吳定丹，楊欽佩，周 容，白 蕊，黃 躍

Tip-Edge Plus矯治器是差動(dòng)直絲弓矯治技術(shù)的應(yīng)用代表。Tip-Edge托槽在打開咬合和關(guān)閉間隙階段有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[1]。但由于單翼托槽槽溝寬度較窄，對(duì)單顆牙的扭轉(zhuǎn)控制相對(duì)較差，常需附件扭轉(zhuǎn)簧的協(xié)助，操作相對(duì)復(fù)雜費(fèi)時(shí)。Tip-Edge Plus托槽在其基礎(chǔ)上于主槽溝舌側(cè)增設(shè)了水平隧道，旨在利用輔弓絲取代各種附加裝置，加強(qiáng)對(duì)牙齒三維方向的旋轉(zhuǎn)控制[2]。近年來(lái)，部分學(xué)者的研究[3-5]結(jié)果肯定了雙絲技術(shù)對(duì)牙齒的控制能力，但Tip-Edge Plus的生物力學(xué)研究主要在轉(zhuǎn)矩控制[6-8]及輔助裝置[9-10]等方面，而在雙絲控制扭轉(zhuǎn)方面的研究少見。如何實(shí)現(xiàn)Tip-Edge Plus托槽對(duì)牙齒更好地控制從而達(dá)到高效、輕力、精確的矯治一直以來(lái)是研究的熱點(diǎn)，因此有必要對(duì)Tip-Edge Plus矯治器中應(yīng)用雙絲技術(shù)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)控制的力學(xué)規(guī)律進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1材料Tip-Edge Plus托槽購(gòu)自美國(guó)TP正畸公司。

1.2方法

1.2.1建立有限元模型 在Pro/E.Wildfire 5.0軟件中，按Tip-Edge plus托槽實(shí)際尺寸等參數(shù)[11]建立上頜前牙托槽(共6顆)及不同材質(zhì)、尺寸的弓絲模型，弓絲長(zhǎng)度為30 mm。將建立的模型按實(shí)驗(yàn)分組(表1)分別進(jìn)行裝配。將裝配好的實(shí)體模型在Cadfix 8.0軟件中修復(fù)后導(dǎo)入MSC. Patran 2005軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并設(shè)置各組模型的相關(guān)物理參數(shù)[1]。

表1 模型分組情況

1.2.2參數(shù)的設(shè)定 在MSC.Mentat軟件中，設(shè)定各組模型的材質(zhì)屬性、楊氏模量、泊松比等參數(shù)(表2)[9-13]。

表2 實(shí)驗(yàn)相關(guān)材料的屬性

1.2.3邊界設(shè)定及旋轉(zhuǎn)位移的加載 將導(dǎo)入的各組模型進(jìn)行邊界限定，結(jié)扎絲與托槽設(shè)定為粘合關(guān)系；結(jié)扎絲與弓絲、弓絲與托槽之間均設(shè)定為接觸關(guān)系，摩擦力系數(shù)μ均設(shè)定為 0.2[10]。除右上側(cè)切牙以外的托槽和弓絲進(jìn)行三維方向的限定。在右上側(cè)切牙托槽槽溝中心模擬加載20°旋轉(zhuǎn)位移，模擬右上側(cè)切牙近中扭轉(zhuǎn)20°(圖1)。

1.2.4模型運(yùn)算 在 MSC. Mentat軟件中運(yùn)算各組模型，收集記錄各組模型隨加載角度的變化其應(yīng)力的變化情況，繪制相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖和柱狀圖，分析模型中應(yīng)力分布情況。

圖1 Tip-Edge Plus托槽單絲、雙絲扭轉(zhuǎn)加載圖

2 結(jié)果

2.1弓絲材質(zhì)相同時(shí)，單圓絲、主弓絲相同輔弓絲不同的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能比較通過4組雙絲組與0.014 NiTi、0.016 NiTi圓絲共6組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅容^可知，在相同扭轉(zhuǎn)載荷加載下，雙圓絲與單圓絲的扭轉(zhuǎn)力矩值/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖走向大致一致：即扭轉(zhuǎn)力矩值隨扭轉(zhuǎn)角度增大而增大，但應(yīng)用輔弓絲后扭轉(zhuǎn)力矩值隨扭轉(zhuǎn)角度增大的趨勢(shì)(斜率)明顯增大，并且其增幅(斜率)隨輔弓絲尺寸增大明顯增大(圖2、3)。

圖2 主弓絲為0.014 NiTi圓絲的單圓絲、雙圓絲的扭轉(zhuǎn)力矩/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

以0.014 NiTi單圓絲為對(duì)照組，0.012 NiTi+0.014 NiTi，0.014 NiTi+0.014 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值分別是其2.8和7.95倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其2.45和6.55倍。0.014 NiTi+0.014 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是0.012 NiTi+0.014 NiTi雙絲的2.83倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其2.67倍。以0.016 NiTi單圓絲為對(duì)照組，0.012 NiTi+0.016 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是其2.72倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其2.30倍；0.014 NiTi+0.016 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是其5.91倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其6.11倍。0.014 NiTi+0.016 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是0.012 NiTi+0.016 NiTi雙絲的2.17倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其2.65倍。在相同扭轉(zhuǎn)載荷加載下，在主弓絲為0.016 NiTi圓絲和0.014 NiTi圓絲中應(yīng)用輔弓，兩者扭轉(zhuǎn)力矩值隨扭轉(zhuǎn)角度變化的規(guī)律是基本一致的，并且在應(yīng)用輔弓絲后對(duì)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力值的增加幅度也較為相似。見圖4、5。

圖3 主弓絲為0.016 NiTi圓絲的單圓絲、雙圓絲的扭轉(zhuǎn)力矩/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

圖4 主弓絲為0.014 NiTi圓絲的單圓絲、雙圓絲的最大扭轉(zhuǎn)力矩值和平均扭轉(zhuǎn)力矩值柱狀圖

2.2弓絲材質(zhì)相同、輔弓絲尺寸相同而主弓絲不同時(shí)的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能比較應(yīng)用0.012 NiTi、0.014 NiTi輔弓圓絲分別搭配不同尺寸(0.014 NiTi、0.016 NiTi)的主弓絲，共計(jì)4組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?dāng)輔弓絲為0.012 NiTi圓絲時(shí)， 0.012 NiTi+0.016 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是0.012 NiTi+0.014 NiTi雙絲的2.03倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其1.82倍。當(dāng)輔弓絲為0.014 NiTi圓絲， 0.014 NiTi+0.016 NiTi雙絲最大扭轉(zhuǎn)力矩值是0.014 NiTi+0.014 NiTi雙絲的1.56倍，平均扭轉(zhuǎn)力矩值是其1.81倍。見圖6。與圖2～5相比，在相同扭轉(zhuǎn)載荷加載下，輔弓絲尺寸增大引起扭轉(zhuǎn)應(yīng)力值增大的增幅較主弓絲明顯。但總體來(lái)看，在應(yīng)用雙絲后，雙絲組扭轉(zhuǎn)力矩值均大于0.014 NiTi、0.016 NiTi單圓絲組的扭轉(zhuǎn)力矩值。

圖5 主弓絲為0.016 NiTi圓絲的單圓絲、雙圓絲的最大扭轉(zhuǎn)力矩值和平均扭轉(zhuǎn)力矩值柱狀圖

圖6 單圓絲、輔弓絲相同主弓絲尺寸不同的扭轉(zhuǎn)力矩/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

2.3不同尺寸鎳鈦雙圓絲組合與不同尺寸澳絲單圓絲比較本組實(shí)驗(yàn)將不同尺寸鎳鈦雙圓絲組合與不同尺寸澳絲單圓絲進(jìn)行比較，共計(jì)8組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，扭轉(zhuǎn)力矩值0.014 NiTi+0.016 NiTi>0.020 Aus>0.018 Aus>0.014 NiTi+0.014 NiTi>0.012 NiTi+0.016 NiTi>0.016 Aus>0.012 NiTi+0.014 NiTi>0.014 Aus。對(duì)比分析0.014 NiTi+0.016 NiTi雙絲和0.020 Aus的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布云圖可得出，兩者遠(yuǎn)中面高應(yīng)力區(qū)的分布規(guī)律是相似的，對(duì)比分析兩者托槽的近中面應(yīng)力分布情況存在差異，雙圓絲組近中面應(yīng)力高于單圓絲組，雙圓絲組其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在整個(gè)托槽的分布較單圓絲組更均勻(圖7、8)。

圖7 不同尺寸鎳鈦雙圓絲組合與不同尺寸澳絲單圓絲的扭轉(zhuǎn)力矩/扭轉(zhuǎn)角度曲線圖

圖8 單圓絲、雙圓絲扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布云圖

A：0.020 Aus扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布云圖；B：0.014 NiTi +0.016 NiTi扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分布云圖

3 討論

3.1應(yīng)用相同弓絲材質(zhì)的單、雙絲的扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能規(guī)律在Tip-Edge Plus托槽中應(yīng)用相同材質(zhì)的單、雙絲糾正牙齒扭轉(zhuǎn)時(shí)顯示，雙絲組扭轉(zhuǎn)力矩值均大于單圓絲組。輔弓絲尺寸變化對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩值帶來(lái)的增幅比主弓絲尺寸變化帶來(lái)的增幅大。輔弓絲協(xié)同作用更強(qiáng)，可能是由于輔弓絲在Tip-Edge Plus托槽水平隧道內(nèi)，在扭轉(zhuǎn)加載時(shí)其力臂長(zhǎng)度為托槽兩端的寬度，與主弓絲力臂托槽近中側(cè)結(jié)扎絲與弓絲接觸點(diǎn)到遠(yuǎn)中側(cè)弓絲與托槽接觸點(diǎn)寬度相比更長(zhǎng)，所以輔弓絲尺寸變化較主弓絲尺寸變化有更大的增強(qiáng)效應(yīng)。雙絲應(yīng)用后，雙絲組的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力均比同尺寸的單圓絲組扭轉(zhuǎn)應(yīng)力更高，這與吳雪 等[5]在Damon Q托槽中應(yīng)用雙絲技術(shù)糾正扭轉(zhuǎn)能夠增強(qiáng)托槽扭轉(zhuǎn)控制能力研究結(jié)果是一致的。這可能是因?yàn)樵谕胁鄣纳鄠?cè)水平隧道內(nèi)應(yīng)用輔弓絲，將托槽單圓絲的線性受力模式改變成主弓絲和舌側(cè)輔弓絲共同受力的平面受力模式，所以在輔弓絲應(yīng)用后均能明顯增加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

3.2應(yīng)用不同弓絲材質(zhì)的單、雙絲扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能規(guī)律對(duì)比分析不同尺寸鎳鈦雙圓絲組合與不同尺寸澳絲單圓絲后顯示，0.014 NiTi+0.016 NiTi雙絲和0.020 Aus扭轉(zhuǎn)應(yīng)力較相似，但兩者托槽的近中面應(yīng)力分布情況存在差異，雙圓絲組近中面應(yīng)力高于單圓絲組，且其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在整個(gè)托槽的分布較單圓絲組更均勻。這可能是由于當(dāng)單圓絲時(shí)線性受力應(yīng)力主要集中在受力點(diǎn)周圍，當(dāng)應(yīng)用雙絲后托槽受力模式變?yōu)槠矫媸芰?，并且在托槽槽溝及托槽舌?cè)的水平隧道內(nèi)均有受力，所以扭轉(zhuǎn)應(yīng)力能更均勻地分布于整個(gè)托槽。

在正畸治療中提倡輕力矯治及在三維方向上對(duì)牙齒進(jìn)行精確的控制。臨床上，雙絲可應(yīng)用在Tip-Edge Plus托槽的第一階段中牙齒輕中度扭轉(zhuǎn)、第三階段精細(xì)控制和后期的復(fù)發(fā)。在選用不同的雙絲組合時(shí)也應(yīng)根據(jù)牙齒具體的扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重程度選用相應(yīng)的組合模式。一般采用Tip-Edge Plus系統(tǒng)治療開始時(shí)可采用(0.014 NiTi+0.016高彈不銹鋼絲)。由于大尺寸的雙絲組合可能會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，且牙齒扭轉(zhuǎn)度越大，弓絲穿引時(shí)近遠(yuǎn)中陡度越大，對(duì)于重度扭轉(zhuǎn)牙，牙齒可能過度扭轉(zhuǎn)以致于難以舒適地穿引輔弓，這時(shí)可先用單根主弓絲簡(jiǎn)單排齊牙列后采用小尺寸的雙絲組合(0.012 NiTi+0.014 NiTi)。當(dāng)然，由于不能達(dá)到最終要求，因此需要更換更粗的0.014 NiTi或0.016 NiTi的圓形輔弓，以達(dá)到輕柔加力和精確調(diào)整的目的。在矯正扭轉(zhuǎn)牙復(fù)發(fā)時(shí)，雙絲是十分有用的，特別是患者已進(jìn)入粗弓絲階段，原先去扭轉(zhuǎn)的牙齒托槽脫落或結(jié)扎圈松脫導(dǎo)致的復(fù)發(fā)可以通過上一根小尺寸的輔弓，而無(wú)需重新用單根細(xì)的主弓絲排齊牙列，避免耽誤療程。正畸醫(yī)師可以根據(jù)自己的臨床習(xí)慣及具體情況選擇更換相應(yīng)的弓絲。