正畸用熱激活與超彈鎳鈦弓絲力學性能比較研究

雷鳴，田華，鄧剛

(1吉林省消防總隊醫(yī)院口腔科，吉林長春130061;2焦作市人民醫(yī)院口腔科，河南焦作454002)

正畸用熱激活與超彈鎳鈦弓絲力學性能比較研究

雷鳴1，田華2，鄧剛2

(1吉林省消防總隊醫(yī)院口腔科，吉林長春130061;2焦作市人民醫(yī)院口腔科，河南焦作454002)

目的:通過三點彎曲實驗模擬鎳鈦弓絲在矯正過程的受力狀態(tài)，比較超彈和熱激活8種鎳鈦弓絲的力學性能差異，為口腔正畸臨床診治中選擇鎳鈦弓絲提供依據(jù)。方法:實驗選取國內(nèi)外四個主要品牌(TP、NIC、IMD、3M)，規(guī)格為0．016英寸超彈和熱激活鎳鈦弓絲，實驗在37℃進行以模擬真實口腔環(huán)境溫度，記錄實驗過程各種弓絲的載荷-位移變化曲線，通過對比分析曲線平臺期平均卸載力和平臺期長度研究各種弓絲的力學性能差異。結(jié)果:8種鎳鈦合金弓絲的卸載曲線都呈現(xiàn)明顯的平臺期，不同品牌的超彈和熱激活鎳鈦弓絲的平臺期平均卸載力和平臺期長度都具有統(tǒng)計學差異(P＜0．05)。TP與NIC平均卸載力較小，相同品牌的熱激活弓絲與超彈弓絲相比，平臺期平均卸載力更小，平臺期長度更長。結(jié)論:8種鎳鈦弓絲都具有超彈性能，不同品牌的鎳鈦弓絲的機械性能具存在明顯差異，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲相比會產(chǎn)生更輕而持久的矯治力。

鎳鈦弓絲;超彈性;熱激活;力學性能

理想的矯治力是臨床牙科醫(yī)生對正畸弓絲力學性能的終極追求，并能夠使牙齒快速移動而對牙齒本身及牙周組織不造成損傷。鎳鈦合金弓絲因其良好的回彈性、持續(xù)柔和的矯治力及優(yōu)良的生物相容性在正畸臨床治療中得到廣泛應用［1～3］。正畸用鎳鈦合金弓絲分為三類:第一代普通鎳鈦合金弓絲，第二代超彈鎳鈦弓絲和第三代熱激活鎳鈦弓絲。目前臨床使用的鎳鈦弓絲主要是第二、三代，均具有超彈性，即其載荷-位移曲線不符合虎克定律，當弓絲彎曲變形超過一定程度后，繼續(xù)增加弓絲彎曲度，載荷并沒有明顯增大，載荷-位移曲線呈現(xiàn)一近乎平坦的平臺［4，5］，卸載時也是先形成一平臺，之后隨著彎曲變形程度下降，載荷迅速減小，卸載后弓絲恢復原狀。鎳鈦弓絲超彈性的存在，保證了穩(wěn)定而持久的矯治力的可能，將有利于精確控制臨床力值［6］。早在1999年，Nakano H等［7］對比研究了9個品牌的42種正畸鎳鈦合金弓絲，發(fā)現(xiàn)不同品牌0．016英寸的圓絲在撓曲1．5mm時產(chǎn)生的矯治力差別可達136g，0．016×0．022英寸的矯治力差別可達337g。Luca Lombardo［8］等研究也發(fā)現(xiàn)不同品牌的弓絲平均卸載力、平臺期長度差別顯著。因此本文重點關注卸載曲線，并選擇超彈比率、平臺期平均卸載力和平臺期長度來描述卸載曲線的特點。

1 鎳鈦弓絲力學性能實驗

1.1 實驗材料與設備

所選用正畸鎳鈦弓絲規(guī)格名稱見表1。弓絲質(zhì)量要求未經(jīng)臨床使用，末端平直，沒有彎曲、折痕和刻痕，截取弓絲末端長度3cm部分進行實驗。實驗設備選用美國Instron公司生產(chǎn)的1186型萬能材料力學試驗機，試驗機載荷傳感器為50N，最小速度0．1mm/min。實驗恒溫環(huán)境箱選用美國Instron公司出品的3119-406型號環(huán)境箱，該環(huán)境箱溫度控制范圍在-100～350℃，恒溫波動度為± 0．5℃。通過三點彎曲裝置來檢測弓絲變形程度(位移)與弓絲釋放力量(載荷)之間的關系。實驗傳感器與計算機連接，實時繪制實驗過程載荷-位移曲線。

表1 正畸弓絲具體情況

1.2 實驗過程

(1)三點彎曲實驗裝置由固定端和壓頭組成，壓頭為直徑1mm不銹鋼圓柱，兩固定端間距為10mm。每種正畸鎳鈦弓絲取6根進行實驗，截取弓絲最末端30mm平直部分，隨機選取其中3根，8中弓絲共計共24根，用防水彩筆標記弓絲中點，以保證每次在同一位置施加載荷，每個弓絲測量3次取平均值，測量溫度為37±0．5℃。鎳鈦弓絲水平夾持在固定端，壓頭逐步進行加載，傳感器感應弓絲變形產(chǎn)生的反作用力，通過三點彎曲實驗軟件程序，獲得載荷-位移對應數(shù)據(jù)，實時顯示于相連計算機，并繪制曲線。

(2)實驗按正畸弓絲彎曲國際標準(ISO 15841:2006)執(zhí)行，弓絲最大撓曲量為3．1mm，弓絲兩端間距為10mm，加載和卸載速率為7．5mm/min。將加載力0g為作為撓曲位移的起始點，弓絲加載到最大撓曲時以同樣速率進行卸載。

(3)用Excel軟件繪制實驗載荷-位移數(shù)據(jù)曲線，x軸表示位移，單位mm，y軸表示載荷，單位g。測量卸載曲線平均矯治力和平臺期長度來描述弓絲卸載平臺期的特征，取三次測量值的平均值來計算超彈性比率SER(SER=平臺期斜率/卸載末段斜率)。

(4)應用SPSS17．0軟件進行統(tǒng)計分析，選用單因素方差分析方法與LAD方法比較分析不同弓絲品牌對正畸鎳鈦弓絲各項力學指標的影響，采用獨立樣本t檢驗方法分析類型對測量指標的影響，檢驗水準取α=0．05。

2 實驗結(jié)果

8種正畸鎳鈦弓絲在37±0．5℃恒溫下載荷位移曲線如圖1所示，其加載曲線與卸載曲線均形成閉合回路。無論超彈鎳鈦弓絲還是熱激活鎳鈦弓絲，TP與NIC品牌的弓絲卸載曲線更低平，所有熱激活鎳鈦弓絲的卸載曲線均低于超彈鎳鈦弓絲。

正畸鎳鈦弓絲的超彈性比率SER見表2所示，3M公司的超彈鎳鈦弓絲SER在2～8之間，其余的弓絲SER均大于8，說明3M超彈鎳鈦弓絲具有中等超彈性趨勢，其余弓絲超彈性能顯著。

圖1 各品牌鎳鈦弓絲載荷/位移曲線

表2 8種正畸鎳鈦弓絲超彈性比率SER列表(±s，n=3)

表2 8種正畸鎳鈦弓絲超彈性比率SER列表(±s，n=3)

8種鎳鈦弓絲的平臺期平均卸載力和平臺期長度見表3和表4所示，按α=0．05水準進行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)不同品牌超彈和熱激活鎳鈦弓絲平臺期長度以及平臺期平均卸載力均存在較大統(tǒng)計學差異。經(jīng)LSD檢驗發(fā)現(xiàn)，四種品牌的超彈鎳鈦弓絲平臺期平均卸載力值TP＜NIC＜3M＜IMD，并且差異比較明顯，而平臺期長度IMD＞TP/NIC＞3M，TP和NIC品牌平臺期差異不大。四種品牌的熱激活鎳鈦弓絲平臺期平均卸載力數(shù)值NIC＜TP＜3M/ IMD，3M和IMD品牌卸載力值差異不明顯，平臺期長度NIC＞TP＞IMD＞3M，四種品牌平臺期長度相比較具有明顯差異。

表3 不同品牌超彈鎳鈦弓絲機械性能比較(xˉ±s，n=3)

表3 不同品牌超彈鎳鈦弓絲機械性能比較(xˉ±s，n=3)

注:#與TP組比P＜0．05，※與NIC組比P＜0．05，§與IMD組比P＜0．05

表4 不同品牌熱激活鎳鈦弓絲機械性能比較(±s，n=3)

表4 不同品牌熱激活鎳鈦弓絲機械性能比較(±s，n=3)

注:#與TP組比P＜0．05，※與NIC組比P＜0．05，§與IMD組比P＜0．05

表5 不同類型正畸鎳鈦弓絲平臺期長度mm(±s，n=3)

表5 不同類型正畸鎳鈦弓絲平臺期長度mm(±s，n=3)

超彈與熱激活正畸鎳鈦弓絲平臺期長度、平臺期平均卸載力大小如表5所示，按α=0．05水準進行獨立樣本t檢驗發(fā)現(xiàn)，相同品牌情況下，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲的平臺期長度、平臺期平均卸載力存在明顯的差異，表現(xiàn)為熱激活鎳鈦弓絲平臺期長度大于超彈鎳鈦弓絲，平臺期平均卸載力小于超彈鎳鈦弓絲(P＜0．05)。

3 討論

3.1 不同品牌正畸鎳鈦弓絲機械性能的差異

本實驗中不同品牌(相同類型)正畸鎳鈦弓絲的平臺期長度、平臺期平均卸載力均存在統(tǒng)計學差異。同種類型的3M和IMD弓絲平均卸載力較大，而TP和NIC弓絲平均卸載力更加柔和，不同品牌之間卸載力差別顯著，本實驗與Nakano H、Luca Lombardo等學者的研究結(jié)果一致。這表明不同品牌弓絲因加工工藝不同，機械性能測量結(jié)果存在很大的差別，臨床醫(yī)師在選擇弓絲時應考慮不同“品牌”的差異。

3.2 不同類型正畸鎳鈦弓絲機械性能的差異

本文熱激活鎳鈦弓絲卸載平臺期的平均“有效范圍”為0．29～3．1mm，超彈鎳鈦弓絲平臺期的平均“有效范圍”為0．75～3．1mm，換句話說當卸載到0．29～0．75mm時，超彈鎳鈦弓絲已大幅超出“有效范圍”，卸載力隨著變形的恢復而迅速降低，而此時熱激活鎳鈦弓絲仍處在“有效范圍”內(nèi)，仍能夠釋放相對持久穩(wěn)定的矯治力，牙周膜應力也穩(wěn)定在相應水平，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲相比，在排齊整平效果和維持牙周健康方面更具有優(yōu)勢。由于熱激活鎳鈦弓絲釋放的矯治力更加柔和持久，3M Unitek公司推薦矯治初期首選熱激活鎳鈦弓絲，次選超彈性鎳鈦弓絲。

3.3 鎳鈦弓絲彎曲實驗的臨床意義

在正畸臨床治療中，矯治弓絲釋放的力值的大小、持久性等都是選擇弓絲的重要指標，目前雖然還不能量化牙齒移動所需的理想正畸矯治力［9，10］，大多數(shù)正畸醫(yī)生認為輕而持續(xù)的矯治力仍是有效而且符合骨改建生理學規(guī)律。熱激活鎳鈦弓絲因具有溫度敏感性，排齊初期可以通過冰塊降溫可使弓絲變得柔軟便于完全入槽結(jié)扎，患者也可通過口含冷水等方式降溫來減少初戴矯治器及每次復診后不適感。

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R783．5

A

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2014-10-18