偏颌患者虚拟排牙的根骨关系研究

林雪芬，宁 楠，马 驰，陈沐寒，史晓扬，刘 洪，张纯溪，刘东旭

传统的隐形矫治虚拟排牙通过激光扫描石膏模型或者口内扫描获取虚拟牙颌模型进行牙齿移动设计，这种排牙不包括牙根与颌骨。然而在正畸诊疗过程中，骨开窗、骨开裂、牙根吸收、牙根不平行等是常见的并发症[1]。锥形束CT(CBCT)不能精细呈现牙冠的解剖形态，但可以呈现牙根、牙槽骨的信息，而虚拟牙颌模型可以提供精细的牙冠、软组织形态，将CBCT根骨信息与虚拟牙颌模型相融合，已被证实可以重建出精确的、可重复的、数字化根骨信息的三维整合牙颌模型[2-8]。

本研究对11例偏颌代偿患者，分别采用传统牙颌模型和含根骨信息的三维整合牙颌模型进行隐形矫治虚拟排牙，对比两种排牙方案移动设计、牙根外露、牙根平行度等差异，探讨根骨信息在正畸诊断性排牙中的重要性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

该研究获得山东大学口腔医学院伦理委员会的批准(NO.20210817)，患者均签署知情同意书。选择2018—2021年于山东大学口腔医学院口腔医院正畸科就诊的骨性偏颌患者11例(女9例，男2例)；年龄(19.55±4.03)岁。纳入标准：①脊椎骨龄：CS5期或CS6期；②上颌中线与面部中线相一致，下颌在下颌姿势位和正中咬合位都与面部中线不一致，颏下点偏离面部中线≥2 mm；③恒牙列完整，轻中度牙列拥挤，无冠修复史。排除标准：①面部外伤、肿瘤史；②髁突肥大及其余导致颜面发育性不对称的疾病。

1.2 数字化模型的建立

1.2.1 扫描与数据处理 治疗前获取该患者的牙冠数据与根骨数据。采用数字化口内扫描仪(Itero Element2，美国)获取患者口内牙冠数据，用软件重建出STL格式的三维数字化模型。采用CBCT(5G;NewTom, Verona, 意大利)获取患者根骨数据。拍摄时患者保持牙尖交错位，CBCT体素分辨率为0.3 mm，扫描参数设定为110 kV，5 mA，以医学数字影像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)格式保存。

1.2.2 虚拟排牙 将患者的牙冠数据、CBCT数据、X线全景片、头颅侧位片、面相数据上传至易美齐病例管理系统(美齐科技有限公司，杭州)。此时可获取患者治疗前(P0)的不含根骨信息的传统牙颌模型。由专业的虚拟排牙工程师按照根据医生指示对P0传统牙颌模型进行排牙。医生指示为：①维持上切牙矢状向位置，通过上颌扩弓，必要时推磨牙向后解除牙列拥挤；②下颌推磨牙向后，必要时结合邻面去釉解除拥挤；③以面部中线为基准，调整上下颌中线；④根据Andrews六项标准[9]进行排牙，最终使牙列排齐整平，建立正常覆覆盖及Ⅰ类咬合关系。最终获取目标位牙颌模型，即不考虑根骨信息时建立的目标位(P1)。

1.2.3 建立三维整合牙颌模型 上传CBCT数据至易美齐病例管理系统后，由专业的工程师根据CBCT数据进行阈值分割，三维重建，获取包含牙根信息的上下牙列模型和颌骨模型。将该模型与P0牙冠模型进行配准、整合，得到P0包含根骨的三维整合牙颌模型。同时，将CBCT根骨信息与P1牙颌模型配准、整合，获取P1的三维整合牙颌模型。

1.2.4 结合根骨信息进行排牙 让同一工程师采用P0三维整合牙颌模型重新进行排牙设计，获取新的目标位的三维整合牙颌模型，即考虑根骨信息时建立的目标位(P2)。

1.3 测量方法

将P0、P1和P2的三维整合牙颌模型以STL格式导出，并导入3-Matic软件中。

1.3.1 牙根外露的判断 本项研究以治疗前牙槽骨作为牙齿移动的限度。判断每个牙位颊舌侧牙根外露的情况，牙根外露<根长1/4为0；根长1/4≤牙根外露<根长1/2为1；根长1/2≤牙根外露<根长3/4为2；牙根外露≥根长3/4为3。

1.3.2 牙根平行度的判断 如图1所示，用3-Matic软件中计算惯性轴的功能重建出每个牙的牙轴。观察牙根之间位置关系，如果存在相邻牙牙根明显相近，相邻牙牙轴明显不平行的情况，则认为牙根不平行。记录存在牙根不平行的牙位。

灰色：P1虚拟排牙模型；蓝色：P2虚拟排牙模型。相邻邻牙牙根明显靠近，牙轴明显不平行(箭头)

1.3.3 两个方案的移动方式比较 获取P1、P2方案的移动量表，设置伸长、颊向整体移动、近中整体移动、近中舌向扭转、近中轴倾度、颊向转矩移动变化为正值，反之为负值。另外，3-Matic软件中的部分比较分析(part comparison analysis)功能可估算两个模型之间的对应点，分析出对应点之间的距离并且用颜色变化来显示距离的大小。本研究采用此功能直观地从三维方向上展示P1和P2的差别。

1.4 统计学分析

2 结 果

ICC>0.9，表明数据测量有足够的可靠性。

2.1 移动方式的比较

如表1～2所示，上颌偏斜侧侧切牙至第二磨牙，非偏斜侧第一前磨牙，下颌偏斜侧侧切牙至第一磨牙，非偏斜侧第一前磨牙到第一磨牙的颊舌向整体移动或转矩存在显著性变化(P<0.05)。此外，上颌偏斜侧侧切牙的轴倾度，非偏斜侧侧切牙、尖牙的近远中整体移动存在显著性差异(P<0.05)。

表1 P1与P2的上颌牙齿移动量差异

距离偏差色阶图中的彩色模型代表了P1、P2两个模型间的距离差异。如图2所示，牙齿移动变化主要集中于牙根位置的变化。

2.2 牙根外露的比较

如图3所示，P2相比P1，能显著改善牙根外露状况。表3可见，牙根外露改善的牙位主要集中于上颌偏斜侧尖牙、前磨牙、磨牙、非偏斜侧前磨牙的颊侧，与下颌偏斜侧切牙、尖牙、前磨牙的舌腭侧。

表3 P1、P2牙根外露得分差异

2.3 牙根平行度的比较

卡方检验结果显示P=0.00，说明P2模型相比P1能显著改善牙根不平行的状况。在P1模型中牙根不平行部位主要位于尖牙至第一前磨牙(53.13%)，其次为中切牙至侧切牙(21.88%)，第一前磨牙至第二前磨牙(18.75%)，侧切牙至尖牙(6.25%)之间。

3 讨 论

将牙根信息纳入诊断性排牙十分有必要。正畸治疗的目标是协调、美观和稳定。为了实现这个目标，通常遵循Andrews六要素进行排牙[9]。Andrews六要素是Andrews测量了120副非正畸治疗的正常模型总结出来的正常的6个标准，但Andrews单纯通过牙冠来判断牙齿的轴倾度、转矩，已被证实是不够准确的，因为牙冠形态、冠-根角、牙冠长度具有多变性[10-12]，对牙齿角度的判断应当结合牙冠与牙根[13]。另外，美国正畸委员会(American Board of Orthodontics，ABO)将牙根平行制定为评估正畸疗效的标准之一[14]。有文献表明，严重的牙根不平行导致的相邻牙根距离小于1 mm会导致水平骨吸收，加速牙周破坏[15-16]。牙根平行不仅可以减少正畸结束后的复发，还意味着各个牙齿更好的轴倾度与转矩，保证最大面积的咬合接触，更合适的咬合力分布[4]。

表2 P1与P2的下颌牙齿移动量差异

A～E：距离偏差色阶图，选用的范围为-3～3 mm。绿色区域表示2个模型距离在阈值范围(-3～3 mm)内，蓝色和红色区域分别代表2个模型距离<-3 mm与>3 mm；F～G：P1、P2的模型叠加，P1为灰色，P2为蓝色

诊断性排牙时，牙冠排列正常并不意味着牙根排列正常。本项研究显示，在缺乏牙根信息的条件下进行诊断性排牙(P1)不能准确排列牙根，容易发生骨开窗、骨开裂、牙根不平行的情况。以往侯瑜琳等的研究中，不同的操作者采用牙冠模型进行排牙，亦均存在牙根不平行和多处牙根外露现象[17]。本研究中，可见偏斜侧上后牙颊侧，下前牙区腭侧牙根外露程度高，推测与研究对象的骨性错畸形相关。该研究所选样本为骨性偏颌患者，其牙齿代偿具有上下颌、左右侧牙齿倾斜的不一致性。表现为偏斜侧后牙反，或上后牙颊倾，下后牙舌倾；非偏斜侧上后牙舌倾，下后牙颊倾；偏斜侧牙齿代偿更严重[18-19]。偏颌患者中骨性Ⅲ类占比大，常表现为反或者上前牙唇倾，下前牙舌倾的前牙区代偿。所以，因其骨性结构的局限性，若要建立正常的前后牙覆盖，对于牙根的定位势必要求更高。另外，本研究发现牙根不平行的情况多集中于尖牙与第一前磨牙之间，占了54.13%，这可能与尖牙的特殊位置与解剖结构相关。尖牙位于牙弓的转折处，它与第一前磨牙的牙根间空间是牙弓中后段最小的[20]，而尖牙又是牙根最粗壮的牙位，所以更容易发生牙根相近，牙根不平行的情况。

灰色：P1虚拟排牙模型；蓝色：P2虚拟排牙模型。可见P1模型存在更多的牙根外露(箭头)，主要集中于上颌后牙颊侧与下前牙舌侧

结合根骨信息，采用三维整合牙颌模型进行诊断性排牙(P2)可以有效改善这些情况，降低相关风险。P2模型相对于P1模型的移动设计，集中于颊舌向整体移动与转矩的变化，尤其是通过增大上颌偏斜侧后牙牙根的舌向移动量来增大正转矩，增大下前牙区负转矩实现。由图2也可见都是对牙根位置的优化。通过牙根位置的优化，P2模型的牙根外露、牙根平行度得到了明显的改善。Goglin-Benoit等亦发现将根骨信息整合进模型进行排牙，可以优化正畸矫治，尤其目标位牙根平行度的优化[21]。三维整合模型的优点还在于可以在治疗期间任意时间点进行牙根位置的评估，而不需要接受额外的影像辐射[4]。当需要支抗钉加强支抗时，可视化治疗前和治疗后的根骨关系，可以辅助支抗钉定位，避免与牙根的碰撞或对牙齿移动路径的阻碍[22]。所以，将牙根和颌骨纳入虚拟矫治设计，有助于临床医生诊断分析、制定治疗计划和监控治疗效果。

本研究的局限性在于没有将牙槽骨高度和厚度的适应改建整合到模拟过程中。此外，隐形矫治的实现率十分有限[23-24]，设置的目标位并非最终矫治成果，未来需要更多的研究来对比实际矫治效果牙根位置是否得到了优化。

4 结 论

包含根骨信息的隐形矫治设计系统可视化和量化了牙齿位移和根骨关系变化。可以帮助优化目标位，改善骨开窗、骨开裂、牙根平行度欠佳等问题。根骨信息在正畸诊断性排牙中十分的重要。