两种3D打印导板在托槽间接粘接中的准确性比较

杨椿浩，李岩峰，夏冬，施婷婷

解放军总医院第四医学中心口腔科，北京100048

前言

1972年，Silverman 等［1］提出正畸托槽间接粘接技术并应用于临床实践。正畸间接粘接是一种通过在患者的矫治前模型上直视而确定托槽的位置并制作间接粘接转移导板完成托槽口内粘接的技术。众多研究报道均表明间接粘接具有较好的准确性及粘接必要性。传统的间接粘接技术在提高托槽定位准确性的同时由于操作步骤繁琐需要消耗大量的时间且任一步骤的差错都会影响最终矫治效果［2］。近年来，依托数字化信息技术、精密机械及材料学等多学科交叉联合发展起来的3D打印技术正越来越广泛地应用于口腔医疗领域［3］，由于其可快速而精确地制造复杂精密装置，具有广泛的临床应用前景，现已成为正畸领域最热门的技术之一［4］。与此同时，数字化扫描技术的成熟与应用［5‐6］以及在此基础上与医学影像、Mimics软件、有限元分析软件等的联合应用［7‐8］实现了牙冠、牙根、牙槽骨、软组织的整合，使得医护人员能更快速、准确地获取患者全方位的三维信息［9］，从而完成对患者的诊断、模拟治疗及治疗效果的预测，当然也能够完成对托槽的辅助定位［10］。只需要通过计算机辅助设计软件即可完成托槽的定位，进而完成转移导板的制作［11］。由于3D 打印技术可使材料具有灵活多变的设计性，国内外对用于间接粘接的3D 打印导板样式报导不一，常见有整段式多牙位和单牙位的导板。本研究探讨了整段式多牙位与单牙位3D打印导板在托槽间接粘接时的准确性。

1 资料与方法

1.1 设备与材料

采用3Shape TRIOS®Standard口内扫描仪（3Shape，丹麦，扫描精度20 μm）；3D 打印机ProJet®3510 DP（3D Systems，美国）；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；粘接剂3M Unitek TransbondTMXT（3M, 美国）；正畸喷砂机（Masel,美国）；光固化灯（Dentsply,美国）；离体牙；基托树脂材料（上海新世纪齿科材料有限公司,中国）。 计算机辅助设计软件包括3Shape OrthoAnalyzerTM和3Shape Dental System（3Shape, 丹麦）；Mimics（Materialise,比利时）。

1.2 实验方法

1.2.1 建模体外收集140 颗离体牙（唇颊面无明显缺损、充填体，牙冠形态正常），消毒处理备用。按照牙弓形态在体外排牙，建立5 副上、下颌正畸错模型，排牙标准：安氏I 类、拥挤度＜4 mm、Spee 曲线深度0～2 mm、牙齿扭转＜5°。利用高速涡轮手机及微创车针（固美车针HM249M.314.007）分别在牙冠的颈1/3 沿牙长轴近远中邻面距离相等唇面最凸点（约距龈缘2 mm 处）、切/1/3 远中（距邻接点约1 mm 处）的位置做标记点，用于实验测量，并以此模型作为实验模型（图1）。

图1 上、下颌模型Fig.1 Maxillary and mandible model

1.2.2 实验方法计算机辅助设计、3D 打印制作间接粘接整段式导板：利用3Shape TRIOS®Standard 口内扫描仪，对实验模型分别进行数字化扫描，由此建立数字化牙颌模型（图2）。

在3Shape 软件内处理数字化模型，标记每牙近远中接触点及其龈缘线以完成齿龈分离，确定牙冠长轴方向和临床冠中心。选取上颌双侧第一磨牙近中颊尖顶及中切牙接触点，确定3点构成的平面为咬合平面。调取3Shape OrthoAnanlyzerTM正畸分析软件托槽数据库中实验所用托槽3M Victory SeriesTMLow Profile MBTTM的数据，系统自动将托槽与相对应牙齿的临床冠中心进行匹配，由正畸医生根据牙齿扭转不齐情况适当调整个别托槽位置，确保托槽位置理想并将此时的实验数据以.stl格式保存。

利用3Shape Dental System软件打开以.stl格式保存输出的托槽及牙齿模型数据，并用此软件设计上下颌前牙及前磨牙的间接粘接3D打印导板。首先，将托槽和牙齿数据进行拟合，根据牙列情况选取导板就位方向，设定导板厚度1 mm；然后，软件根据所选就位方向，自动填充该就位方向上的倒凹，由此设计整段组导板。将导板数据输入3D打印设备，由3D打印设备Projet 3510 DP对材料VisiJet®StonePlast进行选择性激光烧结成型，打印出实体托槽转移导板（图3）。

图3 数字化设计及3D打印导板Fig.3 Digital design and 3D printed guide plates

将托槽放入3D 打印整段式导板内，利用正畸粘接剂3M Unitek TransbondTMXT完成对托槽的间接粘接（图4）。

图4 托槽归位及完成托槽粘接Fig.4 Bracket reset and bracket bonding completed

利用Mimics软件对数字化实验模型上托槽特定点（托槽下翼与背板交接点及托槽远中下翼凸点，图5）与牙冠标记点间距离进行3 次测量并记录。利用改良游标卡尺（图6），对如上完成托槽转移后的托槽特定点与标记点间距离进行3次测量并记录。

图5 标记点Fig.5 Markers

图6 改良测量尺Fig.6 Improved measuring scale

采用上述方式重新制作3D打印单牙式导板并对托槽进行间接粘接的定位转移；同时，分别利用Mimics 软件和改装后数字游标卡尺对托槽特定位置至标记点间距离进行3次测量并记录。

1.2.3 统计学分析利用SPSS 20.0软件对5副模型其中100 个牙位的实验数据进行统计学分析。整段组与单牙组两组均对每牙位测量点间差值绝对值取和后数据进行参数检验，确认符合正态性及方差齐性后进行配对t检验，若P＜0.05 认为差异有统计学意义。

2 实验结果

3D 打印法制作的整段组和单牙组导板对托槽进行间接粘接后，两者进行统计学分析结果表明3D打印导板整段组测量点间差值的均数±标准差为（0.21±0.05）mm，3D 打印导板单牙组测量点间差值的均数±标准差为（0.22±0.05）mm，两者无统计学差异（P=0.078）。但在实验中，由于相较于单牙式单板需多次粘接方可完成半模型托槽的定位与粘接，整段式导板可一次粘接完成半模型定位与粘接，整段式导板在使用过程中相对更加便捷。

3 讨论

目前，3D 打印技术在口腔正畸领域中主要应用于个性化托槽、正畸模型、间接粘接导板以及支抗钉定位导板的制作［12‐14］。国内外对于3D 打印制作间接粘接导板均有报道；但由于3D 打印制作间接粘接导板受到打印材料的限制［15］，国内外常见报道的3D 打印导板多为单颗牙齿的或者是分段式的导板［16‐17］。然而，本实验所采用的模型无明显牙列拥挤、不齐，为了寻求准确便捷的3D 打印法导板，本实验所用3D打印法导板为单牙组和整段组间接粘接转移导板。

关于间接粘接准确性的研究报道较多，然而评价转移导板准确性的方式不一。陈慧等［18］通过测定牙尖或切角到托槽特定点间距离以及托槽在牙面粘接前后的角度变化来判断托槽的准确性；Nichols等［19］及Grünheid 等［20］通过对转移前后的托槽进行数字化重叠匹配，研究转移导板的准确性。但是对于间接粘接导板对托槽转移定位准确性的研究则少之又少。Castilla 等［21］通过相机拍照记录托槽粘接后近远中位置的变化、利用数字化卡尺测量颊舌向位置的变化，以此研究5 种间接粘接转移导板间的准确性。本实验研究方法借鉴了Castilla 等［21］的研究方法，利用数字化测量尺对托槽特定点与牙面不同平面的标记点间进行三维方向上的测量，并进一步分析，以研究两种间接粘接转移导板的准确性。

通过预实验得出数据发现，3D 打印间接粘接转移导板整段组与单牙组分别对托槽进行转移定位后，相同牙位间差值其均数±标准差为（‐0.025±0.077）mm。根据［22］，同时根据统计学家建议参数α=0.05 则Z0.05/2=1.96、β=0.20 则Z0.20=0.842，计算得出所需样本量N=75，因此若比较3D 打印导板整段组和单牙组对托槽定位的准确性，欲使保持置信水平为95%，检验功效为0.8，共需要75 个牙位的比较。因此，本实验收集了140个离体牙按照牙列形态进行排列5 副牙颌模型，并对其中100 个牙位的数据进行了分析。

利用间接粘接导板对托槽进行间接粘接的转移定位，间接粘接导板的精确度是在临床应用中必须考虑的核心问题，通常认为导板的精度是由多个环节决定的，包括数字化图像的采集，拟合配准，导板的制作、打印以及术中操作等环节［23］。而对本实验3D 打印间接转移导板间比较而言，因由同一设备完成数字化图像的采集、同一软件进行拟合匹配、同一设备进行导板打印，在分析两种3D 打印导板对托槽定位准确度时仅需主要考虑导板的设计及术中操作两个环节。通过实验发现，利用3D 打印制作导板对托槽进行转移定位后，无论是利用整段组还是单牙组导板进行托槽转移定位，其多方向配准精度误差和约在0.21～0.23 mm 内，且两种打印导板的准确性并无明显差别，两者均可满足临床对托槽的准确转移定位要求。这主要得益于高精度的3D打印技术以及规范的临床操作。轻度错的实验模型可使得3D打印整段组导板既可保证共同就位道又对托槽定位具有较高的准确性；同时高精度的打印技术可使得导板与设计保持一致，无论是整段式还是单牙式导板均可确保导板的精确度。通过规范的临床操作，托槽经过间接粘接后位置基本与原设计保持一致。

目前，计算机辅助制作的3D 打印导板简化了繁琐的导板制作步骤仅仅是其优势之一，其最大且不可替代的优势在于其可结合CBCT 影像学及模型数字化信息进而按照正常6 项标准［24］排齐牙齿，在治疗计划中既考虑临床冠的整齐又考虑牙根在颌骨内的位置，避免矫正治疗后出现骨开窗等并发症的可能性，使矫治更加科学、可预测和准确［13］。

计算机辅助设计软件在制作3D打印整段组导板时，为了获得共同的就位道会自动填补倒凹以便导板就位与取出，因此整段组导板对于如轻度不齐的错牙列进行托槽的间接粘接定位可以确保准确性。但若患者的牙列明显不齐并伴有扭转，此时仍利用3D 打印整段式导板进行间接粘接时，托槽与3D 打印导板间密合性下降，此时是否仍能取得较高的准确性尚需进一步的研究验证。对于牙列明显不齐的患者，可考虑通过多个就位道式设计制作几个分段式的间接粘接导板；若患者牙列严重不齐伴有牙齿扭转的情况时，可以考虑单牙位导板。随着对新材料的探索，或许会研发出可口内黏膜放置的、具有一定弹性的、具有较高生物安全性的打印材料，3D打印导板会越来越广泛地应用于正畸间接粘接领域。

4 结论

在本实验条件下制作的3D打印导板无论是整段组还是单牙组导板对托槽进行间接粘接定位的准确性并没有明显差别，均可满足对托槽转移准确性的要求，但相对此实验研究模型，整段组导板在临床粘接过程中更加便捷。