Zkoumat účinnost 3D tištěných alignerů s tvarovou pamětí při léčbě předního otevřeného skusu

3.0 Materiál a metody 3.1 Etické schválení Etické povolení bude získán od Lékařského etického výboru Lékařské fakulty Univerzity v Kufě, Irák (MEC-163). Tato randomizovaná klinická studie bude registrována a hlášena na clinicaltrials.gov, mezi moláry třídy I a skeletálními vztahy s předním dentálním otevřeným skusem u iráckých pacientů.

3.2 Výpočet velikosti vzorku: Výpočty velikosti vzorku byly provedeny. V každé skupině bude velikost vzorku vypočtena pomocí G-power (verze 3.1), s výkonem 80 % a hladinou významnosti 0,05, což umožnilo detekci významnosti mezi třemi léčebnými skupinami v změnách překusu o 1,5 mm se standardní odchylkou 1,5. Konečný vzorek s předním otevřeným skusem se skládal z 15 pacientů pro každou skupinu. Pro zohlednění potenciální 10% míry odpadnutí budou do každé skupiny přidány dvě osoby, což vede k konečné velikosti vzorku 51 jedinců – 17 na skupinu, podle předchozí studie provedené Serdarem a kol. (52).

3.3 Účastníci, kritéria způsobilosti a nastavení: Pacienti budou rekrutováni z oddělení P.O.P., Univerzity v Kufě, Azadi Dental Centre a soukromé zubní kliniky v Iráku. Léčba bude provedena specialistou ortodontem. Pacienti budou rekrutováni v době jejich konzultace, pokud splňují kritéria studie: Tabulka (3.1).

Tabulka 3.1: Kritéria studie.

Kritéria zařazení: Kritéria vyloučení:

1. Dospělí pacienti ve věku 18–35 let, všechny zuby přítomny a plně prořezány (kromě třetích molárů). Dospělí dokončili kraniofaciální růst, což činí ortodontické pohyby předvídatelnějšími a stabilnějšími; dospělí jsou typicky motivovanější a dodržují nošení 20–22 hodin denně, což je nezbytné pro úspěch léčby (nezapomínání na nošení, což snižuje účinnost). Navíc v smíšené dentici dochází k prořezávání a ztrátě zubů, což by mohlo ovlivnit přiléhání a přesnost rovnátek] (53,54).
2. Mírný až střední dentální přední otevřený skus (-1 až 3 mm vertikální mezera mezi incizální hranou horních a dolních řezáků).
3. Molární vztah podle Angle třídy I.
4. Skeletální třída I (ANB 3±2°).
5. Průměrná (normodivergentní) vertikální dimenze (MMPA 27±5°).
6. Zdravý parodontální stav.
7. Dobře srovnaná nebo mírně stísněná dentice.
8. Pacienti by měli být léčeni extruzí řezáků (pouze horních nebo obojích).

(1) Střední až těžké stísnění. (2) Ztráta zadních zubů. (3) Historie traumatu molárů nebo řezáků. (4) Historie endodontické léčby horního prvního moláru nebo řezáků. (5) Systémové onemocnění související s metabolismem kostí. (6) Užívání imunosupresivních léků nebo léků inhibujících nebo urychlujících pohyb zubů; a (7) Neuromuskulární deficity. (8) Skeletální otevřený skus. (9) Krátký horní ret. (10) Průměrný nebo zvýšený incizální výskyt. (11) Plán léčby vyžadující chirurgii nebo extrakci jakýchkoli horních zubů. (12) Silně rotované nebo rozsáhle restaurované (přímou nebo nepřímou restaurací) horní přední zuby 3.3.1 Intervence: Všichni pacienti obdrží stejnou léčbu a podepíšou informovaný souhlas k účasti ve studii. Intervence u pacienta bude shrnuta jako následující časový harmonogram: (Obrázek 3.1).

Obrázek 3.1: Časový harmonogram intervence u pacienta.

1. Před zavedením rovnátek (T0):

   1. Měření otevřeného skusu: Bude použito digitální software (3Shape OrthoAnalyzer) z incizálních hran horních a dolních středních řezáků, také; klinicky pomocí digitálního měřidla (Kroeplin Caliper, Německo) (54).
   2. Záznamy CBCT: CBCT radiografie bude provedena pro každého pacienta po podepsání informovaného souhlasu. Všichni pacienti podstoupí CBCT (T0) (80 kV, 5 mA, 9,2 s expoziční čas, 0,125 mm rozlišení voxelů, 80 x 80 mm zorné pole; Veraviewepocs J Morita MPG, Fushimi, Kjóto, Japonsko). CBCT snímky budou rekonstruovány každých 0,125 mm. Software One Volume Viewer (verze 11.0, J Morita, Chatsworth, CA, USA) bude použit před léčbou (T0) a po první sérii rovnátek (15–20 rovnátek) (T1).
   3. Intraorální skener: Intraorální skener (TRIOS, 3Shape, Kodaň, Dánsko) bude použit k naskenování horní a dolní čelisti s okluzí, také k vytvoření STL souboru, který bude importován do 3Shape OrthoAnalyzer (USA), který bude použit k návrhu léčebné sekvence pro každého pacienta a bude pořízen před léčbou (T0).

2. Nastavení rovnátek a attachmentů:

   1. Bonding attachmentů: Protokol pro bonding attachmentů byl standardizován pomocí běžně přijímaných bondingových postupů. Attachmenty a IPR byly přizpůsobeny potřebám každého pacienta na základě klinických zkušeností každého ze tří praktiků. Proto nelze systematicky hlásit umístění attachmentů a IPR na zubech.
   2. Poloha kompozitního attachmentu: Incizální okraj kompozitních attachmentů bude umístěn 3,5 mm gingiválně od incizální hrany. Oba mezální a distální okraje kompozitních attachmentů byly 2,5 mm od mezálních a distálních povrchů zubu a budou navrženy na šířku 4 mm mezio-distálně; incizo-gingivální rozměr a úhel nebyly změněny (55).
   3. Zavedení rovnátek: Bude pozorována správná demonstrace zavedení rovnátek podle instrukcí. Účastníci budou verbálně potvrzovat dodržování na každé návštěvě a dodržování bude samostatně zaznamenáváno účastníky v hodinách denně.
   4. Doba nošení rovnátek: Pacientům bude nařízeno nosit každé rovnátek minimálně 22 h/den, 7 dní/týden každé, než přejdou na další rovnátek, standardní protokol rovnátek používaný poskytovateli (55).
   5. Limit pohybu: Limit pohybu (extruze) bude nastaven na maximum 0,25 mm na rovnátek (55).
3. Po první sérii rovnátek (15–20 rovnátek) (T1):

Všechny záznamy pořízené před léčbou (měření otevřeného skusu, CBCT (T1), intraorální skener) budou pořízeny po první sérii rovnátek (15–20 rovnátek) podle stejných kritérií jako před léčbou.

3.3.2 Interim analýza a pokyny k ukončení: Účastníci budou informováni, že mohou kdykoli ukončit účast a že to neovlivní jejich zbývající léčbu. Pacienti se špatným sledováním vyžadující intervenci uprostřed léčby nebo selháním dokončení předepsaných rovnátek budou zaznamenáni pro účely hlášení, ale nebudou zahrnuti do konečné analýzy.

3.4 Design studie a skupiny: Design studie bude multicentrická randomizovaná klinická studie se třemi paralelními rameny.

Tři skupiny účastníků s různými léčbami budou testovány v této studii následovně:

Skupina I: Pacienti léčeni konvenčními čirými rovnátky s attachmenty [obdélníkové attachmenty se zkosenými hranami směrem ke gingivě na horních a dolních předních zubech (53)].

Skupina II: Pacienti léčeni 3D přímo tištěnými rovnátky s tvarovou pamětí bez attachmentů, a Skupina III: Pacienti léčeni 3D přímo tištěnými čirými rovnátky s tvarovou pamětí s attachmenty [obdélníkové attachmenty se zkosenými hranami směrem ke gingivě na horních a dolních předních zubech (53)].

3.5 Délka léčby: Délka léčby pro každého pacienta bude asi 8–14 měsíců a celková doba studie bude trvat asi 3 roky k dokončení.

3.6 Technika pořizování digitálních otisků a výroba aparátu: 3.6.1 Termoformování na 3D tištěných modelech: Konvenční termoformovací technika je nepřímé povahy. Po plánování léčby budou po digitálním skenování otisků horní a dolní čelisti a zachycení okluze pomocí intraorálního digitálního skeneru (Trios, 3Shape, Kodaň, Dánsko) vytištěny sekvenční zubní modely představující průběh léčby pacienta; tepelně manipulované průhledné plastové fólie (Tristar, tloušťka 0,75 mm, Austrálie) budou formovány proti každému zubnímu modelu (3shape orthoanalyser, software 1.9, Dánsko-LINIZ tiskárna, Soul, Korea) pomocí stroje na tlakové nebo vakuové formování (BioStar, Německo) pro výrobu rovnátek. Získaná rovnátek budou oříznuta a dokončena pro doručení a zavedení pacientovi (Obrázek 3.2).

Obrázek 3.2: Schematický diagram laboratorní techniky pro výrobu konvenčních termoformovaných čirých rovnátek.

3.6.2 Přímo 3D tištěná rovnátek s tvarovou pamětí: Technika přímého 3D tisku navrhuje a vyrábí rovnátek přímo pomocí biokompatibilních čirých pryskyřic (Tera Harz TC-85 (Graphy, Soul, Jižní Korea)) bez potřeby zubního modelu. Digitální ortodontický pracovní postup 3D tištěných rovnátek Sekvenční kroky zahrnující proces výroby přímých 3D tištěných čirých rovnátek jsou: (i) získávání dat pomocí intraorálního digitálního skenování (Trios, 3Shape, Kodaň, Dánsko), (ii) virtuální plánování (3D modely) a počítačem podporované navrhování čirých rovnátek (3shape orthoanalyser, software 1.9, Dánsko), (iii) 3D tisk (LINIZ, vyvinutý Graphy, tloušťka 0,75 mm, Inc., Soul, Korea), a (iv) post-processing (čištění nevytvrzené zbytkové pryskyřice, odstranění podpor a post-produkční vytvrzování; pro rovnátek Tera Harz TC-85 doporučení zmiňují proces čištění centrifugací (Tera Harz Spinner vyvinutý Graphy, Inc., Soul, Korea) po dobu asi 3–4 min nebo odstranění měkkým škrabákem). To bude následováno odstraněním podpor a post-produkčním vytvrzováním s Cure M (Graphy, Soul, Korea). Bude využit a doporučen vytvrzovací přístroj s generátorem dusíku (Tera Harz cure vyvinutý Graphy, Inc., Soul, Korea) ke zlepšení fyzikálních vlastností pryskyřičného materiálu poskytnutím inertního prostředí, čímž se zabrání tvorbě kyslíkové inhibiční vrstvy. THC 2 UV vytvrzovací systém (Graphy Inc., Soul, Korea) je známým zástupcem této kategorie. Pro rovnátek z pryskyřice Dental LT-clear se provádí čištění ultrazvukem s isopropylalkoholem (96/99 %) a post-produkční vytvrzování s jednotkou Form Cure (Formlabs, Somerville, Mass., USA) (24, 34, 38) (Obrázek 3.3).

Obrázek 3.3: Schematický diagram laboratorní techniky pro výrobu 3D přímo tištěných rovnátek s tvarovou pamětí 3.7 Metoda konečných prvků (FEA):

Pracovní diagram pro získání výsledků metody konečných prvků (Obrázek 3.4):

Obrázek (3.4): Schematický diagram pracovního diagramu pro získání výsledků metody konečných prvků.

Tato studie bude schválena Lékařským etickým výborem Lékařské fakulty Univerzity v Kufě, Irák (MEC-163). Bude připraven 3D geometrický model maxilárního oblouku, který zahrnuje maxilu, periodontální ligament (PDL), horní zuby s intruzí horního pravého středního řezáku, čirá rovnátek a kompozitní attachmenty (Obrázek 3.5a). Maxila a horní zuby budou konstruovány z dat kuželové výpočetní tomografie (CBCT) pacienta, který měl skeletální vztah podle Angle třídy I s dobře srovnanými zuby a normálním tvarem zubů. CBCT snímek bude pořízen s 3D Accuitomo 170 (J. Morita Mfg. Corp., Kjóto, Japonsko) pomocí FOV 170 mm × 120 mm a velikosti voxelu 0,25 mm. Snímek bude importován do software ITK-SNAP (51) pro generování 3D geometrického modelu s vysokým rozlišením FE modelu pro simulace. PDL bude modelován na tvaru kořene s tloušťkou 0,25 mm (52). Obdélníkový zkosený tvar kompozitních attachmentů (Obrázek 3.6) bude konstruován na horním pravém středním řezáku s tvarem odvozeným ze systému Invisalign® (53). Konkrétně, incizální okraj kompozitních attachmentů bude umístěn 3,5 mm gingiválně od incizální hrany (54). Oba mezální a distální okraje kompozitních attachmentů byly 2,5 mm od mezálních a distálních povrchů zubu, resp. Čirá rovnátek (konvenční a 3D přímo tištěná čirá rovnátek) budou vyrobena na základě cílové dentice k provedení extruze horního středního řezáku. Cílová dentice bude vyvinuta extruzí horního pravého středního řezáku a kompozitního attachmentu s posunem 0,15 mm podél osy zubu (55). Poté budou čirá rovnátek vyvinuta z externího odsazení všech korunek zubů a attachmentů na cílové dentici. Tloušťka čirých rovnátek byla nastavena na 0,75 mm s vroubkovaným okrajem ořezu, přesně následujícím gingivální konturu zubů (56). Pro minimalizaci účinku úhlu horních řezáků na experimentální výsledky byly maxilární střední řezáky během rekonstrukce upraveny na orientaci 90°.

Nakonec budou navrženy tři modely následovně:

Model 1: bez kompozitního attachmentu s 3D přímo tištěnými čirými rovnátky s tvarovou pamětí.

Model 2: obdélníkový zkosený attachment s 3D přímo tištěnými čirými rovnátky s tvarovou pamětí.

Model 3: obdélníkový zkosený attachment s konvenčními čirými rovnátky. Proces síťování vyprodukuje celkem 1 467 263 uzlů a 5 338 190 prvků v modelu bez kompozitního attachmentu a 1 472 483 uzlů a 5 355 482 prvků v modelu s obdélníkovým zkoseným attachmentem (Obrázek 3.5b). Bondované kontakty budou nastaveny na rozhraních mezi kostí a PDL, PDL a zuby a zuby a kompozitním attachmentem. Kontakt povrch-povrch bude použit mezi čirými rovnátky a zuby, stejně jako mezi čirými rovnátky a kompozitním attachmentem. Pevné podpory byly aplikovány na horní část maxily. Koeficient tření µ = 0,2 byl použit mezi rovnátky a zuby, stejně jako mezi rovnátky a kompozitním attachmentem. Tabulka (3.2) ukazuje materiálové vlastnosti a velikost sítě, které budou použity v této studii (Jedliński a kol. (53)). Analýza metodou konečných prvků bude provedena před klinickou studií podle výběrových kritérií a standardizace k vytvoření společných postupů pro tvorbu modelů, výměnu dat a validaci k zajištění kvality, spolehlivosti a konzistence modelů napříč různými software a uživateli.

Tabulka 3.2: Materiálové vlastnosti a velikost sítě.

Obrázek 3.5: Model maxily s PDL, horními zuby, čirými rovnátky a kompozitním attachmentem: (a) 3D model a (b) modely síťování metodou konečných prvků.

Obrázek 3.6: Rozměry obdélníkového zkoseného attachmentu. Anatomický souřadnicový systém bude stanoven definováním okluzní roviny pomocí referenčních bodů na incizálních hranách středních řezáků a špičkách mezio-bukálních hrbolků prvních molárů. Osa X (koronální rovina) bude orientována pozitivně směrem k mezální straně, osa Y (sagitální rovina) pozitivně směrem k lingvální straně a osa Z (vertikální rovina) pozitivně směrem ke gingiválnímu směru. Budou simulovány sekvenční a simultánní extruzní pohyby zubů maxilárních středních řezáků. Čirá rovnátek budou aplikována s extruzní silou odpovídající posunu 0,15 mm podél dlouhé osy zubů. Reakční síly vyplývající z každé extruzní metody budou vypočteny pomocí software ITK-SNAP po aplikaci přednastaveného posunu 0,15 mm na rovnátek (56). Síly stejné velikosti jako tyto reakční síly budou poté aplikovány na odpovídající zuby k vyhodnocení počátečního posunu a distribuce napětí v PDL.

Proto bude cílem této studie vyhodnotit počáteční posun zubu a distribuci napětí generovanou během extruze středního řezáku s konvenčními čirými rovnátky (s attachmenty) a 3D přímo tištěnými rovnátky s tvarovou pamětí (s a bez attachmentů).

3.8 Klinická studie 3.8.1 Randomizace a zaslepení: Randomizační sekvence bude generována pomocí randomizačního software (sealed envelope) s alokačním poměrem 1:1:1 pomocí blokové randomizace. Alokační sekvence bude skryta před vyšetřovatelem pomocí postupně číslovaných, neprůhledných a zapečetěných obálek. Zaslepení operátora a subjektu nebude možné kvůli povaze intervence. Data budou kódována a předložena zaslepenému hodnotiteli. Všichni subjekty budou randomizovány do skupin konvenčních a 3D přímo tištěných rovnátek s tvarovou pamětí (s nebo bez attachmentu). Všechna data budou shromážděna ve dvou časových bodech: před léčbou (T0) a po léčbě (první série rovnátek (15–20 rovnátek) (T1)). Zubní a skeletální změny byly zaznamenány laterálními cefalogramy (software Dolphin, USA). Intruze horního prvního moláru bude zaznamenána kuželovou výpočetní tomografií (CBCT), a distribuce síly a počáteční posun zubu budou zaznamenány programem pro analýzu metodou konečných prvků.

3.8.2 Měření výsledků: Výsledky a jakékoli změny po zahájení studie, intervence uprostřed léčby ke zlepšení sledování, jako je opětovné skenování nebo zavedení pomocných aparátů, budou zaznamenány a hlášeny, ale zuby zapojené nebudou analyzovány jako součást odpovídající skupiny. Maxilární a/nebo mandibulární řezáky nesledující, zaznamenané minimálně 1 mm materiálu rovnátek incizálně, když bylo rovnátek plně usazeno, budou zaznamenány a hlášeny, ale neanalyzovány v rámci přiřazené skupiny (56). Pacienti budou hodnoceni pouze po první sérii rovnátek (15–20 rovnátek (T1)). Poté léčba pokračovala podle potřeby, určeno pacienty a jednotlivými praktiky, a nebyla zaznamenána (57). V této studii budou hodnoceny maxilární a mandibulární oblouky.

3.8.2.1 Zpracování a sběr dat (cefalometrické trasování): Soubory DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) budou přeorientovány ke standardizaci polohy hlavy a převedeny do formátu Nearly Raw Raster Data (NRRD) pomocí software ITK-SNAP, verze 3.8.0 (University of Pennsylvania, https://www.itksnap.org). Převedené soubory budou nahrány do software 3D Slicer, verze 5.2.2 (https://www.slicer.org/), o open-source software pro prohlížení 3D lékařských snímků. 3D modely skenů budou vykresleny pomocí modulu "Segment editor" a rozvržení zobrazení bude nastaveno na režim "four-up" pro simultánní zobrazení 3D vykreslení spolu s třemi ortogonálními pohledy (sagitální, koronální a axiální). 3D pohled usnadnil potvrzení pozic landmarků v prostoru (58). Cefalometrická analýza před léčbou (T0) a po léčbě (T1) (po první sérii rovnátek (15–20 rovnátek)) laterální cefalogramy budou importovány do software Dolphin Imaging™. Měření polohy cefalometrických landmarků (lineární a úhlové) Landmark body budou nejprve identifikovány a aproximovány v sagitálním pohledu procházením řezů, poté budou upřesněny v koronálním a axiálním pohledu. Konečné potvrzení polohy bude provedeno na 3D modelu, když je vizualizace landmarku možná (59). Tato standardizovaná posloupnost zobrazení bude implementována ke zvýšení konzistence napříč případy a superpozice budou nezávisle provedeny pomocí Dolphin Imaging™ dvěma členy ortodontického fakultního sboru. Po superpozicích přední lebeční báze, maxily a mandibuly byly tři referenční roviny (S-N, ANS-PNS a Go-Me) přeneseny z trasování T0 do trasování T1. Osm cefalometrických měření bylo generováno počítačovými operacemi v Dolphin Imaging™ (Obrázek 3.6). Byly použity průměrné hodnoty odhadů odvozené dvěma ortodontisty.

3.8.2.2 Výsledky měřených proměnných budou následující:

1. Zubní a skeletální lineární a úhlové změny (Obrázek 3.7): Cefalometrická analýza bude zahrnovat následující:(1) Překus (překrytí předních zubů ve vertikální dimenzi); (2) Úhel U1 k patrové rovině (inklinace maxilárního středního řezáku vzhledem k patrové rovině); (3) Úhel L1 k mandibulární rovině (IMPA) (úhel tvořený dlouhou osou dolního řezáku (L1) a mandibulární rovinou); (4) Interincizální úhel. (Relativní prostorová poloha podél dlouhé osy nejvýraznějšího (předně umístěného) maxilárního a mandibulárního středního řezáku); (5) Vzdálenost U6 k patrové rovině (Představuje kolmou vzdálenost od mezio-bukálního hrbolku maxilárního prvního moláru (U6) k patrové rovině (PP)); (6) Vzdálenost U1 k patrové rovině (kolmá vzdálenost od špičky maxilárního středního řezáku (U1) k patrové rovině (PP)); (7) Vzdálenost L6 k mandibulární rovině (kolmá vzdálenost od špičky mezálního hrbolku dolního prvního moláru (L6) k mandibulární rovině (MP), také známé jako mandibulární rovina); (8) Vzdálenost L1 k mandibulární rovině (lineární cefalometrické měření v ortodoncii, které kvantifikuje vzdálenost od incizální hrany mandibulárního středního řezáku (L1) k mandibulární rovině).

Obrázek 3.7: Cefalometrická analýza: i. Překus; mm; ii. Vzdálenost U6 (Horní 1. molár) k patrové rovině, mm; iii. Vzdálenost U1 (Horní střední řezák) k patrové rovině, mm; iv. Vzdálenost L6 (Dolní 1. molár) k mandibulární rovině, mm; v. Vzdálenost L1 (Dolní střední řezák) k mandibulární rovině, mm; vi. Úhel L1 (Dolní střední řezák) k mandibulární rovině (IMPA); vii. Úhel U1 (Horní střední řezák) k patrové rovině; viii. Interincizální úhel.

Množství intruze moláru bude měřeno podle těchto kroků (Obrázek 3.8) Withayanukonkij a kol. (60):

1. Bude nastavena patrová rovina (PP),
2. Nejhlubší bod centrální jamky (C-pit) bude v koronálním a sagitálním pohledu, a
3. Bude měřena vertikální vzdálenost od C-pit k PP (U6-PP). Rozdíl mezi T0 a T1 bude množství intruze a pravá a levá strana bude zprůměrována.

Obrázek 3.8: Zobrazuje měření maxilárního moláru. C-pit označuje centrální jamku maxilárního moláru; PP. patrová rovina; U6-PP, vertikální vzdálenost od C-pit k PP.

2. Míry výsledků hlášených pacientem (PROMs) (příloha 1) Účastníci vyplní soubor Měr výsledků hlášených pacientem (PROMs). Nejprve budou účastníci požádáni o poskytnutí několika informací, včetně jména, data narození, pohlaví, bydliště, telefonního čísla, emailové adresy a data konzultace. Následně účastníci všech tří studijních skupin odpoví na deset položek PROM hodnotících různé aspekty měr výsledků: "Cítím bolest", "Mohu se snadněji pohybovat", "Cítím se silný", "Cítím se koordinovaný", "Cítím se unavený", "Mohu spát", "Mohu provádět aktivity denního života", "Mohu se vrátit do práce a sportu", "Jsem spokojen se svou péčí" a "Doporučil bych fyzioterapii ostatním". Každá položka bude hodnocena pomocí 5-bodové Likertovy škály, s možnostmi odpovědí od 1 (silně nesouhlasím) do 5 (silně souhlasím) (Obrázek 8). Všechna osobní a odpovědní data budou zacházena s přísnou důvěrností. Tento dotazník rozhovoru bude proveden před a po léčbě.