无托槽隐形矫治技术研究热点的可视化分析

吕欣 樊永杰

内蒙古医科大学第四附属医院口腔正畸科 包头 014030

无托槽隐形矫治器的引入是正畸治疗中的重大突破之一。近年来，随着生物力学和生物材料[1]的发展，无托槽隐形矫治技术（clear aligner technology，CAT）在正畸中的应用越来越广泛，但其效率仍存在争论，临床表现尚未达成共识，相关研究仍然是各国学者的关注热点。目前，基于CAT相关研究活动的快速增长，但缺少相关文献计量学分析。本研究采用CiteSpace分析工具对CAT相关文献进行可视化分析，全面了解CAT的研究成果、研究热点及未来的研究方向，并对该技术有影响力的作者、国家、机构、期刊进行评估，为临床及科研提供参考。

1 材料和方法

1.1 数据来源

本文的数据样本来源于Web of Science核心合集，检索式为Topic Search（主题检索）=（clear aligner AND orthodontic*）OR（clear aligner AND treatment） OR （clear aligner AND therapy） OR（clear appliance*） OR（Invisalign） OR（removable thermoplastic aligner）。检索时段为2000年1月1日至2021年11月1日。共得到729条初始数据，对检索结果去重、整理，排除会议记录、期刊目录、信件等非学术研究及与研究内容不符的文献，最终得到与CAT相关的研究论文和综述共433条。

1.2 研究方法

CiteSpace是陈超美博士开发的一款信息可视化软件[2]，它可以识别出特定领域纳入文献及引用文献的知识网络，在其中自动形成节点和线路，并提供多种功能对形成的知识图谱的结构进行解释，包括识别研究热点、发现研究前沿及对纳入文献的关键词进行自动标记聚类。本研究采用CiteSpace5.8.R3（64-bit）版本和Excel2019，分别对纳入文献的国家、机构、作者、被引作者、期刊、关键词等进行可视化分析，以明确CAT相关研究的进展、主要研究力量、研究热点及前沿趋势。

2 结果

2.1 时间分布

发文数量随时间的变化可以反映该研究领域的发展特点。CAT在不同时间的发文数量趋势见图1。依据图1折线图走势，可以将CAT的研究大致分为3个阶段：起步阶段（2003—2014）、平稳增长阶段（2015—2019）、快速增长阶段（2020—2021）。起步阶段发文量基本少于10篇，表明这一阶段无托槽隐形矫治器还没有受到研究者的广泛关注，也与该技术尚不成熟有关。平稳增长阶段发文量为20~50篇，奠定了CAT的理论基础。随着学术界关注度增强，2020年迎来快速增长阶段，2021年达到最高点，接近100篇。文献类型主要以研究论文为主，综述类文章不超过10篇。

2.2 空间分布

2.2.1 发文国家/机构 在CiteSpace软件的操作界面内，选择节点类型为“国家”生成可视化图谱，结果见图2。图2中节点的大小、连线的粗细分别与每个国家发表文章的数量、国家间的合作关系成正比。国家名称及紫色圆环的大小代表中心性，中心性量化了某个国家在整个网络中地位的重要性。

图2 CAT国家合作网络Fig 2 National cooperation network of CAT

通过分析发现，尽管意大利是发文量最多的国家，达到89篇，但美国的中心性最高，为1.06，是该网络的中心国家，发挥核心作用。其他口腔领域的文献计量分析也观察到了类似的趋势，例如口腔修复学、牙周病学[3-4]，可见美国的学术影响力较高，其学术论文具有重要参考价值。中心性较高的国家还包括意大利和德国。进行CAT相关研究的机构主要集中于欧洲、北美洲和亚洲，但整体合作网络较为松散，其中实力较强的机构全部为大学。在发文量Top14的大学中，中国的大学占了2 家，分别为四川大学和首都医科大学（图3）。

图3 发表CAT相关研究论文的前14位研究机构Fig 3 Top 14 research institutions that published research papers related to CAT

2.2.2 发文作者 对作者的合作网络进行可视化分析，结果见图4，节点大小代表作者的发文量，连线粗细代表作者之间的关联性。通过图4可以发现：研究者多倾向于稳定的团队合作，其中以Luca Lombardo及Tommaso Castroflorio为中心的合作规模最大，由超过10位研究者组成。这种相对独立的团队合作为其他研究者提供了个性化的科研信息。作者发文量可以在一定程度上反映其学术贡献。发文量前6位的作者分别为Tommaso Castroflorio（18篇）、Andrea Deregibus（14篇）、Luca Lombardo （12 篇）、 Giuseppe Siciliani （11 篇）、Theodore Eliades（11篇）、Gabriele Rossini（7篇），这些作者为CAT的研究作出了重要贡献。

图4 CAT作者合作网络Fig 4 Author cooperation network of CAT

2.3 被引情况

2.3.1 作者共引分析 作者的影响力经常根据其论文的引用次数，即被引频次来量化。H指数是公认的作者评估指标，是基于作者的论文数量及论文被引用的次数作出的评价指标。Hirsch[5]认为，某作者在其所有学术文章中有N篇论文分别被引用了至少N次，该作者的H指数即为N。被引频次排名前10的被引作者见表1。由表1可见：H指数在被引频次排名前10的作者之间分布不均，提示具有不同学术经验的研究者均为CAT的研究作出了贡献。但被引分析具有很强的时间依赖性，较新发表的文献其影响力通常被低估，这也造成了作者发文量与被引作者排名不一致。根据表1，Gabriele Rossini和Luca Lombardo既是发文量高排名作者，也是被引量高排名作者，表明2位学者对CAT的发展作出了重要贡献。

表1 CAT相关发表论文的前10位被引作者Tab 1 Top 10 cited authors that published papers relatedtoCAT

2.3.2 期刊共引分析 通过CiteSpace对期刊共引进行可视化分析，共识别出551个期刊，被引次数为3 437次。排名前10的被引期刊及期刊影响因子见表2：排名前3的期刊American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics、Angle Orthodontist、European Journal of Orthodontics的引文量为1 036，占总引文量的30%。根据布拉福德定律，该结果表明大多数研究集中在有限的核心期刊上，说明作者更倾向于将论文提交给影响力较高的期刊，以获得更高的引用率及读者范围。

表2 CAT相关发表论文的前10位被引期刊Tab 2 Top 10 cited journal that published papers related to CAT

2.4 研究热点与前沿

2.4.1 研究热点 关键词是对文章内容的高度概括和精炼，通过对关键词进行可视化分析可以直观地识别当前某一研究领域的研究热点。将相同关键词合并后生成245个关键词，基于关键词绘制聚类图谱，共得到11个聚类模块，结果见图5。最大的聚类是无托槽隐形矫治器（clear aligners），这与本研究的检索式一致；其次是正畸牙齿移动（orthodontic tooth movement），表明CAT相关研究大部分集中于牙齿移动；其他聚类由大到小排列依次为正畸矫治器（orthodontic appliances）、全牙弓印模（full-arch impression）、旋转中心（center of rotation）、隐适美 （Invisalign）、开（open bite）、口腔卫生（oral hygiene）、力学性能（mechanical properties）、正畸力 （orthodontic force）、锥形束CT（cone-beam computed tomography）。

CiteSpace通过计算模块值Q及平均轮廓值S来评价知识图谱的网络结构和聚类清晰度，其最佳取值分别为0.4~0.8和-1~1。图5的Q值达0.639 2，即网络结构十分显著；聚类S值为0.902 7，接近1，表明各聚类内部的研究主题明确。通过聚类标签可知，CAT的研究主题主要集中于牙齿移动、材料性能、生物力学及对口腔健康相关的生活质量的影响。

图5 CAT关键词聚类图谱Fig 5 Keywords clustering mapping of CAT

2.4.2 研究前沿 “突现”用于检测某一时间段内关键词频次突然增加。当一个术语的出现频次在短时间内急剧增加时，即被定义为突现词。突现强度与增加的速率成正比。利用CiteSpace从大量文献主题词中提炼突现词，可以清晰展示研究领域的前沿及发展趋势。CAT前沿突现词见图6。从突现强度来看，关键词“热塑性矫治器（thermoplastic appliance）”代表了目前CAT相关研究及使用最广泛的材料类型，突现强度最大，达3.19。热塑性矫治器的材料特性显著影响CAT的效率，深入研究热塑性矫治器的材料特性及在口内佩戴后的变化将有助于矫治器的继续优化，从而有助于更多的医生及患者选择隐形矫治器，因此引起了广泛的关注。“隐适美（Invisalign）”作为目前使用最多的无托槽隐形矫治器品牌，突现强度也较高，为2.84，同时也是出现时间最早（2007年）且持续时间最长（9年）的关键词，仍然是CAT研究重要的热点前沿。此外，突现强度较高的关键词还包括“牙齿移动（tooth movement）”，也是CAT研究的主要关注点。

图6 CAT突现强度排名前13的关键词Fig 6 Top 13 keywords with the strongest citation bursts related to CAT

从2019—2021年的突现词来看，“系统回顾（systematic review）”“正畸牙齿移动（orthodontic tooth movement） ”“正颌外科 （orthognathic surgery）”的热度一直持续至今，说明CAT研究证据质量有了实质性增加，提示正畸牙齿移动及CAT与正颌外科的结合已经成为CAT研究的前沿热点。

3 讨论

本研究纳入了Web of Science 核心合集中2000年1月1日至2021年11月1日前的国外CAT相关文献，并对纳入文献的时间分布、空间分布、被引情况及关键词等多个方面进行了可视化分析，总结出以下信息。1）CAT发文时间大概经历了3个阶段，起步阶段（2003—2014）、平稳增长阶段（2015—2019）、快速增长阶段（2020—2021）。起步阶段发文量少于10篇，属于提出问题和基本理论形成时期；2020年开始发文量接近100篇，表明该领域受到学术界广泛关注。2）文章类型以研究论文为主，但近年来随着研究成果的快速增长，2019年后综述类文章明显增加，突现词“系统回顾（systematic review）”也证实了这一观点。

对国家机构的分布研究发现，发文量最多的国家、机构均来自于意大利；美国与其他国家的联系最密切，在CAT研究领域发挥着中心国家的作用。中国起步较晚但发展迅速，发文数量居第三，四川大学和首都医科大学等机构的研究力量世界领先，其中四川大学以发文量13篇并列第二，首都医科大学发文量10篇，排名第四；研究方向从CAT的临床应用深入到材料特性、生物力学等，研究成果也达到了国际先进水平，说明四川大学和首都医科大学对CAT领域的发展起到了推动作用，建议国内机构应多与四川大学及首都医科大学进行交流合作，以指导研究方向。

发文量虽然能在一定程度上反应出作者的科研产出能力，但不能有效反应其学术影响力，而被引频次的评估能更准确客观地表征作者的学术地位。本研究分析发现：Gabriele Rossini和Luca Lombardo既是发文量较高的作者也是高被引作者，Luca Lombardo主要研究CAT的材料性能，而Gabriele Rossini则重点评估CAT的有效性及对牙周健康的影响，其中2015年发表的关于CAT有效性的系统回顾[6]，基于以往研究对CAT的有效性进行了汇总及客观评价，已经被业界广泛引用。他们作为CAT领域内的权威人士，为相关研究奠定了理论基础并产生了深远影响。

American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics、Angle Orthodontist、European Journal of Orthodontics是CAT相关文章引用参考文献的主要期刊，占总引文量的30%，表明这些期刊在该领域举足轻重。

对关键词聚类图谱分析并浏览对应文献，可以将CAT的研究热点分为有效性、材料性能、生物力学、对口腔健康相关的生活质量的影响等方面。1）CAT有效性。无托槽隐形矫治器的效率以及不同移动方式的可预测性（例如远移、压入、伸长、扭转）一直是持续争论的热点[7]。Kravitz等[8]于2009年及Rossini等[6]于2015年发表的关于CAT效率相关研究的高被引量（超过100篇）也验证了这一结果。Kravitz等[8]通过临床研究发现，Invisalign牙齿移动的平均准确率为41%。Rossini等[6]基于以往研究得出CAT进行磨牙远移的可预测性，其准确率达到88%，而其他类型的移动只能达到计划的50%以下。2020年，Haouili等[9]采用相同的方法进行研究，发现Invisalign的总体平均准确率为50%，与2009年的研究相比有了明显改善。然而2019年的一项系统回顾[10]显示：Invisalign牙齿移动的精确性已提高至70%~80%。由于研究样本及方法的不一致性，CAT的有效性仍没有统一结论，但可以明确的是，随着生物力学和生物材料的快速发展，CAT的有效性在逐渐提升。此外，目前关于CAT效率的研究主要集中于Invisalign，有必要深化Invisalign以外的系统的研究和分析，为临床使用提供更多的证据。2）材料性能。CAT的有效性在很大程度上依赖于材料性能，例如材料硬度、弹性模量以及在口腔内环境中的老化[11]等都会对治疗结果产生很大影响。目前所使用的无托槽隐形矫治器材料在口腔环境内都显示出随时间延长的应力衰减问题[12-14]，需要开发随时间减缓应力衰减或在一定时间内能保持恒定矫治力的材料，这也说明CAT材料性能的提升是该领域重要的研究热点前沿之一。3）生物力学。正畸力、旋转中心等聚类的出现表明生物力学是围绕CAT进行研究的重要方面，将表面的牙齿移动深入到生物力学一直是研究者努力探索的问题。无托槽隐形矫治器是全包裹式矫治器，施加于牙齿的力更加复杂，例如矫治器与牙齿的贴合程度、咬合时矫治器相对于牙齿的轻度偏移及材料的弹性都会影响力的施加与传递。目前对CAT生物力学有多种研究方法，如三维有限元、六轴力学平台、压力薄膜、Typodont等方法。Kaur等[15]通过六轴力学平台研究发现，与移动牙齿相邻的所有牙齿都会受到明显的临床反作用力。Jiang等[16]采用三维有限元方法发现，在拔牙病例中，切牙后退时增加压入会减少切牙舌倾程度。这些发现都强调了无托槽隐形矫治器力学系统的复杂性以及进一步研究无托槽隐形矫治器生物力学和优化矫治器设计的必要性，从而在施加所需的力与力矩时可以避免正畸牙齿移动过程中的不利影响。4）口腔健康相关生活质量。口腔健康相关生活质量是一个包括生理、心理等多维度的分析指标，也是评估口腔疾病的关键指标之一。关于CAT对口腔健康相关生活质量的影响，学者们进行了大量的研究和分析。系统回顾[17]表明：CAT对整体口腔健康相关生活质量的影响仍然没有定论，但研究者[18-21]普遍认为，与唇侧固定矫治器相比，CAT能减少牙周损伤、釉质脱矿及疼痛程度，这可能是由于可摘戴的无托槽隐形矫治器不影响患者进行口腔卫生维护，且无托槽隐形矫治器释放的间歇力更有利于牙周组织的生理性改建。然而，由于目前纳入研究的质量、数量及异质性的影响，关于CAT对口腔卫生的影响及疼痛程度仍需高质量的随机对照研究才能得出明确结论。

对突现词的研究结果分析并结合发表文献进行研读，笔者总结出来未来可能会主要聚焦的4个方向。1）二次研究：在一个注重循证医学的时代，随着近几年CAT研究的快速增长，Meta分析、系统回顾等二次研究的出现是必然的，对研究结果进行准确报道与分析对CAT在临床的应用至关重要。随着近年来研究成果的快速增长，为CAT的临床应用提供了高质量严谨的证据，预计Meta分析等研究将进一步增加。2）三维技术：三维技术的引入为正畸领域带来了革命性的改变。与CAT相关的三维技术主要有3D扫描、3D打印等。研究[22]表明，3D打印较传统热成型工艺具有更高的精度、耐载荷能力和更低的变形。同时，随着3D打印技术的发展，3D技术的价格下降及可用性增加，正畸医生可以通过3D扫描和3D打印实现无托槽隐形矫治器的椅旁制作，不仅减少了患者的等待时间，也减少了与制造商之间不必要的运输与通信，特别在目前的新冠大流行期间，3D打印技术及远程监控系统解决了正畸患者需要定期复诊的问题。有研究[23]表明，经历了新冠疫情之后，人们对CAT的兴趣更加明显。然而，目前关于3D打印实现矫治器的椅旁制作这一方法仅在技术上是可行的，需要进一步研究来实现这一新技术的应用。3D扫描的出现为获取模型省去了许多加工步骤，模型的精确性对方案设计及临床牙齿移动至关重要，但目前3D扫描对于牙齿局部细节等的准确定量分析仍然未解决。因此，在目前及可预见的未来，3D扫描的精确性、3D椅旁打印及远程正畸[24]可能是研究者们关注的前沿热点。3）正颌外科。正颌外科手术通常需要一定时间的术前正畸去除代偿，而基于数字化3D技术，结合CAT的以手术优先（surgery first，SF）为特征的正畸-外科综合治疗方法[25-26]，可以使患者的面型得到快速改善，从而实现完全的美观性治疗。同时，有研究[27-28]表明，该方法与传统的正颌手术方案相比，治疗效果没有明显差别。由此可以预测，目前的SF和CAT结合先进的数字3D技术是未来正颌外科治疗的发展趋势。4）牙齿移动：CAT治疗中，复杂病例不仅会增加治疗结果的不可预测性，且长期的正畸治疗容易出现牙龈退缩、牙根吸收等不良反应。为了解决这一问题，研究者们[29-32]开发了许多技术来加速牙齿移动以缩短疗程，例如低强度脉冲超声、高频振动、光生物调节、激光、骨皮质切开、微骨穿孔等，其中许多技术仍处于研发阶段；此外，对技术的有效性及局限性，还应进行相应的研究，以便为临床使用提供参考。

在本研究中，笔者通过研读一些高影响力期刊发表的文章，也印证了本研究的结果。例如Bruni等[33]对被引用最多的50篇CAT相关研究的可视化分析发现：不同牙齿移动的可预测性、CAT与固定矫治器的比较及CAT对牙周健康的影响是这50篇研究的主题。Tartaglia等[22]发现：3D打印生产的矫治器能更好地控制力的施加，进一步的体内体外验证是未来的研究前沿和方向[34]。Nguyen等[25]认为：目前的SF和CAT结合先进的数字3D技术是一种创新方法，预计将受到越来越多的关注。

综上所述，本文基于Web of Science核心合集数据库，采用CiteSpace软件对CAT领域的相关文献进行可视化分析，结果发现：CAT相关研究目前受到了学术界的广泛关注，全球范围内加强合作也是大势所趋。无托槽隐形矫治器的材料性能及相关的生物力学研究还处于发展和深入阶段，CAT的有效性随着材料和生物力学的发展，还有很大的改进空间。CAT对口腔健康相关的生活质量的影响目前尚无定论。3D打印、CAT与正颌外科的结合可能是未来发展的前沿方向。总之，本次分析总体揭示了近20年来CAT领域研究的基本状况及发展趋势，为今后进一步研究提供了文献依据，但存在一定的局限性：1）由于数据库及软件存在一定的局限性，尚无对国内学者发表的中文论文的统计，无法覆盖该领域的全部文献；2）数据更新可能会造成本研究的搜索结果与实际条目数量有所不同。此外，CiteSpace软件目前版本的分析也存在一些尚待改进之处，例如完全相同的数据及参数设置在不同时间得出的图谱存在差异。在以后的研究中，希望可以进行多个数据库的信息提取及分析比较。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。