszystkie kroki dla drugiego modelu.

4. Nakładanie modeli cyfrowych przewidywanych programowo i końcowych za pomocą CloudCompare

1. Przeciągnij i upuść pliki STL wcześniej nałożonych na siebie modeli cyfrowych przed obróbką i po obróbce oraz podzielonych modeli pre-treatment i split predicted.
2. Wybierz każdy model i kliknij Edytuj > Kolory > Ustaw unikalny, aby zmienić kolory wybranych modeli.
3. Wybierz zarówno modele cyfrowe przed obróbką, jak i po obróbce, a następnie kliknij ikonę Zamień/Obróć. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby przeciągnąć modele tak, aby znalazły się obok siebie.
4. Poproś oprogramowanie, aby ukryło przewidywany model podziału i cyfrowy model po leczeniu, odznaczając odpowiednie pola. Wybierz podzielony model obróbki wstępnej i model cyfrowy obróbki wstępnej.
5. Kliknij ikonę wyrównania pasowania zgrubnego i umieść odpowiednie punkty orientacyjne na wierzchołkach koron zarówno w podzielonym modelu obróbki wstępnej, jak i w cyfrowym modelu obróbki wstępnej. Kliknij w Wyrównaj, a następnie kliknij w zielony znacznik wyboru.
6. Odkryj podzielony model przewidywany i model po obróbce, a następnie przenieś nieprzekształcony model po obróbce, kopiując macierz transformacji, klikając przycisk Edytuj > Zastosuj przekształcenie i wklejając macierz transformacji.
7. Ukryj modele po obróbce i podziel modele przewidywane. Wybierz modele obróbki wstępnej i podzielonej obróbki wstępnej. Kliknij ikonę wyrównania Dokładna rejestracja, aby uzyskać najlepsze dopasowanie między podzielonym modelem obróbki wstępnej a cyfrowym modelem obróbki wstępnej.
8. Odkryj siatki i przesuń nieprzekształcony model, kopiując macierz transformacji, klikając przycisk Edytuj > Zastosuj transformację i wklejając macierz transformacji.
9. Odkryj podzielony model cyfrowy przewidywany i po leczeniu, a następnie ukryj podzielony model cyfrowy przed obróbką i model cyfrowy przed leczeniem, aby wyświetlić nakładanie (Rysunek 2).
10. Zapisz modele jako pliki STL.

5. Segmentacja korony za pomocą Meshmixer

1. Zaimportuj podzielony model przewidywany i cyfrowy model obróbki końcowej do Meshmixer.
2. Kliknij przycisk Edytuj > Duplikuj, aby zduplikować modele dla liczby zębów, które mają zostać podzielone na segmenty. Oznacz każdy model odpowiednim numerem zęba, który ma zostać podzielony na segmenty.
3. Ukryj przewidywany model podziału, klikając ikonę oka, pozostawiając widoczny model cyfrowy po leczeniu.
4. W modelu obróbki końcowej kliknij przycisk Wybierz i dostosuj rozmiar pędzla. Aby podzielić wybraną koronę na segmenty, przeciągnij narzędzie Pędzel po powierzchni zgryzowej wybranego zęba, zwracając szczególną uwagę na końcówki guzków.
5. Kliknij Modyfikuj > Odwróć, a następnie Edytuj > Odrzuć, aby usunąć resztę modelu, pozostawiając segmentową koronę.
6. Odkryj podzielony model przewidywany i ukryj model po leczeniu, klikając odpowiednie ikony oczu.
7. Powtórz kroki 5.4–5.5 dla podzielonego modelu przewidywanego.
8. Eksportuj każdą wybraną koronę jako pliki STL.
9. Powtórz wszystkie kroki dla każdej segmentacji zęba.

6. Nakładanie zębów za pomocą CloudCompare

1. Zaimportuj do oprogramowania podzielone na segmenty korony cyfrowe po leczeniu i podziel korony przewidywane przez oprogramowanie. Upewnij się, że orientacja i rejestracja w chmurze pozostają spójne. Ustal globalną siatkę współrzędnych, aby ujednolicić orientację zarówno prawych, jak i lewych zębów, zwiększając niezawodność metodologii. Środek siatki powinien reprezentować współrzędną (0,0,0,0,0,0) chmury oprogramowania CloudCompare.
2. Zaznacz obie korony i kliknij Edytuj > Normalne > Oblicz > Na wierzchołek.
3. Zaznacz każdy ząb i kliknij Edytuj > Kolory > Ustaw niepowtarzalne, aby zmienić kolory wybranych modeli.
4. Ukryj ząb po leczeniu, odznaczając pole i wybierz zarówno ukryty ząb pozabiegowy, jak i widoczny przewidywany ząb.
5. Wybierz widok z dołu, kliknij ikonę Przesuń/Obróć i użyj płaszczyzn X, Y i Z, aby obrócić ząb tak, aby guzek policzkowy pokrywał się z linią pionową.
6. Wybierz widok po lewej stronie, kliknij ikonę Tłumacz/Obróć i wyrównaj guzki policzkowe i językowe linią poziomą.
7. Wybierz widok z tyłu, kliknij ikonę Zamień/Obróć i wyrównaj guzki policzkowe i językowe linią poziomą.
   UWAGA: Staraj się wyrównać jego powierzchnie zgryzowe i twarzowe z osiami i płaszczyznami świata. Upewnij się, że środek ramki granicznej zęba znajduje się w punkcie początkowym ekranu. Dzięki zastosowaniu globalnej siatki współrzędnych pozycje wszystkich zębów zostaną ustandaryzowane. Ten krok zapewnia spójną i dokładną konwersję translacji X, Y i Z we wszystkich osiach, niezależnie od konkretnej pozycji pojedynczego zęba.
8. Gdy wszystkie guzki ułożą się w jednej linii, kliknij ikonę Przesuń/Obróć, aby wyśrodkować ząb na siatce we wszystkich widokach.
9. Odkryj ząb pozabiegowy i wybierz przewidywany ząb oraz ząb pozabiegowy.
10. Kliknij ikonę wyrównania Fine Registration, aby zarejestrować ząb po leczeniu nad przewidywanym zębem. Kliknij przycisk OK.
    UWAGA: Po zakończeniu CloudCompare wyświetli informacje o rejestracji, w tym nałożenie RMS (Rysunek 3).
11. Aby określić różnice pozycyjne i obrotowe między dwoma zębami, wybierz ząb po leczeniu, skopiuj macierz transformacji, kliknij przycisk Edytuj > Zastosuj transformację i wklej macierz transformacji.
12. Wybierz ikonę Kąty Eulera, aby wyświetlić ruchy obrotowe i liniowe między przewidywanym zębem a zębem po leczeniu.
13. Udokumentuj wszystkie pomiary translacji i obrotu w arkuszu kalkulacyjnym. Powtórz ten proces dla wszystkich pozostałych zębów bocznych.
    UWAGA: Użyj systemu oceniania modelu American Board of Orthodontics (ABO), ¹², aby zidentyfikować klinicznie istotne różnice w pomiarach. Różnice większe niż 0,5 mm liniowo i 2 stopnie kątowo są uważane za klinicznie istotne.
14. Dostosuj wartości pomiarów dla kierunku przednio-tylnego zębów po prawej stronie w arkuszu kalkulacyjnym. Ta regulacja uwzględnia ustandaryzowaną orientację zębów prawostronnych do zębów lewostronnych.

7. Specyfikacja pomiarowa

1. Zrozumienie sekwencji rotacji i konwencji pomiarowych: CloudCompare wykorzystuje konwencję zewnętrzną (pochodzenia światowego) Taita-Bryana ZYX do swoich pomiarów.
   UWAGA: W przypadku translacji osie reprezentują X (kierunek policzkojęzykowy), Y (kierunek mezjodystalny) i Z (kierunek pionowy: wtargnięcie/wytłoczenie). Ruchy kątowe są reprezentowane przez oś X (Psi - końcówka mezjodystalna), oś Y (Theta - moment obrotowy policzkowojęzykowy) i oś Z (Phi - rotacja mezjodystalna)²². Ruchy zęba wyrażają się w kategoriach anatomii zęba, niezależnie od jego położenia w łuku. Znak miar (+, -) wskazuje kierunek od początku świata i obrót wokół jego osi.
2. Znaczenie znaczenia kontekstowego: Należy zauważyć, że terminy kierunkowe opisujące ruchy zębów (np. mezjalne, dystalne, policzkowe) odnoszą się do konkretnego zęba i nie uwzględniają zmian w stosunku do łuku zębowego.

8. Analiza statystyczna

1. Do wszystkich analiz należy używać pakietu statystycznego języka R (wersja 3.2.3, RStudio Inc.) za pośrednictwem programu RStudio (wersja 1.4.1103).
2. Wybierz losowo 32 zęby i wykonaj zduplikowane pomiary w odstępie 1 miesiąca.
3. Przetestuj wiarygodność wewnątrz egzaminatora za pomocą współczynników korelacji wewnątrzklasowej (ICC) i analiz Bland Altman dla obu zestawów pomiarów.
4. Zastosuj testy T-kwadrat Hotellinga do testowania średnich różnic w przewidywaniach między przewidywanymi i osiągniętymi pozycjami zębów zarówno dla parametrów kątowych, jak i liniowych.
5. Dostosuj do porównań wielu zębów, stosując poprawkę Bonferroniego na wartości p, dążąc do uzyskania rodzinnego wskaźnika błędów wynoszącego 0,05.
6. Przeprowadź test post-hoc T-kwadrat Hotellinga w przypadku wykrycia jakichkolwiek istotnych różnic, aby określić, czy różnice w przewidywaniach dla każdego typu zęba i parametru ruchu są znaczące. Rozbieżności wynoszące 0,25 mm lub więcej w pomiarach liniowych i 2° lub więcej w pomiarach kątowych należy wziąć pod uwagę jako klinicznie istotne.

Wyniki

Minimalna wielkość próbki wynosząca 24 przypadki była wymagana do wykrycia zmiany efektu o 0,6° dla średnich kątów końcówki i momentu obrotowego, przy mocy 80% i alfa 0,05²³. Kryteria włączenia były następujące: (1) pełne stałe uzębienie przez pierwsze zęby trzonowe, (2) wady zgryzu klasy I lub mniej niż 2 mm wady zgryzu klasy II/III z odstępami lub łagodne do umiarkowanych stłoczenia, które zostały poddane leczeniu Invisalign bez ekstrakcji, (3) ukończenie co najmniej pierwszej serii nakładek Invisalign oraz (4) bruzdki podniebienne widoczne zarówno na wstępnym, jak i udoskonalającym skanowaniu wewnątrzustnym. Kryteriami wykluczenia były: (1) wcześniejsza ekspozycja na pomocnicze aparaty do rozszerzania i dystalizacji, (2) widoczne aspekty zużycia w uzębieniu podczas leczenia, (3) historia urazów, zespołu twarzoczaszki lub braki w uzębieniu oraz (4) słabe przestrzeganie noszenia nakładek udokumentowane na karcie. Drugie zęby trzonowe w kilku przypadkach były nieobecne lub wyrzynały się, a zatem zostały wyłączone z analizy. W związku z tym badanie to obejmowało 150 zębów (50 pierwszych przedtrzonowców, 50 drugich przedtrzonowców i 50 pierwszych zębów trzonowych) wybranych spośród 25 uczestników (17 kobiet i 8 mężczyzn) w wieku od 12 do 44 lat o średniej wieku 24,8 ± 8,8 lat. Spośród 25 pacjentów 4 miało klasę I, 15 klasę II, a 6 wady zgryzu klasy III, wszystkie poniżej 2 mm. Średnia liczba nakładek wynosiła 24,8 ± 11,2, a średni czas trwania leczenia wynosił 214 ± 131 dni. Wśród 150 zębów bocznych szczęki były 63 zęby bez żadnego mocowania, 7 z konwencjonalnymi i 80 ze zoptymalizowanymi mocowaniami.

Średnie ICC dla wiarygodności między egzaminatorami były większe niż 0,990, co sugeruje, że zgodność między egzaminatorami była doskonała (Tabela 1). Wyniki analiz Blanda-Altmana przedstawiono w tabeli 2, która również wykazała wysoką zgodność między egzaminatorami.

Tabela 3 pokazuje różnice kątowe i liniowe między przewidywaną a osiągniętą pozycją zębów w zębach bocznych szczęki. Ogólnie rzecz biorąc, miary kątowe obrotu, momentu obrotowego i końcówki miały znacznie większą zmienność niż miary odległości dla translacji policzkowo-językowej, mezjalno-dystalnej i okluzyjno-dziąsłowej. Średnie różnice rotacji dla pierwszych i drugich przedtrzonowców były większe niż 2°, a 95% przedział ufności nie obejmował zera. Sugeruje to, że klinicznie pierwsze i drugie przedtrzonowce szczęki były znacznie obrócone mezjalnie. Moment obrotowy dla wszystkich typów zębów znacznie odbiegał od zera, podczas gdy średnia różnica dla drugich zębów przedtrzonowych i pierwszych trzonowców była mniejsza niż -2°, co sugeruje, że wszystkie boczne zęby szczęki, zwłaszcza drugie zęby przedtrzonowe i pierwsze trzonowe, miały bardziej klinicznie istotny moment obrotowy korony policzka w stosunku do przewidywanej pozycji.

Wyniki testu T-kwadrat Hotellinga oraz 95% ogólne przedziały ufności z poprawką Bonferroniego dla każdego parametru są przedstawione w Tabeli 4. Wyniki wskazują, że średnie różnice w obrocie (2,036° ± 4,217°) i momencie obrotowym (-2,913° ± 3,263°) były statystycznie istotnie różne od zera, przy wartościach p wynoszących odpowiednio 0,023 i 0,0003.

Aby dokładniej zbadać możliwy wpływ użycia załączników na dokładność przewidywania, można zobaczyć pierwotne badanie w Rysunek 4, który pokazał niewielkie różnice między różnymi załącznikami (Nie, konwencjonalne lub zoptymalizowane przywiązanie). Jest to jednak prawdopodobne ze względu na niskie częstotliwości konwencjonalnego przywiązania.

Rysunek 1: Przebieg sekwencji użytkowania oprogramowania. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Nałożenie na siebie końcowego (przewidywanego) i końcowego (osiągniętego) modelu końcowego oprogramowania. (A) Cztery modele z jednego obiektu zarejestrowane w tym samym układzie współrzędnych. Kodowanie kolorami wskazuje modele przed i po leczeniu z podniebieniem, ale różnymi uzębieniem, model początkowy oprogramowania bez podniebienia i tego samego uzębienia, co model przed leczeniem, oraz programowy model końcowy bez podniebienia i przewidywanego uzębienia. Metoda nakładania jest opisana w tekście. (B) Modele końcowe i końcowe przewidziane przez oprogramowanie pokazane samodzielnie. W tym badaniu zmierzono różnice w położeniu i orientacji zębów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Nakładanie zębów z pomiarami. (A) Segmentowany pierwszy trzonowiec z osiągniętego (po leczeniu) modelu zarejestrowany w wersji przewidzianej przez oprogramowanie. Macierz transformacji do rejestracji i średnia kwadratowa (RMS) dopasowania pochodzą z wyskakującego okienka CloudCompare. (B) Kąty i przemieszczenia Eulera wyprowadzone z macierzy transformacji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Porównanie różnic w przewidywaniach bez załączników z konwencjonalnymi i zoptymalizowanymi załącznikami. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

jedn. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

parametr	znaczyć	95%	Certyfikat CI	znaczenie
Obrót (°)	1	1	1	0
Moment obrotowy (°)	0,991	0,982	0,996	0
Napiwek (°)	0,992	0,983	0,996	0
Policzkowo-językowy (mm)	0,999	0,997	0,999	0
Mezjalno-dystalny (mm)	0,99	0,979	0,995	0
Zgryzlowo-dziąsłowe (mm)	0,998	0,996	0,999	0

Tabela 1: Współczynniki korelacji wewnątrzklasowej (ICC) dla wiarygodności egzaminatora (n = 32 zęby). CI: przedział ufności.

pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

parametr	Średnia różnica	95%	Certyfikat CI
Obrót (°)	0,032	-0,045	0,137
Moment obrotowy (°)	0,182	-0,099	0,503
Napiwek (°)	0,061	-0,08	0,218
Policzkowo-językowy (mm)	-0,011	-0,043	0,012
Mezjalno-dystalny (mm)	0,008	-0,033	0,048
Zgryzlowo-dziąsłowe (mm)	0,011	-0,002	0,026

Tabela 2: Wyniki analiz Blanda-Altmana dla zgodności między egzaminatorami (n = 32 zęby). CI: przedział ufności.

Miernik parametrów	Pierwszy przedtrzonowiec (n=50)				Drugi przedtrzonowiec (n=50)				Pierwszy ząb trzonowy (n=50)
	Mean	SD	95%	CI	Mean	SD	95%	CI	Mean	SD	95%	CI
Obrót (°)	2.801	3.881	1.767	4.023	2.472	5.265	1.195	4.148	0.835	3.004	0.098	1.74
Moment obrotowy (°)	-1.261	1.912	-1.765	-0,722	-3.597	3.586	-4.588	-2.512	-3.881	3.413	-4.895	-2.934
Końcówka (°)	0.746	2.851	-0.079	1.632	0.409	3.015	-0,434	1.238	-0,326	1.917	-0,582	0.506
Policzkowo-językowy (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
Okluzyjno-dziąsłowe (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

Tabela 3: Statystyki opisowe dla różnic kątowych i liniowych między przewidywaną a osiągniętą pozycją zębów dla pierwszych przedtrzonowców szczęki, drugich przedtrzonowców i pierwszych zębów trzonowych. Wartości dodatnie wskazywały na osiągniętą pozycję zęba bardziej policzkową, dystalną lub okluzyjną lub z większą rotacją mezjalną, bardziej dystalnym końcem korony lub większym lingwalnym momentem obrotowym korony niż przewidywana pozycja zęba. SD: odchylenie standardowe; CI: przedział ufności.

TGL TGLI pkt. pkt. pkt. TGL jezdnego pkt. pkt. TGL pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

parametr	znaczyć	Sd	95%	Certyfikat CI	P
Obrót (°)	2,036	Czterej 217	1,408	2,756	0,023*
Moment obrotowy (°)	-2,913	3,263	-3,411	-2,388	0,0003*
Napiwek (°)	0,374	2,641	-0,049	0,8	1
Policzkowo-językowy (mm)	-0,128	0,534	-0,216	-0,041	0,186
Mezjalno-dystalny (mm)	0,17	0,569	-0,076	0,258	1
Zgryzlowo-dziąsłowe (mm)	-0,201	0,405	-0,266	-0,136	0,123

Tabela 4: Porównania kątowych i liniowych średnich różnic predykcyjnych we wszystkich tylnych zębach szczęki mierzonych testami T-kwadrat Hotellinga z poprawką Bonferonniego. Wartości dodatnie wskazywały na osiągniętą pozycję zęba bardziej policzkową, dystalną lub okluzyjną lub z większą rotacją mezjalną, bardziej dystalnym końcem korony lub większym lingwalnym momentem obrotowym korony niż przewidywana pozycja zęba. *P < 0,05.

Dyskusja

Bruzdki podniebienne mają unikalną konfigurację w okresie dojrzewania; Pozostają one niezmienne podczas wzrostu, są autentycznymi markerami do identyfikacji osobistej i są uważane za stabilne odniesienia anatomiczne do nałożenia modelu szczęki 24,25,26,27. Dai i wsp. zastosowali tę metodę do porównania osiągniętego i przewidywanego ruchu zębów szczękowych pierwszych zębów trzonowych i siekaczy centralnych z przezroczystymi nakładkami po pierwszym usunięciu przedtrzonowców²⁸. Uzyskany model pozabiegowy został zarejestrowany za pomocą oprogramowania Rapidform do modelu pre-treatment i planowanego post-treatmentu. Stwierdzono w nich istotne statystycznie różnice pomiędzy przewidywanymi i osiągniętymi ruchami zębów. Modele przed i po leczeniu zostały pozyskane z różnych źródeł (wyciski alginianowe i skany wewnątrzustne). Pomiary ruchu zębów zostały wyrażone w układzie współrzędnych wykorzystującym tylną płaszczyznę zgryzową jako płaszczyznę poprzeczną oraz szew podniebienny jako wskazówkę do budowy płaszczyzny środkowej strzałkowej. Ponieważ parametry kątowe i translacyjne dla odpowiednich pierwszych zębów trzonowych szczęki i górnych siekaczy centralnych zostały rzutowane na te płaszczyzny, trudno jest porównać ich wyniki z badaniami wykorzystującymi różne układy współrzędnych (np. początek współrzędnych oparty na przybliżonym środku oporu zęba)17,18,19,20,21.

Badania ograniczono do łuku szczęki, dzięki czemu podniebienie i jego bruzdy mogły być wykorzystane do rejestracji przewidywanych i osiągniętych modeli. Wcześniej rejestracja modelu była dokonywana przy użyciu nieleczonych lub przypuszczalnie stabilnych zębów bocznych 16,17,18,19, algorytmów najlepszego dopasowania ^20,21, miniśrub^26,27, tori²⁹, implantów³⁰, podstawy czaszki³¹ lub innych struktur kostnych³². W jednym z niewielu wcześniejszych badań wykorzystujących nakładanie podniebienia do oceny skuteczności przezroczystych nakładek, Dai i wsp. porównali osiągnięte i przewidywane ruchy zębów szczękowych pierwszych zębów trzonowych i siekaczy centralnych w przypadkach ekstrakcji²⁸, chociaż nie podali indywidualnych różnic w położeniu i orientacji zębów z sześcioma stopniami swobody zastosowanymi w tym i innych badaniach^{20, Lokal mieszkalny 21}.

Zęby przednie nie zostały uwzględnione w tym protokole, ponieważ kształty ich koron klinicznych były zbyt trudne do orientacji w globalnym układzie współrzędnych używanym przez CloudCompare do wyrażania jego transformacji. Jednak przedtrzonowce i trzonowce miały wystarczające punkty orientacyjne zgryzu i regularność powierzchni twarzy, aby umożliwić zorientowanie powierzchni okluzyjnej każdego leczonego zęba, długiej osi i ramki granicznej na początek układu współrzędnych i współrzędnych świata.

Użycie macierzy transformacji w celu dostarczenia informacji translacyjnych i rotacyjnych opisujących ruch zęba podczas rejestracji wymaga przestrzegania określonych konwencji. CloudCompare wykorzystuje konwencję Taita-Bryana, w której najpierw przyjmowana jest sekwencja obrotu osi ZYX, a następnie translacje 3D ze świata zero potrzebne do ukończenia meczu. Ponieważ kąty przedstawione w tym badaniu odzwierciedlają konwencję Taita-Bryana³³, badania wykorzystujące różne konwencje dałyby różne wyniki. Wyrównanie zęba po leczeniu do początku świata i współrzędnych zapewniło pomiary wskazujące przesunięcie w stosunku do pierwotnego położenia zęba i kierunki określone przez specyficzną anatomię powierzchni każdego zęba.

Ogólnie rzecz biorąc, nasze wyniki wykazały, że rotacja i moment obrotowy osiągniętej pozycji zęba różniły się statystycznie i klinicznie istotnie od przewidywań, z większą rotacją mezjalną i momentem obrotowym policzkowym po leczeniu przezroczystymi nakładkami. Podczas gdy ruch rotacyjny w pierwszych zębach trzonowych szczęki był stosunkowo udany, derotacja w pierwszych i drugich zębach przedtrzonowych była bardziej problematyczna, co sugeruje, że morfologia koron przedtrzonowych może przyczyniać się do tej różnicy. Wyniki te są podobne do niedawnego badania przeprowadzonego przez Al-Nadawia i wsp., którzy odkryli, że dokładność ruchów zębów tylnych w przypadku protokołu 7-dniowego nie jest tak dokładna, jak w przypadku 14-dniowego protokołu dla intruzji, intruzji dystalnej, końcówki dystalnej korony i momentu obrotowego korony policzkowej³⁴. W celu ustalenia, czy dokładność Invisalign poprawiła się dzięki nowszej technologii, Haouili i wsp. zaktualizowali pionierskie badanie Kravitz i wsp.¹⁷ i stwierdzili również najmniejszą ogólną dokładność przy rotacji, co jest szczególnie trudne w przypadku kłów, przedtrzonowców i trzonowców ²¹.

Dane dotyczące translacji nie wykazały statystycznie istotnych różnic we wszystkich trzech kierunkach, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami. Simon i wsp. stwierdzili, że dystalizacja górnych zębów trzonowych była najskuteczniej przewidywanym ruchem¹⁸. Niestatystyczną, ale klinicznie istotną różnicę w przewidywaniach zauważono dla ruchu okluzyjno-dziąsłowego w pierwszych zębach trzonowych w obecnym badaniu, które miały tendencję do nieznacznego naruszania w stosunku do ich przewidywanych pozycji. Haouili i wsp. wskazali również, że chociaż wytłaczanie siekaczy szczęki poprawiło się dzięki zastosowaniu zoptymalizowanych nasadek do wytłaczania, wytłaczanie zębów trzonowych szczęki i żuchwy miało najniższą dokładność²¹.

W niniejszym badaniu ruchy zębów z nasadkami nie różniły się od ruchów zębów bez nasadek w osiąganiu pożądanych ruchów zębów. Ruchy zębów ze zoptymalizowanym mocowaniem wydawały się nieco niedokładne w przypadku ruchu obrotowego. Chociaż zęby ze zoptymalizowanym mocowaniem wykazywały dokładniejszy ruch zębów momentu obrotowego w porównaniu z konwencjonalnymi nasadkami lub bez nich, ogólne ruchy zębów momentu obrotowego były trudne. Kravitz i wsp. stwierdzili, że przyczepy mogą zapewnić niewielką poprawę kliniczną przy ruchach rotacyjnych w porównaniu z brakiem przyczepów; Nie ma to jednak istotności statystycznej¹⁶. Z drugiej strony Simon i in. stwierdzili, że przyczepy są znacząco korzystne podczas derotacji przedtrzonowców¹⁸. Cortona i wsp. również zajęli się kwestią wynikającą ze skończonego badania, że najskuteczniejszym sposobem derotacji okrągłych zębów żuchwy jest dodanie pojedynczej nasadki z aktywacją nakładki pod kątem 1,2°³⁵. Nucera i wsp. dokonali systematycznego przeglądu wpływu mocowań kompozytowych na leczenie przezroczystymi nakładkami i przedstawili sprzeczne wyniki w aktualnej literaturze³⁶. Brak dowodów uzasadnia dalsze badania kliniczne w celu wyjaśnienia wpływu przyczepów oraz ich liczby, rozmiaru, kształtu i położenia na każdy ruch ortodontyczny.

Ogólnie rzecz biorąc, Invisalign osiągnął większość przewidywanych ruchów zębów tylnych u młodzieży i dorosłych z łagodnymi lub umiarkowanymi wadami zgryzu. W szczególności przewidywana derotacja przedtrzonowców szczęki, a zwłaszcza pierwszego przedtrzonowca, była bardziej wymagająca. Wszystkie zęby boczne szczęki miały tendencję do skręcania się policzkowo bez odpowiedniej kontroli momentu obrotowego. Im bardziej dystalnie ustawiony ząb, tym bardziej nieprzewidywalny wynik. Z załącznikami lub bez, lub różne rodzaje załączników wydawały się nie mieć znaczenia w przewidywaniach. Ogólnie rzecz biorąc, do osiągnięcia wszystkich przewidywań konieczne byłyby dodatkowe udoskonalenia lub nadmierna korekta. Porównanie modeli przewidywanych przez Invisalign z klinicznie uzyskanymi modelami cyfrowymi w łuku szczęki może przynieść korzyści dzięki rejestracji modelu wykorzystującego zarówno cechy podniebienne, jak i zębowe, segmentację poszczególnych zębów oraz transformacje matematyczne stosowane do ich dopasowania.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
ChmuraPorównaj	Oprogramowanie na licencji GPL	Wersja 2.11	oprogramowanie open-source (https://www.cloudcompare.net/)
Oprogramowanie Meshmixer	Firma Autodesk, Inc.
Nosorożec 5.0	Roberta McNeela & Associates	w wersji 5.0