無托槽隱形矯治進展評估功能的準確性研究

李博 許益蒙 史睿穎 胡憶戎 劉思穎 顧澤旭

軍事口腔醫學國家重點實驗室，國家口腔疾病臨床醫學研究中心，陜西省口腔疾病臨床醫學研究中心，第四軍醫大學口腔醫院正畸科，西安 710032

無托槽隱形矯治自其問世以來由于其較好的舒適性、美觀性，逐漸成為醫生和正畸患者的選擇，其矯治范圍也不再局限于簡單錯畸形[1-3]。無托槽隱形矯治的廣泛應用也推動了其自身發展，Invisalign 公司推出的口腔數字化掃描（下文簡稱口掃）設備iTero element自帶的軟件具有記錄并分析治療進展的評估功能，旨在幫助正畸醫生臨床監控患者各個階段治療的效果。

患者在復診時進行一次口掃，iTero 軟件的進展評估功能能夠將口掃獲得的數字模型與治療初診牙列數字模型重疊，對比觀察經過一段時間治療后患者牙齒的移動情況；也可將口掃獲得的數字模型與該階段3D 矯治方案設計相對應矯治步數的預期效果進行擬合，進而評估患者牙齒移動情況是否符合方案設計。但是在臨床應用中，觀察以硬腭為參考重疊的“階段”治療前后的模型[4]時發現，未設計移動的上頜磨牙也發生了不同程度的移動，而iTero 軟件的分析結果則顯示患者上頜磨牙并未發生明顯的移動，這可能是由于其將未設計移動的牙齒作為模型重疊參考標志所致。封穎麗等[5]研究發現，在無托槽隱形矯治中，未設計移動的上頜磨牙在階段治療后，其會在三維方向上發生不同程度的移動。本研究選取采用無托槽隱形矯治的成年患者，以硬腭為重疊標志，通過實際三維模型重疊測量其階段治療后上頜牙齒在水平面上的實際移動數據，與iTero 軟件的進展評估功能分析所得的結果進行比較，研究其準確性，為正畸醫生臨床合理應用iTero 軟件的進展評估功能提供一定的參考。

1 材料和方法

1.1 樣本采集

本研究為回顧性病例對照研究，選取2018 年1 月—2021 年1 月至第四軍醫大學口腔醫院正畸科就診并采取Invisalign 無托槽隱形矯治的成年患者共19 例，其中拔牙病例4 例，女性18 例，男性1例，年齡（28.7±5.4）歲。

納入標準：1）全程采用Invisalign無托槽隱形矯治；2）恒牙列，第二磨牙萌出并建；3）依從性好，配合使用咬膠，每2 周更換一步矯治器，每日佩戴不少于22 h；4）硬腭發育良好、腭皺襞清晰；5）牙冠形態良好、無異常磨耗、無不良修復體。

排除標準：1）腭皺襞因外傷等原因引起組織形態變化者；2）牙齒因牙體或修復治療導致牙冠形態或位置變化者；3）牙周病或曾進行過牙周手術者。

所有病例均由專業人員使用藻酸鹽印膜材制取質量合格的初診及階段治療石膏模型。

1.2 研究方法

1.2.1 測量指標與分組 在初診和階段治療（階段治療是依據患者在整個治療時期主要設計的牙齒移動形式劃分的，如擴弓階段、前牙內收階段）后進行2 次測量，采用iTero 軟件的進展評估測量的記為iTero 組；在實際三維模型中進行測量的記為AM（actural measurement，實際測量）組。測量指標：1）上頜牙水平面移動距離，19 例患者的124顆上頜牙齒在水平面的移動距離；2）4個牙列寬度分析指標，分別為上頜尖牙間寬度、下頜尖牙間寬度、上頜磨牙間寬度、下頜磨牙間寬度，上頜尖牙間寬度組因個別樣本的上頜尖牙存在缺失、阻生，故在初診、階段治療后的樣本量分別為17、18例。

1.2.2 AM 組模型的獲取、重疊和測量 采用R700模型掃描儀（3shape 公司，丹麥）掃描初診和階段治療后的石膏模型，獲得數字化模型stl（Ste‐reolithography）格式文件，將數字化模型導入Ma‐terialise ProPlan CMF 3.0 軟件，選取硬腭腭皺襞表面[4]為基準進行三維重疊（圖1），再將重疊模型導入Geomagic Studio 2013（3D System 公司，美國）軟件，使用色譜偏差分析對配準后的模型進行模型重疊匹配度檢測（圖1）。

圖1 重疊參考標志示意圖及偏差分析Fig 1 Schematic diagram of overlapping reference markers and deviation analysis

應用Geomagic Studio 2013 軟件（3D System公司，美國）建立坐標系，將初診上頜數字化模型作為基準模型，定位XY 平面（圖2A）、ZY 平面（圖2B）、XZ 平面（圖2C），X 軸、Y 軸、Z 軸分別代表橫向、矢狀向、垂直向。測量標志點的選?。?）前牙區選擇尖牙的牙尖點和切牙的切嵴中點；2）后牙區每個牙位選擇一個牙尖點，牙尖點的選擇為在iTero軟件中能夠清晰確認的牙尖點。分別獲取初診和階段治療后標志點的三維坐標（X、Y、Z），記為初診（T0）和階段治療后（T1），其坐標差值 ΔX=XT1?XT0、ΔY=YT1?YT0、ΔZ=ZT1?ZT0，代表階段治療前后該點三維方向位移量，計算牙齒標志點投影在XY 平面移動量ΔLXY=上、下頜雙側尖牙牙尖距離為尖牙間寬度，雙側第一磨牙頰面最突點距離為磨牙間寬度。

圖2 建立坐標系Fig 2 Set up the coordinate system

1.2.3 iTero組數據的獲取與處理 患者在初診和階段治療后，口掃獲得其口內牙列數字化模型，應用iTero軟件的進展評估功能，進入模型重疊界面，將其自動重疊完成的模型調整至與實際測量模型重疊定義的XY 平面同一平面，截圖獲取上頜牙列的水平面圖像，應用圖像分析軟件Image J 測量上頜牙齒在水平面的移動距離（圖3），其中若iTero軟件顯示牙齒移動方向與實際測量相反，則Image J軟件測量牙齒在水平面移動數據記為負值。iTero軟件的進展評估功能可自動分析口掃所得數字化模型的寬度，記錄其模型寬度分析數據。

圖3 Image J軟件測量上頜牙齒在水平面的移動距離Fig 3 Image J software measures the horizontal movement of the maxillary teeth

1.3 統計學分析

采用SPSS 22.0 軟件進行統計分析，所有模型均由同一人進行測量，2 周后隨機抽取20%患者，重新測量，采用組內相關系數（intraclass correla‐tion coefficient，ICC）進行一致性分析。對矯治前后牙齒移動數據及模型寬度分析數據進行K-S正態性檢驗，數據不服從正態分布，采用Wilcoxon 秩和檢驗；服從正態分布，則采用配對樣本的t檢驗。符合正態分布數據以均數±標準差表示，不符合正態分布的數據以中位數（上、下四分位數）表示，檢驗水準α=0.05，P<0.05有統計學意義。

2 結果

2.1 一致性分析結果

本研究采用ICC 進行一致性檢驗，檢驗結果示，iTero 組、AM 組數據組內相關系數均大于0.75，一致性較好，數據測量結果可靠。

2.2 2組上頜牙水平面移動距離的測量結果

iTero組上頜牙水平面移動距離的中位數（上、下四分位數）為2.31（1.59，3.22）mm；AM 組上頜牙水平面移動距離的中位數（上、下四分位數）為1.79（1.21，3.03） mm，采用 Wilcoxon 秩和檢驗比較發現，AM 組數據小于iTero 組，且差異有統計學意義（P<0.05）。繪制成箱狀圖（圖4）可見，iTero 組的中位數、上四分位數、下四分位數均大于AM 組，即AM 組的牙齒移動距離小于iTero組的顯示情況。

圖4 iTero組與AM組上頜牙齒水平面移動距離箱狀圖Fig 4 The box plot of horizontal movement distance of maxil‐lary teeth in iTero group and AM group

2.3 2組牙列寬度分析數據的比較

分別比較iTero 組與AM 組的牙列寬度分析數據，結果如表1所示，兩組在階段治療前后的牙列寬度指標數據的差異無統計學意義（P>0.05）。

表1 iTero組與AM組牙列寬度分析的比較Tab 1 Comparison of dentition width analysis between iTero group and AM group

3 討論

3.1 無托槽隱形矯治進展評估的臨床應用

Invisalign 公司設計制造的iTero 軟件提供了進展評估功能，旨在輔助正畸醫生在臨床診療工作中更加方便、準確、高效地評估階段治療后患者口內的牙列情況，患者復診時進行1次口掃，進入iTero 軟件的進展評估功能界面后可以看到，評估結果以不同顏色表示：綠色牙位表示該牙位牙齒移動與3D 矯治方案設計一致；白色牙位表示該牙位未設計移動，牙齒未發生移動；黃色牙位表示該牙位牙齒移動速度較慢，未達到矯治設計預期位置；紫色牙位表示該牙位牙齒移動方向與矯治設計牙齒移動方向相反；灰色牙位表示該牙位牙齒未發生移動。通過重疊功能，可以對比觀察牙齒移動情況，基于此，正畸醫生結合臨床檢查，可快速評估患者此階段治療效果。

但是，由于技術專利問題，Invisalign 公司并未對外公布應用iTero 軟件進行進展評估時治療前后數字化模型重疊所采用的方法，國內外也無文獻對其準確性做出表述，并且Invisalign 3D 矯治方案設計中無法讀取每一步設計牙齒三維方向具體移動數值，正畸醫生只能通過顏色進行定性評估，對于牙齒移動距離、移動方式無法得到具體結果，這就導致正畸醫生無法準確評估牙齒移動效果。

3.2 無托槽隱形矯治牙齒實際移動評估方法

目前，臨床常采用數字化模型重疊方法評估無托槽隱形矯治牙齒的實際移動效果，研究[6-10]表明，通過口內掃描和口外掃描技術獲得數字化模型與傳統印模技術制取牙頜模型，在精度方面無明顯差異?？趦葤呙杓夹g更加高效舒適，且數字化模型易于存儲，其臨床應用愈加廣泛。有學者[11-12]選擇未設計移動的磨牙作為重疊標志進行模型重疊，研究無托槽隱形矯治牙齒移動效率，但以磨牙作為標志進行重疊，其準確性不佳。任亞男等[13]研究發現，推磨牙遠移時，已經到位的上頜第二磨牙，雖然在推上頜第一磨牙遠移的過程中并未設計移動，但其實際出現一定程度的復發近移。Vasilakos 等[4]研究對比上腭不同區域作為重疊標志的準確性與穩定性，發現上腭第三腭皺襞中部及遠中部分腭穹窿其三維重疊準確性、穩定性較佳。除此以外，也有學者[14-15]選用錐形束CT結合數字化模型進行重疊分析牙齒移動結果。本研究選擇上頜硬腭區域進行模型表面重疊，與選擇腭皺襞標志點相比，避免了人為定點誤差[16]，具有更好的準確度，同時避免了錐形束CT 所帶來的的輻射暴露。

3.3 iTero 進展評估功能在牙列寬度分析評價上的準確性

與實際數字化模型寬度分析相比，無論是初診還是階段治療后，iTero 軟件的進展評估分析所顯示的結果，在4個牙列寬度測量中的差異均無統計學意義，說明iTero 軟件的進展評估功能在牙列寬度分析方面具有較好的準確性。iTero 掃描儀直接掃描患者的口內咬合情況，掃描結果代表患者當時的牙列情況，正畸醫生可以參考其模型分析結果，觀察治療效果。

3.4 iTero進展評估功能的模型重疊評價

本研究結果顯示，牙齒二維水平面移動距離在iTero 組與AM 組間出現差異，且具有統計學意義（P<0.05），統計分析顯示，iTero 組的中位數、上四分位數、下四分位數均大于AM組，即實際牙齒移動距離，如磨牙遠移量與前牙內收量，小于iTero 軟件的顯示情況。在iTero 軟件中，正畸醫生可以觀看矯治方案設計每一步牙齒預期變化，但是無法導出階段設計三維數字化模型，因此本研究選取上頜牙列水平面圖像，測量牙齒在水平面移動距離。由于試驗樣本的上頜牙齒在垂直向移動并不明顯，故本研究未納入牙齒在垂直向移動變化。此外，應用iTero 進行口掃時，并未完整獲取上頜硬腭數據，進展評估模型重疊所用參考標志未知，結合本試驗研究結果，說明進展評估模型擬合的準確度需要進一步優化。這提示正畸醫生應用iTero 軟件的進展評估功能時，即使顯示結果為綠色，也并不代表牙齒移動符合矯治設計，還需要結合患者口內的真實情況進行分析。為提高其準確性，在臨床上進行口掃時可將硬腭完整掃描，改進算法，以硬腭作為標志進行數字化模型重疊，這樣更能代表患者牙齒實際移動情況。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。