鎳鈦拉簧和彈力鏈力值衰減的體外實(shí)驗(yàn)研究

金 福 李志華

在牙科治療中，對(duì)于牙列擁擠不齊等問(wèn)題，一般需要采用正畸治療，即利用專業(yè)的口腔矯正器械，通過(guò)科學(xué)使用力，使牙齒逐漸移動(dòng)到目標(biāo)位置。在這個(gè)過(guò)程中，需要做好力的控制，力度過(guò)小無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，力度過(guò)大則可能導(dǎo)致牙根吸收等問(wèn)題的出現(xiàn)給患者帶來(lái)?yè)p傷。在臨床實(shí)踐中，彈簧與彈力鏈表現(xiàn)出了較好的彈性及穩(wěn)定性，不過(guò)也存在著負(fù)載后力值衰減問(wèn)題[1]。有研究人員認(rèn)為，鎳鈦拉簧較彈力鏈在臨床應(yīng)用中不僅具備超彈性，而且力值衰減較小，但是同樣有學(xué)者支持，兩者在拔牙間隙閉合過(guò)程中，發(fā)揮出的效果類似，并沒(méi)有明顯差異。

對(duì)于鎳鈦彈簧，國(guó)內(nèi)國(guó)外都有一定的研究。有國(guó)外學(xué)者的研究指出，在使用過(guò)程中，鎳鈦拉簧存在著馬氏體和奧氏體相變問(wèn)題，其誘發(fā)因素可以是應(yīng)力，也可以是溫度變化；另有國(guó)外學(xué)者提出，由應(yīng)力誘發(fā)的馬氏體形變屬于非線性超彈性，屬于相變溫度以上溫度區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行應(yīng)力加載或者卸載的結(jié)果[2-3]，如果溫度上升到相變溫度，則應(yīng)力會(huì)引發(fā)形變恢復(fù)，具體表現(xiàn)就是超彈性。另外，溫度、pH值以及溶液介質(zhì)等都會(huì)引發(fā)鎳鈦拉簧及彈力鏈的力值衰減。有學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)潮濕環(huán)境下，彈力鏈的力值衰減速度更快，這一點(diǎn)在Ash等人的實(shí)驗(yàn)中得到了進(jìn)一步證明：相比較蒸餾水，唾液環(huán)境更容易加速?gòu)椓︽湹膽?yīng)力松弛。

在國(guó)內(nèi)，韓宗凱等[4-5]于室溫環(huán)境下，將鎳鈦拉簧及彈力鏈進(jìn)行拉伸，設(shè)定初始值150 g，研究鎳鈦拉簧及彈力鏈力值衰減情況，結(jié)果表明，當(dāng)牙齒移動(dòng)達(dá)到4周后，鎳鈦拉簧的力值為初始值的97.1%，彈力鏈的力值則僅為初始值的57.2%，表明鎳鈦拉簧具備超彈性。

通過(guò)相應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)口腔環(huán)境和牙齒移動(dòng)條件進(jìn)行模擬，結(jié)合鎳鈦拉簧和彈力鏈力值衰減體外試驗(yàn)，對(duì)其在應(yīng)用環(huán)節(jié)的力值衰減進(jìn)行分析，提升臨床應(yīng)用效果。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇3種A、B、C不同品牌的鎳鈦拉簧和D、E 2種品牌的彈力鏈，每一種拉簧和彈力鏈都包含兩種規(guī)格,拉簧A是杭州新亞齒科材料有限公司，批號(hào)9101-209；拉簧B是有研醫(yī)療器械(北京)有限公司，批號(hào)1610130094；拉簧C托博正畸器械(無(wú)錫)有限公司，批號(hào)3115033。D彈力鏈廠家:Dentsply Raintree Essix Glenroe,緊密型批號(hào)301441，長(zhǎng)距型批號(hào)是00085538；E彈力鏈廠家:3M Unitek Orthodontic Products,緊密型批號(hào)404-256，長(zhǎng)距型批號(hào)406-612。

人工唾液(2.17%NaHPO4·7H2O+0.26%NAH2PO4·H2O+0.9%NaCl)，利用NaOH和HCl滴定，將pH值控制在6.75。

1.2 儀器設(shè)備

Instro 2343萬(wàn)能材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，最小速度為0.1 mm/min，載荷傳感器50 N；HWS-12電熱恒溫水浴鍋，溫度控制范圍為25～99℃，波動(dòng)范圍±0.5℃；DW-40W100低溫水箱，溫度范圍在-20℃～40℃；BS110S電子天平，計(jì)量精度可以達(dá)到0.1 mg；SF2000三按鍵電子數(shù)顯卡尺以及鎳鈦拉簧和彈力鏈長(zhǎng)度調(diào)節(jié)劑固定裝置[6]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

制作彈力鏈，將之與鎳鈦拉簧平鋪在水平平滑玻璃板上，利用電子數(shù)顯卡尺，對(duì)鎳鈦拉簧兩側(cè)鎖眼內(nèi)徑及彈力鏈兩側(cè)彈力圈內(nèi)徑距離進(jìn)行測(cè)量，為了保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性，選擇20個(gè)樣本，取測(cè)量平均值，設(shè)定為原始長(zhǎng)度L0。在萬(wàn)能材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)夾具掛鉤掛上一測(cè)頭連接片，在連接片下端掛上鎳鈦拉簧，實(shí)驗(yàn)機(jī)讀數(shù)調(diào)零[7]。在實(shí)驗(yàn)裝置上安裝鎳鈦拉簧，將鉛垂線設(shè)置在力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)掛鉤上，對(duì)調(diào)距螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得固定裝置兩側(cè)的距離小于原始長(zhǎng)度L0，鉛垂線經(jīng)過(guò)固定裝置端孔徑中心，使得其可以垂直設(shè)置在力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)上。對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證掛鉤與裝置下端固定桿位距離不超過(guò)L0和測(cè)頭連接片的長(zhǎng)度和。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)機(jī)位置，確保其讀數(shù)為零[8]。

在實(shí)驗(yàn)中，需要關(guān)注2個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，一是口腔環(huán)境模擬，依照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以在保持150 g和250 g拉伸狀態(tài)的情況下，將鎳鈦拉簧與彈力鏈放入35.5℃恒溫水浴箱，利用預(yù)先配置好的人工唾液浸泡，以3 d為間隔，對(duì)人工唾液進(jìn)行更換；二是冷熱循環(huán)，在5℃低溫冰箱，于人工唾液中將實(shí)驗(yàn)裝置浸泡30 s，然后放入55℃恒溫水浴箱，同樣在人工唾液中浸泡30 s，如此反復(fù)數(shù)次，1 min為1次循環(huán)，每次循環(huán)30 min，每天2次[9]。在冷熱循環(huán)結(jié)束后，將實(shí)驗(yàn)裝置放在35.5℃恒溫水浴箱人工唾液中，每周對(duì)螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)，將兩端距離縮小0.35 mm。

在對(duì)個(gè)時(shí)間點(diǎn)剩余力進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)力時(shí)的狀態(tài)見(jiàn)圖1和圖2。

4 h后，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)初始讀數(shù)設(shè)置為零，確保鎳鈦拉簧下端金屬桿與實(shí)驗(yàn)機(jī)掛鉤間長(zhǎng)度為D0，抽去存在于固定裝置上端與測(cè)頭連接片間的金屬墊片，實(shí)驗(yàn)機(jī)讀數(shù)就是4 h鎳鈦拉簧剩余力值。其他時(shí)間點(diǎn)的測(cè)力方法相同。

將各品牌鎳鈦拉簧和彈力鏈分組，使用重復(fù)測(cè)量資料方差分析不同品牌、不同時(shí)間對(duì)鎳鈦拉簧和彈力鏈力值衰減的影響差異，不同水平之間的差異顯著性用SNK法分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為0.05[10]。

1.4 觀察指標(biāo)

在150 g初始應(yīng)力、250 g初始應(yīng)力下，觀察對(duì)比不同品牌鎳鈦拉簧與彈力鏈在不同時(shí)間點(diǎn)剩余力值的對(duì)比結(jié)果。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

研究數(shù)據(jù)均采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，采用重復(fù)測(cè)量資料的方差分析判斷不同品牌、不同時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)品剩余應(yīng)力值得差異，若P<0.05，則表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

150 g初始應(yīng)力下，不同品牌鎳鈦拉簧剩余力值存在顯著差異，而與鎳鈦拉簧相比，彈力鏈的剩余力值同樣差異顯著(P<0.05)。鎳鈦拉簧在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的剩余力值更大，同時(shí)不同時(shí)間點(diǎn)的剩余力值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，剩余力值會(huì)而且隨著使用時(shí)間延長(zhǎng)而持續(xù)下降。見(jiàn)表1～2。

品牌剩余力平均值即刻4 h12 h24 h品牌A150.00146.74133.51120.25品牌B150.00131.62119.38102.32品牌C150.00139.45124.33112.02品牌D150.00136.89127.20121.52品牌E150.00125.95119.12115.25

表2 150 g初應(yīng)力下時(shí)間與品牌交互作用的方差分析結(jié)果

250 g初始應(yīng)力下，不同品牌鎳鈦拉簧與彈力鏈之間存在顯著性差異，與彈力鏈相比，鎳鈦拉簧在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的剩余力值更大，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，鎳鈦拉簧與彈力鏈?zhǔn)Ｓ嗔χ禃?huì)持續(xù)下降，而不同品牌之間在相同時(shí)間點(diǎn)的剩余力值存在差異，在不同時(shí)間點(diǎn)的剩余力值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。見(jiàn)表3～4。

表3 250 g初應(yīng)力下不同品牌不同時(shí)間點(diǎn)剩余力平均值結(jié)果

表4 250 g初應(yīng)力下時(shí)間與品牌交互作用的方差分析結(jié)果

3 討論

3.1 試驗(yàn)裝置特點(diǎn)

利用裝置中的調(diào)距螺絲，操作人員可以根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)鎳鈦拉簧與彈力鏈的拉伸長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)牙齒移動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，在引導(dǎo)柱的作用下，可以確保兩端平行移動(dòng)；利用固定板、固定桿、調(diào)距螺絲等，操作人員也可以結(jié)合模擬口腔環(huán)境下的力值測(cè)定要求，維持力學(xué)輔件拉伸長(zhǎng)度。在對(duì)剩余力值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)該去除0.33 mm金屬墊片，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠[11-12]。

3.2 拉伸性能

在實(shí)驗(yàn)中，選擇的3個(gè)鎳鈦拉簧相變溫度均為35.5℃，模擬口腔環(huán)境下，鎳鈦拉簧本身處于奧氏體相變完成態(tài)，鎳鈦拉簧在原始拉伸長(zhǎng)度4倍范圍內(nèi)，屬于超彈性范圍拉伸。試驗(yàn)結(jié)果表明，3種鎳鈦拉簧都表現(xiàn)出了良好的超彈性特點(diǎn)。選擇的兩種彈力鏈的彈性極限均超過(guò)500 g力值，實(shí)驗(yàn)中選擇的150 g和250 g初始拉伸力都沒(méi)有超過(guò)彈性拉伸極限，相比較而言，5個(gè)圈數(shù)的緊密型彈力鏈中，E品牌的柔性更好[13]。

3.3 力值衰減規(guī)律

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，4 h時(shí)，彈力鏈力值存在顯著衰減，剩余力值約為初始力值的75%～85%，24 h內(nèi)力值的衰減依然比較明顯，剩余力值為初始力值的65%～78%左右。伴隨著模擬牙齒移動(dòng)，彈力鏈拉深度減小，剩余力值持續(xù)衰減，不過(guò)速度相對(duì)平緩。與彈力鏈相比，鎳鈦拉簧的力值衰減相對(duì)平緩，4 h時(shí)剩余力值為初始力值的85%～96%，24 h后剩余力值在76%～91%。伴隨著模擬牙齒移動(dòng)，剩余力值持續(xù)衰減[14]。

3.4 品牌差異

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同品牌的彈力鏈、鎳鈦拉簧的剩余力值隨時(shí)間變化存在差異，有的品牌變化幅度大，有的品牌變化幅度小，波動(dòng)程度不一樣，其中品牌E的波動(dòng)變化最為緩慢，這說(shuō)明該品牌具有更好的彈性。

3.5 初始應(yīng)力差異

不同的初始應(yīng)力值對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較大，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，250 g初始力值與150 g初始力值在不同時(shí)間點(diǎn)得到的剩余力值差異較大，且250 g初始力值下各品牌不同時(shí)間點(diǎn)的變化幅度更明顯。

3.6 臨床意義

鎳鈦拉簧本身具備良好的超彈性，加上成本較高，相關(guān)研究人員建議在復(fù)診環(huán)節(jié)，3個(gè)月內(nèi)不對(duì)鎳鈦拉簧進(jìn)行更換。不過(guò)結(jié)合試驗(yàn)可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鎳鈦拉簧與彈力鏈的剩余力值越小，預(yù)計(jì)8周后可達(dá)最低值，因此應(yīng)該每2個(gè)月左右，對(duì)鎳鈦拉簧進(jìn)行更換。考慮品牌和材料對(duì)力值衰減的影響，在臨床中，應(yīng)該科學(xué)選擇鎳鈦拉簧和彈力鏈，為牙齒施加柔和持續(xù)的矯治力，確保其安全高效移動(dòng)[15]。

綜上所述，在4～24 h內(nèi)，彈力鏈力值衰減迅速，24 h后力值持續(xù)衰減，不過(guò)保持平緩，與之相比，在各時(shí)間點(diǎn)，鎳鈦拉簧的力值衰減更加平緩，因此，臨床治療中，應(yīng)該優(yōu)先選擇鎳鈦拉簧。