第一章 前言
1.1 研究背景
第一章 前言
1.1 研究背景
隨著時代的進步，現代人對於牙科治療，不再只是牙痛了才求診，除了 定期的洗牙，口腔檢查保健，以及牙周病蛀牙等等的治療，越來越多人對於 牙齒的整齊美觀有著更大的重視，也因此，許多關於改善牙齒美觀的牙科治 療，需求量大增。許多牙齒排列不整齊、咬合不正影響咀嚼功能等問題，都 可以藉由齒顎矯正解決，甚至能對於臉型上的不完美處進行美化的修正，所 以齒顎矯正在美容牙科中，已廣為大眾所接受。齒顎矯正利用牙齒的移動來 達到改變咬合及牙齒排列的目的，於是矯正的機制和施予的力量大小、牙周 支持組織的骨密度和骨重塑都會影響牙齒移動的方向和距離。
圖 1-1 矯正、牙齒與牙周支持組織(齒槽骨的關係)
就臨床而言，能直接真實測量的骨生理機制就是骨密度的變化。傳統的觀念 得知矯正會造成骨頭的吸收一開始大多是利用動物的組織切片(Wainwright 1973)。有了斷層掃描之後，也有學者利用斷層掃描的影像來作為植牙區骨密度
2
的評估(Norton and Gamble 2001)。由於科技的進步，牙科用電腦斷層掃描影像 (Cone Beam CT)已經越來越被廣泛使用(Sukovic 2003; Guerrero et al., 2006)，牙科 用電腦斷層掃描影像(Cone Beam CT)最大的優點除了劑量低(Tsiklakis et al., 2005)，在長度與體積的測量也是精準的(Mischkowski et al., 2007)，另外 HU 這種 影像單位在現今也廣泛被利用來測量骨密度(Aranyarachkul et al., 2005; Loubele et al., 2006; I . TURKYILMAZ 2007; Turkyilmaz et al., 2007)。於是我們可以利用牙 科用電腦斷層掃描影像(Cone Beam CT)來作為測量骨密度的工具，藉此觀察真實 長因子(growth factors)、colony-stimulating factors、arachidonic acid metabolites...
等等。這些分子會產生許多細胞性的反應並且提供組織沉積或吸收的良好環境。
(Krishnan and Davidovitch 2006)
這些Remodeling的組織包含牙髓組織、牙周韌帶PDL、齒槽骨和牙齦。當受 Beam Computer Tomography ; CBCT)都是很好的量測工具。但因為儀器的精準
3 移動會有三個不同時期。(Burstone and Tanne 1986)
Initial phase：
4
progenitors(成骨細胞先驅細胞)和一些免疫蛋白球數量會增加。
第二個時期：發生在第20到第30天。
壓力側的牙周韌帶纖維會產生變形，導致血流停止而產生壞死區，牙齒移動 也會停止。Phagocytic cells如macrophages, foreign body giant cells和蝕骨細胞從底 下沒有受傷的牙周韌帶間或是從受傷的牙周韌帶附近的齒槽骨骨髓區將壞死組
5
1.2.2.1 The pressure-tension theory
Sandstedt (1904)(Sandstedt 1904), Oppenheim (1911), and Schwarz (1932)(Schwarz 1932)在傳統的組織學研究下提出The pressure-tension theory (壓 力-張力的理論) 。這些學者假設牙齒移動會在牙周韌帶的空間內產生壓力側和 種透明變化產生的第一個現象就是細胞內會出現pyknotic nuclei ，接著細胞壞死 後會出現無細胞區，當macrophages, foreign body giant cells, 和osteoclasts從未受 傷的鄰近區域近到這塊壞死區，這些細胞會馬上吸收壞死區下面的骨頭和壞死的 組織，這就是所謂的下蝕性吸收(undermining resorption)。
1.2.2.2 The bone-bending theory
Baumrind 根 據 Pascal’s law 的 原 理 在 1969 年 提 出 了 ” bone-bending theory”(Baumrind 1969)。他提到牙周韌帶是一種continuous hydrostatic system，當 受到力之後會將力量平均的傳到各個地方。矯正力量造成齒槽骨的偏斜通常伴隨
6
1.2.2.3 Bioelectric signals in orthodontic tooth movement
1962年, Bassett and Becker假設在接受到外力的組織會產生 電位能(electric (piezoelectricity and streaming potentials)，有可能是提供細胞反應的第一個信號。
1.2.2.4 牙齒移動之生化反應機制
7
Lymphocytes, monocytes和macrophages等免疫蛋白會進入發炎的血管，增加 prostaglandin的釋放和水解酵素的分泌。Prostaglandin和一些繼生物質會增加細胞
9. 免疫球蛋白會和成並且釋放信號如(cytokines, growth factors, and CSFs)等進 入受到壓力的牙齒周圍組織
8
10. 這些信號分子會與牙齒周圍組織產生交互作用
於是這些產生交互作用的細胞便參與了牙齒周圍組織的重塑過程。
也就是說，近年來的研究因為儀器進步和之前學者的努力，已經能更深入更 細微的生理反應，發現牙齒移動路徑其實與一些基因、神經傳導物、信號分子等 等生物性分子的生化反應有關，因為這些訊號的交互作用來產生牙齒周圍組織重 塑。
1.2.3 矯正期間齒槽骨周圍組織的變化
關於骨重塑的機制，簡單的說，當一個矯正力量施予牙齒的時候，會造成牙 齒周圍的牙周韌帶產生壓擠，此時血流減少進而發生蝕骨細胞，成骨細胞的分 化，於是在壓力側產生骨吸收的現象，張力側產生骨沉積的現象。牙齒因為骨重 整的變化而產生移動。但是更仔細的探討內部發生的情形，將牽涉得很廣泛，包 含:基因的調節、蝕骨細胞與成骨細胞的分化與功能、神經傳導物的調節、內分 泌的調節等等。(Masella and Meister 2006)
圖 1-2 牙齒移動與齒槽骨壓力側吸收，張力側沉積 ( Cr=The center of resistance ) (Roberts et al., 2006)
9
1.2.3.1 骨重塑的機制
Forst說Remodeling是指鈣化組織內部產生的交替變化但不會改變整體外觀 的一種生理性名詞和反應(Epker and Frost 1965) (Frost 1969)。這是一種分解代謝 (catabolic)和合成代謝(anabolic)的系列過程，也就是一種修補或重新生成年老或 體內來解釋人體內骨生理機制。根據Weinmann and Sicher 的理論：Modeling是 指骨頭在成長的時候會因為外力或是環境而使形狀產生改變，而Frost HM的 Remodeling是一種終生骨頭的替換和維持，並且不會改變外型。之後牙科也在 Forst提的理論下開始了骨的研究。Harold Frost, MD (1922-2004) 破解了骨生理，
可以說是現代骨生理學之父。 細胞會失去它們alkaline phosphatase的活性，但維持高濃度的鈣離子(Eriksen et al.,
10 骨在組織型態很類似，但是結構卻是差異很大(Keeling et al., 1993)。
牙根吸收與牙骨質修補的過程與骨重塑的機制有幾點類似的地方。
11
1.2.4 齒槽骨骨質的分類
對矯正醫師來說，骨密度是一個重要的結構因子，與骨頭重新塑型的速度有 關 ，例如 1996 年 Rober 這位學者就發現下顎牙齒的移動速度與骨頭的密度有關 (Roberts et al., 1996)。於是骨密度的判定對牙科來說是不可或缺的。
在牙科齒槽骨密度的分類上，最常用的就是 Lekholm and Zarb 根據皮質骨 和疏鬆骨在放射影像上的量將骨密度分成四種類型。(Zarb and Zarb 1985)
型 1 ： 幾乎全部都是由均質的緻密骨組成 由左到右分別為 type1 到 type4(Zarb and Zarb 1985)
而 Misch 把骨密度依照植體放置前鑽針鑽的手感來將骨密度分分成四種
12
CT 測量出來的骨密度與常用的 Lekholm and Zarb 分類很相近(Norton and Gamble 2001; Shahlaie et al., 2003; Aranyarachkul et al., 2005)但是 type2 與 type3 不 太好分。(Aranyarachkul et al., 2005)CBCT 量測出來的骨密度和 CT 量測出來的骨 密度有很高的相關性很高。
1.2.5 牙齒移動與牙根周圍骨密度及施力大小的關係
1.2.5.1 牙根周圍骨密度對牙齒移動的影響
早在 1985 年 Eriksen EF, Mosekilde L, Melsen F 就發現皮質骨需要大約 29 天去產生約200 ~ 250 微米的一個吸收空洞(resorption cavity)，約 134 天去填滿 這個吸收空洞，所以整個過程總共需要約163 天(五個半月)(Eriksen et al., 1986)；
而人的疏鬆骨,在整個吸收和填滿吸收空洞的過程大約需要 151 天(約五個
月)(Eriksen et al., 1985)。所以緻密的皮質骨需要比較長的時間來移動牙齒。
另外Midgett等人(Midgett et al., 1981)和Wainwright等人(Wainwright 1973)在 很早的時候就發現：牙齒移動在緻密的骨頭中移動的速度比較慢。牙齒在海綿骨 移動的速度比在皮質骨要快上一半的時間。
Sidiropoulou-Chatzigiannis 等人在 2007年發現骨質疏鬆症的患者因為骨吸 收和骨生成的速率會加快，但是兩者的關係不對等，造成骨吸收的比例較多，於 是 骨 密 度 降 低 ， 矯 正 過 程 中 牙 齒 的 移 動 速 度 會 比 正 常 人 還 快 。
13
(Sidiropoulou-Chatzigiannis et al., 2007)
1.2.5.2 施力力量大小對牙齒移動的影響
所謂的最適當力量”optimal force”在1932年Schwarz(Schwarz 1932)定義為”改 變組織壓力的力量最接近於微血管血壓的力量，以避免在壓迫到牙周韌帶時微血 管產生閉合狀態。
在目前的觀念裡，optimum force是指力量產生牙齒最大的移動速率而又對牙 根或牙周韌帶和齒槽骨產生最小不可回復性的傷害(Krishnan and Davidovitch 2006) ，如果施予的力量大於牙根或牙周韌帶和齒槽骨能承受的力量，往往會造 成牙根的吸收。
這個證據早在 1972 年就有學者發現牙齒在緻密的骨頭內移動需要更大或更 久的力量供應，結果也更容易產生牙根吸收(Rygh and Reitan 1972)。而在現今科 學的發達，從顯微斷層掃描(micro CT)的影像更可以發現牙根吸收的情形(Harris et al., 2006)。
圖 1-4 Micro CT 下牙根被吸收的情形(Harris et al., 2006)
14 tomography, CT)，還有牙科用電腦斷層掃瞄(cone beam computed tomography, CBCT)。 Becker(Becker et al., 2000)等人利用DEXA來探測牙科植體的失敗與骨質疏鬆的 探討，認為DEXA還是比較適合周邊骨的測量，不適合用來測量牙科植體的位置。
1.2.6.2 超音波
超音波是利用音波來測量 BMD，通常量測的地方是腳後跟。超音波的優點 是快速、無痛，而且沒有任何輻射劑量的考量。但是它通常是用來當作前線的測 量，當發現骨密度較低時，還是需要利用其他測量工具做更進一步判斷，加上超
15
音波不能用來區分是因為骨折還是因為骨質疏鬆而造成骨密度降低，於是在骨質 疏鬆的診斷上，越來越多人質疑超音波的可靠性。
在牙科的應用上也比較少，但是1980年的學者也曾有利用超音波進行研究。
(Kardos and Simpson 1980)
1.2.6.3 電腦斷層掃描
1980年Hounsfield(Hounsfield 1980)發現X光射線開始了斷層掃描的紀元。
斷層掃描在一般骨質疏鬆的量測上比較少用，原因是因為費用較高，時間較久，
而且重點使有較多輻射劑量的問題。但是在牙科植體的應用來說，卻是非常重要。
Schwarz et al. (Schwarz MS 1987; Schwarz MS 1987)等人在1987年開始將電 腦斷層的概念應用在牙科植體的術前診斷上，之後利用斷層掃描來做為牙科植體 術前診斷得運用便開始越來越廣 (Cann 1988; Hvid et al., 1989)
電腦斷層掃描量測出來的並不是真正的骨密度 BMD，而是將影像上的灰階 值代表骨密度的多寡。單位是HU。但是在 1995 年 Kalender(Kalender et al., 1995) 已經證明HU 和 BMD 有線性關係。2002 年 Peter Homolka 等學者也已經發現 CT number 和骨密度以及植體所入所需用的扭力大小成線性關係(Homolka et al., 2002)。換句話來說，現在越來越多學者利用電腦斷層影像作為牙科研究的工具，
16 (Aranyarachkul et al., 2005)利用傳統 CT 和 CBCT 發現這兩種方法都可以測量骨 密度，只是測出來的數字是利用影像上的灰階值來代表骨密度。在CBCT 與 CT (As Low As Reasonably Achievable)的原則，讓病患曝露在放射線下的劑量越低越 好，因此CBCT 提供了上下顎骨 3D 和剖面的影像，並且在照射的硬體機器上， 稱的疊影下產生判讀困難的問題(Bergersen 1980; Ahlqvist et al., 1983)。在數位化
以及影像學的進步上，一組的 CBCT 影像可以切換成傳統矯正科診斷所需要的
側顱影像(cepho)和環口影像(pano)(Swennen and Schutyser 2006; Kim et al., 2007)，如此一來未來可以利用一組 3D 電腦斷層掃描影像(Cone Beam CT)來取代