Tip-Edge Plus矫治器上颌尖牙移动特征及对前牙转矩表达影响的研究

发布时间：2020-06-21 20:44

【摘要】：差动直丝弓矫治技术是应用差动力原理移动牙齿并完成牙齿三维控制的高效的矫治技术。Tip-Edge Plus托槽作为差动直丝弓矫治器的第二代，在主槽沟的舌侧增加了一个水平方向的隧道，与第一代差动直丝弓矫治器的应用相比，Tip-Edge Plus托槽主要在矫治第三阶段的应用发生了较大变化。在差动直丝弓矫治技术中，矫治阶段以及目标比较明确，各阶段主动矫治力的来源各不相同，主动矫治力与牙移动的关系体现得比较明显，明确每一阶段的牙移动特点才能够更好的为下一步矫治夯实基础。在许多矫治技术中，都将尖牙的矫治特别提出，并在矫治中对尖牙的移动特别关注。尖牙之所以特殊，与尖牙的生理特点以及在正畸中的重要作用有关。在差动直丝弓矫治技术中，无论是尖牙托槽的设计还是矫治中对尖牙移动特点的灵活应用都充分体现了对尖牙的重视，使尖牙在矫治中发挥着重要的作用。尤其是矫治的第三阶段，尖牙的轴倾角变化是影响镍钛辅弓激活的主要因素，而后者是正轴与转矩矫治的主动矫治力来源，使得该阶段牙移动与矫治力的相互影响得以更好地体现。本研究依据尖牙在矫治中的特殊性和重要作用这一特性，应用三维有限元研究方法，首先从研究差动直丝弓矫治技术各个阶段上颌尖牙的移动特征出发，探讨各矫治阶段主动矫治力与上颌尖牙移动的关系；其次通过材料学实验并结合Tip-Edge Plus矫治器的转矩表达特点，研究上颌尖牙移动特征对矫治第三阶段主动矫治力和转矩表达的影响。本研究具体内容分五部分实验。实验1Tip-Edge Plus矫治器打开咬合过程中上颌尖牙移动的有限元研究目的：本实验采用有限元法研究不同角度磨牙后倾弯配合颌间II类牵引对上颌尖牙受力与位移趋势的影响，探讨在打开咬合过程中上颌尖牙的移动特征。方法：通过CT扫描和体外测量，在ANSYS中建立上颌骨、上牙列及上颌Tip-Edge Plus托槽与弓丝的三维有限元模型，模拟应用Tip-Edge Plus矫治器矫治第一阶段，通过弯制磨牙后倾弯配合使用颌间II类牵引打开咬合，然后改变磨牙后倾弯的角度，分别为30°、35°、40°、45°，观察上颌尖牙牙根的应力分布与上颌尖牙的初始位移趋势。结果：本实验的结果发现在磨牙后倾弯与颌间II类牵引的共同作用下，上颌尖牙牙根应力主要集中于根尖1/3处；发现上颌尖牙的初始位移表现为冠向远中并腭向倾斜伴牙齿垂直向压低的移动趋势。随着磨牙后倾弯角度的增大，上颌尖牙牙根的应力集中与上颌尖牙的初始位移趋势更加明显。结论：模拟差动直丝弓矫治技术打开咬合的过程中，上颌尖牙除具有向远中倾斜与压低的趋势外，还表现冠向腭侧倾斜的位移趋势，磨牙后倾弯的角度越大，上颌尖牙的各向位移趋势越大。实验2Tip-Edge Plus矫治器关闭间隙过程中上颌尖牙移动的有限元研究目的：本实验采用有限元法研究在不同摇椅弓曲度与不同颌内牵引力的作用下，应用Tip-Edge Plus矫治器正畸关闭间隙的过程中上颌尖牙的受力特点与位移趋势。方法：应用实验1的研究模型，设计5°与10°的弓丝摇椅弓曲度，保持颌间II类牵引不变，然后分别应用50g和100g颌内牵引力关闭拔牙间隙，观察在上述综合力系作用下上颌尖牙受力与位移特点。结果：本实验的结果发现上颌尖牙根尖1/3仍是主要的应力集中区，随着摇椅弓曲度与颌内牵引力的增大，最大等效应力值也增大；上颌尖牙的初始位移继续表现为冠向远中和腭向倾斜移动的位移趋势，并随着颌内牵引力的增大初始位移值增大；垂直向的位移趋势因摇椅弓曲度不同有所差异；随着摇椅弓曲度的增大，上颌尖牙的初始位移由压低趋势逐渐变为伸长趋势，表现为在5°摇椅弓作用下，上颌尖牙牙根与牙冠的腭侧压低；10°摇椅弓作用下，上颌尖牙牙根与牙冠均伸长。结论：模拟差动直丝弓矫治技术关闭间隙的过程中，上颌尖牙表现为冠向远中与腭侧倾斜的位移趋势；颌内牵引力与摇椅弓曲度越大，上颌尖牙的上述位移趋势越大；摇椅弓曲度的变化影响关闭间隙过程中上颌尖牙的垂直向位移趋势；伴随摇椅弓曲度的增大，上颌尖牙由压低的趋势逐渐表现为伸长的趋势。实验3Tip-Edge Plus矫治器转矩表达的有限元研究目的：本实验采用有限元法模拟Tip-Edge Plus矫治器矫治第三阶段前牙正轴与转矩的过程，研究上颌尖牙轴倾角变化对主动矫治力和上颌前牙受力与位移的影响。方法：实验在上述研究模型的基础上，于ANSYS中模拟建立矫治第三阶段关闭间隙后的有限元模型，调整上颌前牙的轴倾角分别为中切牙-2°，侧切牙-15°，尖牙-25°、-19°与-13°，然后模拟矫治第三阶段镍钛辅弓的应用，计算不同上颌尖牙轴倾角下前牙所受的矫治力，并固定上颌前牙牙冠中心位置，于前牙加载10N mm冠唇向、根舌向力偶矩模拟转矩表达的过程，观察上述综合力系下前牙的受力与位移以及上颌尖牙轴倾角变化对前牙的受力与位移的影响。结果：本实验的结果发现上颌切牙牙根等效应力主要集中于牙颈部唇侧，上颌尖牙的等效应力集中于根近中面偏唇侧，随上颌尖牙轴倾角的变化，切牙的等效应力值也随之改变，表现为随着上颌尖牙轴倾角的增大，前牙牙根与牙周膜最大等效应力也增大，侧切牙的等效应力值始终显示最大。上颌前牙的初始位移趋势表现为牙根位移大于牙冠位移，在近远中向是以牙根向远中为主牙冠向近中为辅的牙齿直立位移趋势，在唇腭向是以牙根向腭侧为主牙冠少量向唇侧的转矩位移趋势。牙合面观发现前牙牙冠均有轴向旋转的位移趋势，以上颌尖牙的旋转趋势最明显。前牙的初始位移值随上颌尖牙轴倾角的变化有所改变，上颌尖牙轴倾角增大前牙各向位移的位移趋势也增大。结论：模拟Tip-Edge Plus矫治器矫治第三阶段，上颌前牙间的正轴与转矩过程相互影响；上颌尖牙轴倾角的改变影镍钛辅弓的形变程度，从而影响主动矫治力的大小，进而影响前牙的移动；在此过程中上颌侧切牙受上颌尖牙轴倾角变化的影响最大，承受的应力最大；牙列内存在间隙与否是影响第三阶段正轴与转矩表达的因素之一。实验4Tip-Edge Plus矫治第三阶段热激活镍钛辅弓物理性能的体外研究目的：本实验研究模拟在口腔环境下Tip-Edge Plus矫治器第三阶段上颌热激活镍钛辅弓的使用，探讨在人工唾液中的腐蚀时间与不同上颌尖牙轴倾角下热激活镍钛辅弓的形变程度对热激活镍钛辅弓物理性能的影响。方法：首先应用Typodont的实验方法模拟Tip-Edge Plus拔牙矫治的三个阶段，翻制具有不同上颌尖牙轴倾角（-25°到+5°）的石膏模型并粘接托槽模拟热激活镍钛辅弓的使用，将模型浸泡于人工唾液中共8周，每周通过扫描电镜观察、三点弯曲试验观察弓丝物理性能的变化，通过微区X射线衍射的方法研究热激活镍钛弓丝机械性能变化的机制，最后总结人工唾液中的腐蚀时间与上颌尖牙轴倾角的变化对热激活镍钛辅弓物理性能的影响。结果：本实验的结果发现在模拟口腔环境下，随着腐蚀时间的延长，热激活镍钛弓丝表边的腐蚀情况加重；于实验观察时间内，在-25°、-19°和-13°上颌尖牙轴倾角的热激活镍钛弓丝，弓丝的加载期刚度增加同时卸载平均力值与卸载力值方差比率减小，随着上颌尖牙轴倾角的增大各观察指标的变化越大且出现最大变化的时间越早，微区X射线衍射实验发现在发生性能变化的热激活镍钛弓丝，马氏体M111与奥氏体A110的组分比率发生改变，M111/A110的比率随腐蚀时间的延长与上颌尖牙轴倾角的增大而增大。结论：在模拟口腔环境下，矫治第三阶段热激活镍钛弓丝的使用时间与弓丝的弯曲变形程度都会影响弓丝的机械性能；热激活镍钛弓丝表面的腐蚀程度随使用时间的延长而加重；热激活镍钛弓丝的弯曲变形程度随上颌尖牙轴倾角的增大而增大，弓丝发生机械性能衰减的时间越早且变化越明显；热激活镍钛弓丝机械性能发生改变的机制是马氏体与奥氏体组分比率的变化。实验5Tip-Edge Plus矫治第三阶段上颌尖牙轴倾角变化对前牙移动综合影响的有限元研究目的：本实验结合实验4的结果采用有限元法研究热激活镍钛辅弓弹性模量改变结合上颌尖牙轴倾角变化对前牙受力与位移的影响，进而分析上颌尖牙轴倾角变化对前牙移动的综合影响。方法：应用实验3的研究模型，只改变热激活镍钛辅弓的弹性模量，而力量的加载方式和大小与实验3相同，故载荷并非表现弹性模量变化前后的有限元临床模拟过程，只是有限元针对某一变量的数值模拟过程。计算在上颌尖牙轴倾角变化下前牙的受力与位移。将本实验结果与实验3的研究结果对比，计算随着热激活镍钛弓丝弹性模量和上颌尖牙轴倾角的变化，前牙应力与位移的变化率。结果：本实验的结果发现上颌前牙的应力分布特点与初始位移趋势与实验3相同；在加载相同的情况下，随着热激活镍钛弓丝弹性模量的减小与上颌尖牙轴倾角的增大，前牙的应力与位移趋势增大；与实验3的结果相比，热激活镍钛弓丝弹性模量与上颌尖牙轴倾角变化前后，前牙的应力基本相同，但侧切牙的位移变化率最大，其次是尖牙与中切牙。结论：在上颌尖牙轴倾角变化的综合影响下，侧切牙是矫治第三阶段对矫治力系变化最敏感的牙齿，尖牙是移动过程中表现特殊的牙齿；伴随上颌尖牙轴倾角的增大，矫治力系的衰减明显，前牙的位移减小率增大，易对前牙的正轴与转矩产生不利的影响；不仅仅局限于有限元的临床模拟过程，发挥有限元数值模拟的优势，为研究综合因素对牙移动的影响提供了一种新手段。本研究的创新之处为首次系统地研究了Tip-Edge Plus矫治器上颌尖牙的移动过程，总结并阐明了上颌尖牙在各矫治阶段的移动规律和特点以及对矫治第三阶段的影响；本研究还将材料学研究方法及结果与有限元的研究相结合，并不仅仅局限于有限元的临床模拟过程，发挥有限元的数值模拟优势，为研究综合因素对牙移动的影响做出初步探索，为有限元法在口腔正畸领域的应用拓展了思路。本研究结果为临床更好地应用差动直丝弓矫治技术，也为矫治过程中更好的移动与控制上颌尖牙提供了理论依据，具有重要的理论与临床指导意义，
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R783.5

【参考文献】