锥形束CT三维体积测量评估骨性Ⅲ类错牙合

正畸正颌治疗后的牙根吸收

高 娟1,2，吕航苗1，马慧敏1，赵一姣3，李小彤1△

现代正畸矫治倡导“健康矫治”的理念，即合理利用正畸技术和材料的发展和进步，在健康的基础上达成正畸的美学、功能、稳定目标，其中牙周组织、牙体牙根组织是非常重要的健康指标。牙周组织包括包绕牙根的牙周膜、牙槽骨、牙龈等结构，在正畸过程中的变化已经被越来越多的正畸和牙周学者所关注。牙根表面的牙骨质是一层特殊的矿化组织，与骨细胞有相似之处，在正畸治疗启动牙槽骨改建的同时也造成根吸收[1-2]。正畸治疗继发的牙根吸收是无法完全避免的，但在正畸过程中把握好可控因素，尽可能把牙根吸收程度降到最小是保证正畸疗效的关键，探究正畸治疗中牙根吸收的特点具有重要意义。既往对牙根吸收的研究多集中在牙根长度的二维测量，对牙根三维体积改变的研究较少[3-4]。锥形束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)具有放射剂量低、图像处理方便、分辨率高等优点[5]，因此，本研究采用CBCT三维重建技术结合数字化软件，探索骨性Ⅲ类错牙合患者在正畸正颌联合矫治过程中，上下颌中切牙牙根形态变化的特点，以及牙根吸收与牙齿移动距离和移动方式的关系，为临床矫治提供参考。

1 资料与方法

1.1 病例资料

选取2015年3月至2018年9月就诊于北京大学口腔医院正畸科的成人骨性Ⅲ类错牙合患者20例，其中男性8例，女性12例，年龄18～35岁。所有病例均采用正畸正颌联合治疗的方案，术前正畸去代偿后，正颌手术采用双侧下颌升支矢状劈开截骨术及上颌LeFort Ⅰ型截骨术，术后正畸精细调整咬合。

纳入标准：(1)初诊年龄>18岁；(2)ANB角< -4°；(3)术前及术后正畸采用MBT(杭州新亚金属托槽)直丝弓矫治技术，托槽统一采用0.022英寸(1英寸=25.4 mm)槽沟MBT金属网底托槽，术前正畸过程中拔除上颌双侧第一前磨牙，下颌不拔牙；(4)拥挤度< 4 mm；(5)无全身系统性疾病及遗传性疾病；(6)本研究三个时间点，即T0(正畸去代偿治疗前1周内)、T1(正畸去代偿治疗后正颌手术前1周内)、T2(术后正畸结束后1周内)的CBCT及头颅侧位X线片影像资料完整且清晰；(7)去代偿治疗时长20～24个月，治疗总疗程36～42个月；(8)患者知情同意。

排除标准：(1)上颌前牙有外伤史；(2)上颌中切牙、尖牙有牙髓治疗史；(3)颏部偏斜> 3 mm；(4)唇腭裂等严重颌面部畸形；(5)正畸治疗史。

1.2 资料获取

研究对象在T0、T1和T2三个时间点均拍摄CBCT。使用仪器为NewTom 3D eXam，拍摄条件均采用统一标准(扫描参数：管电压120 kV，管电流5 mA，持续扫描时间14.7 s，扫描直径16 cm，扫描高度13 cm，扫描层厚0.3 mm)。照片质量均清晰可辨，使用Mimics 20.0 3D成像软件进行三维图像重建(图1)。

图1 上下颌中切牙三维重建示意图Figure 1 Schematic diagram of 3D reconstruction of upper and under anterior teeth

1.3 牙根体积的分割及测量

将所有研究对象的CBCT数字医学图像统一保存为DICOM存储格式，将标准化的数字医学图像导入Mimics 20.0 (Materialise公司，比利时)，通过设置矢状面、冠状面和横断面三个正交断面辅助定位对目标切牙进行三维重建(图2A)。根据不同组织的灰度差异(水为0，骨松质为100～300，骨皮质为2 000，牙釉质高于2 000)，将阈值调整为1 500～3 000对切牙进行阈值分割预处理，分割结果保存为蒙版，根据相邻像素灰度值差异在初始蒙版上绘制通过牙釉质和牙槽骨分界线的曲线，生成沿此分界线的灰度值分布曲线，设置更为精确的分割阈值对预处理蒙版进行剖面线阈值分割，然后对初步阈值分割蒙版上彼此不相连接的内部区域通过区域增长进一步细分亚组，生成新的蒙版，经过手工分割、修改和编辑，得到精准的上下颌切牙切割蒙版，最后通过Mimics 20.0计算出3D模型。根据牙冠形态变化找到釉牙骨质界，以釉牙骨质界为界分割出牙根，过舌侧釉牙骨质界最低点向根方平移4 mm并且垂直于牙根做一平面，将牙根分为根颈部和根体部两部分，通过3DProperties分别测量牙根各部分的体积(图2B～C)。牙根体积变化量=治疗前牙根体积-治疗后牙根体积；牙根体积变化量百分比=(治疗前牙根体积-治疗后牙根体积)/治疗前牙根体积×100%。

1.4 CBCT牙根长度的测量

应用Dolphin 18.0头影测量软件(Dolphin Imaging &. Management Solution公司，美国)在二维多层重建界面上显示被测量牙齿的轴平面、冠状面、矢状面，调整旋转图像，在矢状面上找到唇侧釉牙骨质界的最低点(A)和舌侧釉牙骨质界的最低点(B)，测量唇舌侧釉牙骨质界中点(C)与根尖点(D)连线的长度，即为牙根的长度(图3)。

1.5 牙齿移动距离的测量

测量时重新定位治疗前CBCT头位，首先使双侧眶下点、右侧耳点处于同一水平面，然后使颅底点和鼻根点均位于正中矢状面。在正中矢状面上连接蝶鞍点、鼻根点作SN(sella-nasion)连线，以蝶鞍点为原点，将SN平面顺时针旋转7°[6]。

利用Dolphin imaging体素重叠法[7]将T1 CBCT重叠到T0上，先以标记点法进行初步重叠，测量上中切牙移动距离时以上颌硬腭和上前牙根尖下基骨为重叠区域进行体素重叠，测量下中切牙移动距离时以颏部、下颌体部、下前牙根尖下基骨为主要重叠区域进行体素重叠。

A, the lowest point of labial enamel cementum boundary; B, the lowest point of lingual enamel cementum boundary; C, the midpoint of A and B lines; D, the apical point. C and D lines are the root length.图3 二维牙根长度的测量Figure 3 Measurement of root length in two dimensions

完成重叠后，分别定位术前正畸治疗前后的右侧上下中切牙切缘点和根尖点，测量在矢状方向上术前正畸治疗前后两个切缘点和两个根尖点之间的距离(S-edge、S-root)，测量在垂直方向上术前正畸治疗前后两个切缘点和两个根尖点之间的距离(V-edge、V-root)。

1.6 统计学方法

采用统计分析软件SPSS 20.0 (IBM 公司，美国)， 所有测量项目由同一测量者间隔14 d重复测量两次，测量结果取两次测量的平均值。用计算组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)值的方法进行自身重复性检验(ICC=0.997，95%CI：0.991～0.998)。对相关数据进行正态性检验及方差齐性检验。

对上下颌中切牙在不同时间点的长度、体积变化应用单因素重复测量方差分析，分析中切牙治疗前、术前、正畸治疗后牙根长度、体积的变化，服从正态分布的组间两两比较采用最小显著性差异法(least significant difference，LSD)，不服从正态分布的组间比较采用非参数检验(Kruskal-Wallis秩和检验)。上下颌中切牙牙根不同部位体积变化(减少百分比)、牙根吸收变化的比较服从正态分布的使用配对t检验，不服从正态分布的使用配对样本Wilcoxon符号秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正畸正颌联合治疗前后牙根长度和体积变化

骨性Ⅲ类错牙合患者上下颌中切牙正畸正颌联合治疗前后牙根长度和体积变化结果见表1。与治疗前相比，正畸正颌治疗后上颌中切牙牙根体积[(156.90±31.77) mm3vs. (135.16±31.46) mm3，P<0.001]和牙根长度[(10.47±2.13) mmvs. (8.95±2.37) mm，P<0.001]均明显减小；下颌中切牙牙根体积[(98.07±15.18) mm3vs. (82.69±16.37) mm3，P<0.001]和牙根长度[(10.97±0.91) mmvs. (9.72±0.86) mm，P<0.001]均明显减小。与治疗前相比，牙根体积的减小不仅发生在根尖方向的根体部，根颈部体积也有明显减小[上颌：(94.34±15.16) mm3vs. (88.27±15.41) mm3，P=0.01；下颌：(54.35±8.28) mm3vs. (48.96±9.05) mm3，P<0.001]。不同治疗阶段的组内比较，上下颌中切牙在术前正畸阶段(T0～T1)和术后正畸阶段(T1～T2)的牙根总体积、根体部体积和牙根长度呈持续减小趋势，相对而言，术前阶段减小更为明显，根颈部体积在术后正畸阶段体积减小更为显著。

表1 骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗过程中上下颌中切牙牙根体积和长度的变化Table 1 Changes of root volume and length of upper and under central incisors in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion during orthodontic combined orthodontic treatment

2.2 正畸正颌治疗过程中上下颌中切牙牙根长度和体积的变化

上下颌中切牙正畸正颌治疗过程中牙根长度和牙根体积的减小量及减少百分比见表2。牙根长度的减小量在上中切牙为(1.51±1.34) mm，下中切牙为(1.24±0.70) mm，上下中切牙牙根总体积的减小量分别是(21.73±13.81) mm3和(15.38±7.78) mm3。上中切牙的牙根长度和体积减少百分比相近，但下中切牙的牙根体积减少百分比[(15.93±8.15)%]大于下中切牙的牙根长度减少百分比[(11.21±5.94)%]，揭示体积测量能提供更丰富的牙根变化信息。牙根体部体积的减少量更大，由减少百分比可见，上中切牙牙根体部吸收达到牙根总体积的(30.51±23.23)%，下中切牙牙根体部吸收达到牙根总体积的(23.24±11.96)%。此外，上中切牙的减小量和减少百分比均大于下中切牙，但只有上中切牙根体部的体积减少量大于下中切牙，差异有统计学意义(P<0.05)。

2.3 正畸正颌联合治疗前后上下颌中切牙根颈部体积与根体部体积的变化

骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗前后(T2～T0)上下颌中切牙的根颈部与根体部体积减小量及减少百分比见表3。上颌中切牙和下颌中切牙在术前正畸和术后正畸两个阶段，根体部的体积减小量和减少百分比均显著大于根颈部，上颌中切牙的差异尤为明显。

表2 骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗后(T2～T0)上下颌中切牙牙根体积和根长减小量及减少百分比Table 2 Difference of root volume and root length reduction and percentage of upper and under central incisors after orthodontic combined orthodontic treatment (T2-T0) in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

表3 骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗后(T2～T0)上下颌中切牙的根颈部与根体部体积减小量及减少百分比的比较Table 3 Comparison of volume reduction and percentage of root neck and root body of upper and under central incisors after combined orthodontic treatment (T2-T0) in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

T0, within 1 week before orthodontic decompensation treatment; T2, within 1 week after orthodontic treatment.

2.4 术前正畸和术后正畸阶段上下颌中切牙牙齿的移动量

骨性Ⅲ类错牙合患者术前正畸和术后正畸阶段上下颌中切牙牙齿的移动量见表4。

表4 骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗的术前、术后正畸阶段上下颌中切牙牙齿移动量的比较Table 4 Comparison of tooth movement of upper and under central incisors before and after orthodontic combined orthodontic treatment in patients with skeletal Class Ⅲ malocclusion

术前正畸阶段(T0～T1)上颌中切牙牙齿移动明显[(70.43±5.72) mm，(66.51±5.63) mm，P<0.001]，尤其在矢状向，上颌中切牙体现为整体和控根腭向移动[S-edge：(-3.92±1.78) mm，S-root：(-1.44±1.63) mm]；下颌中切牙牙齿移动以矢状方向切缘点之间的距离(S-edge)和垂直方向根尖点之间的距离(V-root)更为显著(P=0.011)，下颌为牙冠的唇向倾斜移动[S-edge：(3.16±1.97) mm，S-root：(-0.37±2.05) mm]。

术后正畸阶段(以T1′表示正颌术后开始正畸之时)(T1′～T2)上颌中切牙牙齿移动以矢状方向移动为主，切缘点之间的距离(S-edge)变化明显[(64.24±6.09) mm，(65.66±5.58) mm，P=0.048]，下颌中切牙移动以垂直向移动为主，根尖点之间的距离(V-root)变化显著[(91.32±3.70) mm，(89.55±3.82) mm，P=0.006)，并且上颌中切牙有一定程度的唇向倾斜复发[S-edge：(1.42±2.73) mm，S-root：(-0.73±1.42) mm]。

3 讨论

3.1 CBCT三维重建技术测量牙根吸收的精确性

牙根吸收是正畸术中常见的并发症，影响矫治效果的满意度，探究其影响因素并尽可能减少牙根吸收的发生，是正畸医生关注的热点问题。Deng等[8]对应用CBCT测量根尖吸收的文献进行了meta分析，发现CBCT测量的吸收量比二维X线平片测量得出的根尖吸收量要小。也有研究显示，CBCT可以对牙根长度进行定量测量，精确程度得到了极大提高[5]。有研究表明，牙根吸收与加力大小、牙齿加力方式、移动方式有关[1]，正畸治疗中的牙齿移动很多是在牙根的侧方受到压力，引起牙槽骨吸收、牙齿移动的同时，相应的牙根侧方部位也有吸收的可能，当牙根改变的差异体现在牙根侧面时，牙根的立体形态无法用牙根长度简单替代，总体牙根立体形态的改变单用牙根长度的缩短来表示，无法代表牙根吸收的全貌[9]。因此，探讨牙根体积的改变，对全面认识正畸牙齿移动的牙根吸收很有必要。有研究将CBCT三维重建技术测量牙根体积应用于评估上颌快速扩弓过程中上颌第一磨牙的牙根吸收[10-11]，也有研究应用该技术测量骨性Ⅰ类患者上颌前牙回收过程中的牙根体积吸收[12]，以及测量骨性Ⅰ类错牙合中、重度拥挤患者治疗过程中的牙根体积吸收[13]。本研究应用CBCT三维重建技术测量骨性Ⅲ类错牙合患者正畸正颌联合治疗前后的牙根长度、牙根体积吸收量及牙齿移动方式，结果也反映出正畸治疗前后用体积改变表现出的牙根吸收与用牙根长度测量的不同。

3.2 正畸正颌治疗前后牙根长度和体积的变化特点

骨性Ⅲ类错牙合患者的颌骨解剖结构特殊，下前牙唇舌侧和上前牙舌侧根尖区牙槽骨厚度较正常牙合窄[14-15]，限制前牙的移动范围，牙根碰触牙槽骨骨皮质，可能比牙槽骨骨量充足的患者更容易造成牙根外吸收。目前，针对骨性Ⅲ类患者正畸正颌联合治疗过程中牙根吸收的研究仍较少，有关牙根体积测量的研究更少[16]。王芳等[17]对骨性Ⅲ类错牙合患者术前去代偿过程中前牙牙根体积的变化进行了研究，发现术前去代偿正畸过程中牙根总体积明显减少。本研究从牙根长度和牙根体积两方面进行了探讨，将三维牙根体积划分为靠近牙根尖方向的牙根体部和靠近牙冠方向的牙根颈部，进一步细化探讨了牙根这两部分的吸收情况和特点。本研究结果显示，骨性Ⅲ类错牙合患者的上下颌中切牙在正畸正颌治疗后牙根长度的减小量分别为(1.51±1.34) mm、(1.24±0.70) mm，减少量小于2 mm，结论与既往研究一致[18]。上下颌前牙牙根总体积、根体部体积和牙根长度在术前正畸阶段和术后正畸阶段都表现出明显减小的改变，术前正畸阶段的减小量更多；上下颌牙根总体积变化量的百分比与牙根长度变化量的百分比[上颌(14.86±12.39)%，下颌(11.21±5.94)%]基本一致，但分段测量时发现，牙根颈部体积的减小量在两个正畸阶段相近，根体部牙根体积的减小量相对更大。

3.3 正畸正颌治疗过程中牙齿移动与牙根吸收的关系

本研究采取上颌拔除第一前磨牙、轻度拥挤、强支抗，下颌前牙唇向移动去除舌倾代偿的治疗，患者在矫治器、矫治力量、治疗持续时间等因素上尽量保持一致，尽量避免干扰因素对研究结果的影响。正畸治疗过程中，很多因素都有可能诱导不同程度的牙根外吸收，其中牙齿移动方式是引起牙根吸收的因素之一。Bartley等[19]的研究认为，冠转矩是牙根吸收的危险因素，减小覆盖和关闭拔牙间隙过程中，上颌前牙的内收、压低以及根舌向转矩容易导致牙根吸收，可能是因为根舌向转矩使根尖移动距离增大，根吸收增多[20-21]。Martins等[22]的研究发现，上颌前牙内收压低组比单纯内收组的切牙牙根吸收量多，可能与牙齿移动过程中上颌中切牙与切牙管及牙槽骨唇侧骨皮质的接触容易引起严重牙根吸收有关[23]。本研究结果显示，上下颌中切牙牙根总体积减少量分别为(21.73±13.81) mm3、(15.38±7.78) mm3，上颌中切牙根体部牙根减小量可达(30.51±23.23)%，下颌中切牙根体部牙根减小量达(23.24±11.96)%。由此推测，上颌前牙以控根内收移动方式为主，且上颌前牙的移动范围更大，牙齿持续受力时间更长，容易发生一定程度的牙根吸收，这与此前的研究结论一致。另外，牙槽骨的形态也是引起牙根吸收的危险因素。马宁等[24]的研究认为，内收后上颌中切牙与腭侧骨皮质的距离越近越容易发生牙根吸收。本研究结果显示，上下颌中切牙牙根均有明显吸收，这可能与骨性Ⅲ类错牙合患者牙槽骨厚度薄，牙根容易与骨皮质接触有关。

正畸正颌联合治疗过程中，正畸治疗分为术前正畸和术后正畸两个阶段，术前正畸阶段上颌中切牙牙齿矢状向移动量大，上颌主要为内收平移，下颌主要为牙冠的唇向倾斜移动；术后正畸阶段上颌切牙有少量的倾斜复发的移动，即切端唇向、根尖舌向移动，下颌切牙以垂直向移动为主。这种移动方式的差异有可能导致上下颌前牙的牙根吸收量和吸收位置有差异，以整体或控根移动方式为主时，牙根的吸收在牙根颈部和牙根体部均发生，牙根体部吸收较根颈部吸收显著；以倾斜移动和垂直向移动为主时，牙根吸收的部位易发生在牙根体部。在术后正畸阶段，牙根持续在牙槽骨内移动，牙周组织仍发生一系列组织学改建，去代偿治疗后的牙齿还存在或多或少的复发，牙根进一步吸收的原因可能与术后正畸持续施力以及术后复发有关。

综上所述，骨性Ⅲ类错牙合患者在正畸正颌联合治疗中，上下颌中切牙牙根长度和牙根总体积均呈持续减小的趋势，变化规律相似，上颌中切牙的牙根吸收量大于下颌，上颌根颈部、根体部均有发生，根体部吸收较根颈部显著，而下颌主要集中在根体部。牙根吸收主要发生在术前正畸阶段，术后正畸阶段有持续少量吸收。在整个矫治过程中，无论牙齿整体移动(控根移动)、倾斜移动还是垂直向移动，根体部均发生了显著的牙根吸收，但是整体移动(控根移动)时根颈部的牙根吸收也较为显著，这是以往仅用牙根长度的变化来判断牙根吸收所难以揭示的，牙根体积的测量可以弥补牙根长度测量的局限性。