無托槽隱形矯治器臨床性能及影響因素的研究進展

廖曉玲，文志鑫 綜述 周志迎 審校

1.暨南大學口腔醫學院，廣東 廣州 510632；2.暨南大學附屬第一醫院口腔科，廣東 廣州 510630

無托槽隱形矯治器自1997年在美國研發和生產以來，已在臨床推廣應用20余年[1]。Align Technology公司生產的Invisalign矯治器作為最廣泛使用的品牌，已在全球范圍內治療了600多萬例患者[2]。盡管目前無托槽隱形矯治技術已大量運用于臨床，但仍有一些難題尚未得到解決。例如前牙伸長、柱狀牙(如尖牙和前磨牙)去扭轉和轉矩控制的可預測性仍然較低，許多醫師后期需多次重啟或聯合局部固定矯治來解決此類問題[3]。最近的研究也表明，盡管矯治器對Ⅰ類或Ⅱ類錯 畸形的排齊、整平和鄰間接觸有較好的效果，但在矯治覆 和矢狀向不協調方面的預測能力并不高[4]。近年來，正畸界對影響矯治器矯治效果及效率的因素越來越關注，那么在尋找矯治器治療效果低于預期的原因和如何提高矯治器的可預測性時，應特別注意矯治器的加工工藝、力學性能、老化等因素對矯治器臨床性能的影響。本文就無托槽隱形矯治器在以上幾個方面的研究進展做一綜述。

1 熱成型過程對隱形矯治器的影響

與傳統的固定矯治技術不同，無托槽隱形矯治技術的矯治力主要來源于熱壓膜材料變形后的回彈力，正畸熱壓膜材料的構象和熱成型效應是矯治器“性能”可變性的最重要的預測因素[5-6]。現對熱壓膜材料的種類、熱成型后力學性能的變化分述如下：

1.1 材料種類熱壓成型是制作無托槽隱形矯治器最常用的方法[7]。制作隱形矯治器的熱塑性樹脂聚合物主要包括熱塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸乙二酯-聚乙二醇(PETG)及乙烯乙酸乙烯酯(EVA)[5，8]。熱塑性聚氨酯(TPU)是無托槽隱形矯治器中常用的熱塑性材料，目前Invisalign依次推出的Ex30、Ex40、LD30(SmartTrack)三代材料均為熱塑性聚氨酯(TPU)材料[9]。理想的正畸熱壓膜材料應具有較好的力學性能，例如良好的彈性、透明性，較高的儲能性，較低的硬度等[5，10]。此外，材料的熱學、光學、耐磨耗、抗腐蝕等性能也很重要[1]。

1.2 力學性能學者們對于正畸熱壓膜材料在熱成型后的研究已有大量成果。RYU等[6]通過多角度分析熱壓成型過程對四種熱塑性材料力學性能的影響，矯治器的透明性、吸水率、表面硬度和彈性模量以及拉伸和彎曲率在熱成型后發生了顯著變化，熱成型會增加矯治器的吸水性和溶解度，并且對較厚材料的透明度影響較大且使其透明度降低，還可改變某些材料的表面硬度。接下來主要對矯治器硬度、厚度以及應力釋放的變化進行闡述。

1.2.1 硬度KOHDA等[11]之前的一項研究表明，不同矯治器的硬度與它們施加的力的大小有非常密切的關系。因此，矯治器硬度的變化可以很好地反映所施加的力的變化，從而反映矯治器的治療效果[12]。然而，在以往的研究中，熱成型和老化對矯治器硬度的影響仍存在爭議。KWON等[5]對不同厚度的三種材料進行體外研究，結果表明重復的載荷(體外模擬矯治器摘戴)可使矯治器的力學性能降低，但重復的溫度變化對力學性能的影響較少，且均使矯治器硬度增加。在最近發表的一篇文章中，關于矯治器在熱成型和老化后的熱機械性能的研究表明，兩種矯治器(Duran、Erkodur)的硬度均在熱成型后顯著降低[12]。不同的熱壓膜材料可能對熱成型的反應不同，而這些不同可能與矯治器制作中采用的材料種類、材料厚度和工藝生產程序有關。因此，關于熱成型對矯治器硬度的影響，需要在未來進行進一步的研究。

1.2.2 厚度先前，無托槽隱形矯治器厚度對臨床性能的研究僅考慮了用于制作無托槽隱形矯治器原始膜片的厚度，而忽視了熱成型加工過程中厚度的變化。ELKHOLY等[13]的研究認為，熱成型過程使鑄造模型上的熱塑性膜片伸長，導致其原始厚度減少，這種厚度的減少在下頜前牙區域尤其明顯。PALONE[14]等通過顯微CT比較了熱成型工藝對六種品牌的矯治器厚度的影響，研究表明與后牙和咬合面相比，矯治器在前牙、牙齦和牙齒冠狀中心均顯示出更小的矯治器厚度，但F22矯治器除外(其厚度在前后區域幾乎保持不變)。EDOARDO等[15]對Invisalign厚度均一性的研究表明無托槽隱形矯治器牙齦-舌側邊緣的厚度明顯比咬合面測量的厚度薄。目前的研究認為矯治器在磨牙區域的不均一性可以用來解釋Invisalign矯治器不能有效控制磨牙區冠轉矩的現象[16-17]。矯治器厚度的均一性對其施加的矯治力的大小起著重要的作用，厚度的差異會影響牙齒的適應性以及牙齒移動的精確度[18]。因此，需要進一步研究以確定這些非常小的厚度變化對所研究的矯治器的力學性能、治療效果和臨床性能的實際影響。

1.2.3 應力釋放正畸牙移動過程中需要輕力、持續力，材料能否釋放最適應力對于理想的牙齒移動至關重要[19]。熱壓膜矯治器產生的矯治力與諸多因素有關，例如熱壓膜材料的種類、加工工藝、厚度、每步設計的位移量以及負載情況等。與壓力成型膜片相比，真空成型膜片有初始厚度為0.05 mm的額外分隔層，熱成型過程會使此分隔層消失，由此壓力成型膜片形成的矯治器對牙列具有更好的適應性，增強了矯治器向上脫位的摩擦力，使其在矯治力的傳導方面比真空成型膜片更好[20]。無托槽隱形矯治器材料的厚度不僅會影響其舒適度，還會影響矯治器所表達的力和力矩，且矯治器表達的力值往往超過正常情況下牙齒移動的數值。KWON等[5]認為熱壓膜材料釋放最佳應力時材料的形變量范圍為0.2～0.5 mm。然而，有研究表明牙齒在傾斜移動(0.5～0.75 N)和壓低移動(0.1～0.25 N)中實際受到的力值是正常情況下的10倍以上[21]。基于這個原因，ELKHOLY等[22]建議使用標稱厚度為0.4 mm的矯治器，以盡量減少無托槽隱形矯治器對牙周組織帶來的初始負荷。

2 口腔內老化對隱形矯治器的影響

用于制作無托槽隱形矯治器的樹脂聚合物不是惰性材料，口腔環境中的溫度、濕度、恒力和唾液的存在會使這類聚合物發生變化[23]。

2.1 表面形貌的變化先前的兩項研究評估了隱形矯治器在熱成型和口腔內老化前后的表面形態和分子結構的變化，研究表明在體內或體外老化后，矯治器的形狀發生了較顯著的變化，包括微裂紋、牙尖處磨損、附著物的吸附和停滯部位沉淀生物膜的局部鈣化[23-24]。最近的一項關于Invisalign矯治器的研究結果表明，雖然臨床使用兩周后矯治器表面出現孔洞和分層的現象，但是這并不影響其熱塑性材料內部結構的穩定性，這與此研究中觀察到的矯治器相對穩定的力學性能一致[25]。然而，ALEXANDRA等[26]的研究發現，Invisalign矯治器在正畸治療過程中，粗糙度和力學性能的改變會對其固位力和正畸力產生不良影響，并且口腔內老化對上述特性的影響在第一周內就已被整合，因此，不建議每副矯治器使用兩周。

2.2 結構和成分的變化在臨床上正畸醫師通常會要求患者在飲食以及牙齒清潔時需將矯治器取下，然而大多數患者在喝飲料或吸煙時仍佩戴矯治器，這種習慣可能會導致矯治器染色，并進一步導致其化學成分的變化[27]。最近的一項研究表明，在利用咖啡、茶和紫外線處理矯治器時，光譜特征的差異主要歸因于顏色和透明度的變化，而矯治器的化學性質沒有改變[28]。有學者對熱塑性膜片Erkodur(主要成分為PETG)熱處理后，發現其化學組成和一級結構沒有發生明顯的變化，但力學性能下降。在人工唾液浸泡后，材料的一級結構仍沒有明顯的改變，但力學性能提升。因此，模擬口腔環境并不改變熱塑性材料的一級結構，但其高級結構可能由于吸水膨脹而存在一定程度上的破損[29]。

3 小結

在運用無托槽隱形矯治器進行正畸治療的過程中，正畸醫師應該對材料本身的特性有充分的了解，根據材料的特性選擇合適的矯治器材料。此外，正畸醫師也應對不同熱塑性材料在熱成型工藝后力學性能以及口腔內老化后的變化有批判性的理解，這對于無托槽隱形矯治器的臨床性能以及正確規劃合適的牙齒移動順序和實現預期的治療結果至關重要。目前無托槽隱形矯治技術正處于發展階段，其自身還有一系列缺陷。近年來，盡管國內外很多單位都致力于無托槽隱形矯治器熱壓膜材料的開發研制，但是均未取得具有劃時代意義的重大進展。因此，開發研制適合臨床的矯治器熱壓膜材料，改良升級矯治器的加工方式和生產流程仍是無托槽隱形矯治領域需要繼續探索的方向。