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Invisalign技术创新及牙移动效能

2019-04-26 00:01:13
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作者:王硕,孙雨虹,华先明,武汉大学口腔医学院

近年来,隐形矫治的临床应用范围得到了极大的提升。其隐形、舒适、美观的特点越来越受到医患的青睐。从最初用于精细调整的硬塑料正位器(positioner)到最近隐适美(Invisalign)推出的具有下颌前导功能的Mandibular Advance(MA),隐形矫治技术经历了长达70年的发展。虽然,以隐适美(Invisalign)为代表的Invisalign G1到G7,极大地拓宽了隐形矫治的适应证,但是,其在临床治疗中,矫治器(aligner)引起的牙移动效能并不能完全表达。因此,本文拟对隐适美的技术创新、适应证和不同牙移动的效能进行综述,以期为临床医生在进行三维动画设计时提供一定的理论指导。

1.隐适美(Invisalign)技术创新和适应证

1940年,Kesling使用塑料正位器对矫正治疗进行最终的精细调整,70~90年代,Sheridan等虽将其改进为负压保持器并配合邻面去釉,但仍不能精准的控制牙移动。1999年,爱齐公司推出了首款Invisalign系统。从此,矫治医师只需制取患者的初次印模,即可精确模拟患者牙齿矫治的每一步效果,进而取代了过去患者每次复诊都要取模的繁琐程序。

1.1InvisalignG1~G2

早期的InvisalignG1还未采用辅助工具,只是单独依靠矫治器来完成矫治。虽然此时关于Invisalign的相关研究较少,但是Djeu等通过回顾性研究发现,在整平牙弓及纠正牙根轴倾度方面,Invisalign与固定矫治能达到类似的效果;而在调整颊舌向转矩,改善咬合以及纠正深覆盖等方面,固定矫治仍占有明显优势。因此,InvisalignG1的适应证是程度较轻的错牙合畸形。

随着制造技术的不断发展,正畸医师在InvisalignG2时期已经可以要求添加树脂附件以及辅助颌间牵引。Kravitz等通过回顾性研究发现,InvisalignG2在去扭转方面只能达到35.8%的预期,在伸长方面只能达到29.6%的预期,但是在内收关闭间隙(lingual constriction)方面可达到41%的预期。Krieger等比较50例Invisalign患者的术后模型和ClinCheck®models发现,Invisalign能理想地解除下前牙的拥挤,但是却不能很好地纠正深覆盖。这些研究表明早期的Invisalign系统在控制牙移动的精确性上尚需提高。因此,InvisalignG2的适应证仍是轻度的错牙合畸形,但其创新性地开发了附件以及辅助装置,进而为后期推出的智能力学系统(SmartForce)打下了基础。

1.2InvisalignG3~G7

1.2.1InvisalignG3

为了更好地对牙齿进行精确的三维移动,InvisalignG3通过SmartForce开发了优化附件(optimized attachment),并将其放置在特定的牙面上。同时为了加强Aligner对前牙转矩的控制,上下前牙的唇侧龈缘和舌侧切缘处可设计PowerRidge,其产生的力偶类似于固定矫治中的转矩力。因此,InvisalignG3主要用于控制前牙转矩。

1.2.2InvisalignG4

2011年,爱齐公司发布InvisalignG4,其主要特点是更新了Smart Force®features以及贴合更精确、加力更持续的SmartTrack®。有学者在一项72例患者的疼痛问卷调查中证实SmartTrack®相比于Ex30疼痛感更轻微,对生活质量影响更小。但其牙移动效率是否较Ex30提高,仍缺乏相关研究予以支持。Invisalign G4 Smart Force®features有以下三个特点:①组合性伸长前牙治疗开(multitooth anterior extrusion),即以后牙为支抗,整体伸长前牙,达到治疗开的效果;②在远中向直立尖牙牙根以及关闭中切牙间隙时,加强控根移动,避免倾斜移动(optimized root control attachment);③上颌侧切牙多平面牙移动(multiplane movement feature),在纠正扭转的侧切牙同时不产生非预期的压力。因此,InvisalignG4的适应证为前牙开牙合,并且其能在治疗过程中防止牙轴倾斜。

1.2.3InvisalignG5

2014年,爱齐公司发布InvisalignG5,其主要特点为:①在Smart Force®features中设置压力区(pressure areas)。压力区添加在矫治器的舌侧,可使Aligner产生的压入力与牙长轴保持一致。②在整个治疗过程中,通过上颌Aligner舌侧的隆起(bite ramp)使后牙分离同时能更有效地压低下切牙。③在整平Spee曲线时,通过设置优化附件伸长前磨牙并为前牙的压低提供支抗。InvisalignG5的适应证为前牙深覆牙合。

1.2.4InvisalignG6

2015年,爱齐公司发布InvisalignG6,其专为第一前磨牙拔除时获得强支抗而设计。主要包括SmartStage技术即矫治器预支抗设计和创新的牙移动步骤。矫治器预支抗设计即当希望获得强支抗或后牙牙冠近中移动不超过2mm时,InvisalignG6将自动设置后牙优化支抗附件以及前牙优化内收附件避免在关闭间隙过程中前牙的舌倾、伸长,和后牙的近中倾斜。但是也有医师在附件中设置深入龈方的动力臂(power arm),期望获得更又效的整体移动。创新的牙移动步骤即当尖牙远中移动1/3之后再开始前牙的整体内收,以期在初始阶段获得后牙的强支抗。

1.2.5InvisalignG7

2016年,爱齐公司发布InvisalignG7,在继续完善上颌切牙的优化多平面牙移动功能后,InvisalignG7默认在矫治目标中对前牙预留0.5mm覆盖,解决以往矫治结束时常出现的后牙开问题。并且在前牙内收的病例中,后牙设置优化支抗附件,防止内收过程中后牙的近中倾斜以及前牙转矩丢失。G7主要功能为防止前牙早接触所引起的后牙开。

1.3InvisalignMA

2017年,爱齐公司推出具有下颌前导功能的Invisalign矫治器,即InvisalignMA,用于治疗生长发育期骨性Ⅱ类的青少年患者。MA主要是利用位于第一磨牙和前磨牙颊侧的精密翼托(precision wings)导下颌向前。MA治疗分为三个阶段:前导预备阶段,前导阶段和标准隐适美治疗阶段。①前导预备阶段是为了解除前导干扰。该阶段的矫治内容包括局部锁牙合、反牙合、深覆牙合,同时进行初步的排齐整平。当有足够间隙放置精密翼托且无前导干扰时,开始导下颌向前。②下颌前导阶段的矫治目标是纠正Ⅱ类关系,继续整平排齐。矫治器以2mm为增量逐步实现下颌前导,同时协调上下牙弓。③前导到目标位置并稳定后重新取模,开始标准隐适美治疗阶段,完成精细调整。

2.隐适美(Invisalign)牙移动的效能

隐适美的矫治效果已被大多数医生学者认同,但其牙移动的效能方面的研究一直在进行。在对于Invisalign矫治器的牙移动效率进行评价时,不同学者采用了不同的模型配准方法。早期的牙移动效率评价方式大多是基于二维影像,同时其参考点多以假定磨牙或者前磨牙稳定不动为基础,存在着很大的局限性。近年来,有学者采用数字化模型的方式,通过腭部稳定解剖标志和CBCT颅颌骨稳定标志对图形进行重叠,大大提高了其研究方法的可靠性。为了让正畸医师能更快更好地掌握隐适美三维动画设计,并获得较好的临床治疗效果,现将隐适美牙移动的效能归纳如下。

2.1压低(intrusion)

压低是Invisalign效能较高的移动方式。有学者通过对39例完成病例的回顾性研究发现,Invisalign对前牙的平均压低量为0.72mm,其中压低上中切牙和下中切牙的效能最高,分别是44.7%和46.6%。上颌侧切牙的效能最低,仅为32.5%,这可能是由于邻近上颌尖牙的真实移动与目标方案不一致所造成的。值得注意的是,尽管压低是一种可以预期的牙移动方式,但是大多数压低都是相对压低(relative intrusion),即伴随着前牙的唇倾。在一般情况下,前牙压低并不需要特殊的附件,但是前磨牙区域应设置水平矩形附件以增强支抗及固位。

Khosravi等通过对比40个深覆患者术前及术后头影测量后发现,咬合平均打开1.5mm,作者认为隐适美只能矫治轻到中度的深覆,但是,由于上述研究方法是基于二维影像来评估其效率,因此该研究的测量结果难以准确反映咬合打开的效果。虽然隐适美在前牙压低效率上存在争议,但一些学者认为隐适美在后牙区由于具有“垫效应”,能在开的矫治中有效压低后牙。Moshiri等通过对30例隐适美结束的患者头影测量重叠后发现:U6PP平均降低0.4mm,L6MP平均降低0.6mm,SNMP平均降低0.9°。提示隐适美也可在高角病例中起到控制垂直向的作用。

2.2伸长(extrusion)

伸长是效能最低的牙移动方式。在伸长形态较小的上颌侧切牙和下颌侧切牙时,由于Aligner不能完全抓紧牙体组织,牙齿很难随着矫治器同步伸长,因此有学者建议使用楔形附件来提高牙伸长移动的表达率。Guarneri等也报道通过在上前牙设置水平附件、下前牙设置椭圆附件辅助牙的伸长移动成功矫治了前牙4mm的开病例。此外,Krieger等建议通过过矫正或垂直牵引来增强Aligner对上前牙垂直向的控制力。值得注意的是,Aligner是通过牙齿唇面的附件施力,因此牙齿伸长过程中会产生根的唇向移动。这可能使得牙根接近唇侧骨皮质,从而造成牙根吸收以及骨皮质穿孔。

2.3旋转(rotation)

旋转移动在Invisalign中表达效率较低。Nguyen等研究发现尖牙以及前磨牙的去扭转效能只能达到39%,而中切牙可以达到60%,作者推测这可能是由于尖牙和前磨牙的弧形牙体外形所致。Kravitz等将37例患者术后3D模型与Clincheck目标位的3D模型重叠后发现,在341颗扭转牙中,231颗牙可以达到5°以上的去扭转,但只有70颗牙能达到15°以上的去扭转。

Boyd建议在对尖牙及前磨牙的去扭转矫治中给予10%的过矫正。Kravitz等也建议在矫治20°~30°的扭转牙时可以采用颊舌侧的矩形附件,在矫治30°以上扭转牙的过程中积极采取辅助牵引或配合固定矫治,但最后仍需精细调整(refinement)才能完全去扭转。

2.4远中移动(distal movement)

正畸医师一直十分关注牙的远中向移动,因为其可以解决上下牙列前后向不调的问题。已经有大量病例和研究证实Invisalign通过序列远移后牙可以成功矫治Ⅱ类错牙合畸形。Boyd等报告1例上颌后牙远中移动3mm以上的安氏Ⅱ类2分类的病例。Simon等通过对比重叠30例隐适美患者术前与术后3D模型后发现,1.5mm以下的远中移动表达效率可达到88%。Ravera等推荐在后牙颊侧放置垂直矩形附件,从而使后牙整体后移。

Morton等建议在Ⅱ类牵引作用下增强前牙支抗,支持磨牙远中移动。有研究表明:通过Invisalign进行后牙远移的患者中,其下面高并未发生显著变化,这可能与Invisalign自身厚度所产生的合垫效应有关。

2.5唇舌向倾斜移动(buccolingualtip movement)

倾斜移动在Invisalign中有着较高的效能。Schupp等报道他利用前牙的相对伸长(倾斜移动)能有效关闭前牙开。Kravitz等的研究证实,在上颌前牙区,牙舌向倾斜移动的效能可达到53.1%,而唇向的倾斜移动的效能只能达到37.6%,并推测Invisalign内收前牙的效能是唇展前牙的2倍。因此,我们应该对内倾型深覆患者的前牙进行唇展的过矫正,但在内收唇倾的前牙时,过矫正应谨慎应用,而且应将PowerRidge与舌侧压力点相结合保持前牙内收时的正常唇倾度。

Hennessy等在一项随机临床试验中比较了22例Invisalign和22例固定矫治患者矫治结束后下中切牙唇倾度的改变,结果显示:Invisalign和固定矫治所产生的下切牙唇倾度改变差异无统计学意义。作者认为Invisalign在排齐轻中度拥挤时可达到与固定矫治类似的效果。但是,由于在头颅侧位片中下颌中切牙牙根定位的准确性尚不高,因此该结论仍有待进一步验证。

2.6控根移动(root control movement)

Invisalign控根可以通过附件、PowerRidge,以及改变Aligner的外形来施加转矩力。Aligner可通过粘接在牙表面的优化控根附件来控制牙根的近远中向的运动,也能在牙唇面龈缘和舌面切端制作的PowerRidge通过力偶系统使根唇向移动。Simon等研究证实:若Clincheck目标位的上前牙根舌向转矩较初始3D模型大于10°,则术后3D模型存在着接近50%的转矩丢失,且PowerRidge与前牙放置横向椭圆附件在转矩表达上的差异无统计学意义。

Grünheid等在一项30例Invisalign患者的回顾性研究中发现,术后模型的上颌中切牙切缘较Clincheck目标位更偏向和舌向,进一步证实Invislign在控根运动过程中存在着转矩丢失。因此,在前牙内收的转矩控制时应适当考虑设计过矫正。Pavoni等通过Geomagic逆向工程软件比较Invisalign和自锁托槽的扩弓效应后发现,前者较后者在前磨牙和磨牙区分别多扩宽0.45mm和0.50mm。在固定矫治中,矫治力的作用线通常位于牙齿阻抗中心的方,在后牙段扩弓时容易造成腭尖下垂,而Aligner能全面包绕牙冠,在磨牙控根方面有独特的优势,但是较难控制牙弓远中游离端的牙。

游离端后牙应设置附件和辅助装置。但Houle等指出:Invisalign在上颌扩弓过程中,更多的是一种唇舌向的倾斜移动,而且随着扩弓部位的后移,扩弓的表达率显著降低,所以在扩弓时应给予足够的过矫正。值得关注的是,在以往牙周炎患者的固定矫治中,由于牙槽骨高度的降低,冠根比增大,牙旋转中心向根方偏移,极易造成牙的倾斜移动,这进一步促使了龈上菌斑向龈下迁移,加重牙周组织的破坏。而Invisalign可通过附件和过矫正设计,合理调节患牙M/F值,获得更有预期的整体性控根运动,有利于防止牙槽骨的继续吸收。

同时,Invisalign可通过Clincheck设计减慢牙移动的速度和减小每步矫治器的倾斜角度,有利于牙槽骨的改建。综合以上文献资料,可初步按如下方式归纳Invisalign中牙移动的效能,并以其为基础,尝试推测运用invisalign治疗病例种类的难度划分等级。

3.结束语

相比于早期的InvisalignG1、G2,Invisalign后续产品通过引入Smart Force、Smart stage以及SmartTrack,其在控根和整体移动等方面已经取得了长足的进步。虽然Invisalign在实现牙的伸长、去扭转等方面仍存在不足,但其在压低、倾斜移动以及远移磨牙上相对传统固定矫治已表现出优异的性能。

需要指出的是,目前关于隐适美牙移动效能的研究存在着很大的局限性如:样本量较小、模型匹配标准不一致、未考虑患者依从性的差异等。此外,由于附件通常有复合树脂材料所制作,在患者正常饮食过程中不可避免的存在着附件的磨损,以上所有研究均未考虑此因素,因此,附件的磨损是否对牙移动的效能存在影响有待进一步研究。治疗过程中,牙齿的骨开裂、骨开窗也要引起正畸医生的足够重视。

综上所述,正畸医师在给患者行Invisalign矫治设计时,需在深刻理解其生物力学机制的前提下,并对其牙移动的局限性和优势有着全面的认识,并确保牙根留在牙槽骨内,才能获得最佳的疗效。

来源:王硕,孙雨虹,华先明.Invisalign技术创新及牙移动效能[J].口腔疾病防治,2018,26(11):743-748.


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