不同種類固定矯治器在切牙排齊初始階段的摩擦力對比研究*

何　平，宋錦璘，任勁松，梁　剛

1.四川省達州市中心醫院 口腔科(達州　635000)； 2.重慶醫科大學附屬口腔醫院，重慶市口腔疾病與生物學研究中心(重慶　401147)

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不同種類固定矯治器在切牙排齊初始階段的摩擦力對比研究*

何平1，宋錦璘2△，任勁松1，梁剛1

1.四川省達州市中心醫院 口腔科(達州635000)； 2.重慶醫科大學附屬口腔醫院，重慶市口腔疾病與生物學研究中心(重慶401147)

【摘要】目的比較4種不同類型固定矯治器在上頜切牙排齊初始階段的動摩擦力和最大靜摩擦力的變化。方法Typodont模型上翻制上頜雙側側切牙腭向水平3 mm異位的模型，隨機分為4組，分別為A組(MDD)、B組(MBT)、C組(Tip-Edge)和D組(自鎖)，每組5個樣本。0.30 mm鎳鈦圓絲作為初始排齊弓絲，45 ℃恒溫水浴30 min， 使用萬能材料試驗機對水浴前后各組模型進行動摩擦力和最大靜摩擦力的測試并記錄。結果4組矯治器水浴前最大靜摩擦力和動摩擦力的力值排序為：D組0.05)外，其余各組間比較差異均有統計學意義(P<0.05)。結論MDD矯治器在上頜切牙排齊初始階段摩擦力較低，一定程度上影響牙齒排齊效果，其輕力矯治的特點有待進一步研究及臨床驗證。

【關鍵詞】固定矯治器；Typodont；動摩擦力；最大靜摩擦力

力是正畸醫生矯治錯牙合畸形的有效工具，而每顆牙齒都存在1個能使其產生高效、無組織損傷移動的力值范圍，即最適矯治力的概念[1]。現代正畸界提倡輕力矯治的原則[2]。適當的輕力能保證牙齒產生安全、高效的正畸移動，同時可以節約支抗，有利于減少患者的疼痛感和不適感，減輕正畸牙的牙根和牙槽骨吸收，避免正畸牙產生病理性損害[3]。施加在牙齒上的矯治力與“應力-應變”效應呈正相關，矯治力越大，“應力-應變”越大，從而在牙周膜組織中產生不利于組織健康的玻璃樣變和潛掘性骨吸收，阻礙牙齒的移動[3]。

正畸過程中牙齒的移動有多種方式，其中整體移動技術能從三維方向有效的控制正畸牙移動[4]，而差動移動技術則允許正畸牙進行傾斜移動，從而達到輕力矯治的目的[5-7]。近年來，出現了一種改良的新型MDD矯治器(圖1)，其特點是設計了托槽副槽溝，與Tip-Edge矯治器相比較，進一步增大了弓絲與托槽槽溝接觸時的臨界角(θc)，在牙齒排齊初始階段圓絲可進入副槽溝，從而促使牙齒快速傾斜移動[8]。

正畸牙在排齊初始階段，弓絲在矯治器槽溝內滑動產生摩擦力。依據θc與弓絲在槽溝內傾斜成角(θ)的關系可分為：被動滑動狀態(θc>θ)和主動滑動狀態(θc≤θ)[9]。當滑動處于主動狀態時，弓絲與槽溝壁的兩邊同時接觸產生約束力，摩擦力增大，而當弓絲發生永久變形，即產生刻痕阻力，滑動也相應停止。本實驗建立側切牙腭向水平異位3 mm Typodont模型，采用0.30 mm鎳鈦圓絲作為初期排齊弓絲，分別運用MDD、MBT、Tip-Edge和自鎖矯治器模擬矯治初期階段排齊切牙，比較水浴前后動摩擦力和最大靜摩擦力的變化，對比研究4種矯治器的力學特點。

圖1MDD矯治器

1材料與方法

1.1實驗器材

1.1.1矯治器MDD(青島邁帝醫療器械有限公司)、MBT(杭州新亞醫療器械有限公司)、Tip-Edge (美國TP公司)、自鎖(浙江普特醫療器械有限公司)。

1.1.2矯治弓絲及附件0.30 mm鎳鈦圓絲(北京有研億金新材料股份有限公司)、Typodont牙合架(美國3M公司)、硅橡膠(美國3M公司)、種植手術導板膜(北京翰智浩康科貿有限公司)、樹脂牙和蠟頜(杭州奧杰醫療器械有限公司)、橡皮結扎圈(美國3M公司)。

1.1.3測試設備及輔助設備YD-28A型動態電阻應變儀(上海華東電子儀器廠)、真空成型機(北京翰智技術開發中心)、S型拉壓傳感器(安徽蚌埠傳感系統工程有限公司)、WDW3050型電子萬能材料試驗樣機(中國科學院長春科新實驗儀器研究所)、 600-C型恒溫水浴箱(江蘇姜堰市新康醫療器械有限公司 )、NI6221PCI數據采集卡。

1.2實驗步驟

1.2.1模型的建立與分組1)Typodont實驗模型的建立。選用Typodont標準模型20個，隨機選取其中1個，由實驗者制作上頜雙側側切牙腭向水平異位3 mm的實驗模型(圖2)，使用硅橡膠二次印模法翻制陰模，然后再取1個Typodont標準模型，把該模型的樹脂牙取下，按牙位放入硅橡膠陰模內，位置固定好后把蠟牙合融化灌注到硅橡膠陰模內，形成第2副Typodont實驗模型。以此類推共完成20個相同的上頜雙側側切牙腭向水平異位3 mm的實驗模型。2)分組。采用隨機數字表，將20個實驗模型隨機分為4組：A組(MDD)、B組(MBT)、C組(Tip-Edge)和D組(自鎖),每組各5個。該實驗由同1位實驗者完成。以A組為例，先選取該組Typodont實驗模型中任1副，將MDD矯治器粘接于樹脂牙臨床冠中心，所粘接的牙位為A5～B5。使用硅橡膠二次印模法翻制該Typodont模型的陰模，并灌制超硬石膏陽模。再用種植手術導板膜壓制透明導板，將導板取下后，去除邊緣倒凹，用金冠剪將10個牙位分別修剪開，形成10個單獨牙位的粘接托槽導板，利用此導板將剩下的4副A組Typodont模型的托槽粘接完成。以此類推完成剩余3組Typodont模型托槽的粘接。A、B、C組0.30 mm鎳鈦圓絲入槽，使用橡皮圈結扎；D組0.30 mm鎳鈦圓絲入槽，關閉鎖扣。4組均做初始排齊。

圖2側切牙3 mm水平異位實驗模型

1.2.2摩擦力測試首先記錄水浴前的最大靜摩擦力和動摩擦力，再將Typodont實驗模型置入45 ℃水浴30 min[10]，最后記錄水浴后的最大靜摩擦力與動摩擦力。取最大靜摩擦力之后2 mm的數據作為動摩擦力值。每組5個樣本均檢測3次，每次檢測均更換新鎳鈦絲及橡皮結扎圈。實驗過程中，動態電阻應變儀的數據表在不加載時設定為0，負荷傳感器使用50 g的砝碼。萬能材料試驗機上固定Typodont實驗模型后，將拉壓傳感器與弓絲末端相連，以便于弓絲垂直于實驗模型下方，使弓絲處于拉伸狀態(預拉伸0.5 mm)。實驗中，將弓絲移動3 mm(速度10 mm/min)，每10 ms計算機記錄1次摩擦力數據并自動保存(圖3～4)。

圖3砝碼標定負荷傳感器

圖4S型拉壓傳感器與固位裝置

1.3統計學方法

2結果

2.1水浴前后4組矯治器各項指標比較

4組矯治器水浴前最大靜摩擦力和動摩擦力的力值排序為：D組

2.2各組間水浴前后動、靜摩擦力及摩擦力降低率比較

4組矯治器水浴前最大靜摩擦力和動摩擦力組間比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。水浴后摩擦力降低率除B組與C組比較差異無統計學意義(P>0.05)外，其余各組間比較差異均有統計學意義(P<0.05)(表2)。

3討論

在排齊初始階段，弓絲與托槽之間滑動阻力，包括θc<θ時產生的彈性約束力和刻痕阻力，以及結扎弓絲于槽溝內的結扎摩擦力[11]。1999年，Kusy等[11]論證了矯治器槽溝尺寸、矯治器近遠中寬度和弓絲尺寸3個因素，決定弓絲與槽溝接觸時的θc，較窄的矯治器、較寬的槽溝和較細的弓絲均可增大θc，反之，較寬的矯治器、較窄的槽溝和較粗的弓絲可以減小θc。臨床常用的矯治器與弓絲間的θc在0°～4°[11]，當矯治器與θ達7°時，彈性約束力占滑動阻力80%；當矯治器與θ增大到13°，彈性約束力占整個滑動阻力的99%[12]。自鎖托槽θc=3.6°[11]，MBT托槽θc=2.6°[11]，低摩擦力的被動滑動狀態范圍較小(θc>θ)，容易進入高摩擦力的主動滑動狀態(θc≤θ)[13]。Tip-Edge矯治器為單翼托槽，寬度較窄，槽溝對角線上的兩個相對角被去掉，具有較大尺寸的槽溝，從而θc增大到17°～28°[14]。MDD矯治器同樣設計了副槽溝，θc為7°～13°[15]。MDD與Tip-Edge托槽槽溝被動低摩擦力范圍較大，理論上可有效減少甚至避免彈性約束力和刻痕阻力[13]。

4組矯治器水浴前最大靜摩擦力和動摩擦力的力值排序：D組

水浴后，MDD矯治器摩擦力降低率最小，而自鎖矯治器摩擦力降低率最大。由于MDD矯治器θc較大，弓絲在側切牙位置產生形變較小，摩擦力較低，水浴前后摩擦力降低率最小。自鎖矯治器與θ較大，而與θc較小，水浴前弓絲在側切牙位置產生了較大的形變，弓絲與托槽之間發生主動滑動，摩擦力增大；水浴后側切牙基本排齊，自鎖矯治器與弓絲之間θ減小，弓絲在槽溝內形變減小后，處于被動滑動狀態(θc>θ)，則摩擦力迅速降低。

綜上所述，當θc較小，弓絲容易在槽溝內產生形變進入主動滑動狀態，摩擦力增大，同時弓絲剛性增加，矯治力增大。MDD與Tip-Edge托槽相似，θc較大，摩擦力較小，可能具有輕力矯治的潛在優點，其輕力矯治的特點有待進一步研究及臨床驗證。

參考文獻

[1]Schwarz AM. Tissue changes incident to orthodontic tooth movement[J]. Int J Orthod,1932,18(4):331-352.

[2]Proffit WR. Contemporary Orthodontics[M]. St Louis: Mosby,1993:273-275.

[3]傅民魁, 賈綺林,胡煒.口腔正畸專科教程[M].北京：人民衛生出版社，2007：123-129.

[4]McLaughlin RP, Bennett JC, Trevisi HJ. Systemized orthodontic treatment mechanics[M].2nd ed. London: Mosby, 2001:7-21.

[5]凱思林. 口腔正畸：Tip-Edge差動直絲弓矯正技術導引[M].北京：北京醫科大學和中國協和醫科大學聯合出版社，1995:1-2.

[6]何艷，李曉智.差動牙移動技術的發展及應用現狀[J].臨床口腔醫學雜志，2006,22(2)：117-118.

[7]林久祥，許天民.Tip-Edge矯正技術[J].中華口腔醫學雜志，1992,27(6)：364-365.

[8]Parkhouse RC. Current products and practice: Tip-Edge plus[J]. J Orthod, 2007, 34(1):59-68.

[9]Kusy RP, Whitley JQ.Friction between different wire-bracket configuration and materials[J].Seminars in Orthod,1997,3(3):166-177.

[10] 張丁, 張若芳, 陳莉, 等. 外展曲與支抗磨牙所受舌向力的關系[J]. 中華口腔醫學雜志, 2003, 38(3): 236-237.

[11] Kusy RP, Whitley JQ. Influence of arch wire and bracket dimension on sliding mechanics：derivations and determinations of the critical contact angles for binding[J].Eur J Orthod,1999,21(2):199-208.

[12] Articolo LC,Kusy RP. Influence of angulation on the resistance to sliding in fixed appliances[J]. Am J Orthod Dentofacial Orthop,1999,115(1):39-51.

[13] 林久祥. 傳動直絲弓矯治器及技術的研發和臨床初步應用[J].中華口腔正畸學雜志，2011,18(2)：61-67.

[14] Kesling PC.Tip-Edge plus guide and the differential straight-arch technique[M].6th Ed.USA:TP Orthodontics,2006:1-260.

[15] Song ZC.Orthodontic appliance: US, US2009136891(A1)[P]. 2009-05-28.

A Comparative Study on Frictional Force Among Different Fixed Appliances During the Initial Leveling Period

HePing1,SongJinlin2△,RenJingsong1,LiangGang1.

1.DepartmentofStomatology,DazhouCentralHospitalofSichuan,Dazhou635000,China; 2.StomatologicalHospitalofChongqingMedicalUniversity,ChongqingResearchCenterforOralDiseasesandBiomedicalScience,Chongqing401147,China

【Key words】Fixed appliance；Typodont；Kinetic friction force；Maximum static friction force

【Abstract】ObjectiveTo compare the changes of the kinetic friction force and maximum static friction force of different fixed appliances during the initial leveling stage of incisors. MethodsTypodont models of maxillary lateral incisors displaced 3mm horizontally were made and divided randomly into four groups including Group A of MDD, Group B of MBT, Group C of Tip-Edge and Group D of self-ligating. Each group consisted of five samples. The NITI wire of 0.30mm was served as the alignment wire. The experimental typodont models were bathed in the constant temperature water of 45℃ for 30 minutes. The universal material testing machine was used to test the friction force of each model before and after the water bath. The kinetic friction force and the maximum static friction force were recorded. ResultsThe kinetic friction force and the maximum static friction force increased with the ranking order as Group D, Group A, Group C and Group B before the water bath, and there were significant differences between the groups (P<0.05). The friction force changed after the water bath, and the reduction rate was the lowest in Group A and the highest in Group D. Except between Group B and Group C, there were significant differences between the groups (P<0.05). ConclusionThe friction force of the MDD appliance is low during the initial levelling stage of the maxillary lateral incisors, which has negative effect on the orthodontic leveling and aligning to a certain degree. Therefore, the feature of its light force correction needs further verifications in both scientific research and clinical practice.

doi:10.3969/j.issn.1674-2257.2016.03.013

*基金項目：四川省達州市科學技術局資助項目(No:達市科2012年98號)

通信作者：△ 宋錦璘，E-mail:soongjl@163.com

【中圖分類號】R783.5

【文獻標志碼】A

網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20160620.1108.012.html

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