三维数字化建立恒牙期安氏Ⅱ类错牙合模型对牙弓和基骨弓的测量分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.36.006

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (36): 5769-5774.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.36.006

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三维数字化建立恒牙期安氏Ⅱ类错牙合模型对牙弓和基骨弓的测量分析

武杰1，王超然2，赵伟1，孙梦姣1，李洪发1

1天津医科大学口腔医院正畸科，天津市 300070；2天津解放军第二五四医院口腔科，天津市 300142

收稿日期:2017-09-09 出版日期:2017-12-28 发布日期:2018-01-04
通讯作者: 李洪发，主任医师，硕士生导师，天津医科大学口腔医院正畸科，天津市 300070
作者简介:武杰，男，1985年生，内蒙古自治区呼和浩特市人，汉族，2012年天津医科大学毕业，硕士，医师，主要从事口腔正畸三维数字化的研究。
基金资助:
2013年度滨海新区卫生局科技项目(2013Bwky023)

Characteristics of dental arch and basal bone in permanent dentition Angle Class II malocclusion based on three-dimensional digital models

Wu Jie1, Wang Chao-ran2, Zhao Wei1, Sun Meng-jiao1, Li Hong-fa1

1Department of Orthodontics, Stomatological Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China; 2Department of Stomatology, No. 254 Hospital of Chinese PLA, Tianjin 300142, China

Received:2017-09-09 Online:2017-12-28 Published:2018-01-04
Contact: Li Hong-fa, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthodontics, Stomatological Hospital of Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China
About author:Wu Jie, Master, Physician, Department of Orthodontics, Stomatological Hospital of Tianjin Medical University
Supported by:
the Science and Technology Project of Health Bureau of Binhai New Area in 2013, No. 2013Bwky023

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
正畸三维数字化模型的获取：是通过扫描仪器将患者口内牙颌形态转化为虚拟数字信息，然后在相应软件中生成三维立体图像。该技术能够实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点，为实物数字化提供了方便快捷的手段。
锥型束计算机体层扫描(cone-beam computed tomography，CBCT)：CBCT是目前口腔医疗领域应用最成熟的获取颌面部软硬组织三维图像的方法，在正畸临床诊断、矫治中发挥着重要作用。CBCT其数据格式为DICOM，能够与数字化模型准确地匹配。数字化模型包含了牙列中牙冠部分的全部信息，CBCT的信息包括了软硬组织的三维影像，二者的结合可以实现信息互补。

摘要
背景：正畸医生使用模型测量能够获得关于牙颌的全面数据，三维数字化模型显示能比传统模型获得更准确的信息。
目的：通过对恒牙期安氏Ⅱ类错牙合三维数字化模型进行测量，探讨其牙弓和基骨弓的特点。
方法：实验组为恒牙期安氏Ⅱ1类组(30例)、安氏Ⅱ2类组(30例)，对照组为恒牙期个别正常牙合(30例)。使用3shape R700扫描仪将3组石膏模型扫描生成三维数字化模型，使用三维测量软件Orthoanalyzer 2013对数字化模型进行测量。采用SPSS 19.0软件对上述3组测量数据进行统计学分析，组间两两比较采用方差分析LSD法。
结果与结论：①上下颌牙弓长度、上颌牙弓前中段、下颌基骨中段宽度：Ⅱ2>个别正常颌>Ⅱ1 (P < 0.05)；下颌牙弓前段宽度、上下颌基骨长度：个别正常颌>Ⅱ1>Ⅱ2 (P < 0.05)；上颌牙弓后段、上颌前中段、下颌前段基骨宽度：个别正常颌>Ⅱ2 >Ⅱ1 (P < 0.05)；②牙体长轴与牙合平面角度：安氏Ⅱ1、Ⅱ2、个别正常颌前牙区该角度差异显著；上颌后牙区(冠)：Ⅱ2 >Ⅱ1>个别正常颌(P < 0.05)；下颌后牙区(冠)：Ⅱ2>个别正常颌>Ⅱ1 (P < 0.05)；③安氏Ⅱ1弓形有狭而长的趋势，安氏Ⅱ2弓形有宽而短的趋势；④安氏Ⅱ1牙列前段(3-3)存在矢状向不调，表现为上下颌唇倾；中(4-4)后(6-6)段存在冠状向不调，上牙列表现为腭倾，下牙列表现为颊倾。安氏Ⅱ2牙列前段存在矢状向不调，表现为上下颌舌倾；后牙区无不调。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0002-3680-6685(武杰)

关键词: 组织构建, 组织工程, 数字化模型, 三维扫描, 安氏Ⅱ1类, 安氏Ⅱ2类

Abstract:

BACKGROUND: An orthodontist can gain all comprehensive data about the tooth and jaw based on a model measurement. With the development of CAD/CAM, a three-dimensional (3D) digital model shows more accurate information than a traditional model.
OBJECTIVE: To explore the characteristics of dental arch and basal bone in permanent dentition Angle Class II malocclusion based on 3D digital models.
METHODS: Thirty cases of normal occlusionin permanent dentition were selected as control group, and 30 cases of Angel II1 and 30 cases of Angel II2 malocclusion were enrolled, respectively. Three kinds of 3D digital models were established using a 3shape R700 scanner and measured with Orthoanalyzer 2013. The data of individual normal occlusion and Angel II1 and Angel II2 data were analyzed statistically with SPSS 19.0 software respectively. Intergroup comparison was analyzed by the least significant difference test method.
RESULTS AND CONCLUSION: Maxillary and mandibular dental arch length and maxillary dental arch width of front section (3-3) and middle section (4-4)/maxillary basal bone length and mandibular basal bone width of middle section (4-4): II2 > normal occlusion > II1 (P < 0.05). Mandibular dental arch front width of section (3-3)/maxillary and mandibular basal bone length: normal occlusion > II1> II2 (P < 0.05). Maxillary dental arch width of behind section (6-6)/maxillary basal bone width of front section (3-3) and middle section (4-4)/mandibular basal bone width of front section (3-3): normal occlusion > II2 > II1 (P < 0.05). The angle of tooth long axis and plane: there was significant difference in the Angel II1, II2 and normal occlusion (P < 0.05). Maxillary posterior-teeth area (coronary): II1 > II2 > normal occlusion (P < 0.05). Mandibular posterior-teeth area (coronary): II2 > normal occlusion > II1 (P < 0.05). The dental arch of Angel II1 was narrow and long in shpape, and the dental arch of Angel II2 was wide and short in shape. Sagittal discordant existed in the anterior of Angel II1, such as lip-side incline of maxilla and mandible. Coronal discordant existed in the median and posteior of Angel II1, such as palatine-side incline of the maxillary dental arch, and buccal-side incline of the mandible. Sagittal discordant existed in the anterior of Angel II2, e.g. lingual-side incline of the maxilla and mandible. No discordant existed in the posterior section of Angel II2.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Jaw, Malocclusion, Angle Class II, Computers, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

武杰，王超然，赵伟，孙梦姣，李洪发. 三维数字化建立恒牙期安氏Ⅱ类错牙合模型对牙弓和基骨弓的测量分析[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(36): 5769-5774.

Wu Jie1, Wang Chao-ran2, Zhao Wei1, Sun Meng-jiao1, Li Hong-fa1. Characteristics of dental arch and basal bone in permanent dentition Angle Class II malocclusion based on three-dimensional digital models [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(36): 5769-5774.

图/表（结果） 2

参考文献

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引言

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计对比观察。

1.2 时间及地点于2015年9月至2016年7月在天津医科大学口腔医院完成。

1.3 对象在天津高校新生中进行体检普查，筛选出满足个别正常牙合要求的学生30例作为对照组(男女各15例)，平均年龄(18.2±1.3)岁，均为汉族。

个别正常牙合样本纳入标准为：无正畸治疗史，上下颌中线对齐，磨牙及尖牙为中性关系，覆牙合覆盖正常，上下牙列无拥挤或者少量拥挤(≤1 mm)，牙列完整，第2磨牙完全建牙合。

从天津医科大学口腔医院正畸科门诊病例中挑选出安氏Ⅱ¹和Ⅱ²错牙合畸形的患者记存石膏模型各30例(男女各15例)，平均年龄(17.2±3.5)岁，均为汉族。

样本纳入标准：①双侧第1恒磨牙及尖牙为远中关系；②ANB>5°；③上下颌牙列完整，无先天缺牙；④所有牙齿均建立咬合(除第3磨牙外)；⑤模型保存良好，牙体形态完整无缺损。研究对象分组：Ⅱ¹组：上前牙唇倾，双侧第1恒磨牙为远中关系。Ⅱ²组：上前牙舌倾，双侧第1恒磨牙为远中关系。

1.4 方法使用3shape R700扫描仪对个别正常牙合组、安氏Ⅱ¹和Ⅱ²组的石膏模型进行扫描，生成三维数字化模型。应用OrthoAnalyzer 2013测量分析软件对3组的三维数字化模型进行测量。

1.4.1 牙弓长度与宽度测量牙弓长度：以双侧第2磨牙远中接触点连线为底线，从中切牙近中邻接点向底线所做的垂线距离；宽度测量分为牙弓前段宽度(3-3)、牙弓中段宽度(4-4)、牙弓后段宽度(6-6)(图1)。

1.4.2 基骨长度和宽度的测量基骨弓长度为中切牙唇侧黏膜移行皱襞处牙槽弓之最凹点到第1恒磨牙远中接触点所在平面之间的垂直距离；基骨弓前段宽度(3-3)、中段宽度(4-4)、后段宽度(6-6)分别为双侧尖牙区、第1前磨牙区、第1磨牙区颊侧移行皱襞处，牙槽骨最凹点之间直线距离(图2)。

1.4.3 牙体长轴角度测量本研究在对牙齿长轴角度测量时，选择上下颌前牙区牙齿进行测量。牙齿转矩测量的前提是必须确定牙体长轴，而数字化模型只能显示牙冠，无法准确定位牙根根尖的位置。解决这一缺陷的办法是将锥型束计算机体层扫描(cone-beam computed tomography，CBCT)包含牙根信息的DICOM文件导入该软件，即可生成骨性的颌骨与牙列形态(图3)。

将CBCT骨性结构和数字化模型准确匹配是实现二者精确结合的关键。如图3所示，上下颌各有3个定位点(上颌为蓝色，下颌为绿色)，依次在骨性结构、数字化模型对应位置定点，如果发现定点不准确，可以进行微调，软件会依照定点将二者进行匹配，二者准确重合时的效果如图4所示。牙冠部分为骨性高密度的白色影像，牙龈和基座为数字化模型特有的棕褐色。

重合后的数字化模型包含牙冠、牙根，在数字化模型基础上可以清晰看到每个牙齿的牙根。即可在每个牙齿矢状面上准确测量牙体长轴与牙合平面的交角(图5)。

1.5 主要观察指标 ①牙弓长度和宽度；②基骨弓长度和宽度；③牙体长轴与牙合平面角度。

1.6 统计学分析所有测量项目均由同一操作者对每个测量项目测量3次，经检验无显著性差异后，取平均值作为最终结果。使用SPSS 19.0软件包进行统计学分析，3组间两两比较采用方差分析LSD法，P < 0.05代表差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 三维数字化模型的优势与传统的石膏模型不同，三维数字化模型是一种信息化数据，包含患者牙列及颌骨形态信息的三维数据，它将实物的立体信息转化为计算机可以直接处理的数字化信息^[3]。该技术经过不断的更新，现已能够实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点，为实物数字化提供了方便快捷的手段^[4]。

数字化测量可以在数字化模型上完成更加精确的测量。首先，数字化途径能够实现常规测量项目，如基骨及牙槽测量、牙弓形态及Bolton指数等，其次可以进行传统方法无法测量的项目。吴佳琪等^[5]利用该方法对牙弓形态和WALA点的弓形进行曲线拟合，分析牙弓与基骨的相关性。诸多文献报道已证实数字模型的测量结果有较高的准确性^[6]。Goonewardene等^[7]使用数字游标卡尺、三维软件测量牙弓长度差异(TALD)、不规则指数和牙弓长度，以组内相关系数(ICC)评价可靠性，以最小平均差评价有效性和测量影响，结果显示在计算机上进行的数字化测量比手动测量更具有一致性。Quimby等^[8]对数字化模型的准确性、有效性和可重复性进行了研究，认为数字化模型有显著临床应用价值。Sousa等^[6]发现数字化模型在牙弓长度和宽度等线性指标测量方面具有很好的可靠性。

研究认为数字化测量不仅在可重复性、一致性方面更突出，而且能够在虚拟模型上实现更多的功能。与传统手动测量方法相比，在数字化模型上可以不受空间条件的制约，从而能够能够实现很多以往难以实现的测量项目，如轴与面的角度，点到线、点到面、面到面的垂直距离等。具体的测量项目有前牙区牙体长轴转矩、牙槽骨长度和宽度、基骨弓长度和宽度。

3.2 数字化模型与CBCT的结合 CBCT是目前口腔医疗领域应用最成熟的获取颌面部软硬组织三维图像的方法，在正畸临床诊断、矫治中发挥着重要作用^[9]。CBCT在口腔应用很广泛，其数据格式为DICOM^[10]，能够与数字化模型准确地匹配^[11]。数字化模型包含了牙列中牙冠部分的全部信息，CBCT的信息包括了软硬组织的三维影像，二者的结合可以实现信息互补。

Martorelli等^[12]将数字化模型与CBCT三维空间信息进行结合，经测量发现结合准确度很高。CBCT包含颌面部软硬组织信息，而数字化模型的牙列非常清晰完整，已有学者尝试将二者结合来获得完整信息^[13]。

El-Zanaty等^[14]将CBCT与数字化模型结合，能够包含软硬组织形态，可以实现三维方向上的测量，而且结合后的立体图像能够看到牙冠、牙根、颌骨、软组织等全部信息。完整的信息不仅可以为诊断设计提供全面的资料，还能够预防治疗中出现的异常^[15]。

Martorelli等^[12]运用CBCT、MSCT扫描得到的三维图像与D700扫描仪获取的数字化模型进行重叠，经统计分析发现有很好的匹配精确度。

3.3 安氏Ⅱ类错牙合主要特征及代偿机制研究显示安氏Ⅱ¹错牙合畸形的主要特征是深覆盖，常伴深覆牙合，上下切牙唇倾，牙弓形态常为尖圆形。安氏Ⅱ²错牙合畸形的主要特征是内倾性深覆牙合，上前牙舌倾，下切牙直立或代偿性舌倾，牙弓形态为方圆形。王芳等^[16]对安氏Ⅱ¹、Ⅱ²牙颌代偿问题进行测量，发现二者在牙及牙槽骨形态上均存在显著差异。由于上前牙的舌向倾斜，上下前牙呈闭锁关系，使下颌处于远中位置，下颌牙弓前部牙弓变窄，其前段宽度明显小于个别正常颌，与Walkow and Peck研究结果一致^[17]，造成临床常见下前牙的拥挤。Pancherz等^[18]通过研究发现，安氏Ⅱ²患者的上切牙舌倾会阻碍下颌骨的矢状向生长。因下颌生长发育受到明显限制，造成下颌后缩，上颌骨的过度生长，从而会导致前牙深覆牙合。

通过测量牙体长轴与牙合平面的角度，结果分析由于安氏Ⅱ类患者前牙均存在矢状向上的不调，为实现协调匹配，上下颌则均出现同向倾斜：安氏Ⅱ¹类患者下前牙唇倾，一方面是由于舌肌力量作用，另一方面是由于与上前牙建立咬合，行使咀嚼功能^[19]；安氏Ⅱ²类患者因为上前牙的舌倾导致上下颌呈闭锁状态，阻止下颌的前伸，使下前牙为了与之行使切割功能也会代偿性的舌倾。而安氏Ⅱ¹类患者后牙存在冠状向不调：下牙列中后段颊倾，上牙列中后段舌倾，以减小覆盖，达到尖窝咬合关系。Ⅱ¹处于远中颌间关系时，上下颌后牙区覆盖加大，为了实现咬合接触，上颌后牙将会出现代偿性腭向倾斜，同时下颌后牙代偿性颊向倾斜^[20]。恒牙期安氏Ⅱ¹矫治的目标是减小覆牙合覆盖，解除矢状向不调。在制订安氏Ⅱ²治疗方案时，需要综合考虑磨牙关系、生长潜力、骨骼异常程度等因素。

3.4 前景与展望模型测量在正畸治疗过程中是一项重要的辅助手段，在以往漫长的正畸发展史中占有重要地位。现在，随着三维数字化模型的兴起和普及，越来越多的医生和研究者开始探索这一新技术给传统方式带来的改变^[21-24]。三维数字化模型与传统模型有相似之处，在许多情况下可以直接借鉴以往的方式，将在石膏模型上进行的测量项目移植到三维数字化模型。三维数字化模型虽然有明显的优势，但从目前的使用情况看，还不能完全取代传统的石膏模型。随着信息技术的不断发展，相信会有越来越多的数字化手段在正畸领域得到应用和普及。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

三维数字化建立恒牙期安氏Ⅱ类错牙合模型对牙弓和基骨弓的测量分析

Characteristics of dental arch and basal bone in permanent dentition Angle Class II malocclusion based on three-dimensional digital models

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