3D打印托盘在正畸托槽间接粘接中转移准确性研究.pdf
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1、宁夏医科大学学报4缘卷收稿日期:2023-02-09基金项目:中华口腔医学会西部口腔医学临床科研基金项目(CSA-W2021-11);宁夏 口腔临床 一流学 科二期 建设 项 目(0019110104)作者简介:马小东(1994),男,在读硕士研究生,研究方向为口腔正畸。通信作者:雍敏(1966),女,副教授,主任医师,研究方向为口腔正畸。E-mail:自 Silverman 等11972 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
2、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
3、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 110 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耀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
4、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,3MUnitek)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。文章编号:1674-6309(2023)07-0676-07论著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1,陈
5、琦2,雍敏2(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)摘要:目的评估 3D 打印托盘在正畸托槽间接粘接中的转移精准度,为正畸临床托槽粘接提供参考。方法对 10 例错畸形患者 200 颗托槽粘接前后的位置进行测量,并用完全数字化的 3D 打印托盘对患者的切牙、尖牙、前磨牙进行托槽粘接,使用口内扫描仪获取托槽粘接到牙齿后的数字化模型,将其与相应设定好的虚拟托槽位置的数字化模型重叠,并对托槽位置的差异进行量化。结果托槽在近远中向、颊舌向、龈向的转移误差分别为 0.00、0.00 和 0.10 mm,与 0.5 mm(ABO-OGS 评分标准规定的最
6、小误差)比较差异具有统计学意义(P约0.05),托槽转移误差均在 0.5 mm 限制范围内。结论使用 3D 打印托盘的间接粘接将设计好的托槽位置转移到患者的牙列,在近远中向、颊舌向、龈向具有很高的转移准确性。关键词:间接粘接;3D 打印托盘;转移准确性中图分类号:R783.5文献标识码:ADOI院10.16050/ki.issn1674-6309.2023.07.005第 45 卷7 期2023 年 7 月宁夏医科大学学报Journal of Ningxia Medical University676窑窑7期图 13D 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
7、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
8、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。
9、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。粤月悦A.带有虚拟定位托槽的数字化模型;B.托槽实际粘接后的数字化模型;C.虚拟定位托槽的数字化模型(绿色)和托槽实际粘接后的数字化模型(黄色)的重叠模型图。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(P圆缘,P苑缘)表示。对近远中向、颊舌向、龈方向差异测量值进行Wilcoxon 秩检
10、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,检验水准琢=0.05。马小东,等.3D 打印托盘在正畸托槽间接粘接中转移准确性研究677窑窑宁夏医科大学学报4缘卷2结果2.1托槽在近远中向、颊舌向、龈向的平均转移误差托槽转移前后的误差结果显示,托槽在近远中向、颊舌向、龈向的转移误差分别是 0.00(0.00,0.10)mm、0.00(0.00,0.00)mm 和0.10(0.00,0.20)mm,并对这 3 个方向的转移误差与0.5 mm 进行 Wilcoxon 检验,
11、差异均有统计学意义(P 均约0.001)。表明所有牙齿托槽转移误差在近远中向、颊舌向和龈向的转移误差在 0.5 mm可接受范围内,见表 1。表 1托槽转移前后的误差值 M(孕25,孕75),mm牙齿类型n近远中向颊舌向龈向切牙800.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.15(0.00,0.20)上颌切牙400.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.20)0.00(0.00,0.00)下颌切牙400.05(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.20(0.10,0.28)尖牙400.00(0.00,0.20)0.00(0.00,0.18)0.10
12、(0.00,0.20)上颌尖牙200.05(0.00,0.20)0.00(0.00,0.18)0.10(0.00,0.20)下颌尖牙200.00(0.00,0.18)0.00(0.00,0.18)0.15(0.00,0.20)前磨牙800.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.10(0.00,0.20)上颌前磨牙400.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.00(0.00,0.20)下颌前磨牙400.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.10(0.00,0.20)合计2000.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.0
13、0)0.10(0.00,0.20)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约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均跃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。表 2上下颌牙齿托槽在不同方向的转移误差比较 M(孕25,孕75),mm类型n近远中向颊舌向龈向上颌1000.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.10(0.00,0.20)下颌1000.00(0.00,0.10)0.00(0.00,0.00)0.
14、20(0.00,0.20)P值0.7620.3430.0062.3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跃0.05),在颊舌向差异有统计学意义(P约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约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。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统计切牙组、尖牙组
15、、前磨牙组托槽在近远中向、颊舌向、龈向转移的可接受误差频率及方向误差频率。在近远中向,3 组托槽转移误差均小于 0.5 mm,均在可接受误差范围内;在方向*P0.05。图 5不同牙齿类型颊舌向的转移误差比较*4.23.52.82.11.40.70.0678窑窑7期误差方面,15%的切牙托槽偏向近中,21.3%的切牙托槽偏向远中,22.5%的尖牙托槽偏向近中,10%的尖牙托槽偏向远中,6.25%的前磨牙托槽偏向近中,10%的前磨牙托槽偏向远中。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%、97.5%和 98.8%;在方向误差方面,6.3%的切牙托槽、7.5%的尖牙托槽及
16、 2.5%的前磨牙托槽均偏向颊侧。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%;在方向误差方面,60.0%的切牙托槽、42.5%的尖牙托槽及 47.5%的前磨牙托槽均偏向方,见表 3、表 4。表 3粘接转移前后误差的可接受误差频率分布 例(%)牙齿类型n近远中向颊舌向龈向切牙8080(100.0)74(92.5)76(95.0)上颌切牙4040(100.0)37(92.5)40(100.0)下颌切牙4040(100.0)37(92.5)36(90.0)尖牙4040(100.0)39(97.5)40(100.0)上颌尖牙2020(100.0)20(100.
17、0)20(100.0)下颌尖牙2020(100.0)19(95.0)20(100.0)前磨牙8080(100.0)79(98.8)80(100.0)上颌前磨牙4040(100.0)39(97.5)40(100.0)下颌前磨牙4040(100.0)40(100.0)40(100.0)合计200200(100.0)192(96.0)196(98.0)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
18、。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 ABO-OGS 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
19、确度为 0.00耀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
20、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。在所表 4托槽粘接前后方向误差频率分布(%)马小东,等.3D 打印托盘在正畸托槽间接粘接中转移准确性研究近远中向颊舌向龈向近中远中颊向舌向向龈向切牙8015.0021.306.30060.000尖牙4022.5010.007.50042.500前磨牙806.2510.002.50047.500合计20012.5014.505.00051.500牙齿类型n679窑窑宁夏医科大学学报4缘卷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
21、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
22、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
23、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
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