偏頜患者虛擬排牙的根骨關系研究

林雪芬，寧楠，馬馳，陳沐寒，史曉揚，劉洪，張純溪，劉東旭傳統的隱形矯治虛擬排牙通過激光掃描石膏模型或者口內掃描獲取虛擬牙頜模型進行牙齒移動設計，這種排牙不包括牙根與頜骨。然而在正畸診療過程中，骨開窗、骨開裂、牙根吸收、牙根不平行等是常見的并發癥[1]。錐形束CT(CBCT)不能精細呈現牙冠的解剖形態，但可以呈現牙根、牙槽骨的信息，而虛擬牙頜模型可以提供精細的牙冠、軟組織形態，將CBCT根骨信息與虛擬牙頜模型相融合，已被證實可以重建出精確的、可重復的、數字化根骨信息的三維整合牙頜模型[2-8]。本研究對11例偏頜代償患者，分別采用傳統牙頜模型和含根骨信息的三維整合牙頜模型進行隱形矯治虛擬排牙，對比兩種排牙方案移動設計、牙根外露、牙根平行度等差異，探討根骨信息在正畸診斷性排牙中的重要性。1資料與方法1.1研究對象該研究獲得山東大學口腔醫學院倫理委員會的批準(NO.20210817)，患者均簽署知情同意書。選擇2018—2021年于山東大學口腔醫學院口腔醫院正畸科就診的骨性偏頜患者11例(女9例，男2例)；年齡(19.55±4.03)歲。納入標準：①脊椎骨齡：CS5期或CS6期；②上頜中線與面部中線相一致，下頜在下頜姿勢位和正中咬合位都與面部中線不一致，頦下點偏離面部中線≥2mm；③恒牙列完整，輕中度牙列擁擠，無冠修復史。排除標準：①面部外傷、腫瘤史；②髁突肥大及其余導致顏面發育性不對稱的疾病。1.2數字化模型的建立1.2.1掃描與數據處理治療前獲取該患者的牙冠數據與根骨數據。采用數字化口內掃描儀(IteroElement2，美國)獲取患者口內牙冠數據，用軟件重建出STL格式的三維數字化模型。采用CBCT(5G;NewTom,Verona,意大利)獲取患者根骨數據。拍攝時患者保持牙尖交錯位，CBCT體素分辨率為0.3mm，掃描參數設定為110kV，5mA，以醫學數字影像和通信(digitalimagingandcommunicationsinmedicine，DICOM)格式保存。1.2.2虛擬排牙將患者的牙冠數據、CBCT數據、X線全景片、頭顱側位片、面相數據上傳至易美齊病例管理系統(美齊科技有限公司，杭州)。此時可獲取患者治療前(P0)的不含根骨信息的傳統牙頜模型。由專業的虛擬排牙工程師按照根據醫生指示對P0傳統牙頜模型進行排牙。醫生指示為：①維持上切牙矢狀向位置，通過上頜擴弓，必要時推磨牙向后解除牙列擁擠；②下頜推磨牙向后，必要時結合鄰面去釉解除擁擠；③以面部中線為基準，調整上下頜中線；④根據Andrews六項標準[9]進行排牙，最終使牙列排齊整平，建立正常覆覆蓋及Ⅰ類咬合關系。最終獲取目標位牙頜模型，即不考慮根骨信息時建立的目標位(P1)。1.2.3建立三維整合牙頜模型上傳CBCT數據至易美齊病例管理系統后，由專業的工程師根據CBCT數據進行閾值分割，三維重建，獲取包含牙根信息的上下牙列模型和頜骨模型。將該模型與P0牙冠模型進行配準、整合，得到P0包含根骨的三維整合牙頜模型。同時，將CBCT根骨信息與P1牙頜模型配準、整合，獲取P1的三維整合牙頜模型。1.2.4結合根骨信息進行排牙讓同一工程師采用P0三維整合牙頜模型重新進行排牙設計，獲取新的目標位的三維整合牙頜模型，即考慮根骨信息時建立的目標位(P2)。1.3測量方法將P0、P1和P2的三維整合牙頜模型以STL格式導出，并導入3-Matic軟件中。1.3.1牙根外露的判斷本項研究以治療前牙槽骨作為牙齒移動的限度。判斷每個牙位頰舌側牙根外露的情況，牙根外露1.3.2牙根平行度的判斷如圖1所示，用3-Matic軟件中計算慣性軸的功能重建出每個牙的牙軸。觀察牙根之間位置關系，如果存在相鄰牙牙根明顯相近，相鄰牙牙軸明顯不平行的情況，則認為牙根不平行。記錄存在牙根不平行的牙位。灰色：P1虛擬排牙模型；藍色：P2虛擬排牙模型。相鄰鄰牙牙根明顯靠近，牙軸明顯不平行(箭頭)1.3.3兩個方案的移動方式比較獲取P1、P2方案的移動量表，設置伸長、頰向整體移動、近中整體移動、近中舌向扭轉、近中軸傾度、頰向轉矩移動變化為正值，反之為負值。另外，3-Matic軟件中的部分比較分析(partcomparisonanalysis)功能可估算兩個模型之間的對應點，分析出對應點之間的距離并且用顏色變化來顯示距離的大小。本研究采用此功能直觀地從三維方向上展示P1和P2的差別。1.4統計學分析2結果ICC>0.9，表明數據測量有足夠的可靠性。2.1移動方式的比較如表1～2所示，上頜偏斜側側切牙至第二磨牙，非偏斜側第一前磨牙，下頜偏斜側側切牙至第一磨牙，非偏斜側第一前磨牙到第一磨牙的頰舌向整體移動或轉矩存在顯著性變化(P<0.05)。此外，上頜偏斜側側切牙的軸傾度，非偏斜側側切牙、尖牙的近遠中整體移動存在顯著性差異(P<0.05)。表1P1與P2的上頜牙齒移動量差異距離偏差色階圖中的彩色模型代表了P1、P2兩個模型間的距離差異。如圖2所示，牙齒移動變化主要集中于牙根位置的變化。2.2牙根外露的比較如圖3所示，P2相比P1，能顯著改善牙根外露狀況。表3可見，牙根外露改善的牙位主要集中于上頜偏斜側尖牙、前磨牙、磨牙、非偏斜側前磨牙的頰側，與下頜偏斜側切牙、尖牙、前磨牙的舌腭側。表3P1、P2牙根外露得分差異2.3牙根平行度的比較卡方檢驗結果顯示P=0.00，說明P2模型相比P1能顯著改善牙根不平行的狀況。在P1模型中牙根不平行部位主要位于尖牙至第一前磨牙(53.13%)，其次為中切牙至側切牙(21.88%)，第一前磨牙至第二前磨牙(18.75%)，側切牙至尖牙(6.25%)之間。3討論將牙根信息納入診斷性排牙十分有必要。正畸治療的目標是協調、美觀和穩定。為了實現這個目標，通常遵循Andrews六要素進行排牙[9]。Andrews六要素是Andrews測量了120副非正畸治療的正常模型總結出來的正常的6個標準，但Andrews單純通過牙冠來判斷牙齒的軸傾度、轉矩，已被證實是不夠準確的，因為牙冠形態、冠-根角、牙冠長度具有多變性[10-12]，對牙齒角度的判斷應當結合牙冠與牙根[13]。另外，美國正畸委員會(AmericanBoardofOrthodontics，ABO)將牙根平行制定為評估正畸療效的標準之一[14]。有文獻表明，嚴重的牙根不平行導致的相鄰牙根距離小于1mm會導致水平骨吸收，加速牙周破壞[15-16]。牙根平行不僅可以減少正畸結束后的復發，還意味著各個牙齒更好的軸傾度與轉矩，保證最大面積的咬合接觸，更合適的咬合力分布[4]。表2P1與P2的下頜牙齒移動量差異A～E：距離偏差色階圖，選用的范圍為-3～3mm。綠色區域表示2個模型距離在閾值范圍(-3～3mm)內，藍色和紅色區域分別代表2個模型距離<-3mm與>3mm；F～G：P1、P2的模型疊加，P1為灰色，P2為藍色診斷性排牙時，牙冠排列正常并不意味著牙根排列正常。本項研究顯示，在缺乏牙根信息的條件下進行診斷性排牙(P1)不能準確排列牙根，容易發生骨開窗、骨開裂、牙根不平行的情況。以往侯瑜琳等的研究中，不同的操作者采用牙冠模型進行排牙，亦均存在牙根不平行和多處牙根外露現象[17]。本研究中，可見偏斜側上后牙頰側，下前牙區腭側牙根外露程度高，推測與研究對象的骨性錯畸形相關。該研究所選樣本為骨性偏頜患者，其牙齒代償具有上下頜、左右側牙齒傾斜的不一致性。表現為偏斜側后牙反，或上后牙頰傾，下后牙舌傾；非偏斜側上后牙舌傾，下后牙頰傾；偏斜側牙齒代償更嚴重[18-19]。偏頜患者中骨性Ⅲ類占比大，常表現為反或者上前牙唇傾，下前牙舌傾的前牙區代償。所以，因其骨性結構的局限性，若要建立正常的前后牙覆蓋，對于牙根的定位勢必要求更高。另外，本研究發現牙根不平行的情況多集中于尖牙與第一前磨牙之間，占了54.13%，這可能與尖牙的特殊位置與解剖結構相關。尖牙位于牙弓的轉折處，它與第一前磨牙的牙根間空間是牙弓中后段最小的[20]，而尖牙又是牙根最粗壯的牙位，所以更容易發生牙根相近，牙根不平行的情況。灰色：P1虛擬排牙模型；藍色：P2虛擬排牙模型。可見P1模型存在更多的牙根外露(箭頭)，主要集中于上頜后牙頰側與下前牙舌側結合根骨信息，采用三維整合牙頜模型進行診斷性排牙(P2)可以有效改善這些情況，降低相關風險。P2模型相對于P1模型的移動設計，集中于頰舌向整體移動與轉矩的變化，尤其是通過增大上頜偏斜側后牙牙根的舌向移動量來增大正轉矩，增大下前牙區負轉矩實現。由圖2也可見都是對牙根位置的優化。通過牙根位置的優化，P2模型的牙根外露、牙根平行度得到了明顯的改善。Goglin-Benoit等亦發現將根骨信息整合進模型進行排牙，可以優化正畸矯治，尤其目標位牙根平行度的優化[21]。三維整合模型的優點還在于可以在治療期間任意時間點進行牙根位置的評估，而不需要接受額外的影像輻射[4]。當需要支抗釘加強支抗時，可視化治療前和治療后的根骨關系，可以輔助支抗釘定位，避免與牙根的碰撞或對牙齒移動路徑的阻礙[22]。所以，將牙根和頜骨納入虛擬矯治設計，有助于臨床醫生診斷分析、制定治療計劃和監控