周 吉，白 蕊，黃 躍，吳 雪，周 容，吳 稀

牙齒扭轉(zhuǎn)在正畸患者中較為常見，不僅影響患者顏面部美觀，更甚者危及患者的咀嚼功能、顳下頜關(guān)節(jié)[1]及牙周[2]的健康。改正牙齒扭轉(zhuǎn)成為患者就診的主要原因之一。在排齊矯治后期階段牙齒僅存在輕度扭轉(zhuǎn)的情況下，尤其應(yīng)用自鎖托槽進行正畸治療時，臨床上常存在部分輕度扭轉(zhuǎn)牙糾正不完善的問題，這既不利于牙齒的排齊，也會影響正畸矯治效率。而目前學(xué)者們的研究方向多局限于極重度扭轉(zhuǎn)牙等疑難病例的臨床觀察研究，如改良Nance弓[3]、Whip裝置[4]、改良式唇弓[5]、三聯(lián)別針簧[6]、輔弓[7]等，尚缺乏針對矯治輕度牙扭轉(zhuǎn)方面的力學(xué)研究。因此，該研究主要采用三維有限元方法對不同托槽模型進行扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能的分析，闡明其力學(xué)特點及規(guī)律，以期為臨床提供新思路和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1托槽模型、弓絲建立、裝配及網(wǎng)格劃分繪制HX(國產(chǎn)傳統(tǒng)系列)、 MUT(3M Mini Uni Twin傳統(tǒng)系列)、3M(3M被動自鎖系列)、DamonQ(Ormco被動自鎖系列)上頜前牙托槽及NiTi弓絲模型，弓絲尺寸分別為：0.012 inch、0.014 inch、0.016 inch、0.018 inch鎳鈦圓絲(30 mm)，后將模型導(dǎo)入MSC.Patran2005進行網(wǎng)格劃分，最終完成4種托槽及弓絲三維有限元模型的建立。

1.2實驗設(shè)計與加載

1.2.1實驗分組 實驗為傳統(tǒng)結(jié)扎方式托槽(HX、MUT托槽)與被動自鎖托槽(3M Smartclip、DamonQ托槽)扭轉(zhuǎn)性能的三維有限元對比分析，共分為16組。見表1。

1.2.2參數(shù)設(shè)定及邊界限定 將已劃分完成的各組模型導(dǎo)入MSC.Marc.Mentat 2010r3軟件中，并對模型進行相關(guān)物理參數(shù)設(shè)定，見表2。

1.2.3邊界設(shè)定及力量加載 將各組模型的中切牙托槽與尖牙托槽分別加載4個三維方向均固定為0的點，同時各組件間設(shè)置為接觸，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2[8]。分別于HX、MUT、DamonQ、3M 托槽模型的側(cè)切牙托槽垂直向與水平向中心相交處稍偏近中側(cè)設(shè)置逆時針旋轉(zhuǎn)20°。

2 結(jié)果

2.1傳統(tǒng)托槽與被動自鎖托槽扭轉(zhuǎn)性能對比

2.1.1弓絲尺寸改變時托槽扭轉(zhuǎn)性能的比較 托槽與扭轉(zhuǎn)角度相同時，HX、MUT、3M、DamonQ托槽扭轉(zhuǎn)力矩值均與弓絲尺寸呈正比；當(dāng)弓絲尺寸與托槽均相同時，扭轉(zhuǎn)力矩值隨扭轉(zhuǎn)角度增大而增大。如圖1所示，為扭轉(zhuǎn)20°時各實驗組最大扭矩值，其中0.018 NiTi圓絲所得扭矩值最大，0.012 NiTi圓絲最小。圖2為3M實驗組中0.016與0.018 inch NiTi圓絲時的應(yīng)力分布云圖，由圖中可以看出應(yīng)力分布主要集中于側(cè)切牙托槽的近遠中靠近邊緣處，且對應(yīng)位置弓絲也出現(xiàn)相應(yīng)應(yīng)力變化。

表1 實驗分組

表2 參數(shù)值

圖1 各實驗組最大扭轉(zhuǎn)力矩值柱狀分析圖

1:Damon Q+12NiTi；2:Damon Q+14NiTi；3:Damon Q+16NiTi；4:Damon Q+18NiTi；5:3M+12NiTi；6:3M+14NiTi；7:3M+16NiTi；8:3M+18NiTi；9:HX+12NiTi；10:HX+14NiTi；11:HX+16NiTi；12:HX+18NiTi；13:MUT+12NiTi；14:MUT+14NiTi；15:MUT+16NiTi；16:MUT+18NiTi

圖2 3M托槽裝配0.016、0.018 NiTi圓絲時的應(yīng)力變化云圖

2.1.2相同尺寸弓絲作用下不同托槽間的扭轉(zhuǎn)性能對比

2.1.2.1 0.012NiTi圓絲作用下四種托槽的扭轉(zhuǎn)性能對比 如圖3所示，各實驗組繪制的曲線均呈現(xiàn)遞增趨勢，其間無明顯相交點，僅MUT與HX組所繪曲線間存在部分數(shù)據(jù)交叉。各組數(shù)據(jù)均于托槽扭轉(zhuǎn)20°時獲得最大扭轉(zhuǎn)力矩值。其中HX所得扭轉(zhuǎn)力矩值最大，DamonQ的力矩值最小。最大力矩值(HX、MUT、3M、DamonQ)分別約為0.88、0.81、0.53、0.17 Nmm，其比值約為：5.18 ∶4.76 ∶3.12 ∶1。由曲線圖可知，HX、MUT實驗組均從0°開始出現(xiàn)力矩值變化； 3M Smartclip托槽約于8.4°出現(xiàn)拐點，DamonQ托槽則約于12°時開始出現(xiàn)拐點。

圖3 4種托槽分別裝配0.012NiTi圓絲時的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

2.1.2.2 0.014NiTi圓絲作用下四種托槽的扭轉(zhuǎn)性能對比 如圖4示，4組實驗曲線與0.012 NiTi圓絲所得曲線趨勢基本相同，具體數(shù)值依次約為：1.80、1.63、1.18、0.39 Nmm，比值約為：4.62 ∶4.18 ∶3.01 ∶1。HX、MUT托槽均在0°開始出現(xiàn)曲線拐點，3M組于約6°開始出現(xiàn)拐點，DamonQ組于約9.6°時出現(xiàn)拐點。圖5為MUT與HX托槽模型均裝配0.014 NiTi圓絲時，力值加載后的應(yīng)力變化分布情況。

圖4 4種托槽分別裝配0.014NiTi圓絲時的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

圖5 HX、MUT裝配0.014NiTi圓絲時的應(yīng)力變化云圖

2.1.2.3 0.016NiTi圓絲作用下四種托槽的扭轉(zhuǎn)性能對比 如圖6所示，各組力矩值分別為：3.69、3.40、2.20、0.79 Nmm，其比值約為：4.13 ∶4.39:2.78 ∶1。HX、MUT實驗組從0°開始出現(xiàn)拐點，3M組于約5.2°開始出現(xiàn)拐點，DamonQ組于約8.4°出現(xiàn)拐點。

圖6 4種托槽分別裝配0.016NiTi圓絲時的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

2.1.2.4 0.018NiTi圓絲作用下四種托槽的扭轉(zhuǎn)性能對比 如圖7示，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角度為20°時，各組所得數(shù)據(jù)均最大，測得最大力矩值分別約為：10.13、9.93、5.63、2.34 Nmm，比值約為：4.33 ∶4.24 ∶2.41 ∶1。HX、MUT組曲線均于0°開始出現(xiàn)拐點；3M組于約4.4°時出現(xiàn)拐點；DamonQ組于約7.6°時出現(xiàn)拐點。

圖7 4種托槽分別裝配0.018NiTi圓絲時的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

3 討論

3.1托槽相同時不同尺寸弓絲作用下扭轉(zhuǎn)性能的對比分析對于MUT托槽，其托槽間距增大，因此產(chǎn)生的矯治力量柔和。以往研究[9-11]主要為臨床觀察分析托槽對牙移動的影響，而對于是否利于改扭轉(zhuǎn)，仍需更多力學(xué)研究實驗支持。本實驗發(fā)現(xiàn)MUT組于扭轉(zhuǎn)開始時出現(xiàn)力矩值變化，力矩值與扭轉(zhuǎn)角度呈正相關(guān)，曲線趨勢較為緩和。其扭轉(zhuǎn)性能規(guī)律與HX相同，扭轉(zhuǎn)力矩值與弓絲尺寸大小密切相關(guān)。

因余隙變小，DamonQ托槽隨單圓絲尺寸增大，扭轉(zhuǎn)力矩值增大，且拐點出現(xiàn)的角度減小。因槽溝相對變長，因而在同尺寸弓絲時3M托槽能產(chǎn)生較大的矯治力；然而其為被動自鎖結(jié)構(gòu)，所以使用圓絲仍不能有效排齊輕度扭轉(zhuǎn)牙。

綜上，扭轉(zhuǎn)力矩值均隨弓絲尺寸增加而增加，增大數(shù)值呈一定倍數(shù)關(guān)系。對于被動自鎖托槽，減少余隙能提高輕度扭轉(zhuǎn)牙的矯治效率，但僅依靠增加弓絲尺寸并不能有效減少余隙。

3.2相同尺寸弓絲作用下不同托槽間扭轉(zhuǎn)性能對比分析

3.2.1傳統(tǒng)托槽間扭轉(zhuǎn)性能對比分析 由上述分析可知，托槽扭轉(zhuǎn)性能與托槽結(jié)扎方式、槽溝長度、弓絲尺寸密切相關(guān)。與HX托槽相比，MUT托槽因槽溝長度略大，扭轉(zhuǎn)力值應(yīng)增大，但實驗中除裝配0.012 NiTi圓絲時兩組曲線存在部分交叉外(此差異可能為軟件計算誤差)，其余尺寸下任意扭轉(zhuǎn)角度(<20°)時HX組力矩值均稍大于MUT組。由此推知：MUT托槽在改扭轉(zhuǎn)牙時受到中間槽溝的影響可產(chǎn)生較HX組更輕柔力量。

3.2.2被動自鎖托槽間扭轉(zhuǎn)性能對比分析 3M托槽槽溝長度大于DamonQ組，因此實驗顯示弓絲尺寸相同時3M組扭轉(zhuǎn)力矩值大于DamonQ組，證實了Yue et al[12]得出的托槽寬度與轉(zhuǎn)矩性能呈正相關(guān)的結(jié)論。同時， 3M產(chǎn)生的拐點角度也較小，所以托槽寬度的增加能減小余隙角。綜合扭轉(zhuǎn)力矩值與余隙情況可知，3M托槽更適合于糾正扭轉(zhuǎn)牙。然而由于本身特性，裝配單圓絲時僅能通過增加弓絲尺寸或選用槽溝更長的托槽增加力矩值。

綜上，當(dāng)采用單絲時，傳統(tǒng)托槽扭轉(zhuǎn)性能明顯高于被動自鎖托槽，其中MUT托槽能實現(xiàn)輕力矯治扭轉(zhuǎn)牙。被動自鎖托槽在余隙及矯治力較小的影響下，并不利于牙扭轉(zhuǎn)的解除。本實驗組已證實輔弓絲的加入可彌補及解除DamonQ被動自鎖托槽扭轉(zhuǎn)性能的不足。尤其在使用圓-圓雙絲時，既能產(chǎn)生更適宜的扭轉(zhuǎn)力值，還能忽視余隙的影響，高效的控制牙齒扭轉(zhuǎn)。

3.3臨床意義及應(yīng)用輕力與高效正畸一直是正畸醫(yī)師不懈追求的目標(biāo)。對于輕度牙扭轉(zhuǎn)，自鎖托槽常在后期排齊階段中顯現(xiàn)劣勢，使用圓絲糾正部分扭轉(zhuǎn)牙效果不佳，但更換至方絲則常發(fā)現(xiàn)弓絲入槽困難，或產(chǎn)生過大的矯治力。

若使用自鎖托槽裝配單絲矯治時，多選用槽溝相對較長者(如3M)。使用DamonQ托槽時增加弓絲尺寸及使用雙絲均能有效改善牙扭轉(zhuǎn)[12]。也證實運用雙絲技術(shù)在增加扭轉(zhuǎn)力矩值的同時還可降低余隙的大小[13]。將傳統(tǒng)托槽緊結(jié)扎便能逐漸解除牙齒扭轉(zhuǎn)；或更換更大尺寸的鎳鈦弓絲，也可增加矯治力。

綜上，針對以扭轉(zhuǎn)牙為主要表現(xiàn)的錯頜畸形，可選擇傳統(tǒng)托槽結(jié)合傳統(tǒng)結(jié)扎方式或槽溝較長的被動自鎖托槽。對于被動自鎖托槽而言，合理的運用雙絲技術(shù)能更好地解除扭轉(zhuǎn)牙。

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