雙鑰匙曲關(guān)閉下頜拔牙間隙的Typodont模型研究

蔡森鑫， 劉佳莉， 陳澤興， 許潾于， 蘇杰華

1. 福建省口腔疾病研究重點實驗室 福建省口腔生物材料工程技術(shù)研究中心 福建省高?？谇会t(yī)學重點實驗室 福建醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院/附屬口腔醫(yī)院，福建 福州（350002）； 2. 福建醫(yī)科大學口腔醫(yī)學研究院 福建醫(yī)科大學口腔生物力學與美學研究中心 福建醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院/附屬口腔醫(yī)院，福建福州（350002）

在正畸拔牙矯治過程中，關(guān)閉拔牙間隙是最關(guān)鍵的步驟之一。對于拔除第一前磨牙的正畸治療病例，采用滑動法整體內(nèi)收前牙關(guān)閉間隙最為常見［1］，但其常常需要搖椅形、種植支抗等輔助控制牙齒的移動［2-3］。雙鑰匙曲（double-keyhole loop，DKHL）唇弓有兩個垂直曲，分別位于尖牙近中和遠中，弓絲長度的增加使力量加載更加柔和，配合不同的激活方式可以靈活控制拔牙間隙兩側(cè)牙齒移動的方式和實現(xiàn)尖牙的三維控制，但DKHL 的生物力學機制較為復雜。

近年來逆向工程技術(shù)的發(fā)展與三維掃描儀的推廣應(yīng)用［4］，通過牙冠形態(tài)可逆向推導牙根的準確位置，明確牙根的相應(yīng)位移可以提供更加全面的信息用于分析各種正畸工況的力學效應(yīng)［5］。本研究以拔除第一前磨牙的下頜模型為研究對象，通過Typodont 頜架模擬DKHL 唇弓不同激活方式關(guān)閉拔牙間隙，借助逆向工程技術(shù)，分析關(guān)閉間隙階段前后牙三維移動變化的趨勢，為DKHL 的臨床應(yīng)用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實驗器材

1.2 實驗方法

1.2.1 建立人工牙三維數(shù)據(jù)庫 對下牙列人工牙分別進行單獨掃描，建立下頜牙齒的三維模型，以STL 格式保存。

1.2.2 實驗?zāi)Ｐ徒?由課題組高年資醫(yī)師按人工牙臨床冠中心位置粘結(jié)托槽，全尺寸唇弓固定確認托槽定位準確，并制作每個牙位的間接粘接硅橡膠導板。采用間接粘結(jié)技術(shù)將直絲弓自鎖矯治器粘接于人工牙上，再將人工牙安置于標準正常蠟堤中。依次更換0.355 6 mm（0.014 英寸）、0.457 2 mm（0.018 英寸）鎳鈦圓絲、0.482 6 mm ×0.635 mm（0.019 英寸× 0.025 英寸）的鎳鈦方絲、0.482 6 mm × 0.635 mm（0.019 英寸× 0.025 英寸）雙鑰匙曲不銹鋼方絲，恒溫水浴排齊整平牙列，獲得相同的9 副Typodont 模 型。水浴 時，Typodont 模型置于47 ℃的恒溫水中浸泡15 min，再以冷水浸泡15 min。下頜牙列整平后，拔除雙側(cè)第一前磨牙進行三維掃描并保存為STL 文件，建立下頜牙列初始數(shù)字模型。

1.2.3 DKHL 加載實驗 9 副Typodont 模型隨機分為3 組，分別采用DKHL 的3 種激活方式關(guān)閉拔牙間隙（圖1），根據(jù)前期預實驗結(jié)果，本課題組使用鎳鈦拉簧進行5 N 力量加載。①工況1：在尖牙遠中弓絲安放牽引鉤，鎳鈦拉簧加載于下頜第二磨牙的頰面管與牽引鉤之間；②工況2：鎳鈦拉簧加載于下頜第二磨牙的頰面管與下頜尖牙遠中鑰匙曲之間，雙鑰匙曲之間未結(jié)扎；③工況3：雙鑰匙曲唇弓先采用結(jié)扎絲結(jié)扎雙側(cè)近遠中鑰匙曲，使近遠中段弓絲水平段成5 °的夾度，再就位于托槽中并按工況2 加載鎳鈦拉簧。力量加載完成后，47 ℃恒溫水浴30 min 后冷卻30 min，再重復水浴步驟1 次，掃描儀掃描并保存為加載后數(shù)字模型。

Figure 1 Schematic diagram of three loading conditions圖1 下頜不同工況加力模式

1.2.4 冠根模型匹配和重疊 在Geomagic 軟件中，導入初始和加載后的三維數(shù)字模型，分別將單個人工牙的三維模型依據(jù)牙冠的形態(tài)進行匹配和重疊，以建立帶有牙根的下頜牙列三維模型（圖2）。以Typodont 頜架底座為參照建立三維坐標系，原點為中心圓柱孔與底座底平面的交點；經(jīng)原點平行于底座后緣為水平向坐標軸，左側(cè)為正方向；經(jīng)原點垂直于底座后緣為矢狀向坐標軸，遠中向為正方向；模型中心圓柱螺紋為垂直向坐標軸，向為正方向。

Figure 2 Three-dimensional model of the mandibular dentition圖2 下頜牙列三維模型

1.2.5 加載前后數(shù)字模型重疊分析 以Typodont底座為基準，取初始模型和加載后的數(shù)字模型在Geomagic 軟件中進行重疊，標記并測量每個牙齒各標志點的移動位移（冠方標志點包括切牙切緣中點，尖牙牙尖點，第二前磨牙、第一、第二磨牙的中央窩點；根方標志點包括單根牙根尖點及第一、第二磨牙的根分叉點）。在矢狀向及垂直向上，坐標正方向位移以正值表示。為便于橫向研究，統(tǒng)一將側(cè)向擴大的位移標為正值，即左側(cè)牙列向左側(cè)位移以正值表示，右側(cè)牙列向右側(cè)位移以正值表示。

1.3 統(tǒng)計學分析

所有數(shù)據(jù)資料采用SPSS 19.0 進行統(tǒng)計分析。左右同名牙的位移數(shù)據(jù)取平均值用于統(tǒng)計，以單因素方差法進行統(tǒng)計分析，3 組樣本均數(shù)間多重比較采用LSD-t 檢驗，檢驗水準α=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 模型重疊分析

通過水浴前后數(shù)字模型的重疊可以直觀判斷各牙齒的移動趨勢。矢狀向上，工況1 中前牙牙冠的內(nèi)收位移明顯大于其他工況，但工況2 和工況3中前牙牙根內(nèi)收位移和后牙的近中位移量明顯增大，特別是雙鑰匙曲間結(jié)扎的工況3 組，尖牙牙根明顯向遠中傾斜，并且后牙牙根向近中明顯傾斜。垂直向上，可見工況1 中牙列垂直向位移較小、基本保持水平，工況2 中下牙列排列類似搖椅形，工況3 更為明顯，并且下切牙段的有明顯的壓低位移、后牙段牙齒有一定的伸長及頰傾位移（圖3）。

2.2 不同工況下水浴前后牙齒矢狀向位移量

加載力量后3 種工況中下頜各個牙齒的矢狀向位移如表1 所示。使用短牽引鉤水平加載的工況1 中，前牙牙冠的內(nèi)收位移明顯大于其它工況。從工況1 到工況3，前牙內(nèi)收位移逐漸減少，工況3中前牙牙冠甚至輕度唇傾。同時下前牙根尖的內(nèi)收位移量及下后牙牙冠的近中位移量從工況1 到工況3 逐漸增加。下后牙牙根的近中位移也表現(xiàn)為逐漸增大，但后牙牙冠的位移均大于根分叉區(qū)移動量。3 個前牙冠根標志點的位移差異均有統(tǒng)計學差異（P ＜0.01）。后牙牙冠的近中位移從工況1、工況2 到工況3 逐漸增加，牙根的近中移動亦隨之增加，差異具有統(tǒng)計學意義（P ＜0.01）。

2.3 不同工況下水浴前后牙齒垂直向位移量

垂直向上，工況1 中下前牙牙冠有輕度伸長，而工況2、工況3 中可見下前牙段的明顯的壓低位移，工況3 組更為明顯。下前牙根尖的位移與其牙冠基本一致，工況2 和工況3 中均表現(xiàn)為壓低位移。值得注意的是工況3 組中下頜尖牙牙根表現(xiàn)為少量的向移動，這可能與其牙根水平向的移動有關(guān)。下后牙工況1、工況2 組垂直向上無明顯變化，但工況3 組表現(xiàn)為后牙段明顯伸長趨勢（表2）。

2.4 不同工況下水浴前后牙齒橫向位移量

表1 不同工況下水浴前后牙齒矢狀向位移量Table 1 Sagittal displacement of teeth in different loading conditions

橫向上，前牙牙冠寬度變化有輕度變小趨勢，但數(shù)值較小，工況3 中尖牙牙冠輕度頰向位移；工況1、工況2 切牙牙根變化不大，尖牙牙根在遠中移動時稍向頰側(cè)移動，工況3 中前牙根尖的頰向位移最大。在后牙段，從工況1 到工況3，后牙牙冠頰向位移逐漸增大，有擴弓趨勢，同時伴有逐漸增加的根舌向位移，以第二磨牙最為明顯（表3）。

3 討 論

Typodont 模型是一種可在體外真實模擬正畸診斷、設(shè)計和治療的方法，是目前國際公認最佳的正畸教學培訓的手段［6］。本研究通過拔除第一前磨牙的下頜Typodont 模型為研究對象，模擬DKHL唇弓不同激活方式關(guān)閉拔牙間隙，并借助逆向工程技術(shù)同時觀察牙冠和牙根的三維移動趨勢［7］，為DKHL 唇弓的臨床應(yīng)用提供一定參考依據(jù)。

盡管Typodont 模型中的蠟堤沒有真正的牙周組織，與口腔內(nèi)真實的生物環(huán)境相差較大，但依然能很好地體現(xiàn)牙齒受力的移動趨勢［8］。此外，本實驗中通過以下方法改進Typodont 實驗，進一步提高實驗測量準確性。首先本實驗研究模型的托槽粘結(jié)采用統(tǒng)一的間接粘結(jié)導板粘結(jié)，確保了托槽粘結(jié)位置的一致性［9］。其次，數(shù)據(jù)測量時以固定不變的Typodont 頜架底座為參照建立三維坐標系，保證實驗的可重復性。Geomagic 軟件的自動匹配功能強，重疊精度高，有效地保證牙根模型數(shù)據(jù)的準確性［10］。最后，Geomagic 軟件內(nèi)直接數(shù)字化定點測量，減少了人工測量標志點位移量的測量誤差。

前牙移動方式是準確控制是正畸治療的關(guān)鍵，滑動法關(guān)閉拔牙間隙過程中常發(fā)生前牙轉(zhuǎn)矩喪失、覆持續(xù)加深的“過山車”效應(yīng)等［11］。本實驗工況1 在尖牙遠中的短牽引鉤進行水平加載，類似平直唇弓滑動法直接頜內(nèi)牽引加力。實驗結(jié)果中，前牙牙冠內(nèi)收位移大于牙根舌向位移，表現(xiàn)為典型的舌向傾斜移動，并且伴有牙冠少量伸長。臨床治療中為避免此現(xiàn)象發(fā)生，滑動法關(guān)閉間隙時常常需要搖椅弓［12］、高轉(zhuǎn)矩托槽［13］、支抗釘［14］等輔助措施。DKHL 唇弓的優(yōu)點是簡單地調(diào)整加載的位置和力量大小，改變激活方式即可控制前牙的移動方式。工況2、工況3 直接在遠中鑰匙曲頂部加載激活組，可見下前牙牙根顯著后移，表現(xiàn)為良好的前牙舌向控根效果。臨床上對于需要前牙整體內(nèi)收的患者，可以采用這兩種方法激活。工況3 增加了雙鑰匙曲間的結(jié)扎，實驗中可見下前牙明顯壓低。為此對需要壓低下前牙、打開咬合的患者，可以通過調(diào)整近中和遠中鑰匙曲頂部的結(jié)扎力量來控制前牙的壓低位移。Dobranszki 等［15］采用光彈模型分析DKHL 的力學效應(yīng)，其結(jié)果認為工況1 對前牙產(chǎn)生伸長的力量，工況2 則無前牙伸長力量，而工況3 產(chǎn)生明顯的前牙壓低力量，這些力學分析的結(jié)果與Typodont 實驗中前牙產(chǎn)生的移動趨勢相一致。

表2 不同工況下水浴前后牙齒垂直向位移量Table 2 Vertical displacement of teeth in different loading conditions

表3 不同工況下水浴前后牙齒橫向位移量Table 3 Transverse displacement of teeth in different loading conditions

第一磨牙歷來備受臨床正畸醫(yī)師的關(guān)注，也是臨床判斷正畸治療是否成功的重要標準。本實驗結(jié)果顯示雙鑰匙曲唇弓加力內(nèi)收時，雙鑰匙曲頂部加載組（工況2、工況3）后牙近中移動量明顯大于工況1 組，雙鑰匙曲頂部間結(jié)扎組的工況3 組尤為明顯。工況3 中，尖牙明顯遠中傾斜，類似Tweed 技術(shù)中的支抗預備［16］，增加了下前牙的支抗。因此，對需要大量前牙內(nèi)收的患者，需采取措施增強后牙支抗。鑰匙曲頂部加載激活時，后牙在近中移動的過程中并未發(fā)生近中傾斜，而是產(chǎn)生根近中傾斜移動，表明DKHL 可作為后牙近中平移的良好工具。Typodont 模型實驗中與口內(nèi)實際條件相比，缺乏咀嚼和咬合壓力的模擬，這可能是垂直向位移的與臨床產(chǎn)生差異的原因。

本實驗中發(fā)現(xiàn)DKHL 頂部加載力量時，后牙有頰向傾斜和擴弓的趨勢。這可能與遠中鑰匙曲高于頰面管有關(guān)，使用拉簧牽引時后段弓絲有根向彎曲的趨勢，可壓低頰尖，使之頰傾。牙弓擴寬還可能與牽引力量較大、超過弓絲的控制能力有關(guān)。臨床使用中應(yīng)控制弓絲激活的力度、防止施加過大力量，必要時適當施加后牙段負轉(zhuǎn)矩并調(diào)節(jié)弓絲寬度。本實驗采用Typodont 模型，通過前牙和后牙冠根移動趨勢的分析基本如實呈現(xiàn)了DKHL 3 種激活方式的力學效應(yīng)，但需注意的是，Typodont 模型研究與臨床實際存在一定的差距，相關(guān)結(jié)果不能簡單套用于臨床實踐，需要結(jié)合其他相關(guān)研究結(jié)果并通過更多的臨床研究進行驗證。

4 結(jié) 論

綜上所述，DKHL 唇弓通過調(diào)節(jié)加載的方式可以靈活控制前牙和后牙的移動方式，遠中鑰匙曲頂部加載激活時可有效控制前牙轉(zhuǎn)矩、前移后牙，DKHL 頂部結(jié)扎可壓低下前牙、打開咬合。臨床應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)患者情況選擇合適的加力方法，同時控制好后牙的支抗和轉(zhuǎn)矩。

致謝 感謝福建醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院研究生王梅潔、嚴峻，進修醫(yī)師曾曉芬醫(yī)生在實驗操作、數(shù)據(jù)整理中的幫助。