CBCT重建下3D打印技术对青少年正畸治疗的应用效果及美学评价
邱勇 宋艳
[摘要]目的：探討锥形束CT（CBCT）和3D打印技术运用于青少年正畸治疗的效果及其对外观的影响。方法：选取2016年3月-2018年8月笔者医院就诊的46例接受正畸治疗的青少年患者为研究对象，根据随机数字表法分为观察组和对照组，每组23例。观察组：行CBCT检查，通过Mimics软件将患者的CBCT数据转化成计算机辅助设计（CAD）模型，在软件上模拟牙齿移动、设计个体化舌侧正畸托槽。将文件转化成STL文件后导入3D打印机，制成个体化舌侧托槽;对照组：正畸治疗给予常规舌侧托槽与粘接。记录两组正畸治疗前和治疗后6个月的临床效果、舒适度、拥挤度、Bolton值、微笑相、正面相测量值和并发症发生率。结果：观察组托槽脱落例数显著少于对照组（P<0.05）;治疗后，观察组鼻唇角、颏沟倾角、上唇长、上唇厚均大于对照组（P0.05）;治疗后，观察组GI和SBI均小于对照组（P<0.05）;观察组舒适度高于对照组（P<0.05）;治疗后，观察组上、下列牙拥挤度、前牙Bolton值和全牙Bolton值均小于对照组（P<0.05）;观察组W2/W1和W3/W2低于对照组（P<0.05），且C2/L1和C3/L1高于对照组（P<0.05）;观察组并发症发生率显著小于对照组（P<0.05）。结论：在青少年正畸治疗中，应用CBCT和3D打印技术制作个体化的舌侧托槽可取得良好的临床效果，托槽固定位置准确、不易脱落，对牙龈损伤程度较轻，患者侧貌美观可得到明显的改善。
[关键词]锥形束CT;3D打印;正畸治疗;正畸托槽
Abstract： Objective? To explore the effect of cone beam CT（CBCT）combined with 3D printing technology on teenagers orthodontic treatment and its influence on appearance. Methods? 46 adolescent patients treated with orthodontic treatment from March 2016 to August 2018 in our hospital were divided into experimental group and control group by random number table method，23 patients in each group. Experimental group underwent CBCT，transforming patients CBCT date into computer aided design（CAD）model，simulating teeth movement and designing individuation lingual orthodontic brackets on the software. Making individuation lingual orthodontic brackets by sending to 3D printer after transforming document to STL format. Using routine lingual orthodontic brackets and its sticking on patients in the control group. Clinical effect、degree of comfort、the degree of dental crowding、the Bolton ratios、smile analysis、frontal photographs and the incidence of complication. Results The number of bond failure in the experimental group was lower than that in the control group（P<0.05）.After treatment，improvement of CU and WU4 in the experimental group were higher than those in the control group（P0.05）.After treatment，GI and SBI in the experimental group were lower than those in the control group（P<0.05）. Degree of comfortin the experimental group was higher than that in the control group（P<0.05）.After treatment，the degree of dental crowding of the maxillary and mandibular teeth、the Bolton ratios of front teeth and overall teeth in the experimental group were lower than those in the control group（P<0.05）.After treatment，nasolabial angle、Pog′B′-FH、the length of upper lip、the thickness of lower lip in the experimental group were higher than those in the control group（P0.05）.The incidence of complication in the experimental group was lower than that in the control group（P>0.05）.Conclusion? Using CBCT and 3D printing to make individuation lingual orthodontic brackets in teenagers orthodontic treatment can obtain obvious clinical effect.The adhesive position of brackets were accurate and them abscission difficultly，the extent of gingival injury is relatively minor，and patients profile can be improved.
Key words： CBCT; 3D printing; orthodontic treatment; orthodontic brackets
随着口腔正畸治疗技术的不断发展，及其展现出的明显效果，使得越来越多的人有了正畸治疗的需求。儿童期和青春期是正畸治疗的黄金时期，青少年是正畸矫正的主要群体之一[1]。然而正畸过程往往会给患者带来一定的烦扰，比如：口腔清洁困难、口腔溃疡、牙周组织受刺激和托槽脱落等[2]。优化托槽设计、改善正畸治疗体验、减少矫正器对日常生活的干扰是口腔医生的关注焦点之一。锥形束CT（Cone Beam Computed Tomography ，CBCT）是锥形束投照计算机重组断层影像设备[3-4]。与传统的二维影像学不同，可从三维的角度反映各个牙齿与骨骼之间的关系，它的出现推动了口腔医学的发展。而3D打印是一种以数字模型为基础[5-6]，应用相应材料来构造所需物体的技术，近年来不断活跃于医学的各个领域中。为探索更理想的正畸治疗方式和托槽设计方法，本实验在青少年正畸治疗中将CBCT和3D打印技术结合使用于托槽设计过程，观察个体化托槽的正畸效果，现将结果报道如下。
1? 资料和方法
1.1 一般资料：选取2016年3月-2018年8月于笔者医院接受正畸治疗的青少年患者作为研究对象。纳入标准：①年龄13～20岁;②患者及其监护人已签署知情同意书;③存在骨型安氏错牙合、牙列拥挤;④治疗过程中无需使用种植钉支抗、扩弓器等装置;⑤伴随牙髓与根尖周病变及系统性疾病;⑥治疗前后影像学资料齐全。排除标准：①外伤原因所致错牙合畸形;②已接受与正畸相关的干预;③伴有可能对观察指标观测造成影响的疾病;④有缺失牙（第三磨牙除外）、多生牙、畸形牙及嚴重牙周疾病等;⑤有唇腭裂病史、正畸及正颌治疗史;⑥治疗前1个月及治疗期间服用激素类药物。共纳入患者46例，根据随机数字表法分为观察组和对照组，每组23例。观察组：男10例，女13例，年龄13～19岁，平均年龄（15.84±2.77）岁，安氏Ⅰ类12例，Ⅱ类8例，Ⅲ类3例;对照组：男9例，女14例，年龄13～20岁，平均年龄（16.25±3.11）岁，安氏Ⅰ类11例，Ⅱ类9例，Ⅲ类3例。两组患者年龄、安氏分类、性别等资料比较差异均无统计学意义，具有可比性。本实验设计已由医院伦理学委员会审核。
1.2 方法
1.2.1 构架数字化模型：所有患者均行CBCT、全颌曲面断层片、头颅侧位片、双侧颞下关节开闭口位片等检查。所有患者行CBCT检查所获得的CBCT数据，以DICOM文件的形式导入Mimics10.01软件中以待分析。对照组：选用3M ImprintⅡGarant硅橡胶阴模材料制作患者的牙颌阴模，而后予方丝弓矫正技术进行传统舌侧正畸（美国Ormco公司托槽）矫正，托槽粘接采用粘接剂厚度堆积补偿方法与牙舌侧吻合，调节固定牙齿的托槽以弓丝进行。观察组将CBCT数据以DICOM文件的形式导入Mimics10.01软件后，转化成三维计算机辅助设计（CAD）模型，用Hyper works软件对患者牙颌形态进行分析。用Hyper works软件从力学的角度对托槽模型进行分析，模拟托槽的应力、荷载和形变。利用3D打印机制作出与舌侧紧密结合的托槽，用超弹性镍钛丝排齐整平牙列。同时使用一、二类牵引对错牙合畸形进行矫正，用方丝对牙合关系进行调整。
1.2.2 个体化舌侧托槽的具体设计过程：在Mimics软件上把患者牙齿三维数字模型排列成理想牙列状态，根据每一个牙齿的表面形态设计出合适的舌侧托槽。确保托槽槽沟在同一水平上，且置入弓丝后弓丝呈不受力状态。个体化舌侧托槽的固定方式采用转移托盘粘接技术。具体如下：对牙CAD模型进行分牙，逐次把每个牙齿排成理想位置;在此基础上设计厚度小于0.3mm的、严密吻合于牙体舌侧面的托槽底板，根据每个牙齿的形态不同设计出不同槽沟位置、不同形状底板的个体化托槽。
1.2.3 个体化舌侧托槽的制作：将CAD文件转换成STL格式，采用选区激光熔化快速成型口腔专用3D打印设备（HRPS-304型号，华中科技大学快速制造中心提供），以逐层增材方式对托槽进行分层制造，最终获得所需要的个体化托槽。
1.3 评价指标：记录并比较两组治疗前后6个月的临床效果、牙龈健康情况、舒适度（分为舒适、轻度不舒适和不舒适3个等级）、拥挤度、Bolton值、美学评价和并发症发生率。
1.3.1 临床效果的评定：通过Mimics软件测量出患者治疗前后的上、下颌尖牙间宽度（WU3、WL3）、上、下颌第一前磨牙间宽度（WU4、WL4）、上、下颌第二前磨牙间宽度（WU5、WL5）、上、下颌第一前磨牙间宽度（WU6、WL6）、上、下颌牙弓长度（LU、LI）、上、下颌牙弓周长（CU、CL），以及托槽吻合情况（吻合精密、粘贴定位准确和托槽脱落例数）。
1.3.2 牙龈健康情况：通过牙龈指数（GI）和龈沟出血指数（SBI）评价。GI：牙龈正常：0分;牙龈轻度炎症，呈现轻度的颜色改变、水肿，探诊不出血：1分;牙龈中度炎症，水肿、色红、探诊出血：2分;牙龈炎症明显，红肿、溃疡，自动出血倾向：3分。SBI：不出血：1分;轻探龈沟时出血，龈外观正常：2分;探龈沟时出血，牙龈变红，无肿胀：3分;牙龈有溃疡等症状：4分。
1.3.3 拥挤度：由华正头影测量系统测量获得上、下牙列拥挤度和Bolton值。
1.3.4 美学评价：患者于正畸治疗前后拍摄X线头颅定位侧位片，使用Winceph 8.0软件进行定点，用电脑几何尺在软件上直接测量以下数值：①面型角：鼻下点与软组织颏前点连线和额点与鼻下点连线的后交角;②鼻唇角：鼻下点与鼻小柱点连线和鼻下点与上唇突点连线的前交角;③H角：作H线（软组织颏前点Pog′与上唇突点UL连线），H线与NB的夹角即为H角;④颏沟倾角：颏唇沟点B′与软组织颏前点Pog′连线与FH平面的后下交角;⑤上唇长：分别从鼻下点和上口点向鼻下点-软组织颏前点连线做垂线，两垂足间距即为上唇长;⑥下唇长：分别从软组织颏下点Mes′和下口点向鼻下点-软组织颏前点连线做垂线，两垂足间距即为下唇长;⑦上唇厚：上唇突点到上中切牙唇面距;⑧下唇厚：下唇突点到下中切牙唇面距? 。
1.4 统计学分析：采用SPSS 22.0统计学软件分析，WU3、WU4、WU5等采用（x?±s）表示，组间比较采用两独立样本t检验，计数资料等用[n（%）]表示，分类变量采用χ2检验比较组间差异，等级资料采用秩和检验比较组间差异，P<0.05表示差异有统计学意义。
2? 结果
2.1 两组临床疗效比较：观察组托槽脱落例数显著少于对照组（P0.05）;治疗后，观察组CU、WU4改善程度大于对照组（P0.05），见表1～2。
2.2 两组牙龈健康情况比较：治疗前，两组GI和SBI评分无明显差异（P>0.05）;治疗后，观察组GI和SBI均小于对照组（P<0.05），见表3。
2.3 两组舒适度比较：观察组舒适度高于对照组（P<0.05），见表4。
2.4 两组治疗前后拥挤度和Bolton值分析：两组治疗前均为Bolton指数不调患者，上、下牙列存在不同程度的拥挤。治疗后，观察组上、下列牙拥挤度、前牙Bolton值和全牙Bolton值均小于对照组（P<0.05），见表5。
2.5 两组治疗前后美学评价比较：治疗前，两组H角、鼻唇角、面型角等指标均无明显差异（P>0.05）;治疗后，两组H角、鼻唇角、面型角、颏沟倾角、上唇厚均大于本组治疗前（P<0.05），观察组上唇长大于治疗前（P0.05），两组下唇长、下唇厚与治疗前无明显差异（P>0.05）;治疗后，观察组鼻唇角、颏沟倾角、上唇长、上唇厚均大于对照组（P0.05），见表6。
2.6 两组并发症发生率比较：观察组并发症发生率显著小于对照组（P<0.05），见表7。
3? 讨论
3.1 现代正畸治疗进展：近年来，口腔正畸治疗技术发展速度飞快，许多新思想、新观念和新技术不断涌出。随着矫正器的改良和正畸技术的持续改进，越来越多的患者可以获得良好的矫正效果、建立理想的微笑。也正因为如此，主动要求正畸治疗的患者也呈明显上升趋势。在本实验中，笔者科室融入了CBCT影像学技术和3D打印技术。CBCT避免了二维影像学结果上影像重叠的缺点，能三维显示牙颌组织结构[7]，而3D打印作为一种快速成型技术可依不同患者牙形、牙列情况[8]，制作出个体化的正畸托槽。两者的结合应用明显简化了治疗程序，给医师和患者都带来了极大的便利。
3.2 CBCT与3D打印技术对正畸效果的影响：改善牙列整齐度是正畸治疗的首要要求之一，而托槽的粘接效果直接关系到正畸的疗效[9]。本实验将46例接受正畸治疗的青少年患者分为两组，一组接受常规舌侧托槽正畸治疗，另一组应用3D打印技术制作个体化托槽，结果发现，观察组托槽脱落例数明显少于对照组;治疗后，观察组CU、WU4改善程度大于对照组;治疗后，观察组上、下列牙拥挤度、前牙Bolton值和全牙Bolton值均小于对照组。提示使用个体化托槽可能可以更快地在改善牙列上体现出明显效果。使上下牙弓排列整齐、牙列拥挤得到解除、扩宽牙弓是正畸治疗的首要疗效体现，结合CBCT与3D打印技术制作出的个体化正畸托槽具有较优的正畸效果，这可能与矫正质量有关。改善托槽与牙体的吻合程度、减少托槽的脱落率是提升矫治质量的关键，在CBCT重建下应用3D打印技术可有效减少托槽脱落。有研究表明，青少年正畸患者有较多抵抗情绪、自觉性与自制力偏低[10-11]，因此较成人易发生托槽脱落[12]。托槽与牙体的粘接是固定矫正的核心，因此对于青少年患者应更加注重托槽与牙体的固定情况。传统的舌侧托槽使用的是粘接剂厚度堆积补偿方法来粘接牙体，缺少精密性，吻合度也较低[13-14]。而3D打印技术制作出的个体化托槽是在预设理想牙列的基础上，根据每一颗牙齿的形态和大小设计。CBCT技术下构建的患者牙颌模型全方位而精确，在此技术上应用3D打印机制作出的个体化托槽具有与牙体舌侧面精密吻合的优点，相比粗糙、不严密吻合的传统舌侧托槽粗糙更有利于减少托槽脱落的发生率。并且，个体化托槽通过转移托盘的粘接方式固定于牙体，这种固定方式能将托槽精确地转移到患者的牙面上，避免了使用粘接剂酸蚀牙釉质的弊端，弥补了应用粘接剂补偿托槽与牙齿之间缝隙的不精密缺点。因此，本实验中观察组牙齿排列情况优于对照组，托槽脱落例数少于对照。另一方面，在个体化正畸托槽的制作过程中省去了制作石膏牙颌模型的步骤，医师直接通过相关软件对患者颅颌面部结构进行分析，更能够获得准确的、客观的牙颌三维结构，减少了医师在诊断和制定正畸方案过程中的困难，利于方案的设计。
3.3 正畸治疗过程中减少对软组织损伤的重要性：正畸矫正器的戴入难免会造成牙周组织损伤，严重的软组织损伤可影响正畸治疗过程。目前有关不同矫正器对患者软组织损伤程度的研究尚不多见，本实验对比了传统舌侧正畸托槽与3D打印制作的个体化托槽对牙周组织的损伤程度，发现：治疗后，观察组GI和SBI均小于对照组;观察组舒适度高于对照组;观察组并发症发生率显著小于对照组。说明个体化托槽相比传统舌侧正畸托槽对牙周组织的影响更小，减少了并发症的发生，给予了患者更良好的正畸治疗过程体验。正畸治疗过程中往往会出现许多并发症，如：牙周、口腔溃疡、龋齿等，这些并发症往往来源于正畸治疗过程对软组织和口腔卫生程度的影响，这不仅关系到治疗舒适度，还干扰了青少年的学习与生活。个体化托槽的托槽底板更薄、与牙体舌侧吻合更严密，因此患者异物感感受较轻，牙周和舌体的软组织挫伤与磨损亦较少。在个体化托槽的固定过程中不使用粘接剂，减少了粘接剂对牙周组织的刺激，这可能是本实验中观察组患者舒适度和牙龈健康程度优于对照组、并发症少于对照组的原因。
林泽等[15]应用3D打印技术制作个性化舌侧托槽取得了良好的正畸效果，并且使用个性化托槽的观察组并发症更低、远期效果更佳。目前国内越来越多的正畸医生开始使用3D打印制作个性化托槽，然而国内关于3D打印个性化托槽在侧貌美学上的疗效体现相关研究较为少见。
3.4 CBCT与3D打印技术在正畸美学上的作用体现：拥有良好面容是许多患者寻求正畸治疗的目的所在，越来越多的正畸医生以侧貌美学作为牙列矫正的效果评价。本实验中治疗后，两组H角、鼻唇角、面型角、颏沟倾角、上唇厚均大于本组治疗前（P<0.05）;观察组上唇长大于治疗前（P<0.05）;治疗后，观察组鼻唇角、颏沟倾角、上唇长、上唇厚均大于对照组（P<0.05）。说明观察组可在正畸治疗6个月后较对照组更早的接近理想的鼻、唇、颏三者间关系。错牙合畸形常影响患者的面部美观程度，即使正畸治疗后并不是所有患者的面容美观都会得到显著改善，但如果正畸的目的只集中在牙列上，颌面部外貌无变化则不能更好的达到患者对外形的追求[16]。本研究中CBCT和3D打印技术应用于舌侧正畸治疗中可更早地改善患者的颌面部外貌，这可能与矫正质量有关。传统的舌侧托槽大部分属于流程化、固定规格制作[17]，缺乏个性化的设计，与不同患者、不同牙齿的舌侧面缺乏完全性的符合。而个体化托槽的设计是从建立牙颌CAD模型开始[18]，在软件上排好理想牙列位置的基础上设计每个托槽，保持每个托槽都在同一水平面上，同时这一操作过程有助于正畸方案的设计。制作出的舌侧托槽实物粘在牙体舌侧，若托槽的槽沟不在同一水平面上，置入的弓丝将通过自身的引力作用缓慢移动牙齿，这样的精密吻合实现了较好的矫正效果和矫正质量。侧貌外观的改善重点在于鼻、唇、颏三者之间的关系，正畸治疗通过牙齿移动可影响面下1/3软组织的形态，达到建立良好颌面外观的目的。颏沟倾角可反映颏部形态及上下唇美观程度，颏沟倾角的增大可使颏部呈现较符合美学要求的曲线，结合CBCT和3D打印技术制作的个体化托槽可明显改善患者软组织侧貌，利于面型改善。理想的鼻唇角在颌面部美貌中扮演着重要的角色[19]。正畸治疗可使患者鼻唇角发生不同程度的增加，而鼻唇角变化程度与鼻唇部软组织变化密切相关。与应用传统舌侧正畸治疗者相比，应用个体化托槽治疗者可在治疗6个月后鼻唇角、上唇厚度与长度发生明显改善，这些变化使侧面外形呈现出更美观、协调的状态，贴合患者的美观追求。
综上所述，在青少年正畸治疗中结合CBCT和3D打印技术优势制作个体化的舌侧正畸托槽，能取得明显的矫正效果，且托槽脱落较少，对颌面部外貌改善更突出，是符合现代正畸学要求的新兴技术。
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[收稿日期]2019-04-08
本文引用格式：邱勇，宋艷.CBCT重建下3D打印技术对青少年正畸治疗的应用效果及美学评价[J].中国美容医学，2020，29（4）：133-137.
