數(shù)字化間接粘接技術(shù)在正畸托槽定位中的應用進展

金 敏,陳於茂,韓旻軒,陸史俊

1972年,Silverman等首次提出間接粘接這一概念并進行臨床應用。間接粘接技術(shù)是在口外直視下對托槽進行定位后,通過轉(zhuǎn)移托盤將托槽精準粘接于口內(nèi)的一項技術(shù)。這一項技術(shù)最先運用在了唇側(cè)矯治中,其最大特點就是在保證托槽粘接精確性的同時又縮短了椅旁時間[1],并且間接粘接技術(shù)的優(yōu)勢在舌側(cè)矯治中也得到了充分的體現(xiàn)。不過,這項技術(shù)在誕生之初由于材料學和生產(chǎn)技術(shù)的限制、技工室準備步驟繁瑣、成本昂貴等各方面因素的制約,并未得到大力推廣[2]。

近年來,數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為間接粘接技術(shù)注入了前進的動力。在2006年,有學者將間接粘接法與CAD/CAM技術(shù)相聯(lián)合,設(shè)計出快速成型托盤(rapid prototyping trays,RPT)[3]。如今,由3D打印技術(shù)獲得的數(shù)字化定位間接粘接轉(zhuǎn)移托盤使口腔正畸更加個性化、舒適化、便捷化。相比于傳統(tǒng)壓膜類和硅橡膠類轉(zhuǎn)移托盤,數(shù)字化間接粘接轉(zhuǎn)移托盤可以由專業(yè)人員在電腦上對數(shù)字牙頜模型進行模擬托槽定位和虛擬排牙后,根據(jù)患者牙列及咬合情況而設(shè)計,最后通過3D打印機生產(chǎn)。這些數(shù)字化流程不僅可以避免傳統(tǒng)托盤材料調(diào)拌、石膏硬化所需時間,使間接粘接材料準備時間明顯縮短,也使患者取模過程更加舒適、便利。本文就近年來數(shù)字化間接粘接技術(shù)的發(fā)展作一綜述,包括數(shù)字化牙頜模型的應用、轉(zhuǎn)移托盤與定位導板的臨床應用及使用效果。

1 數(shù)字化牙頜模型的應用

如今口內(nèi)掃描儀在臨床上已被廣泛應用,其掃描獲得的數(shù)字化牙頜模型在正畸治療中可以用于輔助診斷、數(shù)據(jù)測量、模擬排牙、設(shè)計轉(zhuǎn)移托盤等[4]。與傳統(tǒng)石膏模型相比,光學探頭的掃描避免了在傳統(tǒng)取模中材料和翻制印模的影響而導致的誤差,具有更高的精確性[5-6]。

傳統(tǒng)托槽定位都是在口內(nèi)直視下進行的。因為牙齒表面多為弧形,視覺上的偏移常導致定位誤差,且后牙區(qū)視野不佳,定位難度更高。數(shù)字化三維模型能讓正畸醫(yī)生及技術(shù)人員清楚觀察到每個牙齒的位置與結(jié)構(gòu),以及模擬牙齒排齊后的效果,有利于將數(shù)字化模擬托槽精準定位于臨床冠中心,從而生成帶有模擬托槽的牙頜模型,最后根據(jù)模型設(shè)計出相應的數(shù)字化轉(zhuǎn)移托盤。

帶有牙根位置的數(shù)字化模型能夠提供更為準確的臨床冠長軸。在錐形束CT(cone beam computed tomorgraphy,CBCT)的輔助下,重建后的數(shù)字化模型可以在特定的測量參考坐標系中記錄牙根的位置,模擬排牙和托槽定位,并將牙槽骨的厚度考慮至牙齒移動中,從而更精確地控制牙齒移動[7],避免了骨開裂、骨開窗、牙根不平行等情況的發(fā)生[8-9]。研究表明,在含有牙根信息的模型上進行模擬托槽定位,其準確度優(yōu)于傳統(tǒng)的托槽高度定位法[10]。

2 輔助托槽轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計

輔助托槽轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計在間接粘接精確度上有著重要的影響。筆者認為,根據(jù)托槽是否在轉(zhuǎn)移前被預先包裹在裝置中,轉(zhuǎn)移裝置大致可以分為轉(zhuǎn)移托盤和定位導板兩種類型。轉(zhuǎn)移托盤為托槽固定在托盤內(nèi),底板涂布好底膠后,連同托盤一起轉(zhuǎn)移至口內(nèi)完成粘接,如傳統(tǒng)的硅橡膠托盤[11]、真空壓膜托盤[12]、3D打印托盤[13],一般設(shè)計為全封閉式或半封閉式來輔助托槽轉(zhuǎn)移[14]。定位導板為引導式粘接,可從咬合面導板上設(shè)計不同形狀的延伸臂,這種延伸臂可以與托槽邊緣緊密貼合,從而固定托槽位置,這樣正畸醫(yī)師就可以在口內(nèi)直視下貼合著延伸臂將托槽依次粘接于牙面上。這種導板為托槽定位輔助裝置,而非轉(zhuǎn)移,如Wang等[15]設(shè)計的GBD-U、GBD-B裝置,Xue等[16]設(shè)計的L型導板等。然而,使用定位導板技術(shù)仍需醫(yī)生在臨床上單顆獨立粘接托槽,對操作者要求較高,使用繁瑣,并未真正發(fā)揮間接粘接的優(yōu)勢。

托盤形狀的設(shè)計在一定程度上影響著轉(zhuǎn)移的效果。研究顯示,托槽被包裹得越緊密,越是能保證托槽位置的準確轉(zhuǎn)移,但同樣地,托盤也就越難脫位[17]。Niu等[18]將三維打印轉(zhuǎn)移托盤中托槽的全封閉設(shè)計改為只覆蓋托槽兩側(cè)和咬合面的半封閉結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)這樣的設(shè)計雖然有助于托盤脫位,但可能會削弱托槽在三維中的定向控制。半封閉結(jié)構(gòu)也會使托槽難以固定在托盤中,容易在轉(zhuǎn)移前就發(fā)生托槽移位,甚至掉落,影響間接粘接精確性。有學者研究中使用了一種粉蠟,把托槽放置在三維打印轉(zhuǎn)移托盤中后,將蠟涂抹在托槽牙合方,這樣不僅能起到協(xié)助固定托槽作用,還能避免多余粘接劑的溢出[19]。

較全口型托盤而言,分段式托盤更有利于托盤分離,臨床上轉(zhuǎn)移托槽時托盤與牙面會更為貼合,去除也會相對方便[20]。有研究對比了單牙位托盤和整段式托盤在托槽間接粘接中的準確性,發(fā)現(xiàn)它們的托槽轉(zhuǎn)移準確性在實際運用過程中并無明顯差異,但整段式托盤在臨床粘接過程中更為便捷[21]。Hofmann等[22]設(shè)計了一種帶有斷裂點的托盤,在粘接完成卸除托盤時可以沿斷裂點分割托盤,減少了卸除過程中托盤本身的壓力,因此有助于避免托槽的脫落。在實際轉(zhuǎn)移過程中,臨床醫(yī)生很難在整個托盤上保持相同的壓力,特別是在難以到達的后部區(qū)域[23]。Hofmann等[22]強調(diào)粘接時手指壓力會對托盤誤差的影響,所以他建議將具有不同彈性性能的材料組合在一起,以此來調(diào)整托盤的設(shè)計。

此外,有研究提示托槽的類型也會影響粘接的精確性。自鎖托槽在定位上顯示出比傳統(tǒng)托槽更大的偏差,可能是因為體積越小越難定位,對托盤精準包裹的要求也就越高[24]。

3 托槽轉(zhuǎn)移的精確性

3.1 數(shù)字化轉(zhuǎn)移托盤與傳統(tǒng)托盤

很多學者都將3D打印技術(shù)制作的數(shù)字化定位間接粘接轉(zhuǎn)移托盤與其他傳統(tǒng)間接粘接托盤作了對比研究,結(jié)論各有不同。在與雙層真空壓膜托盤的對比研究中,Zhang等[25]將3D打印托盤與不同厚度的雙層真空壓膜托盤作了精確度上的比較,發(fā)現(xiàn)其與0.6 mm厚度的雙層壓膜托盤精確性相當,而用0.6 mm厚度的膜片制作出的雙層壓膜托盤比0.8 mm厚度的雙層壓膜托盤具有更高的精確性。而在Niu等[18]的研究中,不管是在近遠中、頰舌向、垂直咬合水平方向的控制上,還是在2°以內(nèi)的旋轉(zhuǎn)誤差上,3D打印托盤均表現(xiàn)出比雙層真空壓膜托盤更高的轉(zhuǎn)移精度。此外,在3個水平方向中,多數(shù)學者都發(fā)現(xiàn)誤差最大的是垂直維度。較合理的解釋是因為在托盤就位的過程中手指對托盤壓力不一致所導致的。在粘接時若手指對轉(zhuǎn)移托盤的壓力過大,托槽位置將更偏向齦方[26]。

在與硅橡膠轉(zhuǎn)移托盤的對比實驗中,多項實驗結(jié)果表明,硅橡膠轉(zhuǎn)移托盤具有更可靠且穩(wěn)定的精確性,能有效轉(zhuǎn)移托槽[27-30]。徐國祥等[31]比較了3D打印托盤、雙層壓膜托盤、雙層硅橡膠托盤轉(zhuǎn)移托槽的準確性,發(fā)現(xiàn)在臨床實際應用中硅橡膠的準確性最高,而3D打印托盤的準確性要差于其余兩種傳統(tǒng)間接粘接托盤。因此,在目前的臨床應用中,硅橡膠轉(zhuǎn)移托盤仍處于不可替代的位置。但是,因為傳統(tǒng)硅橡膠不能透光,所以在間接粘接中只能選擇化學固化方式來粘接托槽。鄭學彬等[32]將透明硅橡膠作為雙層轉(zhuǎn)移托盤的內(nèi)層材料,發(fā)現(xiàn)托槽的即刻脫落率與直接粘接差異無統(tǒng)計學意義。但在透明硅橡膠托盤精確度方面,還未找到足夠研究支持。

因為不同研究中使用的三維打印轉(zhuǎn)移托盤形狀與設(shè)計均有不同,所比較的硅橡膠托盤、真空壓膜托盤等在制作上也有一些差異,再加上體內(nèi)外研究條件等其他因素的影響,對于三維打印轉(zhuǎn)移托盤是否具有更高的精確性這一問題的答案仍存有爭議,有待進一步研究驗證。Kim等[27]提出,小于0.5 mm的線性誤差均是可以接受的,對最終治療效果的影響無統(tǒng)計學意義。目前眾多研究結(jié)果表明,無論是三維打印、硅橡膠還是真空壓膜,這三種托盤的整體精度在臨床上均是可接受的。

3.2 定位導板

根據(jù)導板延伸出的接觸臂形狀,Wang等[15]設(shè)計出了單側(cè)接觸GBD-U和雙側(cè)L形接觸GBD-B裝置,相關(guān)研究雖然證實兩者定位誤差均在臨床可接受范圍內(nèi),但值得注意的是,接觸臂的增加并不代表著導板定位更加精確。GBD-U比GBD-B在近遠中向、扭矩、角度和旋轉(zhuǎn)方面表現(xiàn)更優(yōu)異。產(chǎn)生這種研究結(jié)果的原因可能是GBD-B纖細的L形接觸臂在3D打印時容易產(chǎn)生誤差和變形,此外,GBD-B在打印時需要更多的支撐桿,導致完成粘接后不易移除,且容易引起導板斷裂。

多數(shù)關(guān)于定位導板準確性的研究結(jié)果與轉(zhuǎn)移托盤相似,都在咬合方向上表現(xiàn)出明顯的偏移[16,33],相關(guān)學者通過預先設(shè)置出不同的偏移量來設(shè)計導板,以滿足不同的需求。

4 臨床應用的效果

與直接粘接相比,間接粘接最主要的優(yōu)點就是能夠避免口內(nèi)直視下的視覺誤差,降低唾液污染的風險,從而精確有效地粘接托槽[34-35],并且縮短了椅旁時間。在繁忙的診療環(huán)境下,椅旁時間的減少是更有利的,這不僅能提高工作效率,還能令患者感覺更舒適,從而有助于增加患者的依從性[36]。此外,間接粘接操作難度較低,與直接粘接相比,它對操作者理論知識的掌握程度以及技術(shù)操作熟練度的要求并不高。因此,在條件允許的情況下,托槽的粘接過程可交給受過相關(guān)培訓的正畸醫(yī)師助理完成,從而提高臨床診治效率。

但在某些方面,間接粘接仍有一些不可忽視的問題。在粘接過程中,托盤材料選擇、形狀設(shè)計、就位和脫位不當都可能會導致托槽偏移或托槽脫落,影響牙齒最終的排列位置。Bachour等[37]認為材質(zhì)偏硬的3D打印托盤能減少托槽轉(zhuǎn)移時在角度上的偏差,但同時會增加移除托盤的難度以及托槽即刻脫落率。因此,獲得一種具有合適硬度及彈性的3D打印材料是間接粘接技術(shù)發(fā)展的重點。在粘接后牙區(qū)時,因為視野不佳,正畸醫(yī)師難以檢查托盤是否正確就位和控制就位時兩側(cè)壓力是否均衡[16]。在與傳統(tǒng)直接粘接的臨床應用對比中,Czolgosz等[38]設(shè)計了相關(guān)研究來比較兩者在粘接時間、即刻粘接失敗和成本最小化方面的差異。研究發(fā)現(xiàn),數(shù)字化間接粘接雖然在椅旁時間方面小于直接粘接,但在總時間、托槽即刻脫落率、成本方面均大于直接粘接。而Christensen等[39]認為,利用數(shù)字化間接粘接的總時間較長,這與耗費在計算機數(shù)據(jù)整理、模型設(shè)計、托盤生產(chǎn)的時間有關(guān)。這其中大部分操作可以委托給專業(yè)技工或助手,正畸醫(yī)師只需要參與托槽定位設(shè)計等重要環(huán)節(jié)即可。

在臨床實際應用中,因為數(shù)字化間接粘接技術(shù)對科學技術(shù)要求較高,尤其是在數(shù)字化轉(zhuǎn)移裝置的生產(chǎn)制作方面,三維打印設(shè)備的精度、打印原材料的選擇都會對托槽轉(zhuǎn)移精度產(chǎn)生影響,這都將導致成本的增加。所以在經(jīng)濟條件相對不發(fā)達的地區(qū),考慮到效益方面,間接粘接技術(shù)難以取得大范圍的投入和推廣。

5 未來與展望

目前關(guān)于數(shù)字化間接粘接技術(shù)的準確性和臨床適用性仍存在爭議。在臨床誤差允許的范圍內(nèi),數(shù)字化間接粘接技術(shù)精度的提升是否匹配于其花費的成本、人力與時間,這個問題值得正畸醫(yī)師去思考與權(quán)衡。

關(guān)于數(shù)字化定位間接粘接轉(zhuǎn)移托盤的精確性及實際使用效果,當前多數(shù)研究為體外研究,有關(guān)體內(nèi)研究的研究相對較少。由于口內(nèi)空間有限、唾液及軟組織干擾、咬合不正等其他因素的影響,體內(nèi)研究的托槽轉(zhuǎn)移精度可能較低;在材料的選擇、托盤的設(shè)計方面,間接粘接技術(shù)還有很大的進步空間。所以在數(shù)字化間接粘接技術(shù)的探索中,還需從體內(nèi)研究中尋求合適的解決辦法。

數(shù)字化已經(jīng)成為多個行業(yè)領(lǐng)域的主流方向,在口腔正畸領(lǐng)域,這也是必不可少的發(fā)展途徑。相信不久的將來,數(shù)字化間接粘接技術(shù)會成為正畸托槽粘接方式中舉足輕重的角色,擁有更廣泛的臨床應用前景。