打開咬合的三維有限元分析的研究進(jìn)展

程蘭欣， 劉鈞

口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院正畸科，四川 成都（610041）

1 微種植體

微種植體支抗是一種近年廣泛發(fā)展的正畸支抗技術(shù)，可作為絕對(duì)支抗輔助壓低前牙、打開咬合，避免不必要的牙齒移動(dòng)如傾斜、伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)牙齒垂直向控制。相比于傳統(tǒng)壓低上前牙的方法，微種植體支抗療效好、療程短、患者依從性高。Kushwah 等建立微種植體支抗聯(lián)合舌側(cè)矯治系統(tǒng)內(nèi)收壓低上前牙的有限元模型，分析不同高度微種植體支抗壓低上前牙時(shí)其位移趨勢(shì)及應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)微種植體支抗作用下前牙仍表現(xiàn)冠舌向的負(fù)轉(zhuǎn)矩，微種植體支抗高度的增加有助于消除負(fù)轉(zhuǎn)矩。Shyagali 等利用三維有限元分析研究不同長(zhǎng)度微種植體支抗輔助舌側(cè)矯治壓低上前牙時(shí)骨皮質(zhì)的應(yīng)力分布，提出6 mm 的微種植體支抗在舌側(cè)矯治系統(tǒng)中使用較合適。高位植入的微種植體更有利于上頜前牙的整體壓入移動(dòng)，同時(shí)牽引鉤高度的變化也對(duì)前牙的移動(dòng)方式有影響。Kojima 等利用三維有限元分析研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于低位微種植體支抗，增加牽引鉤臂的長(zhǎng)度有助于力線通過(guò)阻抗中心，牙齒更容易實(shí)現(xiàn)整體移動(dòng)，同時(shí)其垂直分力可有效壓低前牙。長(zhǎng)臂牽引鉤和高位微種植體支抗有助于牙齒的整體移動(dòng)，然而易引起黏膜激惹，造成患者不適。關(guān)于微種植體具體位置的制定，Namburi等提出距牙冠中心10 mm 可能是一個(gè)合適的高度。Mauricio 等建立了不同位點(diǎn)微種植體支抗內(nèi)收上前牙的三維有限元分析模型，提出在雙側(cè)尖牙遠(yuǎn)中各植入1 枚微種植體支抗即可產(chǎn)生均勻的牙周應(yīng)力，但具體植入部位應(yīng)根據(jù)臨床條件如骨量、牙齦附著水平?jīng)Q定。

Hedayati 等建立微種植體支抗整體內(nèi)收及壓低上頜前牙的全牙列三維有限元分析模型，分析植入不同高度微種植體支抗施加壓低力后上頜前后牙的生物力學(xué)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)微種植體支抗與牽引鉤的相對(duì)垂直距離決定了對(duì)前牙區(qū)的伸長(zhǎng)或壓低作用，但并未對(duì)后牙區(qū)的應(yīng)力、位移等做進(jìn)一步研究。Ifter 等運(yùn)用三維有限元分析評(píng)估微種植體支抗壓低后牙的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)第一前磨牙根尖區(qū)和第一磨牙近中根尖區(qū)的應(yīng)力水平較高，這些部位在臨床上應(yīng)被視為易于吸收的部位。Mo 等還應(yīng)用三維有限元分析研究了僅使用微種植體支抗聯(lián)用Gable 曲，無(wú)需在后牙粘接矯治器即可整體內(nèi)收壓低前牙的情況，得到了理想的前牙壓入模擬情況，但臨床是否可行尚需進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 搖椅弓

搖椅弓通過(guò)后牙的伸長(zhǎng)及其引起的下頜平面的后下旋轉(zhuǎn)、前牙的壓入及少量前傾來(lái)打開咬合。Gyawali 等建立搖椅弓施行舌唇側(cè)矯治打開咬合的三維有限元分析模型，發(fā)現(xiàn)搖椅弓可很好地完成切牙壓入，但會(huì)造成磨牙遠(yuǎn)中斜，牙齒受到的應(yīng)力隨搖椅弓深度的增加而增加，并且舌側(cè)矯治中應(yīng)力更大，更易造成牙齒創(chuàng)傷，應(yīng)適當(dāng)減小曲度。搖椅弓聯(lián)合微種植體支抗也在臨床應(yīng)用較廣。安曉莉等建立搖椅弓聯(lián)合微種植體支抗整體內(nèi)收并壓低上頜前牙的三維有限元分析模型，微種植體支抗的支抗保障有利于搖椅弓對(duì)上前牙施加冠唇向轉(zhuǎn)矩，從而打開咬合，并減少不利的牙齒旋轉(zhuǎn)傾斜。隨搖椅弓角度增加，前牙冠唇向轉(zhuǎn)矩增加，而后牙的升高作用逐漸明顯。

3 局部弓加輔弓

局部弓加輔弓是通過(guò)在主弓絲上結(jié)扎長(zhǎng)的輔弓，額外的控制力可控制后牙垂直向支抗，同時(shí)持續(xù)輕力可將前牙絕對(duì)壓入來(lái)打開咬合，尤其適于露齦微笑的患者，但可能造成前牙轉(zhuǎn)矩的丟失。Ahuja 等建立了局部弓加壓低輔弓的三維有限元分析模型，分析了各部分應(yīng)力及牙齒各方向位移，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生了較大且均一的壓低力，同時(shí)產(chǎn)生較大的磨牙后傾移動(dòng)趨勢(shì)，能產(chǎn)生較強(qiáng)的支抗作用。但由于輔弓力臂較長(zhǎng)，各方向的分力較輕，因此認(rèn)為唇頰肌的力量在壓低前牙過(guò)程中的作用也不容忽視，其機(jī)理尚需進(jìn)一步探索。De Brito 等建立了類似三維有限元分析模型，改變壓低輔弓懸臂的位置以研究施力點(diǎn)對(duì)前牙壓入力的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施力點(diǎn)位于尖牙牙冠中心遠(yuǎn)中2 mm時(shí)，前牙呈現(xiàn)出單純的壓低，而近遠(yuǎn)中向移動(dòng)該施力點(diǎn)則會(huì)造成前牙相應(yīng)的舌向及唇向傾斜；同時(shí)發(fā)現(xiàn)壓低前牙的反作用力主要作用于第一磨牙上，臨床上使用片段弓時(shí)應(yīng)關(guān)注第一磨牙支抗丟失的情況。

4 隱形矯治器

CAT 尚難以控制牙齒的精確移動(dòng)，對(duì)于前牙轉(zhuǎn)矩和后牙支抗的控制技術(shù)始終是難點(diǎn)。Jiang 等對(duì)受試者進(jìn)行上頜骨及牙列的三維有限元重建，并建立隱形矯治器的模型進(jìn)行前牙的內(nèi)收及壓低，發(fā)現(xiàn)前牙出現(xiàn)不受控制的傾斜移動(dòng)，尖牙伸長(zhǎng)而后牙也出現(xiàn)了一定的近中移動(dòng)，出現(xiàn)了支抗的丟失。

5 上頜平面/斜面導(dǎo)板

低角型患者常采用平面導(dǎo)板打開咬合，而斜面導(dǎo)板還可改善上下頜矢狀向不調(diào)。過(guò)往研究多為頭影測(cè)量的靜態(tài)分析，也有建立3D 模型用于分析咬合力對(duì)導(dǎo)板影響的研究。Dai 等建立三維有限元分析動(dòng)態(tài)咀嚼模型研究不同厚度平面導(dǎo)板對(duì)前牙的作用，發(fā)現(xiàn)打開咬合時(shí)，下切牙受到20 g 的壓入力最為理想，提出3 mm 厚的導(dǎo)板可能較適于臨床應(yīng)用。

6 口外裝置

J 鉤、高位口外弓等口外裝置可以絕對(duì)壓入上前牙，但相關(guān)三維有限元分析研究較缺乏。Maruo等通過(guò)三維有限元分析研究頭帽作用下牙齒的移動(dòng)趨勢(shì)，分析不同高度牽引鉤對(duì)于牙齒的作用力，發(fā)現(xiàn)高位口外弓造成前牙壓入量最大，而低位口外弓可能造成前牙伸長(zhǎng)。對(duì)于后牙則均能造成一定程度的磨牙遠(yuǎn)移，其中低位口外弓能產(chǎn)生最大程度的磨牙遠(yuǎn)移及第一磨牙舌尖及遠(yuǎn)中頰尖的伸長(zhǎng)。

7 現(xiàn)有研究的局限性

7.1 模型的局限性

由于牙列形態(tài)復(fù)雜，而三維有限元分析受到算法等限制，往往將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，而且對(duì)于邊界條件的定義模糊，文獻(xiàn)之間的差異極大，有必要進(jìn)行相關(guān)研究以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便但精確的建模方法?，F(xiàn)有的三維有限元分析也主要采用線性分析，非線性模型雖然更符合現(xiàn)實(shí)情況，真實(shí)性、精確性更高，但計(jì)算難度大為增加，應(yīng)用較少。現(xiàn)有的建模方法對(duì)創(chuàng)傷負(fù)荷條件下的研究處于空白狀態(tài)，對(duì)于牙齒等結(jié)構(gòu)也常用拋物面、圓柱體等代替，難以精確重建牙齒。但有學(xué)者也指出，簡(jiǎn)化的有限元模型也足以滿足主要目標(biāo)。

7.2 初始位移的局限性

現(xiàn)有研究多針對(duì)于初始位移，僅考慮牙周膜彈性形變產(chǎn)生的牙齒移動(dòng)，對(duì)于治療期間長(zhǎng)期的牙齒移動(dòng)反應(yīng)效果有限。Jang 等通過(guò)原位生物力學(xué)模擬牙齒的長(zhǎng)期位移，研究應(yīng)力調(diào)節(jié)下的細(xì)胞生化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)牙周膜在其中起到重要的作用。Kojima 等提出一種對(duì)繼發(fā)位移的研究方法，根據(jù)骨改建率與牙周膜平均應(yīng)力成正比，通過(guò)單位應(yīng)力推算骨吸收量、牙移動(dòng)量，得出牙齒移動(dòng)前后的位置。

8 小 結(jié)

三維有限元分析對(duì)臨床情況的模擬效果較為真實(shí)，可準(zhǔn)確分析各加力過(guò)程中牙齒的移動(dòng)情況和牙周膜的應(yīng)力分布特征，從而分析牙齒移動(dòng)趨勢(shì)，為探尋打開咬合時(shí)更理想的施力方式提供了研究條件。打開咬合相關(guān)的有限元研究主要聚焦于各裝置作用下牙齒的受力和位移情況，但現(xiàn)有研究仍存在建模的局限性，未來(lái)有待進(jìn)一步完善，為正畸生物力學(xué)提供理論基礎(chǔ)。

Cheng LX wrote the article. Liu J reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.