3D 打印托盘在正畸托槽间接粘接中转移准确性研究

马小东， 陈 琦， 雍 敏

（1.宁夏医科大学，银川 750004； 2.宁夏医科大学总医院口腔医院正畸科，银川 750004）

自Silverman 等[1]1972 年将间接粘接技术引入正畸以来，间接粘接技术在临床实践中经历了很多改造和升级，相比于直接粘接技术，其具有托槽定位准确、患者舒适化度高、缩短椅旁时间和提高矫治效率等优势[2-3]。传统间接粘接技术虽然提高了托槽定位准确性，但因其繁杂的制作步骤而未广泛应用。近年来，随着计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）系统、3D 打印技术、数字化扫描技术及医学影像技术等在口腔医学领域的应用与发展，可以准确、快速地获取牙齿的三维信息，从而实现对错畸形的诊断、模拟治疗、预测治疗结果及辅助定位托槽位置。数字化间接技术利用三维设计软件在患者的数字化牙列模型上精确定位托槽，并设计3D 打印托盘来实现托槽的粘接，不再需要翻制石膏模型制作转移托盘[4]，省略了传统间接粘接制作的繁杂步骤。虽然数字化的转移托盘已经可以在体外准确将托槽转移到牙列上的预期位置[5]，但关于数字化转移托盘在临床应用中的转移准确性研究较少。基于此，本研究对3D 打印托盘在临床应用中测量正畸托槽间接粘接方法转移准确性进行研究，以便指导临床应用。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2022 年1—10 月宁夏医科大学总医院附属口腔医院正畸科，行直丝弓固定矫治的错畸形患者10 例，男性4 例，女性6 例，年龄13～25 岁。所有受试者都有恒牙列和完整的临床牙冠。纳入标准：1）恒牙列且临床牙冠完整；2）牙列轻、中度拥挤；3）无正畸治疗史。排除标准：1）牙齿唇（颊）面存在充填体或牙冠明显磨耗、磨损；2）有可能影响托槽放置或托盘就位的缺陷牙齿；3）妊娠期、哺乳期妇女。

1.2 研究方法

本实验使用模型树脂，通过3D 打印制作的转移托盘，粘接10 例患者共计200 颗托槽。数字化模型的获取、托槽的定位与临床的粘接均由一位经验丰富的主任医师指导操作完成，转移托盘由软件公司设计制作，具体流程如下。

1.2.1 技工室操作 使用iTero 口内扫描仪获取患者矫治前牙列的数字化模型，将数字化模型上传至Ueasy 软件并对托槽的位置进行虚拟定位。将定位完成的数字化模型提交至第三方软件公司，并由其设计制作带有自锁托槽（Demo Q，3M Unitek）的3D 打印分段式托盘，见图1。导出托槽定位后的数据，作为转移前托槽预设位置。

图1 3D 打印托盘

1.2.2 临床操作 首先冲洗清洁牙面，隔湿后利用三用枪吹干牙面，于牙冠唇（颊）面中1/3 处涂布37%的磷酸酸蚀剂进行酸蚀，每颗牙酸蚀30 s。然后利用高压气水流冲洗酸蚀剂，并终止酸蚀，重新隔湿后，吹干牙面，使用毛刷棉棒在酸蚀脱矿处涂布粘接剂，三用枪排水后将粘接剂吹薄吹匀，使用光固化灯固化5 s 后，在每颗托槽的底板处均匀涂布粘接树脂（Grengloo 光凝套装，美国奥美科公司）。最后将分段式转移托盘精确且稳定地复位于患者口内，见图2。利用探针将托槽周围溢出的多余树脂完全去除，使用光固化灯固化40 s 后，将转移托盘由舌侧向颊侧缓慢剥离，注意避免用力过猛致使托槽脱落。使用iTero 口内扫描仪再次扫描患者牙列中实际的托槽位置，形成托槽转移后的数字化模型，以立体光刻（stereo lithography，STL）格式保存，见图3。

图2 分段式转移托盘临床粘接

图3 临床粘接后数字化模型

1.2.3 转移准确性的测量 在Materialise Magics计算机软件中，用最优拟合方法将托槽转移前后的数字化模型重叠，自动计算出托槽在近远中向、颊舌向、龈方向的重叠误差，见图4。该差异有大小和方向，根据ABO-OGS 评分标准，托槽转移误差在0.5 mm 以内为可接受误差，通过重叠差值与ABO-OGS 评分标准规定的最小误差0.5 mm 进行对比，研究转移托盘的准确性，重叠误差值小于0.5 mm 则可以认为转移托盘具有较高的转移准确性。本研究评估切牙、尖牙、前磨牙的托槽的位置差异是否在0.5 mm 的限制范围内，并计算其可接受误差及方向偏差的频率。

图4 托槽转移前后的数字化模型及重叠模型图

1.3 统计学方法

通过SPSS 25.0 统计学软件进行数据分析，计算每种牙齿类型的3 个维度的中位数（四分位间距）。Shapiro-Wilk 检验显示变量不服从正态分布，以中位数（四分位间距）［M（P25，P75）］表示。对近远中向、颊舌向、龈方向差异测量值进行Wilcoxon 秩检验，以确定平均转移误差是否在0.5 mm 的统计范围内。以上下颌牙齿分组进行Wilcoxon 配对秩检验。以牙齿类型分组进行Kruskal-Wallis 检验分析及组间比较，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 托槽在近远中向、颊舌向、龈向的平均转移误差

2.2 上下颌托槽转移误差的比较

将所有牙齿分为上颌牙齿与下颌牙齿，比较上下颌托槽在3 个维度的转移误差，结果显示，除龈向（P＜0.05）外，上下颌转移误差在近远中向、颊舌向误差的差异均无统计学意义（P 均＞0.05），显示上颌较下颌的龈向转移准确率高，但均在0.5 mm 的误差接受范围内，见表2。

2.3 不同牙齿类型的托槽转移误差比较

根据牙齿类型将所有托槽分为切牙组、尖牙组和前磨牙组，并分组比较3 组托槽在3 个维度的转移误差。经Kruskal-Wallis 检验可知，3 组托槽转移误差在近远中向、龈向差异无统计学意义（P＞0.05），在颊舌向差异有统计学意义（P＜0.05），尖牙组与切牙组之间和尖牙组与前磨牙组之间的差异均有统计学意义（P＜0.05），见图5。说明在颊舌向，尖牙组的托槽转移误差较其余两组高，但均在0.5 mm 可接受误差以内。

图5 不同牙齿类型颊舌向的转移误差比较

2.4 不同牙齿类型在三维方向的可接受误差频率和方向误差频率

表3 粘接转移前后误差的可接受误差频率分布［例（%）］

表4 托槽粘接前后方向误差频率分布（%）

3 讨论

托槽的精确定位是直丝弓矫治技术达到理想矫治效果的决定性因素，精确定位与粘接可缩短治疗时间并达到满意的治疗效果。近年来，已经研发了各种间接转移托盘，将设定的托槽位置转移到患者的牙列上。最新的3D 打印托盘间接转移托槽位置的准确性需要经过有效的验证。有研究[6-9]显示，3D 打印托盘可在口内辅助定位托槽，显著提高其粘接位置的准确性。目前，国内该类研究较少，且认为其转移准确性不如传统间接转移托盘[10]。本研究使用三维图像叠加的方法测量托槽转移粘接前后的误差，可以将系统误差降到最小，然后通过测量托槽转移前后的误差大小来评价3D 打印托盘的转移准确性。根据ABOOGS 评分标准，当牙齿排列不齐且差异超过0.5 mm时会扣除相应分值，导致矫治效果总评分下降。因此，托槽定位的容许误差范围很小，转移粘接托槽后的位置距离虚拟预定位置偏离小于0.5 mm，则认为托盘转移托槽准确性高。

本研究采用三维图像叠加的方法测量了200颗托槽的位置偏差，其准确度为0.00～0.20 mm，这与Chaudhary 等[7]和Bachour 等[8]的研究结果相近。测量结果显示，所有托槽在近远中向、颊舌向以及龈向的平均转移误差均小于0.5 mm，表明3D 打印托盘具有很高的转移准确性。龈向转移误差平均误差为0.10 mm，大于近远中向、颊舌向的平均转移误差。Xue 等[10]及Kim 等[11]的研究中也发现3D 打印托盘的垂直向误差比近远中向、颊舌向误差大。

比较上下颌牙齿托槽的转移误差结果显示，上下颌托槽在近远中向、颊舌向的转移误差无明显差异；在龈向，上颌托槽比下颌托槽的转移准确率更高。可能为：1）下颌3D 打印托盘在就位过程中，由于张口度、隔湿和舌体运动等影响，使托盘未完全就位或就位过程中托槽和转移托盘之间出现轻微错位导致出现托槽转移误差。在所有托槽方向偏差中可以看出，51.5%的托槽在转移后偏向方，可能是由于在光固化过程中托盘缺乏垂直压力而导致托盘未就位造成的，适当的压力有助于托盘垂直向稳定就位，而压力过大也会使托槽向牙龈方向移动。因此，正畸医生应根据托盘材料进行相应的压力调整。2）计算机软件在设计3D 打印托盘时，会自动进行去倒凹设计来获取共同就位道，可方便托盘的就位与脱位。托盘设计时并不会覆盖全部舌面，当使用打印托盘在患者口内粘接托槽时，托盘固位仅靠覆盖在后牙的牙尖和前牙的1/3 牙冠，可能使托盘与牙齿的接触固位面积不足造成托盘就位不稳定，且易滑脱移位，从而造成托槽偏离预设的位置，这种设计有利于粘接完成后转移托盘的顺利脱位，需要在设计时兼顾。3）树脂材料在冷凝过程中出现不均匀收缩，而3D 打印托盘在制作过程中是直接打印的，且托盘组织面没有石膏模型的支撑，托盘在轻微变形凝固后，树脂托盘硬度高，在将托盘放置于患者口内粘接时，托盘组织面与牙齿表面无法真正地完全贴合，从而影响转移准确性。4）3D 打印托盘设计包裹托槽的方式也会影响转移托盘的准确性，托盘必须具有确切的托槽物理尺寸，并且具有一定的固位力。既有利于保持转移托盘的精准性，也有利于托槽粘接完成后的移除。Hada 等[12]指出，托盘设计包裹托槽的方式，对垂直方向的转移准确性影响较大。本研究将托盘包裹托槽设计为三面环抱式，方有底座固位，其余三面均增加辅助固位装置，这种设计会将托槽牢固环抱其中，避免托槽在转移托盘时晃动，影响托盘的转移准确性。将托盘3D 打印制作后，需手动将托槽完全嵌入托盘，未完全嵌入托盘时可能导致转移位置的偏差，本研究将托槽嵌入托盘后在3D 打印模型上进行匹配，该操作将人为因素对转移准确性的影响降到了最低。杨椿浩等[13]研究了全牙弓导板和单牙导板在辅助托槽间接粘接过程中的准确性，两者之间差异无统计学意义。在临床操作过程中，全牙弓导板更加便捷，但对临床医师操作技术的要求更高，脱位方向必须与就位方向一致，暴力脱位会导致托槽脱落率上升。本研究所有的打印托盘均为分段式，可避免全牙弓托盘在粘接时垂直方向压力不足而造成的误差；另外，可降低托盘移除的困难和避免托槽的脱落。而且在垂直向，切牙、尖牙及前磨牙在托槽的转移误差仍然小于0.5 mm，符合临床要求。

比较切牙组、尖牙组和前磨牙组在近远中向、颊舌向及龈向的转移误差时，发现在近远中向、龈向转移误差的差异无统计学意义。在颊舌向，尖牙组与切牙组和前磨牙组间差异有统计学意义，表明尖牙组托槽较其余两组转移误差大，且尖牙比切牙和前磨牙偏向颊侧的误差大且均偏向颊侧。可能因为尖牙的解剖形态及在牙弓中的位置影响了其转移准确性。另外，托槽的粘接树脂底板厚度也可能会使颊舌向转移误差有所不同。有研究[6]认为，传统间接粘接中托槽在石膏模型定位粘接后会形成个性化托槽底座，托槽底座是用粘接树脂定制的，而3D 打印托盘的托槽底座上的底板是在计算机上模拟的或直接虚拟贴合牙齿的，考虑到牙齿形态的解剖差异，虚拟结合可能与实际结合不同。这种差异将进一步影响托槽转移的位置。临床粘接过程中，对托盘的压力不足可造成颊侧未完全就位，从而导致托槽底板的树脂厚度不同，影响托槽在颊舌向的误差。除以上原因外，目前还有研究[11]发现，牙尖高度会对3D 打印托盘的垂直向转移准确性有所影响，牙尖较大的牙的转移误差更高，对于不同牙齿类型对转移准确性的影响仍需进一步研究。但是切牙、尖牙及前磨牙在托槽的转移误差都小于0.5 mm，符合临床要求。

本研究统计切牙组、尖牙组、前磨牙组托槽在近远中向、颊舌向、龈向转移可接受误差的频率。结果显示，在近远中向，3 组托槽转移误差均小于0.5 mm，在可接受误差范围内；在颊舌向，切牙组、尖牙组和前磨牙组的可接受误差发生率分别为92.5%、98.8%和97.5%。在龈向，切牙组、尖牙组和前磨牙组可接受误差发生率分别为95%、100%和100%。托槽位置在0.5 mm 的可接受范围内，可接受误差发生率为96%～100%。所有牙齿在3 个方向的可接受误差发生率均大于90%，与Schmid 等[5]研究结果相似。表明转移托盘平均误差很小，数字化转移托盘具有很高的转移准确性。方向性偏差的频率也不容忽视。在垂直向，60%的切牙托槽、42.5%的尖牙托槽及47.5%的前磨牙托槽偏向方。分析其原因是该装置可能存在匹配的偏差，另外可能由于垂直向压力不足造成转移托盘未完全就位。

除以上因素影响3D 打印托盘的转移准确性外，为了验证临床操作者的技术水平是否对其有所影响，Duarte 等[14]研究了具有不同临床经验和水平的正畸医生使用3D 打印托盘在转移托槽位置上的可重复性，并得出年龄和正畸临床经验对托槽转移位置没有影响。尽管研究发现临床操作者的技术水平对其准确性影响不大，但不规范的临床操作也可能影响到转移托盘的就位，以及托槽粘接的强度等。只有严格标准的临床操作流程才能提高托槽粘接的准确性、保证托槽粘接强度、减少菌斑附着等。

个性化的治疗是口腔医学未来发展的方向，要完成个性化的矫治离不开三维数字化技术与牙齿影像系统的发展。个性化的矫治方案最终需要矫治器来完成，而托槽或附件则需要数字化间接粘接技术来完成预定位置的转移，数字化间接粘接技术是实现口腔治疗数字化的桥梁。数字化间接粘接技术精准地将虚拟设定位置转移至牙列，可避免因托槽位置不准确导致的牙齿排列不齐。数字化技术使正畸治疗更加具有可预测性，结合牙根影像的虚拟模拟矫治，模拟牙根的移动方向，从而减少了牙根出现骨开窗及骨开裂的风险。