双牙合板式透明矫治器作用力值的测量及其影响因素分析

2023-11-13周佳琦吴樱仪

口腔医学 2023年10期

周佳琦,吴栋,吴樱仪,周力,李宇

双牙合板矫治器(twin-block)是一种临床上广泛应用的功能矫治器,用于刺激生长发育期骨性Ⅱ类患者的下颌骨生长[1]。近年来,随着无托槽隐形矫治技术与功能矫形治疗的结合,双牙合板式透明矫治器应运而生[2-3]。研究表明,传统twin-block和双牙合板式透明矫治器均可引起下颌骨长度(包括升支、下颌体)增加,髁突三维方向生长、髁突位置前移,下牙列唇移、上牙列舌移等改变,通过牙效应和骨效应两部分作用共同纠正Ⅱ类错牙合[4-5]。然而不同研究中,牙效应和骨效应的比例有所差异[6-8]。

双牙合板式矫治器通过咬合重建将下颌引导到前伸位置,对下颌施加前导力,对上颌施加等大反向的后抑力。对于下颌,前导力越大,对下牙列的唇移作用越大,但骨效应却未必随之同比增加。因此,是否存在利于下颌骨效应/牙效应比例最优化的最适力值,目前尚不清楚。而对于上颌,该后抑力越大,对上牙列的舌移作用越大;当其增大到一定程度时,甚至有可能压迫上颌骨后方的骨缝,抑制其生长[9]。但目前尚缺乏双牙合板式矫治器后抑力值大小与上颌生长抑制效果的相关性研究。

力几乎是正畸唯一的治疗工具。而双牙合板式矫治器作用力的“三要素”中,其“大小”(力值)却一直处于正畸医生的盲区。由于缺乏双牙合板式矫治器作用力值的测量手段,限制了相关力学生物学研究的进一步深入。双牙合板式矫治器的作用力,可以通过患者配戴矫治器后,上、下牙合板间的压力大小来量化。因此,本研究拟尝试建立一种双牙合板式矫治器作用力的测量方法,对该作用力值进行测量,并探究其影响因素,为后续双牙合板式矫治器作用力值与疗效间潜在关系的研究奠定基础。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集2020年1月至2022年12月于四川大学华西口腔医院正畸科就诊,使用双牙合板式透明矫治器(时代天使A6,中国)进行治疗的骨性Ⅱ类患者,根据下述纳入、排除标准,共纳入15例;其中男性6例,女性9例,初诊年龄(12.47±4.86)岁。本研究经四川大学华西口腔医院伦理委员会审查批准(审批号:WCHSIRB-D-2019-190),所有患者均签署知情同意书。

纳入标准:①∠SNB<78°或∠ANB>4°;②安氏Ⅱ类1分类;③前牙覆盖>5 mm;④采用时代天使A6矫治器治疗。排除标准:①下牙列中线偏斜>2 mm;②颅颌面缺损、综合征或唇腭裂等畸形;③颞下颌关节紊乱病。

1.2 方法

1.2.1 A6矫治器作用力值测量

本研究采用便携式薄膜压力测试仪(RFP-XW01,宇博智能科技,中国)测量A6矫治器的作用力值。该压力测试系统由薄膜压力传感器和主机两部分构成,通过USB相连接(图1)。压力测试仪量程为0.5～5.0 N,精度为0.01 N,薄膜压力传感器直径0.7 mm,厚度约0.3 mm。

患者配戴矫治器适应1周后测量作用力值。测量时患者处于坐位,佩戴A6矫治器,在双牙合板的引导下,下颌前伸、咬合打开。将薄膜压力传感器的感应区放置于上颌牙合板的前斜面,嘱患者作闭口运动,至上下颌牙合板相接触后嘱患者肌肉放松,待主机屏幕显示的力值稳定后读取数据(图2)。按照上述方法对同一患者分别测量左右两侧力值,每侧重复测量3次,取平均值。

A:测力时将薄膜压力传感器放置于上下牙合板斜面间;B:数值稳定后,通过主机读取牙合板间压力值

1.2.2 前导量和咬合打开量的测量

收集患者初始牙尖交错位以及咬合重建位的数字化牙列模型,在iOrtho软件(时代天使,中国)中截取侧方咬合图片,其中1小格代表1 mm,测量两个颌位的前牙覆牙合、覆盖。覆盖的差值为前导量(SA),覆牙合的差值为咬合打开量(VO)(图3)。

表1 患者的基本信息、下颌前导量、咬合打开量和双牙合板式透明矫治器作用力值

A:在牙尖交错位的上中切牙切缘建立直角坐标系;B:隐去上颌模型后,测量初始覆牙合(OB1)、覆盖(OJ1);C:在咬合重建位的上中切牙切缘建立直角坐标系,测量咬合重建后覆牙合(OB2)、覆盖(OJ2);前导量SA=OJ1-OJ2;咬合打开量VO= OB1+OB2

1.2.3 影像学测量

所有患者治疗前均拍摄头颅侧位片,采用Dolphin软件(Partterson,美国)进行常规头影测量。

1.2.4 一致性检验

上述前导量、咬合打开量以及头影测量由同一位医生完成,每位患者的数据重复测量2次,时间间隔为2周。利用组内相关系数ICC检测2次测量结果的一致性,各测量项目的ICC均大于0.95,表明一致性好。

1.2.5 回归模型预测准确性检验

收集2023年1月至2023年5月于四川大学华西口腔医院正畸科就诊,满足纳入标准的8例新样本,对比实际测量A6矫治器作用力与回归方程预测结果,对回归模型进行验证。

1.3 统计学分析

采用 SPSS 25.0 软件进行统计学分析。各测量数据均服从正态分布且方差齐,数据以均数±标准差表示。通过配对t检验比较左右两侧作用力值,独立样本t检验比较不同性别作用力值,Pearson相关性分析确定相关因素与双牙合板式透明矫治器作用力值的关系,逐步多重线性回归分析建立相关变量和双牙合板式透明矫治器作用力值的回归方程,组内相关系数ICC检测新纳入样本双牙合板式透明矫治器作用力值与预测值的一致性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 双牙合板式透明矫治器作用力值测量结果

本研究采用薄膜压力测试仪测量上下牙合板间的压力值,以此表征双牙合板式透明矫治器的作用力大小。结果表明,薄膜压力感受器的感应区域面积与A6矫治器的牙合板斜面较匹配,适合测量牙合板接触面之间的压力,即其作用力值。患者基本信息、下颌前导量、咬合打开量及A6矫治器作用力值见表1,15例患者作用力值为(2.51±0.51)N。左右两侧力值经配对t检验无统计学差异(t=0.455,P=0. 656)。男性患者的作用力值为(2.40±0.59)N,女性为(2.57±0.48)N,经独立样本t检验,性别间无显著性差异(t=-0.602,P=0. 557,表2)。

表2 不同性别患者作用力值的独立样本t检验

2.2 双牙合板式透明矫治器的作用力值与各因素间的相关性

Pearson相关性分析(表3)显示,双牙合板式透明矫治器的作用力值与前导量呈正相关(r=0.859,P<0.001),与咬合打开量呈负相关(r=-0.521,P=0.046<0.05);与∠SN-MP、年龄之间没有明显相关性。

表3 双牙合板式透明矫治器的作用力值与前导量、咬合打开量、∠SN-MP和年龄的Pearson相关性分析

2.3 双牙合板式透明矫治器的作用力值与前导量、咬合打开量的多重线性回归分析

以双牙合板式透明矫治器的作用力值为因变量,前导量、咬合打开量为自变量,进行多重线性回归分析。结果显示:前导量是影响作用力值的主要因素(B=0.319,P<0.001),咬合打开量未进入回归方程(P=0.213)(表4)。最终拟合回归方程为Y= 0.963+0.319X(Y为作用力值,X为前导量),拟合系数R2=0.738,经方差分析检验具有统计学意义(F=36.60,P<0.001)。

表4 双牙合板式透明矫治器作用力值多重线性回归分析模型

2.4 双牙合板式透明矫治器的作用力值多重线性回归方程验证

对8例新纳入患者实测力值与预测力值进行组内一致性检验,ICC值为0.79>0.75(P<0.01),表明回归方程预测准确性较好(表5)。

表5 双牙合板式透明矫治器预测作用力值与实际作用力值的一致性检验

3 讨论

3.1 本研究建立了一种有效测量双牙合板式矫治器作用力值的方法

双牙合板式矫治器的临床应用已有40余年,正畸医生和研究者只知其下颌前导量,却并不知其实际作用力值。近年来,已有学者开始进行这个方向的努力。Onimaru等[10]设计了一种前导力测量装置,由测力元件、滑动轨道、位置传感器、指示灯和电脑等部分构成。该测量方法较复杂、耗时,且该装置为作者团队自行研发,目前无法被推广应用,国内也很难获得。本研究采用商品化薄膜压力测试仪,测量双牙合板式矫治器上下斜面间的压力以量化其作用力。据估计,双牙合板式矫治器的作用力值很难超过5 N,因此,我们选择了量程为0.5～5.0 N,精度为0.01 N的测试仪,其量程与实际力值越接近,则测量误差越小。经过临床实测发现,本研究所建立的测力方法简易、高效、可重复,能够在临床研究或临床治疗中推广应用。

除了本研究涉及的双牙合板式透明矫治器,该测力装置和方法同样适用于传统twin-block矫治器,以及颊侧翼托式透明矫治器(隐适美MA,美国)[11]的作用力测量,因为后两者的作用力同样可以通过两平面间的“压力”量化。正畸医生临床上可以用该方法测量该类矫治器的作用力值,在病历或研究数据中记录,使我们对“力”的应用更加有据可循;为该类矫治器后续力学生物学的相关研究奠定基础。

3.2 双牙合板式矫治器作用力值测量的学术价值

双牙合板式矫治器的作用力值鲜有文献报道,其学术价值尚不明朗。随着本研究测力方法的报道,更多研究者对该力值展开测量与研究,其学术价值及临床意义将逐渐被发掘。

双牙合板式矫治器的作用力表现为“上颌后抑”与“下颌前导”,其效应可分为牙/牙槽效应与颌骨效应两方面[12]。本研究通过测量A6矫治器上下牙合板斜面间的压力,得出单侧作用力值为(2.51±0.51)N,即200～300 g力,为临床常用橡皮筋牵引力值(3.5盎司)的2～3倍,大于常用Ⅱ类牵引的力值。通常大于300 g的力才被认为是能够抑制上颌生长的矫形力[13]。因此,该类矫治器所产生的力值或许尚不能产生压迫上颌后方骨缝、抑制其生长的矫形作用。相关报道中由A6矫治器产生的上颌A点后退效果可能只是牙列远移、牙槽骨塑建的结果[4,14]。

在功能矫形治疗中,下颌骨有效长度的增加包括下颌升支以及下颌体部的生长[15]。Zhang等[16]建立的三维有限元模型显示,twin-block矫治器前导下颌后对下颌骨的作用力集中在髁突颈部,下颌体部皮质骨表面也有一定的应力分布。Zhu等[17]建立的三维有限元模型表明关节窝后份受到牵张力,为其向前方成骨塑建创造了有利的力学微环境。生物力学是功能矫形治疗中颌骨、牙周组织改建的基础[18]。无论下颌体部还是髁突的生长以及关节窝的适应性改建,都与咀嚼肌群以及关节周围韧带收缩所产生的张力有关。双牙合板矫治器上下牙合板间的压力值反映了咀嚼肌群的收缩力,或许能与肌肉、韧带的应力所引起的改建反应建立联系。该作用力值与双牙合板式矫治器下颌骨效应之间的潜在关系有待进一步研究。

牙合板间的压力作用于下牙列会导致下前牙唇倾[19]。大部分骨性Ⅱ类患者下前牙在治疗前即处于唇倾状态,进一步唇倾可能造成前牙牙周风险增高或根骨关系恶化。相比传统twin-block矫治器,双牙合板式透明矫治器包裹整个下牙列,能够减少下前牙唇倾的副作用[7]。此外,通过在矫治器上设计适当的负转矩也可以对前导力引起的前牙唇倾起到一定对抗作用。已有研究对隐形矫治器建立三维有限元模型,分析其对前牙转矩控制的影响[20]。未来可以将双牙合板式透明矫治器的前导力值加入相关研究的三维有限元建模中,模拟矫治器负转矩在该作用力下对下前牙的控制效果。

3.3 双牙合板式矫治器作用力值影响因素分析及预测模型

双牙合板式矫治器使下颌前导、咬合打开,咀嚼肌群牵张而产生张力。因此,其作用力值可能与咀嚼肌群的形变量以及肌力有关。Alabdullah等[21]研究表明,不同垂直骨面型患者咀嚼肌力有所差异。高角患者口颌功能较弱,姿势位、最大紧咬位和最大前伸位时颞肌、咬肌的肌电活动均弱于均角和低角患者,而低角患者咀嚼肌力更强。因此本研究探究了前导量、咬合打开量、∠SN-MP、年龄、性别与作用力值的关系。结果表明作用力值与前导量正相关,与咬合打开量负相关,∠SN-MP、性别、年龄对作用力值的影响并不显著。但由于本研究样本量较小,无法完全排除后三者对作用力值的影响,后续可扩大样本量进一步对相关因素进行探究。多重线性回归分析结果表明前导量对力值的影响较大,而咬合打开量未进入回归方程,说明双牙合板式矫治器的作用力值很大程度上取决于咀嚼肌群在矢状向的位移。根据新纳入样本的初步检验,目前所得回归方程具有较高的准确性;但样本量总体仍偏小,随着后续研究样本量不断增加,该预测模型将不断得到修正,其准确性有望继续提高。