Summary
Detta manuskript presenterar ett omfattande protokoll för att utvärdera den tredimensionella (3D) rörelsen av överkäkens bakre tänder med genomskinliga tandskenor med hjälp av digital modellöverlagring, ett ovärderligt verktyg inom ortodonti och dentofacial ortopedi.
Abstract
Sedan introduktionen av Invisalign av Align Technology, Inc. 1999 har frågor och debatter kvarstått om precisionen i behandlingen med Invisalign (genomskinlig tandskena), särskilt jämfört med användningen av traditionella fasta tandskenor. Detta blir särskilt betydelsefullt i fall som involverar anteroposterior, vertikala och tvärgående korrigeringar, där exakta jämförelser är av största vikt. För att ta itu med dessa frågor introducerar denna studie ett noggrant utarbetat protokoll, med en primär betoning på digital överlagring av rörelsen av överkäkens bakre tänder för att underlätta korrekt analys. I urvalet ingick 25 patienter som hade slutfört sin första serie Invisalign-skenor (genomskinliga). Fyra maxillära digitala modeller (förbehandling, efterbehandling, ClinCheck-initiala och slutliga modeller) överlagrades digitalt med hjälp av gomrugae och tänder som stabila referenser. En mjukvarukombination användes för modellöverlagring och tandsegmentering. Transformationsmatriser uttryckte sedan skillnaderna mellan de uppnådda och förutsagda tandpositionerna. Tröskelvärden för kliniskt relevanta skillnader var ±0,25 mm för linjär förskjutning och ±2° för rotation. Skillnaderna bedömdes med hjälp av Hotellings T-kvadrat-tester med Bonferroni-korrigering. De genomsnittliga skillnaderna i rotation (2,036° ± 4,217°) och vridmoment (-2,913° ± 3,263°) var signifikanta statistiskt och kliniskt, med p-värden på 0,023 respektive 0,0003. Derotation av premolarer och momentkontroll för alla bakre tänder var mindre förutsägbara. Alla genomsnittliga skillnader för de linjära mätningarna var statistiskt och kliniskt insignifikanta, förutom att de första kindtänderna verkade något (0,256 mm) mer inträngda än deras förutspådda position. Det genomskinliga aligner-systemet verkar uppfylla sin förutsägelse för de flesta translationella tandrörelser och mesial-distal tippning i maxillära bakre tänder för icke-extraktionsfall med milda till måttliga bettfel.
Introduction
År 1999 gjordes digitalt tillverkade avtagbara ortodontiska apparater kommersiellt tillgängliga av Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ). Ursprungligen var detta system utformat för att lösa icke-växande fall med mild till måttlig trängsel eller stänga små utrymmen som ett estetiskt alternativ till traditionella fasta kantvisa apparater. Med årtionden av förbättringar inom datorstödd design och tillverkning (CAD/CAM), dentala material och behandlingsplanering har Clear aligner therapy (CAT) sedan dess använts för att behandla över 10 miljoner patienter med olika bettfelöver hela världen1. En nyligen genomförd retrospektiv studie tyder på att CAT är lika effektivt som behandling med fasta apparater för tonåringar med milda bettfel, med signifikant förbättrade resultat i tandställning, ocklusala relationer och overjet2. Antalet besök, akutbesök och den totala behandlingstiden hade också bättre resultat för patienter med genomskinlig tandskena. Även om CAT kan användas för att behandla icke-extraktion, milda till måttliga bettfel hos icke-växande patienter 3,4, och förkorta behandlingstiden och stolstiden5, är det fortfarande oklart om behandlingen är lika effektiv som guldstandarden för konventionella labiala tandställningar 4,6,7,8,9, särskilt för anteroposterior och vertikal korrigering10.
ClinCheck är en mjukvaruplattform som utvecklats av Align för att förse kliniker med virtuella tredimensionella (3D) simuleringar av potentiella tandrörelser. Det handlar främst om patientens initiala status och läkarens ordinerade behandlingsplan, men kan också vara ett visuellt kommunikationsverktyg för patienten. Eventuell bristande överensstämmelse mellan de förutspådda och uppnådda resultaten kan kräva en korrigering, förfining eller övergång till behandling med fasta hjälpmedel. Följaktligen har tillförlitligheten hos mjukvaruförutsägelser dragit till sig allt större uppmärksamhet från utredare. Sedan Lagravere och Flores-Mirs systematiska översikt publicerades 200511 har undersökningar av överensstämmelsen mellan förutspådda modeller och efterbehandlingsmodeller mätts på olika sätt, mätmetoder inklusive båglängd, avstånd mellan hundar, överbett, överjet, mittlinjeavvikelse12, American Board of Orthodontics objektiva graderingssystem (ABO-OGS) reduktionspoäng13, övre och nedre interdental bredd14och åtgärder härledda från konstråledatortomografi15.
Jämförelser har också gjorts genom att överlagra 3D-modeller 16,17,18,19,20,21. Till exempel kan många nuvarande programvaruplattformar, såsom ToothMeasure (intern programvara utvecklad av Align Technology), reproducerbart överlagra två digitala modeller med hjälp av användarvalda referenspunkter på obehandlade tänder, gomrugor eller tandimplantat. Eftersom de förutspådda och uppnådda modellerna vanligtvis inte inkluderar gomytorna, har många tidigare studier 15,16,17,18 använt de obehandlade bakre tänderna som referenser för överlagring, inklusive möjligheten att lägga till fel på grund av dessa tänders relativa rörelser. Dessa studier har begränsats till främre delar av bågen i relativt enkla fall med avstånd eller mild till måttlig trängsel.
Grünheid et al. använde matematisk överlagring för att kvantifiera avvikelserna mellan virtuella behandlingsplaner och faktiska behandlingsresultat för att utvärdera noggrannheten hos fulldentitions-CAT utan stabila anatomiska strukturer i digitala modeller20. Haouili et al. använde samma metod i en algoritm som passar bäst i Compare-programvaran för att genomföra en prospektiv uppföljningsstudie av effekten av tandrörelser med CAT21. Syftet var att ge en uppdatering av noggrannheten i samband med ny teknik, dvs. SmartForce, SmartTrack-alignermaterial och digitala skanningar. Deras resultat av en förbättrad övergripande noggrannhet från 41 %17 till 50 %21 var uppmuntrande, men förnekar inte möjligheten att vissa tandrörelser fortfarande inte kan uppnås på ett tillfredsställande sätt med det genomskinliga tandregleringssystemet.
När de är förutsagda och uppnådda inkluderar digitala modeller en gemensam 3D-referens oberoende av tanden, såsom gomrugae, tandimplantat eller tori; De kan samregistreras i koordinatsystemet för många lämpliga programvaruplattformar. Om en tand av intresse sedan segmenteras från den ena och transformeras matematiskt för att matcha dess förskjutna version i den andra, innehåller transformationsmatrisen den fullständiga information som behövs för att beskriva hela 3D-transponeringen. Dess innehåll kan uttryckas som tre översättningar och tre rotationer som beskrivs av en formell konvention. Ett exempel finns på 3D-kontrollprogrammet Invisalign ClinCheck Pro, där de numeriska parametrarna som anger de 3D-tandrörelser som behövs för att flytta tänderna till sina förutspådda positioner visas i en tandrörelsetabell.
Även om de initiala och slutliga (förutspådda) modellerna från planeringsprogramvaran delar ett gemensamt koordinatsystem som tillhandahålls av samma programvaruplattform, begränsar deras frånvaro av smaklökar möjligheten att samregistrera med någon annan digital tandmodell om de inte har identisk tandbildning. I detta sammanhang antogs det att det skulle vara möjligt att lägga över mjukvarupredikterade modeller och modeller efter behandling (uppnådd). Denna genomförbarhet beror på att det finns två par: initial och final (automatiskt överlagrad vid export från planeringsprogramvara) och ytterligare ett par förbehandlings- och uppnådda modeller (överlagrade med hjälp av palatal rugae). Dessa par kan registreras med hjälp av tandprotesen före behandlingen som referens för att anpassa dem till Invisalign-initialmodellen. Därefter kunde segmenteringen av enskilda tänder utföras för att bedöma skillnader i deras positioner och orienteringar. Denna bedömning innebär att man transponerar tänder mellan modellerna, och transformationsmatriserna skulle möjliggöra en numerisk kvantifiering av översättningarna och omorienteringarna.
I detta protokoll introducerades ett tillvägagångssätt för att utvärdera effektiviteten av CAT för att behandla milda till måttliga bettfel hos både ungdomar och vuxna, med särskilt fokus på de bakre käktänderna. Nollhypotesen var att det inte fanns någon skillnad mellan den uppnådda och den planerade tandpositionen i överkäkens bakre tänder efter den första serien av genomskinliga skenor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denna studie fick etiskt godkännande från Institutional Review Board vid University of British Columbia (nr H19-00787). För att upprätthålla konfidentialiteten genomgick alla prover som användes i studien avidentifieringsprocedurer. Dessutom, innan de inkluderades i forskningen, inhämtades informerat samtycke på lämpligt sätt från alla deltagande patienter.
OBS: Varje deltagare bidrog med fyra maxillära digitala modeller, som omfattade följande:
- Digital förbehandlingsmodell, med gommen skannad med iTero
- Digital efterbehandlingsmodell, med gommen skannad med iTero
- Förbehandlingsmodell, exporterad från planeringsprogrammet.
- Förutspådd modell, exporterad från planeringsprogrammet.
Detta protokoll utnyttjade en kombination av flera mjukvaruverktyg, som inkluderade CloudCompare, Meshmixer och Rhinoceros. Dessa mjukvaruplattformar spelade en avgörande roll för att underlätta registreringsprocessen och möjliggöra segmentering av enskilda tänder i syfte att analysera deras rörelser och orienteringar. Det är värt att notera att dessa programvaruverktyg kan replikeras med andra programvarualternativ med öppen källkod, förutsatt att de kan uppnå liknande mål. Ett arbetsflöde som illustrerar programvarusekvensen visas i figur 1.
1. Förberedelse
- Hämta de initiala och slutliga (förutspådda) modellerna som stereolitografiska (STL) filer från planeringsprogrammet genom att klicka på Verktyg > Exportera > STL.
OBS: Modeller som exporteras från planeringsprogramvaran presenterar endast kliniska kronor och virtuellt tandkött utan gommen. - Hämta de digitala förbehandlings- och efterbehandlingsmodellerna som STL-filer från den skannade modellprogramvaran (OrthoCAD) genom att välja skanningen, klicka och välja Exportera > Exporttyp (öppet skal), Dataformat (Fil per båge [bågar orienterade i ocklusion]).
OBS: Modeller som exporteras från modellskanningsprogramvaran inkluderar inte bara tandkött utan även tandkött och hela gommen.
2. Palatal överlagring av digitala modeller före och efter behandling i CloudCompare
- Öppna programvaran och dra och släpp STL-filerna för de digitala modellerna för för- och efterbehandling.
- Markera varje modell och klicka på Redigera > färger > Ange unika för att ändra färgerna på de valda modellerna.
- Välj den digitala modellen för efterbehandling och klicka på ikonen Översätt/rotera . Högerklicka för att dra modellen så att de är sida vid sida. Klicka på den gröna bockmarkeringen.
- Välj den digitala förbehandlingsmodellen och klicka på ikonen Segment .
- Klicka på fyra punkter på gomgräset och högerklicka för att avmarkera. Klicka på Segmentera i och klicka sedan på den gröna bockmarkeringen. Upprepa steg 2.4 till 2.5 för den digitala efterbehandlingsmodellen.
- Dölj modellerna PostTreatModel.remaining och PreTreatModel.remaining och välj både modellerna PostTreatModel.part och PreTreatModel.part .
- Klicka på ikonen för justering av grov registrering (plockning av punktpar) och placera minst tre motsvarande landmärken i gommen på varje sida av mittlinjen för både för- och efterbehandlingsgommen. Klicka på Justera och sedan på den gröna bockmarkeringen.
- Visa näten för båda modellerna och flytta den otransformerade PostTreatModel.remaining modellen genom att kopiera omformningsmatrisen, klicka på Redigera > Tillämpa transformering och klistra in omformningsmatrisen.
OBS: Transformationsmatrisutgångarna visas i konsolen. - Dölj modellerna PostTreatModel.remaining och PreTreatModel.remaining och välj modellerna PostTreatModel.part och PreTreatModel.part .
- Klicka på ikonen Fine Registration alignment och se till att modellen PreTreatModel.part är vald som referens. Klicka på OK.
Bekräfta den resulterande RMS-kvadraten (Root Mean Square) i fönstret med registreringsinformation. En avvikelse på ≤ 0,05 RMS är acceptabel. - Visa näten för båda modellerna och flytta den otransformerade PostTreatModel.remaining-modellen genom att kopiera omformningsmatrisen, klicka på Redigera > Tillämpa transformering och klistra in omformningsmatrisen.
- Spara de överlagrade modellerna PostTreatModel.remaining och PreTreatModel.remaining som STL-filer.
3. Förberedelse av programvarumodell för överlagring med Rhinoceros-programvara
- Importera STL-filerna för planeringsprogramvarans förbehandling och förutsagda modeller separat.
OBS: När du importerar programvarumodeller till mätprogramvara som Rhinoceros eller CloudCompare bevaras orienteringen och modellernas registrering - Välj det simulerade tandköttet och tryck på Ta bort för att ta bort det.
- Klicka på MeshTools och välj Meshplane. Rita ett plan runt tänderna och flytta planet till den ocklusala 1/3 av tandkronorna. Detta kommer att förbättra överlagringsprecisionen.
- Dubbelklicka på knappen Höger för att expandera den högra vyn.
- Ange kommandot MeshBooleanSplit och markera planet och alla tänder och tryck sedan på Retur.
- Ta bort de plana och cervikala delarna av tänderna och lämna 1/3 ocklusala tandkronor.
- Spara den delade modellen som en STL-fil.
- Upprepa alla steg för den andra modellen.
4. Överlagring av mjukvarupredikterade och efterbehandlade digitala modeller med CloudCompare
- Dra och släpp STL-filerna för de tidigare palatalt överlagrade digitala modellerna för förbehandling och efterbehandling, och de delade förbehandlings- och delade förutsagda modellerna.
- Markera varje modell och klicka på Redigera > färger > Ange unika för att ändra färgerna på de valda modellerna.
- Välj både för- och efterbehandling av digitala modeller och klicka på ikonen Översätt/rotera . Högerklicka för att dra modellerna så att de ligger sida vid sida.
- Begär att programvaran döljer den delade förutsagda modellen och den digitala modellen för efterbehandling genom att avmarkera motsvarande rutor. Välj den delade förbehandlingsmodellen och den digitala förbehandlingsmodellen.
- Klicka på ikonen Rough Registration alignment och placera motsvarande landmärken på kronornas spetsar på både den delade förbehandlingsmodellen och den digitala förbehandlingsmodellen. Klicka på Justera och sedan på den gröna bockmarkeringen.
- Visa den delade förutsagda modellen och efterbehandlingsmodellen och flytta den otransformerade efterbehandlingsmodellen genom att kopiera omformningsmatrisen, klicka på Redigera > Tillämpa transformering och klistra in omformningsmatrisen.
- Dölj efterbehandlingen och dela upp de förutsagda modellerna. Välj förbehandlings- och delningsmodeller. Klicka på ikonen Finjustering av registrering för att få den bästa anpassningen mellan den delade förbehandlingsmodellen och den digitala förbehandlingsmodellen.
- Visa näten och flytta den oomformade modellen genom att kopiera omformningsmatrisen, klicka på Redigera > Tillämpa omformning och klistra in omformningsmatrisen.
- Visa de delade predikterade och digitala modellerna efter behandling och dölj sedan den delade förbehandlingsmodellen och den digitala förbehandlingsmodellen för att visa överlagringen (figur 2).
- Spara modellerna som STL-filer.
5. Kronsegmentering med Meshmixer
- Importera den delade förutsagda modellen och den digitala efterbehandlingsmodellen till Meshmixer.
- Klicka på Redigera > Duplicera om du vill duplicera modellerna för det antal tänder som ska segmenteras. Märk varje modell med motsvarande tandnummer som ska segmenteras.
- Dölj den delade förutspådda modellen genom att klicka på ögonikonen , så att den digitala modellen efter behandlingen är synlig.
- På efterbehandlingsmodellen klickar du på Välj och justerar storleken på penseln. Om du vill segmentera den markerade kronan drar du borstverktyget på den ocklusala ytan på den valda tanden, med stor uppmärksamhet på spetsspetsarna.
- Klicka på Ändra > Invertera och sedan på Redigera > Ignorera för att ta bort resten av modellen och lämna kvar den segmenterade kronan.
- Visa den delade förutsagda modellen och dölj efterbehandlingsmodellen genom att klicka på motsvarande ögonikoner .
- Upprepa steg 5.4–5.5 för den delade förutsagda modellen.
- Exportera varje vald krona som STL-filer.
- Upprepa alla steg för varje tandsegmentering.
6. Dental överlagring med CloudCompare
- Importera de segmenterade digitala kronorna efter behandlingen och dela upp programvaruförutspådda kronor i programvaran. Se till att orienteringen och molnregistreringen förblir konsekventa. Upprätta World Coordinate Grid för att standardisera orienteringen av både höger och vänster tänder, vilket förbättrar metodens tillförlitlighet. Rutnätets mittpunkt ska representera koordinaten (0,0,0,0,0,0) för CloudCompare-programvarumolnet.
- Markera båda kronorna och klicka på Redigera > normaler > Beräkna > per hörn.
- Markera varje tand och klicka på Redigera > färger > Ange unika för att ändra färgerna på de valda modellerna.
- Dölj efterbehandlingstanden genom att avmarkera rutan och välj både den dolda efterbehandlingstanden och den synliga förutspådda tanden.
- Välj den nedre vyn, klicka på ikonen Översätt/Rotera och använd planen X, Y och Z för att rotera tanden så att den buckala spetsen är i linje med den vertikala linjen.
- Välj den vänstra sidan view, klicka på ikonen Översätt/rotera och linjera de buckala och linguala kusparna med den horisontella linjen.
- Välj baksidan, klicka på ikonen Översätt/rotera och linjera de buckala och linguala spetsarna med den horisontella linjen.
OBS: Sträva efter att anpassa dess ocklusala och ansiktsytor till världens axlar och plan. Se till att gränsrutans mitt på tanden är placerad vid världens ursprung. Genom att följa World Coordinate Grid kommer positionerna för alla tänder att standardiseras. Detta steg säkerställer en konsekvent och exakt omvandling av X-, Y- och Z-översättningar över alla axlar, oavsett en enskild tands specifika position. - När alla spetsar är i linje klickar du på ikonen Översätt/Rotera för att centrera tanden på rutnätet i alla vyer.
- Ta fram tanden efter behandlingen och välj den förutsagda tanden och tanden efter behandlingen.
- Klicka på ikonen Finjustering för registrering för att registrera efterbehandlingstanden över den förutsagda tanden. Klicka på OK.
När det är klart visar CloudCompare registreringsinformationen, inklusive överlagrings-RMS (bild 3). - Om du vill bestämma positions- och rotationsskillnaderna mellan de två tänderna markerar du den efterbehandlade tanden, kopierar transformationsmatrisen, klickar på Redigera > Tillämpa transformation och klistrar in transformationsmatrisen.
- Välj Euler-vinkelikonen för att visa de roterande och linjära rörelserna mellan den förutsagda tanden och den efterbehandlade tanden.
- Dokumentera alla översättnings- och rotationsmätningar i ett kalkylblad. Upprepa denna process för alla återstående bakre tänder.
OBS: Använd American Board of Orthodontics (ABO) modellgraderingssystem12 för att identifiera kliniskt signifikanta mätskillnader. Skillnader större än 0,5 mm linjärt och 2 grader vinkel anses vara kliniskt relevanta. - Justera mätvärden för den främre-bakre riktningen för höger tänder i ett kalkylblad. Denna justering tar hänsyn till den standardiserade orienteringen av höger tänder till vänster tänder.
7. Specifikationer för mätningen
- Förstå sekvensen av rotations- och mätkonventioner: CloudCompare använder Tait-Bryan ZYX extrinsic (world origin) konvention för sina mätningar.
OBS: För översättning representerar axlarna X (buccolingual riktning), Y (mesiodistal riktning) och Z (vertikal riktning: intrång/extrudering). Vinkelrörelser representeras av X-axeln (Psi - mesiodistal tippning), Y-axeln (Theta - buccolingual vridmoment) och Z-axeln (Phi - mesiodistal rotation)22. Tandrörelser uttrycks i termer av tandens anatomi, oavsett dess position i bågen. Tecknet för mått (+, -) anger riktningen från världens ursprung och rotation runt dess axlar. - Vikten av kontextuell relevans: Observera att riktningstermerna som beskriver tandrörelser (t.ex. mesial, distal, buccolingual) hänvisar till den specifika tanden och inte tar hänsyn till förändringar i förhållande till tandbågen.
8. Statistisk analys
- Använd det statistiska R-paketet (v 3.2.3, RStudio Inc.) via RStudio (version 1.4.1103) för alla analyser.
- Välj 32 tänder slumpmässigt och utför dubbla mätningar med 1 månads intervall.
- Testa intra-examinators reliabilitet med Intra-class correlation coefficients (ICC) och Bland Altman-analyser för båda uppsättningarna av mätningar.
- Tillämpa Hotellings T-kvadrat-tester för att testa genomsnittliga prediktionsskillnader mellan de förutsagda och uppnådda tandpositionerna för både vinkel- och linjärparametrar.
- Justera för flera tandjämförelser med hjälp av en Bonferroni-korrigering på p-värden, med sikte på en familjevis felfrekvens på 0,05.
- Utför ett post-hoc Hotellings T-kvadrattest om några signifikanta skillnader upptäcks för att avgöra om prediktionsskillnaderna för varje tandtyp och rörelseparameter är signifikanta. Betrakta avvikelser på 0,25 mm eller mer i linjära mätningar och 2° eller högre för vinkelmätningar som kliniskt relevanta.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En minsta stickprovsstorlek på 24 fall krävdes för att detektera en effektförändring på 0,6° för de genomsnittliga spets- och vridmomentvinklarna, med en effekt på 80 % och en alfa på 0,0523. Inklusionskriterierna var följande: (1) fullständig permanent tandbildning genom de första kindtänderna, (2) klass I-bettfel, eller mindre än 2 mm klass II/III-bettfel med mellanrum, eller lätt till måttlig trängsel som hade genomgått icke-extraktionell Invisalign-behandling, (3) slutförande av den första serien av Invisalign-skenor åtminstone, och (4) gomrugae som presenterades på både den initiala och den förfinade intraorala skanningen. Exklusionskriterierna var: (1) tidigare exponering för hjälpmedel för expansion och distalisering, (2) synligt slitage i tanden under behandlingen, (3) historia av trauma, kraniofacialt syndrom eller saknade tänder, och (4) dålig följsamhet till användning av skenor dokumenterad i diagrammet. De andra kindtänderna i flera fall var frånvarande eller bröt fram och uteslöts därför från analysen. Följaktligen omfattade denna studie 150 tänder (50 första premolarer, 50 andra premolarer och 50 första molarer) utvalda från 25 deltagare (17 kvinnor och 8 män), i åldrarna 12 till 44 år med en medelålder på 24,8 ± 8,8 år. Av de 25 patienterna var 4 klass I, 15 klass II och 6 var klass III-bettfel, alla mindre än 2 mm. Det genomsnittliga antalet brickor var 24,8 ± 11,2 och den genomsnittliga behandlingstiden var 214 ± 131 dagar. Bland de 150 överkäkständerna fanns det 63 tänder utan fäste, 7 med konventionella och 80 med optimerade fästen.
Medelvärdet för ICC för intragranskarens tillförlitlighet var större än 0,990, vilket tyder på att överensstämmelsen mellan granskare var utmärkt (tabell 1). Resultaten av Bland-Altmans analyser redovisas i tabell 2, som också visade på hög överensstämmelse inom granskarna.
Tabell 3 visar vinkel- och linjärskillnaderna mellan den förutspådda och uppnådda tandpositionen i överkäkens bakre tänder. I allmänhet hade vinkelmåtten för rotation, vridmoment och spets betydligt större variation än avståndsmåtten för buckal-linguala, mesial-distala och ocklusal-gingivala translationer. De genomsnittliga rotationsskillnaderna för första och andra premolarer var större än 2° och det 95-procentiga konfidensintervallet inkluderade inte noll. Detta tyder på att kliniskt roterades de överkäksvisa första och andra premolarerna signifikant mesialt. Vridmomentet för alla tandtyper avvek väsentligt från noll, medan den genomsnittliga skillnaden för andra premolarer och första molarer var mindre än -2°, vilket tyder på att alla bakre tänder i överkäken, särskilt de andra premolarerna och första molarerna, hade ett mer kliniskt relevant buckalt kronvridmoment i förhållande till den förutsagda positionen.
Hotellings T-kvadrat-testresultat och de 95 % totala konfidensintervallen med Bonferroni-korrigering för varje parameter presenteras i tabell 4. Resultaten visar att de genomsnittliga skillnaderna i rotation (2,036° ± 4,217°) och vridmoment (-2,913° ± 3,263°) var statistiskt signifikant annorlunda än noll, med p-värden på 0,023 respektive 0,0003.
För att ytterligare utforska de möjliga effekterna av anknytningsanvändning på noggrannheten i förutsägelsen kan en primär undersökning visualiseras i figur 4, som visade mindre skillnader mellan olika redskap (ingen, konventionell eller optimerad anknytning). Detta beror dock sannolikt på låga frekvenser av konventionell fastsättning.
Bild 1: Ett arbetsflöde för programvaruanvändningssekvensen. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 2: Överlagring av den slutliga (förutsagda) programvarumodellen och efterbehandlingsmodellen (uppnådd). (A) Fyra modeller från ett ämne registrerade i samma koordinatsystem. Färgkodning indikerar förbehandlings- och efterbehandlingsmodellerna med gommen men olika tänder, den mjukvaruinitiala modellen utan gom och samma dentition som förbehandlingsmodellen, och softwarefinalmodellen utan gom och den förutsagda tanden. Metoden för överlagring beskrivs i texten. (B) De mjukvaruförutspådda final- och efterbehandlingsmodellerna visas ensamma. Skillnader i deras tandpositioner och orienteringar mättes i denna studie. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Tandöverlagring med mätningar. (A) En segmenterad första molar från den uppnådda modellen (efter behandling) som registrerats i den programvaruförutspådda versionen. Omvandlingsmatrisen för registrering och RMS (root mean square) för anpassningen kommer från CloudCompares popup-fönster. (B) Eulervinklar och förskjutningar härledda från transformationsmatrisen. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 4: Jämförelse av prediktionsskillnader utan tillbehör med konventionella och optimerade redskap. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Parameter | Betyda | 95% | CI | Betydelse |
| Rotation (°) | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Vridmoment (°) | 0.991 | 0.982 | 0.996 | 0 |
| Spets (°) | 0.992 | 0.983 | 0.996 | 0 |
| Buccal-Lingual (mm) | 0.999 | 0.997 | 0.999 | 0 |
| Mesial-Distal (mm) | 0.99 | 0.979 | 0.995 | 0 |
| Ocklusal-tandköttsvävnad (mm) | 0.998 | 0.996 | 0.999 | 0 |
Tabell 1: Korrelationskoefficienter inom klassen (ICC) för tillförlitlighet inom undersökaren (n = 32 tänder). CI: konfidensintervall.
| Parameter | Genomsnittlig skillnad | 95% | CI |
| Rotation (°) | 0.032 | -0.045 | 0.137 |
| Vridmoment (°) | 0.182 | -0.099 | 0.503 |
| Spets (°) | 0.061 | -0.08 | 0.218 |
| Buccal-Lingual (mm) | -0.011 | -0.043 | 0.012 |
| Mesial-Distal (mm) | 0.008 | -0.033 | 0.048 |
| Ocklusal-tandköttsvävnad (mm) | 0.011 | -0.002 | 0.026 |
Tabell 2: Resultat av Bland-Altman-analyser för intra-examiner-överensstämmelse (n = 32 tänder). CI: konfidensintervall.
| Para-meter | Första premolaren (n=50) | Andra premolaren (n=50) | Första molar (n=50) | |||||||||
| Betyda | SD | 95% | CI | Betyda | SD | 95% | CI | Betyda | SD | 95% | CI | |
| Rotation (°) | 2.801 | 3.881 | 1.767 | 4.023 | 2.472 | 5.265 | 1.195 | 4.148 | 0.835 | 3.004 | 0.098 | 1.74 |
| Vridmoment (°) | -1.261 | 1.912 | -1.765 | -0.722 | -3.597 | 3.586 | -4.588 | -2.512 | -3.881 | 3.413 | -4.895 | -2.934 |
| Spets (°) | 0.746 | 2.851 | -0.079 | 1.632 | 0.409 | 3.015 | -0.434 | 1.238 | -0.326 | 1.917 | -0.582 | 0.506 |
| Buccal-Lingual (mm) | -0.18 | 0.455 | -0.311 | -0.046 | -0.156 | 0.516 | -0.307 | -0.018 | -0.048 | 0.619 | -0.203 | 0.132 |
| Mesial-Distal (mm) | 0.143 | 0.535 | -0.006 | 0.309 | 0.155 | 0.56 | -0.01 | 0.299 | 0.213 | 0.618 | 0.041 | 0.392 |
| Ocklusal-tandköttsvävnad (mm) | -0.141 | 0.407 | -0.256 | -0.031 | -0.206 | 0.408 | -0.323 | -0.09 | -0.256 | 0.398 | -0.363 | -0.147 |
Tabell 3: Beskrivande statistik för vinkel- och linjärskillnader mellan den förutsagda och den uppnådda tandpositionen för överkäkens första premolarer, andra premolarer och första molarer. Positiva värden indikerade en uppnådd tandposition mer buckal, distal eller ocklusal, eller med mer mesial rotation, mer distal kronspets eller mer lingualt kronvridmoment än den förutsagda tandpositionen. SD: standardavvikelse; CI: konfidensintervall.
| Parameter | Betyda | SD | 95% | CI | P |
| Rotation (°) | 2.036 | 4.217 | 1.408 | 2.756 | 0.023* |
| Vridmoment (°) | -2.913 | 3.263 | -3.411 | -2.388 | 0.0003* |
| Spets (°) | 0.374 | 2.641 | -0.049 | 0.8 | 1 |
| Buccal-Lingual (mm) | -0.128 | 0.534 | -0.216 | -0.041 | 0.186 |
| Mesial-Distal (mm) | 0.17 | 0.569 | -0.076 | 0.258 | 1 |
| Ocklusal-tandköttsvävnad (mm) | -0.201 | 0.405 | -0.266 | -0.136 | 0.123 |
Tabell 4: Jämförelser av vinkel- och linjära medelvärden för prediktionsskillnader i alla överkäkens bakre tänder uppmätta med Hotellings T-kvadrattester med Bonferonni-korrigering. Positiva värden indikerade en uppnådd tandposition mer buckal, distal eller ocklusal, eller med mer mesial rotation, mer distal kronspets eller mer lingualt kronvridmoment än den förutsagda tandpositionen. *P < 0,05.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De gomformade rugaerna har en unik konfiguration i tonåren; De förblir konstanta under tillväxt, är autentiska markörer för personlig identifiering och anses vara stabila anatomiska referenser för maxillär modellöverlagring 24,25,26,27. Dai et al. använde denna metod för att jämföra den uppnådda och förutsagda tandrörelsen hos överkäkens första molarer och centrala framtänder med genomskinliga tandskenor efter den första premolarextraktionen28. Den uppnådda efterbehandlingsmodellen registrerades via Rapidforms mjukvara till förbehandlingen och den planerade efterbehandlingsmodellen. De rapporterade statistiskt signifikanta skillnader mellan de förutspådda och uppnådda tandrörelserna. För- och efterbehandlingsmodellerna erhölls från olika källor (alginatavtryck och intraorala skanningar). Mätningarna av tandrörelser uttrycktes inom ett koordinatsystem med det bakre ocklusalplanet som ett tvärplan och den palatala suturen som en guide för att konstruera ett mittsagittalt plan. Eftersom vinkel- och translationsparametrar för respektive maxillära första molarer och övre centrala framtänder projicerades på dessa plan, är det svårt att jämföra deras resultat med undersökningar med olika koordinatsystem (t.ex. ett koordinatursprung baserat på en tands ungefärliga motståndscentrum)17,18,19,20,21.
Studien begränsades till överkäksbågen så att gommen och dess rugae kunde användas för att registrera de förutspådda och uppnådda modellerna. Tidigare har modellregistrering gjorts med hjälp av obehandlade eller förmodat stabila bakre tänder 16,17,18,19, bäst lämpade algoritmer20,21, miniskruvar 26,27, tori29, implantat30, kranialbasen31 eller andra benstrukturer32. I en av de få tidigare studierna som använt palatal överlagring för att bedöma effekten av genomskinliga tandskenor, jämförde Dai et al. de uppnådda och förutspådda tandrörelserna hos överkäkens första molarer och centrala framtänder i extraktionsfall28, även om de inte rapporterade individuella skillnader i tandposition och orientering med de sex frihetsgrader som användes i denna och andra studier20, 21. veckor
Främre tänder ingick inte i detta protokoll eftersom formerna på deras kliniska kronor var för svåra att orientera sig i det världskoordinatsystem som användes av CloudCompare för att uttrycka dess transformationer. Premolarerna och molarerna hade dock tillräckligt med ocklusala landmärken och regelbundenhet på ansiktsytan för att varje behandlad tands ocklusala yta, långa axel och begränsningsruta skulle kunna orienteras efter programvarans ursprung och världskoordinater.
Att använda en transformationsmatris för att tillhandahålla translationell och roterande information som beskriver tandrörelser under registrering kräver att specifika konventioner följs. CloudCompare använder Tait-Bryan-konventionen, där en ZYX-axelrotationssekvens antas först, följt av 3D-översättningarna från värld noll som behövs för att slutföra matchningen. Eftersom de vinklar som rapporteras i denna studie återspeglar Tait-Bryan-konventionen33, skulle studier som använder olika konventioner ge olika resultat. Genom att anpassa den efterbehandlade tanden till världens ursprung och koordinater säkerställdes att mätningarna indikerade en översättning från tandens ursprungliga position och riktningar som bestämdes av varje tands specifika ytanatomi.
Sammantaget visade våra resultat att rotationen och vridmomentet för den uppnådda tandpositionen var statistiskt och kliniskt signifikant annorlunda än förutsägelserna, med mer mesial rotation och buckalt vridmoment efter behandling med genomskinliga skenor. Medan rotationsrörelsen i de första kindtänderna i överkäken var relativt framgångsrik, var derotationen i den första och andra premolaren mer problematisk, vilket tyder på att morfologin hos de premolara kronorna kan bidra till denna skillnad. Dessa fynd liknar en nyligen genomförd studie utförd av Al-Nadawia et al., som fann att noggrannheten för bakre tandrörelser med ett 7-dagarsprotokoll inte är lika exakt som 14-dagarsprotokollet för intrång, distalt intrång, distalt kronspets och buckalt kronvridmoment34. För att avgöra om noggrannheten hos Invisalign hade förbättrats med den nyare tekniken uppdaterade Haouili et al. Kravitz et al.:s banbrytande studie17 och de fann också den lägsta totala noggrannheten med rotation, vilket var särskilt utmanande för hörntänder, premolarer och molarer 21.
Översättningsdata visade inga statistiskt signifikanta skillnader för alla tre riktningarna, i överensstämmelse med tidigare studier. Simon et al. fann att distalisering av övre molar var den mest effektivt förutsagda rörelsen18. En icke-statistisk men kliniskt signifikant prediktionsskillnad noterades för bett-gingival rörelse i de första molarerna i den aktuella studien, som tenderade att vara något inträngd i förhållande till deras förutsagda positioner. Haouili et al. indikerade också att även om extruderingen av maxillära framtänderna förbättrades med användning av optimerade extruderingsfästen, hade extrudering av maxillära och mandibulära molarer den lägsta noggrannheten21.
I den aktuella studien skilde sig inte tandrörelser med fästen från tänder utan fästen för att uppnå de önskade tandrörelserna. Tandrörelser med optimerad infästning visade sig vara något felaktiga med rotationsrörelse. Även om tänder med optimerad infästning uppvisade mer exakta momenttandrörelser jämfört med konventionella eller inga infästningar, var de totala momenttandrörelserna utmanande. Kravitz et al. uppgav att fästen kan ge små kliniska förbättringar med rotationsrörelser jämfört med inga fästen; dock inte med statistisk signifikans16. Å andra sidan fann Simon et al. att fästen är avsevärt fördelaktiga när man deroterar premolarer18. Cortona et al. tog också upp med en begränsad studie att det mest effektiva sättet att derotera underkäkens runda tänder var att lägga till ett enda fäste med en 1,2° tandregleringsaktivering35. Nucera et al. granskade systematiskt effekterna av kompositfästen på behandling med genomskinliga tandskenor och beskrev de motstridiga resultaten i den aktuella litteraturen36. Bristen på bevis motiverar ytterligare kliniska prövningar för att klargöra inverkan av fästen och deras antal, storlek, form och position på varje ortodontisk rörelse.
Sammantaget uppnådde Invisalign de flesta av sina förutspådda bakre tandrörelser hos ungdomar och vuxna med milda till måttliga bettfel. Specifikt var den förutspådda derotationen av maxillära premolarer, och särskilt den första premolaren, mer utmanande. Alla överkäkens bakre tänder tenderade att dra buckalt utan tillräcklig momentkontroll. Ju mer distalt placerad tanden är, desto mer oförutsägbart blir resultatet. Med eller utan anknytningar eller olika typer av fasthållanden verkade inte göra någon skillnad i förutsägelsen. I allmänhet skulle ytterligare förfiningar eller överkorrigering vara nödvändiga för att uppnå alla förutsägelser. Jämförelser av Invisalign-förutspådda med kliniskt uppnådda digitala modeller i överkäksbågen kan dra nytta av modellregistrering med hjälp av både gom- och tandfunktioner, individuell tandsegmentering och de matematiska transformationer som används för att matcha dem.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete finansierades av International Align Research Award Program (Align Technology Inc., Tempe, AZ). Finansiären hade dock ingen inblandning i genomförandet av forskningen och/eller utarbetandet av artikeln. Vi vill tacka Dr. Sandra Tai och Dr. Samuel Tam för deras generösa stöd för att tillhandahålla Invisalign-fallen och Nikolas Krstic för hans professionella stöd för statistiska analyser.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CloudCompare | GPL software | Version 2.11 | open-source software (https://www.cloudcompare.net/) |
| Meshmixer software | Autodesk, Inc. | ||
| Rhinoceros 5.0 | Robert McNeel & Associates | Version 5.0 |
References
- Align Technology Inc. ALGN Q320 Financial slides and historical data. , https://investor.aligntech.com/events (2020).
- Borda, A. F., et al. Outcome assessment of orthodontic clear aligners vs fixed appliance treatment in a teenage population with mild malocclusions. Angle Orthodontist. 90 (4), 485-490 (2020).
- Patterson, B. D., et al. Class II malocclusion correction with Invisalign: Is it possible. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 159 (1), e41-e48 (2021).
- Roberston, L., et al. Effectiveness of clear aligner therapy for orthodontic treatment: A systematic review. Orthodontics and Craniofacial Research. 23 (2), 133-142 (2020).
- Papadimitriou, A., Mousoulea, S., Gkantidis, N., Kloukos, D. Clinical effectiveness of Invisalign orthodontic treatment: a systematic review. Progress in Orthodontics. 19 (1), 37-60 (2018).
- Ke, Y., Zhu, Y., Zhu, M. A comparison of treatment effectiveness between clear aligner and fixed appliance therapies. BMC Oral Health. 19 (1), 24 (2019).
- Zheng, M., Liu, R., Ni, Z., Yu, Z. Efficiency, effectiveness and treatment stability of clear aligners: a systematic review and meta-analysis. Orthodontics and Craniofacial Research. 20 (3), 127-133 (2017).
- Papageorgiou, S. N., Koletsi, D., Iliadi, A., Peltomaki, T., Eliades, T. Treatment outcome with orthodontic aligners and fixed appliances: a systematic review with meta-analysis. European Journal of Orthodontics. 42 (3), 331-343 (2020).
- Galan-Lopez, L., Barcia-Gonzalez, J., Plasencia, E. A systematic review of the accuracy and efficiency of dental movements with Invisalign. Korean Journal of Orthodontics. 49 (3), 140-149 (2019).
- Rossini, G., Parrini, S., Castroflorio, T., Deregibus, A., Debernardi, C. L. Efficacy of clear aligners in controlling orthodontic tooth movement: A systematic review. Angle Orthodontist. 85 (5), 881-999 (2015).
- Lagravère, M. O., Flores-Mir, C. The treatment effects of Invisalign orthodontic aligners: a systematic review. Journal of the American Dental Association. 136 (12), 1724-1729 (2005).
- Krieger, E., Seiferth, J., Saric, I., Jung, B. A., Wehrbein, H. Accuracy of Invisalign® treatments in the anterior region: First results. Journal of Orofacial Orthopedics. 72 (2), 141-149 (2011).
- Buschang, P. H., Shaw, S. G., Ross, M., Crosby, D., Campbell, P. M. Predicted and actual end-of-treatment occlusion produced with aligner therapy. Angle Orthodontist. 85 (5), 723-727 (2015).
- Houle, J. P., Piedade, L., Todescan, R., Pinheiro, F. H. The predictability of transverse changes with Invisalign. Angle Orthodontist. 87 (1), 19-24 (2017).
- Zhou, N., Guo, J. Efficiency of upper arch expansion with the Invisalign system. Angle Orthodontist. 90 (1), 23-30 (2020).
- Kravitz, N. D., Kusnoto, B., Agran, B., Viana, G. Influence of attachments and interproximal reduction on the accuracy of canine rotation with Invisalign. A prospective clinical study. Angle Orthodontist. 78 (4), 682-687 (2008).
- Kravitz, N. D., Kusnoto, B., BeGole, E., Obrez, A., Agran, B. How well does Invisalign work? A prospective clinical study evaluating the efficacy of tooth movement with Invisalign. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 135 (1), 27-35 (2009).
- Simon, M., Keilig, L., Schwarze, J., Jung, B. A., Bourauel, C. Treatment outcome and efficacy of an aligner technique-regarding incisor torque, premolar and molar distalization. BMC Oral Health. 14, 68 (2014).
- Charalampakis, O., Iliadi, A., Ueno, H., Oliver, D. R., Kim, K. B. Accuracy of clear aligners: a retrospective study of patients who needed refinement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 154 (1), 47-54 (2018).
- Grünheid, T., Loh, C., Larson, B. E. How accurate is Invisalign in nonextraction cases? Are predicted tooth positions achieved. Angle Orthodontist. 87 (6), 809-815 (2017).
- Haouili, N., Kravitz, N. D., Vaid, N. R., Ferguson, D. J., Makki, L. Has Invisalign improved? A prospective follow-up study on the efficacy of tooth movement with Invisalign. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 158 (3), 420-425 (2020).
- Alwafi, A. A., Hannam, A. G., Yen, E. H., Zou, B. A new method assessing predicted and achieved mandibular tooth movement in adults treated with clear aligners using CBCT and individual crown superimposition. Scientific Reports. 13, 4084 (2023).
- Huanca Ghislanzoni, L. T., et al. Evaluation of tip and torque on virtual study models: a validation study. Progress in Orthodontics. 26 (1), 14-19 (2013).
- English, W. R., et al.
- Almeida, M. A., et al. Stability of the palatal rugae as landmarks for analysis of dental casts. Angle Orthodontist. 65 (1), 43-48 (1995).
- Jang, I., et al. A novel method for the assessment of three-dimensional tooth movement during orthodontic treatment. Angle Orthodontist. 79 (3), 447-453 (2009).
- Chen, G., et al. Stable region for maxillary dental cast superimposition in adults, studied with the aid of stable miniscrews. Orthodontics and Craniofacial Research. 14 (2), 70-79 (2011).
- Dai, F. F., Xu, T. M., Shu, G. Comparison of achieved and predicted tooth movement of maxillary first molars and central incisors: first premolar extraction treatment with Invisalign. Angle Orthodontist. 89 (5), 679-687 (2019).
- An, K., Jang, I., Choi, D. S., Jost-Brinkmann, P. G., Cha, B. K. Identification of a stable reference area for superimposing mandibular digital models. Journal of Orofacial Orthopedics. 76 (6), 508-519 (2015).
- Miller, R. J., Kuo, E., Choi, W. Validation of Align Technology's Treat IIITM digital model superimposition tool and its case application. Orthodontics and Craniofacial Research. 6 (s1), 143-149 (2003).
- Cevidanes, L. H. C., Oliveira, A. E. F., Grauer, D., Styner, M., Proffit, W. R. Clinical application of 3D Imaging for assessment of treatment outcomes. Seminars in Orthodontics. 17 (1), 72-80 (2011).
- Rose, D. Rotations in three-dimensions: Euler Angles and rotation matrices. , http://danceswithcode.net/engineeringnotes/rotations_in_3d/rotations_in_3d_part1.html (2015).
- Tait-Bryan angles - Wikimedia Commons. , https://commons.wikimedia.org/wiki/Tait-Bryan_angles (2023).
- Al-Nadawi, M., et al. Effect of clear aligner wear protocol on the efficacy of tooth movement. Angle Orthodontist. 91 (2), 157-163 (2021).
- Cortona, A., Rossini, G., Parrini, S., Dergibus, A., Castroflorio, T. Clear aligner orthodontic therapy of rotated mandibular round-shaped teeth: A finite element study. Angle Orthodontist. 90 (2), 247-254 (2020).
- Nucera, R., et al. Effects of composite attachments on orthodontic clear aligners therapy: A systematic review. Materials. 15 (2), 533 (2022).
