数字化间接粘接技术在正畸托槽定位中的应用进展

金 敏,陈於茂,韩旻轩,陆史俊

1972年,Silverman等首次提出间接粘接这一概念并进行临床应用。间接粘接技术是在口外直视下对托槽进行定位后,通过转移托盘将托槽精准粘接于口内的一项技术。这一项技术最先运用在了唇侧矫治中,其最大特点就是在保证托槽粘接精确性的同时又缩短了椅旁时间[1],并且间接粘接技术的优势在舌侧矫治中也得到了充分的体现。不过,这项技术在诞生之初由于材料学和生产技术的限制、技工室准备步骤繁琐、成本昂贵等各方面因素的制约,并未得到大力推广[2]。

近年来,数字化技术的发展为间接粘接技术注入了前进的动力。在2006年,有学者将间接粘接法与CAD/CAM技术相联合,设计出快速成型托盘(rapid prototyping trays,RPT)[3]。如今,由3D打印技术获得的数字化定位间接粘接转移托盘使口腔正畸更加个性化、舒适化、便捷化。相比于传统压膜类和硅橡胶类转移托盘,数字化间接粘接转移托盘可以由专业人员在电脑上对数字牙颌模型进行模拟托槽定位和虚拟排牙后,根据患者牙列及咬合情况而设计,最后通过3D打印机生产。这些数字化流程不仅可以避免传统托盘材料调拌、石膏硬化所需时间,使间接粘接材料准备时间明显缩短,也使患者取模过程更加舒适、便利。本文就近年来数字化间接粘接技术的发展作一综述,包括数字化牙颌模型的应用、转移托盘与定位导板的临床应用及使用效果。

1 数字化牙颌模型的应用

如今口内扫描仪在临床上已被广泛应用,其扫描获得的数字化牙颌模型在正畸治疗中可以用于辅助诊断、数据测量、模拟排牙、设计转移托盘等[4]。与传统石膏模型相比,光学探头的扫描避免了在传统取模中材料和翻制印模的影响而导致的误差,具有更高的精确性[5-6]。

传统托槽定位都是在口内直视下进行的。因为牙齿表面多为弧形,视觉上的偏移常导致定位误差,且后牙区视野不佳,定位难度更高。数字化三维模型能让正畸医生及技术人员清楚观察到每个牙齿的位置与结构,以及模拟牙齿排齐后的效果,有利于将数字化模拟托槽精准定位于临床冠中心,从而生成带有模拟托槽的牙颌模型,最后根据模型设计出相应的数字化转移托盘。

带有牙根位置的数字化模型能够提供更为准确的临床冠长轴。在锥形束CT(cone beam computed tomorgraphy,CBCT)的辅助下,重建后的数字化模型可以在特定的测量参考坐标系中记录牙根的位置,模拟排牙和托槽定位,并将牙槽骨的厚度考虑至牙齿移动中,从而更精确地控制牙齿移动[7],避免了骨开裂、骨开窗、牙根不平行等情况的发生[8-9]。研究表明,在含有牙根信息的模型上进行模拟托槽定位,其准确度优于传统的托槽高度定位法[10]。

2 辅助托槽转移装置的设计

辅助托槽转移装置的设计在间接粘接精确度上有着重要的影响。笔者认为,根据托槽是否在转移前被预先包裹在装置中,转移装置大致可以分为转移托盘和定位导板两种类型。转移托盘为托槽固定在托盘内,底板涂布好底胶后,连同托盘一起转移至口内完成粘接,如传统的硅橡胶托盘[11]、真空压膜托盘[12]、3D打印托盘[13],一般设计为全封闭式或半封闭式来辅助托槽转移[14]。定位导板为引导式粘接,可从咬合面导板上设计不同形状的延伸臂,这种延伸臂可以与托槽边缘紧密贴合,从而固定托槽位置,这样正畸医师就可以在口内直视下贴合着延伸臂将托槽依次粘接于牙面上。这种导板为托槽定位辅助装置,而非转移,如Wang等[15]设计的GBD-U、GBD-B装置,Xue等[16]设计的L型导板等。然而,使用定位导板技术仍需医生在临床上单颗独立粘接托槽,对操作者要求较高,使用繁琐,并未真正发挥间接粘接的优势。

托盘形状的设计在一定程度上影响着转移的效果。研究显示,托槽被包裹得越紧密,越是能保证托槽位置的准确转移,但同样地,托盘也就越难脱位[17]。Niu等[18]将三维打印转移托盘中托槽的全封闭设计改为只覆盖托槽两侧和咬合面的半封闭结构,发现这样的设计虽然有助于托盘脱位,但可能会削弱托槽在三维中的定向控制。半封闭结构也会使托槽难以固定在托盘中,容易在转移前就发生托槽移位,甚至掉落,影响间接粘接精确性。有学者研究中使用了一种粉蜡,把托槽放置在三维打印转移托盘中后,将蜡涂抹在托槽牙合方,这样不仅能起到协助固定托槽作用,还能避免多余粘接剂的溢出[19]。

较全口型托盘而言,分段式托盘更有利于托盘分离,临床上转移托槽时托盘与牙面会更为贴合,去除也会相对方便[20]。有研究对比了单牙位托盘和整段式托盘在托槽间接粘接中的准确性,发现它们的托槽转移准确性在实际运用过程中并无明显差异,但整段式托盘在临床粘接过程中更为便捷[21]。Hofmann等[22]设计了一种带有断裂点的托盘,在粘接完成卸除托盘时可以沿断裂点分割托盘,减少了卸除过程中托盘本身的压力,因此有助于避免托槽的脱落。在实际转移过程中,临床医生很难在整个托盘上保持相同的压力,特别是在难以到达的后部区域[23]。Hofmann等[22]强调粘接时手指压力会对托盘误差的影响,所以他建议将具有不同弹性性能的材料组合在一起,以此来调整托盘的设计。

此外,有研究提示托槽的类型也会影响粘接的精确性。自锁托槽在定位上显示出比传统托槽更大的偏差,可能是因为体积越小越难定位,对托盘精准包裹的要求也就越高[24]。

3 托槽转移的精确性

3.1 数字化转移托盘与传统托盘

很多学者都将3D打印技术制作的数字化定位间接粘接转移托盘与其他传统间接粘接托盘作了对比研究,结论各有不同。在与双层真空压膜托盘的对比研究中,Zhang等[25]将3D打印托盘与不同厚度的双层真空压膜托盘作了精确度上的比较,发现其与0.6 mm厚度的双层压膜托盘精确性相当,而用0.6 mm厚度的膜片制作出的双层压膜托盘比0.8 mm厚度的双层压膜托盘具有更高的精确性。而在Niu等[18]的研究中,不管是在近远中、颊舌向、垂直咬合水平方向的控制上,还是在2°以内的旋转误差上,3D打印托盘均表现出比双层真空压膜托盘更高的转移精度。此外,在3个水平方向中,多数学者都发现误差最大的是垂直维度。较合理的解释是因为在托盘就位的过程中手指对托盘压力不一致所导致的。在粘接时若手指对转移托盘的压力过大,托槽位置将更偏向龈方[26]。

在与硅橡胶转移托盘的对比实验中,多项实验结果表明,硅橡胶转移托盘具有更可靠且稳定的精确性,能有效转移托槽[27-30]。徐国祥等[31]比较了3D打印托盘、双层压膜托盘、双层硅橡胶托盘转移托槽的准确性,发现在临床实际应用中硅橡胶的准确性最高,而3D打印托盘的准确性要差于其余两种传统间接粘接托盘。因此,在目前的临床应用中,硅橡胶转移托盘仍处于不可替代的位置。但是,因为传统硅橡胶不能透光,所以在间接粘接中只能选择化学固化方式来粘接托槽。郑学彬等[32]将透明硅橡胶作为双层转移托盘的内层材料,发现托槽的即刻脱落率与直接粘接差异无统计学意义。但在透明硅橡胶托盘精确度方面,还未找到足够研究支持。

因为不同研究中使用的三维打印转移托盘形状与设计均有不同,所比较的硅橡胶托盘、真空压膜托盘等在制作上也有一些差异,再加上体内外研究条件等其他因素的影响,对于三维打印转移托盘是否具有更高的精确性这一问题的答案仍存有争议,有待进一步研究验证。Kim等[27]提出,小于0.5 mm的线性误差均是可以接受的,对最终治疗效果的影响无统计学意义。目前众多研究结果表明,无论是三维打印、硅橡胶还是真空压膜,这三种托盘的整体精度在临床上均是可接受的。

3.2 定位导板

根据导板延伸出的接触臂形状,Wang等[15]设计出了单侧接触GBD-U和双侧L形接触GBD-B装置,相关研究虽然证实两者定位误差均在临床可接受范围内,但值得注意的是,接触臂的增加并不代表着导板定位更加精确。GBD-U比GBD-B在近远中向、扭矩、角度和旋转方面表现更优异。产生这种研究结果的原因可能是GBD-B纤细的L形接触臂在3D打印时容易产生误差和变形,此外,GBD-B在打印时需要更多的支撑杆,导致完成粘接后不易移除,且容易引起导板断裂。

多数关于定位导板准确性的研究结果与转移托盘相似,都在咬合方向上表现出明显的偏移[16,33],相关学者通过预先设置出不同的偏移量来设计导板,以满足不同的需求。

4 临床应用的效果

与直接粘接相比,间接粘接最主要的优点就是能够避免口内直视下的视觉误差,降低唾液污染的风险,从而精确有效地粘接托槽[34-35],并且缩短了椅旁时间。在繁忙的诊疗环境下,椅旁时间的减少是更有利的,这不仅能提高工作效率,还能令患者感觉更舒适,从而有助于增加患者的依从性[36]。此外,间接粘接操作难度较低,与直接粘接相比,它对操作者理论知识的掌握程度以及技术操作熟练度的要求并不高。因此,在条件允许的情况下,托槽的粘接过程可交给受过相关培训的正畸医师助理完成,从而提高临床诊治效率。

但在某些方面,间接粘接仍有一些不可忽视的问题。在粘接过程中,托盘材料选择、形状设计、就位和脱位不当都可能会导致托槽偏移或托槽脱落,影响牙齿最终的排列位置。Bachour等[37]认为材质偏硬的3D打印托盘能减少托槽转移时在角度上的偏差,但同时会增加移除托盘的难度以及托槽即刻脱落率。因此,获得一种具有合适硬度及弹性的3D打印材料是间接粘接技术发展的重点。在粘接后牙区时,因为视野不佳,正畸医师难以检查托盘是否正确就位和控制就位时两侧压力是否均衡[16]。在与传统直接粘接的临床应用对比中,Czolgosz等[38]设计了相关研究来比较两者在粘接时间、即刻粘接失败和成本最小化方面的差异。研究发现,数字化间接粘接虽然在椅旁时间方面小于直接粘接,但在总时间、托槽即刻脱落率、成本方面均大于直接粘接。而Christensen等[39]认为,利用数字化间接粘接的总时间较长,这与耗费在计算机数据整理、模型设计、托盘生产的时间有关。这其中大部分操作可以委托给专业技工或助手,正畸医师只需要参与托槽定位设计等重要环节即可。

在临床实际应用中,因为数字化间接粘接技术对科学技术要求较高,尤其是在数字化转移装置的生产制作方面,三维打印设备的精度、打印原材料的选择都会对托槽转移精度产生影响,这都将导致成本的增加。所以在经济条件相对不发达的地区,考虑到效益方面,间接粘接技术难以取得大范围的投入和推广。

5 未来与展望

目前关于数字化间接粘接技术的准确性和临床适用性仍存在争议。在临床误差允许的范围内,数字化间接粘接技术精度的提升是否匹配于其花费的成本、人力与时间,这个问题值得正畸医师去思考与权衡。

关于数字化定位间接粘接转移托盘的精确性及实际使用效果,当前多数研究为体外研究,有关体内研究的研究相对较少。由于口内空间有限、唾液及软组织干扰、咬合不正等其他因素的影响,体内研究的托槽转移精度可能较低;在材料的选择、托盘的设计方面,间接粘接技术还有很大的进步空间。所以在数字化间接粘接技术的探索中,还需从体内研究中寻求合适的解决办法。

数字化已经成为多个行业领域的主流方向,在口腔正畸领域,这也是必不可少的发展途径。相信不久的将来,数字化间接粘接技术会成为正畸托槽粘接方式中举足轻重的角色,拥有更广泛的临床应用前景。