無托槽隱形矯治技術研究熱點的可視化分析

呂欣 樊永杰

內蒙古醫科大學第四附屬醫院口腔正畸科 包頭 014030

無托槽隱形矯治器的引入是正畸治療中的重大突破之一。近年來，隨著生物力學和生物材料[1]的發展，無托槽隱形矯治技術（clear aligner technology，CAT）在正畸中的應用越來越廣泛，但其效率仍存在爭論，臨床表現尚未達成共識，相關研究仍然是各國學者的關注熱點。目前，基于CAT相關研究活動的快速增長，但缺少相關文獻計量學分析。本研究采用CiteSpace分析工具對CAT相關文獻進行可視化分析，全面了解CAT的研究成果、研究熱點及未來的研究方向，并對該技術有影響力的作者、國家、機構、期刊進行評估，為臨床及科研提供參考。

1 材料和方法

1.1 數據來源

本文的數據樣本來源于Web of Science核心合集，檢索式為Topic Search（主題檢索）=（clear aligner AND orthodontic*）OR（clear aligner AND treatment） OR （clear aligner AND therapy） OR（clear appliance*） OR（Invisalign） OR（removable thermoplastic aligner）。檢索時段為2000年1月1日至2021年11月1日。共得到729條初始數據，對檢索結果去重、整理，排除會議記錄、期刊目錄、信件等非學術研究及與研究內容不符的文獻，最終得到與CAT相關的研究論文和綜述共433條。

1.2 研究方法

CiteSpace是陳超美博士開發的一款信息可視化軟件[2]，它可以識別出特定領域納入文獻及引用文獻的知識網絡，在其中自動形成節點和線路，并提供多種功能對形成的知識圖譜的結構進行解釋，包括識別研究熱點、發現研究前沿及對納入文獻的關鍵詞進行自動標記聚類。本研究采用CiteSpace5.8.R3（64-bit）版本和Excel2019，分別對納入文獻的國家、機構、作者、被引作者、期刊、關鍵詞等進行可視化分析，以明確CAT相關研究的進展、主要研究力量、研究熱點及前沿趨勢。

2 結果

2.1 時間分布

發文數量隨時間的變化可以反映該研究領域的發展特點。CAT在不同時間的發文數量趨勢見圖1。依據圖1折線圖走勢，可以將CAT的研究大致分為3個階段：起步階段（2003—2014）、平穩增長階段（2015—2019）、快速增長階段（2020—2021）。起步階段發文量基本少于10篇，表明這一階段無托槽隱形矯治器還沒有受到研究者的廣泛關注，也與該技術尚不成熟有關。平穩增長階段發文量為20~50篇，奠定了CAT的理論基礎。隨著學術界關注度增強，2020年迎來快速增長階段，2021年達到最高點，接近100篇。文獻類型主要以研究論文為主，綜述類文章不超過10篇。

2.2 空間分布

2.2.1 發文國家/機構 在CiteSpace軟件的操作界面內，選擇節點類型為“國家”生成可視化圖譜，結果見圖2。圖2中節點的大小、連線的粗細分別與每個國家發表文章的數量、國家間的合作關系成正比。國家名稱及紫色圓環的大小代表中心性，中心性量化了某個國家在整個網絡中地位的重要性。

圖2 CAT國家合作網絡Fig 2 National cooperation network of CAT

通過分析發現，盡管意大利是發文量最多的國家，達到89篇，但美國的中心性最高，為1.06，是該網絡的中心國家，發揮核心作用。其他口腔領域的文獻計量分析也觀察到了類似的趨勢，例如口腔修復學、牙周病學[3-4]，可見美國的學術影響力較高，其學術論文具有重要參考價值。中心性較高的國家還包括意大利和德國。進行CAT相關研究的機構主要集中于歐洲、北美洲和亞洲，但整體合作網絡較為松散，其中實力較強的機構全部為大學。在發文量Top14的大學中，中國的大學占了2 家，分別為四川大學和首都醫科大學（圖3）。

圖3 發表CAT相關研究論文的前14位研究機構Fig 3 Top 14 research institutions that published research papers related to CAT

2.2.2 發文作者 對作者的合作網絡進行可視化分析，結果見圖4，節點大小代表作者的發文量，連線粗細代表作者之間的關聯性。通過圖4可以發現：研究者多傾向于穩定的團隊合作，其中以Luca Lombardo及Tommaso Castroflorio為中心的合作規模最大，由超過10位研究者組成。這種相對獨立的團隊合作為其他研究者提供了個性化的科研信息。作者發文量可以在一定程度上反映其學術貢獻。發文量前6位的作者分別為Tommaso Castroflorio（18篇）、Andrea Deregibus（14篇）、Luca Lombardo （12 篇）、 Giuseppe Siciliani （11 篇）、Theodore Eliades（11篇）、Gabriele Rossini（7篇），這些作者為CAT的研究作出了重要貢獻。

圖4 CAT作者合作網絡Fig 4 Author cooperation network of CAT

2.3 被引情況

2.3.1 作者共引分析 作者的影響力經常根據其論文的引用次數，即被引頻次來量化。H指數是公認的作者評估指標，是基于作者的論文數量及論文被引用的次數作出的評價指標。Hirsch[5]認為，某作者在其所有學術文章中有N篇論文分別被引用了至少N次，該作者的H指數即為N。被引頻次排名前10的被引作者見表1。由表1可見：H指數在被引頻次排名前10的作者之間分布不均，提示具有不同學術經驗的研究者均為CAT的研究作出了貢獻。但被引分析具有很強的時間依賴性，較新發表的文獻其影響力通常被低估，這也造成了作者發文量與被引作者排名不一致。根據表1，Gabriele Rossini和Luca Lombardo既是發文量高排名作者，也是被引量高排名作者，表明2位學者對CAT的發展作出了重要貢獻。

表1 CAT相關發表論文的前10位被引作者Tab 1 Top 10 cited authors that published papers relatedtoCAT

2.3.2 期刊共引分析 通過CiteSpace對期刊共引進行可視化分析，共識別出551個期刊，被引次數為3 437次。排名前10的被引期刊及期刊影響因子見表2：排名前3的期刊American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics、Angle Orthodontist、European Journal of Orthodontics的引文量為1 036，占總引文量的30%。根據布拉福德定律，該結果表明大多數研究集中在有限的核心期刊上，說明作者更傾向于將論文提交給影響力較高的期刊，以獲得更高的引用率及讀者范圍。

表2 CAT相關發表論文的前10位被引期刊Tab 2 Top 10 cited journal that published papers related to CAT

2.4 研究熱點與前沿

2.4.1 研究熱點 關鍵詞是對文章內容的高度概括和精煉，通過對關鍵詞進行可視化分析可以直觀地識別當前某一研究領域的研究熱點。將相同關鍵詞合并后生成245個關鍵詞，基于關鍵詞繪制聚類圖譜，共得到11個聚類模塊，結果見圖5。最大的聚類是無托槽隱形矯治器（clear aligners），這與本研究的檢索式一致；其次是正畸牙齒移動（orthodontic tooth movement），表明CAT相關研究大部分集中于牙齒移動；其他聚類由大到小排列依次為正畸矯治器（orthodontic appliances）、全牙弓印模（full-arch impression）、旋轉中心（center of rotation）、隱適美 （Invisalign）、開（open bite）、口腔衛生（oral hygiene）、力學性能（mechanical properties）、正畸力 （orthodontic force）、錐形束CT（cone-beam computed tomography）。

CiteSpace通過計算模塊值Q及平均輪廓值S來評價知識圖譜的網絡結構和聚類清晰度，其最佳取值分別為0.4~0.8和-1~1。圖5的Q值達0.639 2，即網絡結構十分顯著；聚類S值為0.902 7，接近1，表明各聚類內部的研究主題明確。通過聚類標簽可知，CAT的研究主題主要集中于牙齒移動、材料性能、生物力學及對口腔健康相關的生活質量的影響。

圖5 CAT關鍵詞聚類圖譜Fig 5 Keywords clustering mapping of CAT

2.4.2 研究前沿 “突現”用于檢測某一時間段內關鍵詞頻次突然增加。當一個術語的出現頻次在短時間內急劇增加時，即被定義為突現詞。突現強度與增加的速率成正比。利用CiteSpace從大量文獻主題詞中提煉突現詞，可以清晰展示研究領域的前沿及發展趨勢。CAT前沿突現詞見圖6。從突現強度來看，關鍵詞“熱塑性矯治器（thermoplastic appliance）”代表了目前CAT相關研究及使用最廣泛的材料類型，突現強度最大，達3.19。熱塑性矯治器的材料特性顯著影響CAT的效率，深入研究熱塑性矯治器的材料特性及在口內佩戴后的變化將有助于矯治器的繼續優化，從而有助于更多的醫生及患者選擇隱形矯治器，因此引起了廣泛的關注?！半[適美（Invisalign）”作為目前使用最多的無托槽隱形矯治器品牌，突現強度也較高，為2.84，同時也是出現時間最早（2007年）且持續時間最長（9年）的關鍵詞，仍然是CAT研究重要的熱點前沿。此外，突現強度較高的關鍵詞還包括“牙齒移動（tooth movement）”，也是CAT研究的主要關注點。

圖6 CAT突現強度排名前13的關鍵詞Fig 6 Top 13 keywords with the strongest citation bursts related to CAT

從2019—2021年的突現詞來看，“系統回顧（systematic review）”“正畸牙齒移動（orthodontic tooth movement） ”“正頜外科 （orthognathic surgery）”的熱度一直持續至今，說明CAT研究證據質量有了實質性增加，提示正畸牙齒移動及CAT與正頜外科的結合已經成為CAT研究的前沿熱點。

3 討論

本研究納入了Web of Science 核心合集中2000年1月1日至2021年11月1日前的國外CAT相關文獻，并對納入文獻的時間分布、空間分布、被引情況及關鍵詞等多個方面進行了可視化分析，總結出以下信息。1）CAT發文時間大概經歷了3個階段，起步階段（2003—2014）、平穩增長階段（2015—2019）、快速增長階段（2020—2021）。起步階段發文量少于10篇，屬于提出問題和基本理論形成時期；2020年開始發文量接近100篇，表明該領域受到學術界廣泛關注。2）文章類型以研究論文為主，但近年來隨著研究成果的快速增長，2019年后綜述類文章明顯增加，突現詞“系統回顧（systematic review）”也證實了這一觀點。

對國家機構的分布研究發現，發文量最多的國家、機構均來自于意大利；美國與其他國家的聯系最密切，在CAT研究領域發揮著中心國家的作用。中國起步較晚但發展迅速，發文數量居第三，四川大學和首都醫科大學等機構的研究力量世界領先，其中四川大學以發文量13篇并列第二，首都醫科大學發文量10篇，排名第四；研究方向從CAT的臨床應用深入到材料特性、生物力學等，研究成果也達到了國際先進水平，說明四川大學和首都醫科大學對CAT領域的發展起到了推動作用，建議國內機構應多與四川大學及首都醫科大學進行交流合作，以指導研究方向。

發文量雖然能在一定程度上反應出作者的科研產出能力，但不能有效反應其學術影響力，而被引頻次的評估能更準確客觀地表征作者的學術地位。本研究分析發現：Gabriele Rossini和Luca Lombardo既是發文量較高的作者也是高被引作者，Luca Lombardo主要研究CAT的材料性能，而Gabriele Rossini則重點評估CAT的有效性及對牙周健康的影響，其中2015年發表的關于CAT有效性的系統回顧[6]，基于以往研究對CAT的有效性進行了匯總及客觀評價，已經被業界廣泛引用。他們作為CAT領域內的權威人士，為相關研究奠定了理論基礎并產生了深遠影響。

American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics、Angle Orthodontist、European Journal of Orthodontics是CAT相關文章引用參考文獻的主要期刊，占總引文量的30%，表明這些期刊在該領域舉足輕重。

對關鍵詞聚類圖譜分析并瀏覽對應文獻，可以將CAT的研究熱點分為有效性、材料性能、生物力學、對口腔健康相關的生活質量的影響等方面。1）CAT有效性。無托槽隱形矯治器的效率以及不同移動方式的可預測性（例如遠移、壓入、伸長、扭轉）一直是持續爭論的熱點[7]。Kravitz等[8]于2009年及Rossini等[6]于2015年發表的關于CAT效率相關研究的高被引量（超過100篇）也驗證了這一結果。Kravitz等[8]通過臨床研究發現，Invisalign牙齒移動的平均準確率為41%。Rossini等[6]基于以往研究得出CAT進行磨牙遠移的可預測性，其準確率達到88%，而其他類型的移動只能達到計劃的50%以下。2020年，Haouili等[9]采用相同的方法進行研究，發現Invisalign的總體平均準確率為50%，與2009年的研究相比有了明顯改善。然而2019年的一項系統回顧[10]顯示：Invisalign牙齒移動的精確性已提高至70%~80%。由于研究樣本及方法的不一致性，CAT的有效性仍沒有統一結論，但可以明確的是，隨著生物力學和生物材料的快速發展，CAT的有效性在逐漸提升。此外，目前關于CAT效率的研究主要集中于Invisalign，有必要深化Invisalign以外的系統的研究和分析，為臨床使用提供更多的證據。2）材料性能。CAT的有效性在很大程度上依賴于材料性能，例如材料硬度、彈性模量以及在口腔內環境中的老化[11]等都會對治療結果產生很大影響。目前所使用的無托槽隱形矯治器材料在口腔環境內都顯示出隨時間延長的應力衰減問題[12-14]，需要開發隨時間減緩應力衰減或在一定時間內能保持恒定矯治力的材料，這也說明CAT材料性能的提升是該領域重要的研究熱點前沿之一。3）生物力學。正畸力、旋轉中心等聚類的出現表明生物力學是圍繞CAT進行研究的重要方面，將表面的牙齒移動深入到生物力學一直是研究者努力探索的問題。無托槽隱形矯治器是全包裹式矯治器，施加于牙齒的力更加復雜，例如矯治器與牙齒的貼合程度、咬合時矯治器相對于牙齒的輕度偏移及材料的彈性都會影響力的施加與傳遞。目前對CAT生物力學有多種研究方法，如三維有限元、六軸力學平臺、壓力薄膜、Typodont等方法。Kaur等[15]通過六軸力學平臺研究發現，與移動牙齒相鄰的所有牙齒都會受到明顯的臨床反作用力。Jiang等[16]采用三維有限元方法發現，在拔牙病例中，切牙后退時增加壓入會減少切牙舌傾程度。這些發現都強調了無托槽隱形矯治器力學系統的復雜性以及進一步研究無托槽隱形矯治器生物力學和優化矯治器設計的必要性，從而在施加所需的力與力矩時可以避免正畸牙齒移動過程中的不利影響。4）口腔健康相關生活質量?？谇唤】迪嚓P生活質量是一個包括生理、心理等多維度的分析指標，也是評估口腔疾病的關鍵指標之一。關于CAT對口腔健康相關生活質量的影響，學者們進行了大量的研究和分析。系統回顧[17]表明：CAT對整體口腔健康相關生活質量的影響仍然沒有定論，但研究者[18-21]普遍認為，與唇側固定矯治器相比，CAT能減少牙周損傷、釉質脫礦及疼痛程度，這可能是由于可摘戴的無托槽隱形矯治器不影響患者進行口腔衛生維護，且無托槽隱形矯治器釋放的間歇力更有利于牙周組織的生理性改建。然而，由于目前納入研究的質量、數量及異質性的影響，關于CAT對口腔衛生的影響及疼痛程度仍需高質量的隨機對照研究才能得出明確結論。

對突現詞的研究結果分析并結合發表文獻進行研讀，筆者總結出來未來可能會主要聚焦的4個方向。1）二次研究：在一個注重循證醫學的時代，隨著近幾年CAT研究的快速增長，Meta分析、系統回顧等二次研究的出現是必然的，對研究結果進行準確報道與分析對CAT在臨床的應用至關重要。隨著近年來研究成果的快速增長，為CAT的臨床應用提供了高質量嚴謹的證據，預計Meta分析等研究將進一步增加。2）三維技術：三維技術的引入為正畸領域帶來了革命性的改變。與CAT相關的三維技術主要有3D掃描、3D打印等。研究[22]表明，3D打印較傳統熱成型工藝具有更高的精度、耐載荷能力和更低的變形。同時，隨著3D打印技術的發展，3D技術的價格下降及可用性增加，正畸醫生可以通過3D掃描和3D打印實現無托槽隱形矯治器的椅旁制作，不僅減少了患者的等待時間，也減少了與制造商之間不必要的運輸與通信，特別在目前的新冠大流行期間，3D打印技術及遠程監控系統解決了正畸患者需要定期復診的問題。有研究[23]表明，經歷了新冠疫情之后，人們對CAT的興趣更加明顯。然而，目前關于3D打印實現矯治器的椅旁制作這一方法僅在技術上是可行的，需要進一步研究來實現這一新技術的應用。3D掃描的出現為獲取模型省去了許多加工步驟，模型的精確性對方案設計及臨床牙齒移動至關重要，但目前3D掃描對于牙齒局部細節等的準確定量分析仍然未解決。因此，在目前及可預見的未來，3D掃描的精確性、3D椅旁打印及遠程正畸[24]可能是研究者們關注的前沿熱點。3）正頜外科。正頜外科手術通常需要一定時間的術前正畸去除代償，而基于數字化3D技術，結合CAT的以手術優先（surgery first，SF）為特征的正畸-外科綜合治療方法[25-26]，可以使患者的面型得到快速改善，從而實現完全的美觀性治療。同時，有研究[27-28]表明，該方法與傳統的正頜手術方案相比，治療效果沒有明顯差別。由此可以預測，目前的SF和CAT結合先進的數字3D技術是未來正頜外科治療的發展趨勢。4）牙齒移動：CAT治療中，復雜病例不僅會增加治療結果的不可預測性，且長期的正畸治療容易出現牙齦退縮、牙根吸收等不良反應。為了解決這一問題，研究者們[29-32]開發了許多技術來加速牙齒移動以縮短療程，例如低強度脈沖超聲、高頻振動、光生物調節、激光、骨皮質切開、微骨穿孔等，其中許多技術仍處于研發階段；此外，對技術的有效性及局限性，還應進行相應的研究，以便為臨床使用提供參考。

在本研究中，筆者通過研讀一些高影響力期刊發表的文章，也印證了本研究的結果。例如Bruni等[33]對被引用最多的50篇CAT相關研究的可視化分析發現：不同牙齒移動的可預測性、CAT與固定矯治器的比較及CAT對牙周健康的影響是這50篇研究的主題。Tartaglia等[22]發現：3D打印生產的矯治器能更好地控制力的施加，進一步的體內體外驗證是未來的研究前沿和方向[34]。Nguyen等[25]認為：目前的SF和CAT結合先進的數字3D技術是一種創新方法，預計將受到越來越多的關注。

綜上所述，本文基于Web of Science核心合集數據庫，采用CiteSpace軟件對CAT領域的相關文獻進行可視化分析，結果發現：CAT相關研究目前受到了學術界的廣泛關注，全球范圍內加強合作也是大勢所趨。無托槽隱形矯治器的材料性能及相關的生物力學研究還處于發展和深入階段，CAT的有效性隨著材料和生物力學的發展，還有很大的改進空間。CAT對口腔健康相關的生活質量的影響目前尚無定論。3D打印、CAT與正頜外科的結合可能是未來發展的前沿方向?？傊?，本次分析總體揭示了近20年來CAT領域研究的基本狀況及發展趨勢，為今后進一步研究提供了文獻依據，但存在一定的局限性：1）由于數據庫及軟件存在一定的局限性，尚無對國內學者發表的中文論文的統計，無法覆蓋該領域的全部文獻；2）數據更新可能會造成本研究的搜索結果與實際條目數量有所不同。此外，CiteSpace軟件目前版本的分析也存在一些尚待改進之處，例如完全相同的數據及參數設置在不同時間得出的圖譜存在差異。在以后的研究中，希望可以進行多個數據庫的信息提取及分析比較。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。