兩種3D打印導板在托槽間接粘接中的準確性比較

楊椿浩，李巖峰，夏冬，施婷婷

解放軍總醫院第四醫學中心口腔科，北京100048

前言

1972年，Silverman 等［1］提出正畸托槽間接粘接技術并應用于臨床實踐。正畸間接粘接是一種通過在患者的矯治前模型上直視而確定托槽的位置并制作間接粘接轉移導板完成托槽口內粘接的技術。眾多研究報道均表明間接粘接具有較好的準確性及粘接必要性。傳統的間接粘接技術在提高托槽定位準確性的同時由于操作步驟繁瑣需要消耗大量的時間且任一步驟的差錯都會影響最終矯治效果［2］。近年來，依托數字化信息技術、精密機械及材料學等多學科交叉聯合發展起來的3D打印技術正越來越廣泛地應用于口腔醫療領域［3］，由于其可快速而精確地制造復雜精密裝置，具有廣泛的臨床應用前景，現已成為正畸領域最熱門的技術之一［4］。與此同時，數字化掃描技術的成熟與應用［5‐6］以及在此基礎上與醫學影像、Mimics軟件、有限元分析軟件等的聯合應用［7‐8］實現了牙冠、牙根、牙槽骨、軟組織的整合，使得醫護人員能更快速、準確地獲取患者全方位的三維信息［9］，從而完成對患者的診斷、模擬治療及治療效果的預測，當然也能夠完成對托槽的輔助定位［10］。只需要通過計算機輔助設計軟件即可完成托槽的定位，進而完成轉移導板的制作［11］。由于3D 打印技術可使材料具有靈活多變的設計性，國內外對用于間接粘接的3D 打印導板樣式報導不一，常見有整段式多牙位和單牙位的導板。本研究探討了整段式多牙位與單牙位3D打印導板在托槽間接粘接時的準確性。

1 資料與方法

1.1 設備與材料

采用3Shape TRIOS?Standard口內掃描儀（3Shape，丹麥，掃描精度20 μm）；3D 打印機ProJet?3510 DP（3D Systems，美國）；打印材料VisiJet?StonePlast（丙烯腈‐丁二烯‐苯乙烯共聚物）；正畸托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTTM；粘接劑3M Unitek TransbondTMXT（3M, 美國）；正畸噴砂機（Masel,美國）；光固化燈（Dentsply,美國）；離體牙；基托樹脂材料（上海新世紀齒科材料有限公司,中國）。 計算機輔助設計軟件包括3Shape OrthoAnalyzerTM和3Shape Dental System（3Shape, 丹麥）；Mimics（Materialise,比利時）。

1.2 實驗方法

1.2.1 建模體外收集140 顆離體牙（唇頰面無明顯缺損、充填體，牙冠形態正常），消毒處理備用。按照牙弓形態在體外排牙，建立5 副上、下頜正畸錯模型，排牙標準：安氏I 類、擁擠度＜4 mm、Spee 曲線深度0～2 mm、牙齒扭轉＜5°。利用高速渦輪手機及微創車針（固美車針HM249M.314.007）分別在牙冠的頸1/3 沿牙長軸近遠中鄰面距離相等唇面最凸點（約距齦緣2 mm 處）、切/1/3 遠中（距鄰接點約1 mm 處）的位置做標記點，用于實驗測量，并以此模型作為實驗模型（圖1）。

圖1 上、下頜模型Fig.1 Maxillary and mandible model

1.2.2 實驗方法計算機輔助設計、3D 打印制作間接粘接整段式導板：利用3Shape TRIOS?Standard 口內掃描儀，對實驗模型分別進行數字化掃描，由此建立數字化牙頜模型（圖2）。

在3Shape 軟件內處理數字化模型，標記每牙近遠中接觸點及其齦緣線以完成齒齦分離，確定牙冠長軸方向和臨床冠中心。選取上頜雙側第一磨牙近中頰尖頂及中切牙接觸點，確定3點構成的平面為咬合平面。調取3Shape OrthoAnanlyzerTM正畸分析軟件托槽數據庫中實驗所用托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTTM的數據，系統自動將托槽與相對應牙齒的臨床冠中心進行匹配，由正畸醫生根據牙齒扭轉不齊情況適當調整個別托槽位置，確保托槽位置理想并將此時的實驗數據以.stl格式保存。

利用3Shape Dental System軟件打開以.stl格式保存輸出的托槽及牙齒模型數據，并用此軟件設計上下頜前牙及前磨牙的間接粘接3D打印導板。首先，將托槽和牙齒數據進行擬合，根據牙列情況選取導板就位方向，設定導板厚度1 mm；然后，軟件根據所選就位方向，自動填充該就位方向上的倒凹，由此設計整段組導板。將導板數據輸入3D打印設備，由3D打印設備Projet 3510 DP對材料VisiJet?StonePlast進行選擇性激光燒結成型，打印出實體托槽轉移導板（圖3）。

圖3 數字化設計及3D打印導板Fig.3 Digital design and 3D printed guide plates

將托槽放入3D 打印整段式導板內，利用正畸粘接劑3M Unitek TransbondTMXT完成對托槽的間接粘接（圖4）。

圖4 托槽歸位及完成托槽粘接Fig.4 Bracket reset and bracket bonding completed

利用Mimics軟件對數字化實驗模型上托槽特定點（托槽下翼與背板交接點及托槽遠中下翼凸點，圖5）與牙冠標記點間距離進行3 次測量并記錄。利用改良游標卡尺（圖6），對如上完成托槽轉移后的托槽特定點與標記點間距離進行3次測量并記錄。

圖5 標記點Fig.5 Markers

圖6 改良測量尺Fig.6 Improved measuring scale

采用上述方式重新制作3D打印單牙式導板并對托槽進行間接粘接的定位轉移；同時，分別利用Mimics 軟件和改裝后數字游標卡尺對托槽特定位置至標記點間距離進行3次測量并記錄。

1.2.3 統計學分析利用SPSS 20.0軟件對5副模型其中100 個牙位的實驗數據進行統計學分析。整段組與單牙組兩組均對每牙位測量點間差值絕對值取和后數據進行參數檢驗，確認符合正態性及方差齊性后進行配對t檢驗，若P＜0.05 認為差異有統計學意義。

2 實驗結果

3D 打印法制作的整段組和單牙組導板對托槽進行間接粘接后，兩者進行統計學分析結果表明3D打印導板整段組測量點間差值的均數±標準差為（0.21±0.05）mm，3D 打印導板單牙組測量點間差值的均數±標準差為（0.22±0.05）mm，兩者無統計學差異（P=0.078）。但在實驗中，由于相較于單牙式單板需多次粘接方可完成半模型托槽的定位與粘接，整段式導板可一次粘接完成半模型定位與粘接，整段式導板在使用過程中相對更加便捷。

3 討論

目前，3D 打印技術在口腔正畸領域中主要應用于個性化托槽、正畸模型、間接粘接導板以及支抗釘定位導板的制作［12‐14］。國內外對于3D 打印制作間接粘接導板均有報道；但由于3D 打印制作間接粘接導板受到打印材料的限制［15］，國內外常見報道的3D 打印導板多為單顆牙齒的或者是分段式的導板［16‐17］。然而，本實驗所采用的模型無明顯牙列擁擠、不齊，為了尋求準確便捷的3D 打印法導板，本實驗所用3D打印法導板為單牙組和整段組間接粘接轉移導板。

關于間接粘接準確性的研究報道較多，然而評價轉移導板準確性的方式不一。陳慧等［18］通過測定牙尖或切角到托槽特定點間距離以及托槽在牙面粘接前后的角度變化來判斷托槽的準確性；Nichols等［19］及Grünheid 等［20］通過對轉移前后的托槽進行數字化重疊匹配，研究轉移導板的準確性。但是對于間接粘接導板對托槽轉移定位準確性的研究則少之又少。Castilla 等［21］通過相機拍照記錄托槽粘接后近遠中位置的變化、利用數字化卡尺測量頰舌向位置的變化，以此研究5 種間接粘接轉移導板間的準確性。本實驗研究方法借鑒了Castilla 等［21］的研究方法，利用數字化測量尺對托槽特定點與牙面不同平面的標記點間進行三維方向上的測量，并進一步分析，以研究兩種間接粘接轉移導板的準確性。

通過預實驗得出數據發現，3D 打印間接粘接轉移導板整段組與單牙組分別對托槽進行轉移定位后，相同牙位間差值其均數±標準差為（‐0.025±0.077）mm。根據［22］，同時根據統計學家建議參數α=0.05 則Z0.05/2=1.96、β=0.20 則Z0.20=0.842，計算得出所需樣本量N=75，因此若比較3D 打印導板整段組和單牙組對托槽定位的準確性，欲使保持置信水平為95%，檢驗功效為0.8，共需要75 個牙位的比較。因此，本實驗收集了140個離體牙按照牙列形態進行排列5 副牙頜模型，并對其中100 個牙位的數據進行了分析。

利用間接粘接導板對托槽進行間接粘接的轉移定位，間接粘接導板的精確度是在臨床應用中必須考慮的核心問題，通常認為導板的精度是由多個環節決定的，包括數字化圖像的采集，擬合配準，導板的制作、打印以及術中操作等環節［23］。而對本實驗3D 打印間接轉移導板間比較而言，因由同一設備完成數字化圖像的采集、同一軟件進行擬合匹配、同一設備進行導板打印，在分析兩種3D 打印導板對托槽定位準確度時僅需主要考慮導板的設計及術中操作兩個環節。通過實驗發現，利用3D 打印制作導板對托槽進行轉移定位后，無論是利用整段組還是單牙組導板進行托槽轉移定位，其多方向配準精度誤差和約在0.21～0.23 mm 內，且兩種打印導板的準確性并無明顯差別，兩者均可滿足臨床對托槽的準確轉移定位要求。這主要得益于高精度的3D打印技術以及規范的臨床操作。輕度錯的實驗模型可使得3D打印整段組導板既可保證共同就位道又對托槽定位具有較高的準確性；同時高精度的打印技術可使得導板與設計保持一致，無論是整段式還是單牙式導板均可確保導板的精確度。通過規范的臨床操作，托槽經過間接粘接后位置基本與原設計保持一致。

目前，計算機輔助制作的3D 打印導板簡化了繁瑣的導板制作步驟僅僅是其優勢之一，其最大且不可替代的優勢在于其可結合CBCT 影像學及模型數字化信息進而按照正常6 項標準［24］排齊牙齒，在治療計劃中既考慮臨床冠的整齊又考慮牙根在頜骨內的位置，避免矯正治療后出現骨開窗等并發癥的可能性，使矯治更加科學、可預測和準確［13］。

計算機輔助設計軟件在制作3D打印整段組導板時，為了獲得共同的就位道會自動填補倒凹以便導板就位與取出，因此整段組導板對于如輕度不齊的錯牙列進行托槽的間接粘接定位可以確保準確性。但若患者的牙列明顯不齊并伴有扭轉，此時仍利用3D 打印整段式導板進行間接粘接時，托槽與3D 打印導板間密合性下降，此時是否仍能取得較高的準確性尚需進一步的研究驗證。對于牙列明顯不齊的患者，可考慮通過多個就位道式設計制作幾個分段式的間接粘接導板；若患者牙列嚴重不齊伴有牙齒扭轉的情況時，可以考慮單牙位導板。隨著對新材料的探索，或許會研發出可口內黏膜放置的、具有一定彈性的、具有較高生物安全性的打印材料，3D打印導板會越來越廣泛地應用于正畸間接粘接領域。

4 結論

在本實驗條件下制作的3D打印導板無論是整段組還是單牙組導板對托槽進行間接粘接定位的準確性并沒有明顯差別，均可滿足對托槽轉移準確性的要求，但相對此實驗研究模型，整段組導板在臨床粘接過程中更加便捷。