正畸专题 | 微型种植体辅助快速扩弓器的数字化流程——病例报告（中国台湾）

上腭快速扩弓术（RPE）是治疗儿童和青少年上颌骨狭窄或水平向发育不足的有效方法。最早在100多年前该技术使用的是牙支持式装置，后来进一步发展出各种不同形式，包括带环及粘结式扩弓器，以及可摘式扩弓器，如Schwarz扩弓器。RPE的治疗效果也得到了深入研究。根据腭中缝关闭程度的不同与其他上颌骨缝的阻力，无论是使用Haas型扩弓器还是其他类型的RPE，上颌骨基骨（即上颌的骨骼成分）的扩张量仅占总扩张量的20–50%。此外，扩弓有相当程度的复发情况。因此对于传统的牙支持式RPE矫治器而言，过度矫治和维持较长的治疗后保持期以利于骨化这两点至关重要。

微螺钉辅助的上腭快速扩弓术，或称面中部骨骼扩张术（MARPE/MSE）这一概念是十多年前出现的。在MARPE/MSE设计中，微螺钉代替牙齿作为主要支抗来承受扩张力，将力量传导至下方的骨骼结构中，并在骨性桥接形成过程中保持双侧上颌骨扩张的位置。在扩弓后，发生代偿的牙可以通过去代偿排列到一个更符合生理学要求的位置。据报道，在成人患者中，各种不同设计MARPE的骨扩弓量为40–95%，其差异范围较大的原因可能在于不同的MARPE设计导致了不同的结果。一部分装置是真正的骨支持式，但有些装置是混合支持式，有明显的牙移位情况。MSE的设计包含了两个带环粘接的牙齿，用于在扩弓过程中稳定螺旋扩弓器的位置，但带环与螺旋扩弓器之间的连接臂为软合金材料，因此传递到牙齿上的扩张力很小。MARPE所产生的力矢量与力的大小也会影响扩弓的模式和质量。在正确使用MARPE的情况下，无论对于患者年龄还是疗效方面来说均能够获得突破性的成果。

然而，MARPE具有技术敏感性，微螺钉的位置会对该类装置的成功率和扩弓方式产生显著的影响。植入微螺钉前应当仔细检查上颌骨厚度及周围的解剖结构。在确定要使用的MARPE类别之前，必须考虑到两个相互竞争的概念：骨骼驱动系统和阻抗驱动系统。骨驱动系统中，微型种植体可植入较大的骨块区域内（通常位于上腭前部），较为有利。这种植入方式将产生一种前向力矢量，由此导致“V”形的扩弓效果和有限的后部骨扩张效果。而MSE是一种阻抗驱动系统，其力矢量的产生直接源于阻抗结构，这种阻力结构多位于上腭后部。上腭后部的力矢量是实现后鼻棘的良好分裂与平行扩弓的必要条件。然而，上腭后部骨板较前部更薄，因此微种植体必须直接植入到腭中缝两侧，此处骨密度和骨体积更大。双皮质固位微种植体是MSE装置的重要组成部分，它可以尽可能地扩张骨骼成分并降低种植体失败风险。微种植体随意植入可能导致不良后遗症，如微种植体跨过腭中缝、穿入鼻中隔、单皮质骨固位、装置倾斜和下鼻甲受刺激等。Li等人对双皮质植入或前后植入的MSE是否影响其成功率进行了研究，发现双皮质植入和后部植入MSE的扩弓效果更好。微螺钉位置不佳或忽视解剖因素（如腭中缝偏斜、腭穹隆倾斜等）会导致扩弓效果不尽人意。另一方面，如果单侧的微螺钉由于位置不佳而失败，那么失败侧的矫治器将变为牙支持式。这将对粘接带环的第一磨牙这侧产生不良影响，往往导致扩弓失败。

为解决这一问题，近年来部分研究引入了数字化辅助的设计流程。Cantarella等人首先利用商品化软件确定了MSE的理想位置，然后在石膏模型上打印了微螺钉植入的导板。Giudice等人使用Dolphin软件导入了MSE装置的阴模，从而确定了扩弓器和微螺钉的位置，然后打印上颌骨模型并与MSE翻模进行焊接。这两种方法展示了虚拟微螺钉植入的概念。然而，二者仍然需要选择带环和预约取模，因为需要制作用于焊接的石膏模型。因此，这两种工作流程并非全数字化。

本文旨在提出一套结合了多种面中部骨骼扩弓器II（MSE II， BioMaterials Korea公司，韩国）所适用的商品化软件包含从微螺钉定位到精准选择磨牙带环全流程的全数字化解决方案，并通过一例III类正颌手术病例报告进一步展示该数字化工作流程。

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Autodesk Meshmixer（Autodesk公司，美国），3Shape Implant Studio（3Shape公司，丹麦），3Shape Dental System（3Shape公司）。

上牙列的数字化模型，上颌锥形束CT（CBCT）图像，MSE螺钉的STL文件（通过逆向工程获取），MSE II扩弓器的STL文件（利用桌面扫描仪获取）（图1）。

步骤1：初步戴入

所有的STL文件信息都可以在Autodesk Meshmixer开源软件中自由导入和移动。根据解剖结构及临床偏好，虚拟安放MSE扩弓器并植入4枚螺钉。我们同时检查了MSE装置体部到上腭之间的距离（应尽可能接近）。接下来，我们将MSE扩弓器、4枚螺钉与牙列模型进行组合，另存为一个文件，并导出至3Shape Implant Studio软件当中（图2）。

步骤2：MSE位置的验证

在3Shape Implant Studio中导入CBCT图像并与步骤1中的模型整合，以此验证MSE和微种植体与解剖结构（腭中缝、鼻中隔、腭板、颧骨支柱、下鼻甲、鼻底皮质骨）之间的位置关系是否合适（图3）。

否则，我们必须返回到步骤1修改MSE位置，然后重复步骤2进行再次验证。一旦MSE的位置确定，我们就可以根据MSE到鼻底的距离，测量并确定在双侧颧骨支柱之间相对的上腭区域植入双皮质固位的微螺钉的长度。

步骤3：上颌第一磨牙的分离

使用3Shape Dental System软件的模型构建器模式，将两侧的上颌第一磨牙从上牙列分离出来。可以应用固定桥模式，以确保两颗磨牙的插入路径相互平行（图4）。

步骤4：全部信息的虚拟整合

将步骤3的模型与步骤1的模型进行整合，将MSE、上颌模型和第一磨牙模型整合至软件中。然后将模型导出至Meshmixer软件中，以便设计装置戴入的导板。

步骤5：MSE戴入导板的设计及模型打印

提供了多种戴入导板的设计方法（图5）：（1）“螺丝孔”型，预先在3DP树脂模型中构建内螺纹。采用这种设计，MSE扩弓器就可以通过真正的微螺钉实现与3DP树脂模型的牢固、紧密连接。（2）“螺钉导板”型，MSE扩弓器可通过螺钉导板与3DP树脂模型进行连接。通常而言，选择两个呈对角线的标记点就足以实现定位，但当扩弓器的螺钉就位道与双侧上颌磨牙带环的就位道不平行时，较细的螺钉导板容易断裂；（3）“立方体型”，可在MSE扩弓器的四角处用若干立方体标记其戴入位置，在三种设计中相对简单易行。我们可以通过在扩弓器的四角设计4个立方体来确定其位置；对于扩弓器的垂直向位置，我们可以设计4个立方体或特定高度的平面来精确转移MSE的垂直位置。

在虚拟设计的最后一步完成后，通过3D打印制作一个带有扩弓器戴入导板的树脂模型和两颗可移除的上颌第一磨牙（图5）。

步骤6：在3DP模型上选择上6带环

在软件中可以很轻松地选出合适的带环，并将其精确定位至3DP模型上。

步骤7：将带环与MSE杆组合

将上6带环与MSE的杆结构进行焊接，以保持二者之间的相对位置。可以将软件上设计的MSE位置准确转移到3DP树脂模型上（图6）。

患者男，17岁5个月，主诉牙间隙大、面部不对称、下颌前突。临床检查可见，患者面部明显不对称，右侧体积较大。下颌向左侧偏斜，右侧𬌗平面明显向下倾斜。侧貌相显示上颌后缩，下颌前突（图7）。

口内检查显示，患者为双侧尖牙和磨牙关系III类、前牙开𬌗。覆盖约-5 mm，覆𬌗约-2 mm。后牙虽有严重的代偿，但仍为双侧反𬌗。双侧上颌第二前磨牙缺失（图7）。

曲面断层片示，牙周状态正常，下颌第三磨牙近期拔除。头影测量分析显示，患者为骨性III类关系，高角面型，上颌切牙呈扇形分布，下颌切牙舌侧倾斜（图8）。

治疗目标为：通过外科手术治疗纠正面部不对称和骨性III类关系，将上颌前移，下颌后移。对于水平向关系的矫正，计划进行上颌骨性扩弓，从而避免进行三段式正颌外科手术。

治疗前拍摄锥形束CT并进行口扫，以获取MSE数字化流程所需的数据。按照步骤1到5，设计并3D打印制作了MSE戴入导板的模型。确定分割后的上颌磨牙牙冠在平行就位道方向上的尺寸以便选择带环，然后将带环焊接在MSE上。

患者于MSE戴入前一周就诊，进行磨牙的分牙操作（图9a）。

在MSE戴入当天，带环顺利就位，矫治器位置合适。共植入4枚微型种植体（图9b，c，d）。通过合并后的牙列和CT文件测量上颌骨高度，并依据测量结果为该患者选择上颌前部的1.8×11 mm螺钉与上颌后部的1.8×9 mm螺钉。植入即刻的锥形束CT证实，MSE位置准确，与虚拟设计结果一致，且4枚微型种植体均为双皮质固位（图10）。

戴入MSE后，采用每天1圈的半快速扩弓方案。6周后，我们获得了所需的扩弓效果，并且双侧反𬌗得到了纠正（图11）。

上颌扩弓成功1个月后，为患者进行带环粘接固定矫治。停止扩弓后第3个月时，上颌中线的牙间隙开始闭合。为保持矫治效果，嘱患者继续佩戴6个月MSE。术前正畸去代偿8个月后，行双颌正颌手术：上颌一段式前移、下颌后移并使用坚固内固定。此外，还进行了颏成形术，以缩小下巴长度，进一步纠正面部不对称（图12）。

正颌术后，患者面部美观得到了明显改善。双侧面部体积更加对称，偏𬌗得到了纠正，侧貌更加美观。患者口内牙列宽度不足的问题得以消除，牙周状态得到了良好维持。患者继续每月接受一次随访，以便我们了解其术后的详细情况（图13、14）。

口腔正畸领域的一些突破性的发明与治疗模式改变了牙齿移动的范围和决策过程。这些技术手段包括临时支抗装置、牙周辅助加速成骨正畸治疗术、牙周表型改善性治疗、微型种植体辅助上颌快速扩弓等。在Lee的突破性报道之前，成人水平向的骨性问题通常需要手术辅助治疗，增加了费用和并发症发生率。在MARPE得到广泛接受以后，青少年和年轻患者的上颌宽度发育不足或临界III类病例得以通过非手术的骨性扩弓和上颌前方牵引治疗解决。

既往研究已报道了多种影响MSE成功率的关键因素，包括矫治器的选择、微型种植体的前后位置、双皮质或单皮质固位、骨厚度、性别、年龄和扩弓频率等。上述因素都有可能影响扩弓的最终效果。其中，骨厚度或密度以及患者的性别或年龄是无法控制的因素。因此，问题的关键在于我们如何控制其他因素，而矫治器的定位是实现成功扩弓治疗的一个至关重要的因素。微型种植体辅助快速扩弓器（MARPE）指的是任何包括微型种植体的扩弓装置。对于数不胜数的MARPE设计方案，从种植体植入的角度可以分为两大类。在MARPE发展的早期，大多数矫治器是骨驱动式，这意味着微型种植体需植入在骨量较大的区域。这些有利区域包括上腭的前壁和侧壁，其可以达到更显著的前后向扩弓效果。而MSE作为一类独特的MARPE，是一种阻抗驱动系统，这意味着可以通过设计微型种植体的位置来克服扩弓的阻力。扩弓的阻力不仅来源于交锁的腭中缝，也可以来源于颧骨支柱、交锁的翼腭缝和其他的颌周骨缝。上述阻力结构大多位于上颌骨的后部，因此我们需要一个后向的力矢量来克服阻力。MSE矫治器应位于双侧颧骨支柱之间区域相对的上腭后部。然而，上腭后部骨板相对较薄，因此微型种植体必须植入腭中缝外侧的一个安全区域，此处骨密度更高，厚度也更大。微型种植体必须为双皮质固位才能确保其稳定性。由于解剖结构的个体差异，矫治器的定位必须考虑以下几个因素：颧骨位置、鼻中隔形态、腭中缝方向、上腭倾斜、腭穹隆偏斜及上腭骨板厚度。过去，MSE的制作主要为将矫治器定位于上腭后部，并充分考虑上述因素。随着数字化技术和CBCT采集技术的发展，我们可以采用更加精确的措施来确定理想的MSE位置。本病例报告为MSE定位提供了一种全数字化的解决方案，可以提高成功率并避免不良的扩弓效果（图15、16）。

市售的MARPE矫治器通常同时具有两种功能：扩弓器和外科支架。扩弓器提供力的作用线，而外科支架则可以辅助将微型种植体植入到所需的位置。为了确定这两个部件的理想位置，研究者既往提出了多个扩弓器设计的数字化工作流程。上述工作流程通常需要两个步骤：通过数字化制作的支架植入微型种植体，并通过数字化处理将MARPE连接在微型种植体上。MSE无需外科支架，由于矫治器自带微型种植体的植入道，因此矫治器本身就是一个手术导板，可以避免为了适应矫治器而对微型种植体进行二次改造。如果可以根据所需的力矢量确定MSE的最佳位置，无需两步操作便可确定微型种植体的位置。因此，寻找MSE的理想位置至关重要。Cantarella等人综合了从CBCT获得的部分上颌骨性结构与口扫获得的牙列表面模型信息，将数字化MSE模板放置在理想位置上，然后采用数字化设计获得了一个定位导板，并在石膏模型上复刻了相同的MSE定位。Lo Giudice等人开发了一种类似的方法，在数字化模型上定位MSE装置翻模模板，并将其打印出来作为带环焊接的参照物。上述两种方法都采用了数字化设计的理念，但未包括最终的带环焊接过程，因此需要取模，导致了额外的复诊。在本研究中，我们制作并数字化打印了上颌第一磨的模型，其具有平行的就位路径，因而便于技术人员准确选择带环尺寸，并依据此进行带环与MSE装置的焊接。松动的带环往往会导致患龋率的增加、矫治器的断裂、粘接剂丧失或脱离牙齿，因此这种数字化方法也有助于带环尺寸及其就位的准确性。

本文介绍了一种仅使用锥形束CT和数字化牙列模型就可以制作出最终焊接矫治器的全数字化工作流程。这也是首个描述如何通过商品化软件确定带环选择的研究。尽管数字化流程可以提高患者的舒适度，减少可能导致不良后果的装置制造误差，我们仍需要进一步研究比较手工和数字化方法在MSE制造中的可靠性和有效性。

使用市售软件的MSE设计数字化工作流程可以减少患者复诊次数，缩短椅旁操作时间，并防止与不良设计和矫治器定位错误相关的不良事件。未来仍需要进一步研究比较MSE制作过程及其对临床结局的影响，从而验证其临床意义。

作者感谢微风牙科实验室的注册牙科技师（CDT）Yu-Cheng Tseng和 CDT Po-Chun Chou为本研究提供的技术支持。