無托槽隱形矯治中影響轉(zhuǎn)矩的因素

魏俊婷，樊永杰,張 佐，田文姝，金 夢

自20世紀(jì)90年代末以來，隨著材料工程、計算機(jī)輔助設(shè)計和快速成型技術(shù)的發(fā)展，無托槽隱形矯治技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種新興的正畸技術(shù)。目前，普遍認(rèn)為無托槽隱形矯治器對牙根的控制的能力有限[1]。GRüNHEID[2]研究發(fā)現(xiàn)使用無托槽隱形矯治器治療過程中，預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩與實際表達(dá)轉(zhuǎn)矩之間存在差異。KRAVITZ[3]研究認(rèn)為切牙舌向轉(zhuǎn)矩的表達(dá)率是53.1%，唇向轉(zhuǎn)矩表達(dá)率是37.6%；SIMON[4]研究結(jié)果為上頜切牙轉(zhuǎn)矩的表達(dá)率是42%，Haouili[5]實驗得出轉(zhuǎn)矩的表達(dá)率為56%，轉(zhuǎn)矩表達(dá)率均較低。因此認(rèn)為控制牙齒轉(zhuǎn)矩是無托槽隱形矯治器的短板。與固定矯治器類似，影響無托槽隱形矯治器的轉(zhuǎn)矩因素多。本文將從無托槽隱形矯治技術(shù)中矯治器的附件設(shè)計、矯治器的厚度、矯治器的齦邊緣設(shè)計、過矯治設(shè)計，以及牙齒的解剖形態(tài)、相鄰牙齒之間作用、牙齒周圍組織、口內(nèi)環(huán)境等影響轉(zhuǎn)矩表達(dá)因素作一綜述，以期為臨床提供參考。

1 無托槽隱形矯治中的附件對轉(zhuǎn)矩的影響

附件是用于輔助牙齒移動或增強矯治器固位力的裝置，通過在牙冠的特定區(qū)域黏結(jié)樹脂，使矯治器與牙面最大程度貼合，增強固位力，提供牙齒移動所需的力，提高牙齒移動效率，接觸面積增大，對牙齒施加的力也相應(yīng)增大。大多數(shù)情況下，附件會自動放置在由計算機(jī)算法確定的牙齒上的特定位置，并且它們控制力的施加點、力的方向和力的大小[6]，但是并沒有明確具體的附件的作用機(jī)制。

由于前牙與后牙牙齒形狀差異，而且在牙齒移動過程中，前后牙需要控制轉(zhuǎn)矩的情況不同，所以設(shè)置在牙齒上的附件同樣有區(qū)別。當(dāng)利用無托槽隱形矯治器對后牙進(jìn)行擴(kuò)弓時，后牙為傾斜移動，而不是維持轉(zhuǎn)矩的整體移動[7-9]。有學(xué)者[10-11]對比磨牙有傳統(tǒng)矩形附件和無附件對擴(kuò)弓效率的影響，發(fā)現(xiàn)無論磨牙是否設(shè)計附件，均對擴(kuò)弓效率無顯著影響，說明附件在牙齒擴(kuò)弓過程中不能維持牙齒的轉(zhuǎn)矩，而且這可能與附件的形狀有關(guān)。愛齊公司推出優(yōu)化擴(kuò)弓支持附件，不同于傳統(tǒng)附件的形狀，附件為半圓形，齦方為主動加力面，能為擴(kuò)弓移動提供支持，維持后牙轉(zhuǎn)矩進(jìn)行整體移動。然而，目前尚未有對比優(yōu)化擴(kuò)弓支持附件與傳統(tǒng)附件的相關(guān)報道。

另外，特殊的附件可使無托槽隱形矯治器在治療患者時更加可靠，并達(dá)到預(yù)期的效果，通常這些附件設(shè)置于前牙上。例如，在矯治器上添加壓力點，通常設(shè)置在唇舌面形成一對力偶，可對牙冠上的特定位點施加更大的壓力，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩[12]。DAI[13]認(rèn)為Power ridge可以增加對切牙的轉(zhuǎn)矩控制。CASTROFLORIO[14]對Power ridge的初步研究表明，當(dāng)需要10°的轉(zhuǎn)矩時，使用Power ridge對牙齒轉(zhuǎn)矩控制好，轉(zhuǎn)矩?fù)p失可忽略不計。因此，與固定矯治器相比，采用Power rides可以更好地控制上切牙。TUNCAY等[15]研究報道了Power ridge增強根舌向轉(zhuǎn)矩的作用，在唇側(cè)牙齦邊緣和舌側(cè)切緣的矯治器上添加轉(zhuǎn)矩嵴，以形成一對力偶，使牙根向腭側(cè)移動，如果需要跟唇向轉(zhuǎn)矩，則在舌側(cè)牙齦邊緣和唇側(cè)切緣的矯治器上添加轉(zhuǎn)矩嵴。因此，臨床上所運用附件不同，所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)也不同，但是目前對于附件的作用機(jī)制較少，應(yīng)進(jìn)一步研究。

2 無托槽隱形矯治器的厚度對轉(zhuǎn)矩的影響

無托槽隱形矯治器的厚度影響矯治力的大小，較厚的矯治器產(chǎn)生的力明顯大于較薄的矯治器。矯治器厚度對矯正器就位、力的施加均有影響，因此矯治器厚度偏差即使很小，也會在臨床上對矯治力有顯著影響。EDELMANN[16]研究發(fā)現(xiàn)3D打印制造出的無托槽隱形矯治器厚度會增加，而轉(zhuǎn)矩移動會受到無托槽隱形矯治器厚度增加的負(fù)面影響[17]，當(dāng)矯治器厚度增加時，牙齒受到頰舌向矯治力逐漸減少。然而，當(dāng)矯正器用于治療舌傾切牙時，矯正器的厚度并不會影響轉(zhuǎn)矩[18]。但是關(guān)于矯治器的體外研究結(jié)果顯示，矯治器經(jīng)過熱成型后，厚度減少了50%，特別是在頰側(cè)齦邊緣[19]。利用顯微CT觀察矯治器厚度均勻性，研究表明厚度差異存在于磨牙區(qū)頰舌側(cè)齦邊緣的厚度明顯薄于口面[20]。矯治器變薄的區(qū)域，剛性較低，矯治器厚度不均勻也就解釋為什么無托槽隱形矯治器不能有效地控制磨牙轉(zhuǎn)矩。為了獲得良好的咬合，矯正器厚度應(yīng)作為考慮的參數(shù)之一，但是目前無托槽隱形矯治器生產(chǎn)技術(shù)沒有披露矯治器生產(chǎn)的幾個要素，特別是熱成型程序，這都限制了對實驗結(jié)果的解釋。

3 無托槽隱形矯治器的齦邊緣設(shè)計對轉(zhuǎn)矩的影響

無托槽隱形矯治器的齦邊緣設(shè)計會影響牙齦的健康狀況，延伸矯治器齦邊緣會提高固位力，增加牙齒移動的表達(dá)率，但是齦邊緣太靠近牙齦時會刺激牙齦，同時影響頰舌向矯治力。ELKHOLY[21]研究發(fā)現(xiàn)無托槽隱形矯治器的齦邊緣的曲率會加強矯正器的施力強度。COWLEY[22]發(fā)現(xiàn)隨矯治器邊緣縮短，固位力也相應(yīng)降低。張琦[23]利用三維有限元模擬牙周病時牙齒的受力情況，矯治器邊緣縮短1 mm，下前牙平均脫位力減小11.17%～21.01%；矯治器邊緣縮短1.5 mm，下前平均牙脫位力減小20.40%～34.71%。隨著矯治器邊緣縮短，牙周膜應(yīng)力和下前牙脫位力明顯減小，所以隨著脫位力的減小，矯治器對牙齒的控制力也會減小，因而當(dāng)無托槽隱形矯治器邊緣縮短時，要加強對下前牙的轉(zhuǎn)矩控制。

4 無托槽矯治中過矯治設(shè)計對轉(zhuǎn)矩的影響

任何正畸矯治器施加在牙齒上的力并不是影響牙齒移動的唯一因素，重要的是要考慮到矯治器局部應(yīng)力。在無托槽隱形矯治技術(shù) 中，轉(zhuǎn)矩主要是通過矯治器在切牙邊緣變形而產(chǎn)生的，因此建議設(shè)計上前牙轉(zhuǎn)矩要預(yù)設(shè)過矯正，以達(dá)到預(yù)期的轉(zhuǎn)矩角度[24]。李德水[25]發(fā)現(xiàn)設(shè)計過矯正的牙齒相對于未設(shè)計過矯正的牙齒，對轉(zhuǎn)矩控制增加了39%，說明過矯正設(shè)計可增加牙齒移動過程中的轉(zhuǎn)矩移動的效率。

不同系統(tǒng)的固定矯治器轉(zhuǎn)矩角度不同，當(dāng)今的無托槽隱形矯治技術(shù)中，由于不同品牌的數(shù)據(jù)不同，所以每一步的移動量、轉(zhuǎn)矩角度都不一樣，所以設(shè)計的過矯正量也不同，但是目前沒有關(guān)于不同品牌之間的關(guān)于過矯正量的對比。同時需要注意的是，控制過矯正的設(shè)計量，因為設(shè)計過大的轉(zhuǎn)矩量可能會對牙齒有過大的矯治力，避免造成牙根吸收等情況發(fā)生。

5 牙齒的解剖形態(tài)在無托槽隱形矯治技術(shù)中對轉(zhuǎn)矩的影響

與固定矯治器一樣，牙齒的解剖形態(tài)同樣影響無托槽隱形矯治器的轉(zhuǎn)矩表達(dá)。當(dāng)牙齒與矯治器接觸時，矯治力通過矯治器與牙冠的接觸傳遞，并將牙齒移動至預(yù)設(shè)的位置。由于這一特點，牙冠解剖結(jié)構(gòu)會對牙齒移動產(chǎn)生很大的影響，牙冠較短的牙齒與矯正器的接觸面較少，與牙冠較大且固位力較高的牙齒相比，轉(zhuǎn)矩表達(dá)的效率較低[26]。不僅是不同牙齒的形狀會影響轉(zhuǎn)矩，即使是同一顆牙的每個面的形狀也會影響轉(zhuǎn)矩。ELKHOLY[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于牙齒的幾何形狀導(dǎo)致矯治器的腭側(cè)頸部的應(yīng)力增強，切牙的頸部腭側(cè)矯治力高于唇側(cè)矯治力，因為腭側(cè)頸部的特殊形狀使得無托槽隱形矯治器的邊緣收緊，所以牙齒和矯治器更加貼合，牙齒受到的矯治力更大。

牙冠會影響矯治器的形狀，同樣牙根也會影響牙齒的移動。GRüNHEID[2]研究認(rèn)為，無托槽隱形矯治器不能完全表達(dá)治療計劃中預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)矩，可能是因為磨牙的牙根的表面積大、磨牙的牙根接近骨皮質(zhì)及牙根的周圍組織限制牙齒移動等因素，所以需要更大的力才能移動牙齒。

牙齒的形狀會影響無托槽隱形矯治器的厚度。LOMBARDO等[27]研究發(fā)現(xiàn)，無托槽隱形矯治器在牙弓的不同區(qū)域之間的厚度各不相同，切牙和尖牙區(qū)厚度為0.55 mm，磨牙區(qū)厚度為0.62 mm。MANTOVANI[20]的研究，用同樣厚度為0.75 mm的膜片，熱成型后無托槽隱形矯治器在切牙上的實際厚度為0.582～0.639 mm，尖牙上為0.569～0.644 mm，磨牙上為0.566～0.634 mm。觀察到矯治器的厚度并不均勻，也可影響無托槽隱形矯治器轉(zhuǎn)矩的控制能力。

6 無托槽矯治中相鄰牙齒關(guān)系對轉(zhuǎn)矩的影響

無托槽隱形矯治器為全包裹牙齒的矯治器，并且矯治器將牙齒連為一體，當(dāng)矯治力作用于一顆牙齒時，反作用力作用于相鄰牙齒或一組牙上。當(dāng)牙弓后段的牙齒受到轉(zhuǎn)矩力時，同一牙弓的牙齒可能都會受到影響。BOWMAN[28]研究發(fā)現(xiàn)，磨牙近中移動后支抗喪失，磨牙近中傾斜時可能影響前牙扭矩的表達(dá)。目前尚未有更多的研究報道后牙轉(zhuǎn)矩變化對前牙的影響，還需要進(jìn)一步實驗研究。

7 周圍組織對轉(zhuǎn)矩的影響

牙齒的轉(zhuǎn)矩與周圍組織有關(guān)，例如牙周膜、牙槽骨等，牙齒的阻抗中心很大程度上受周圍組織的影響。因此，牙槽骨吸收或異常長的牙根的阻力中心更靠近口方。MA[29]利用三維有限元模擬牙周病下前牙傾斜度與牙齒應(yīng)力的關(guān)系，當(dāng)移動量為0.10 mm、下前牙軸向傾斜90°時，下前牙應(yīng)力值為68 MPa，當(dāng)下前牙軸向傾斜100°，下前牙應(yīng)力值為72 MPa；當(dāng)移動量為0.15 mm、下前牙軸向傾斜90°時，下前牙應(yīng)力值為72 MPa，當(dāng)下前牙軸向傾100°，下前牙應(yīng)力值為88 MPa。隨著前牙的軸向傾斜度越大，前牙的應(yīng)力就越大，應(yīng)力主要集中在牙頸。而牙齒的阻抗中心向根部移動，轉(zhuǎn)矩增大，進(jìn)一步加劇了牙周組織的破壞[30]。

當(dāng)無托槽隱形矯治器治療牙周病時，患者的牙槽骨吸收，牙槽嵴高度降低，阻抗中心的位置位于牙槽嵴方，施加轉(zhuǎn)矩力會使牙齒脫位，造成不良的生物學(xué)反應(yīng)[31]。但是目前也有研究證實，正畸治療不會導(dǎo)致牙槽骨丟失，在某些情況下甚至牙槽骨會增加，而且牙周炎能很好控制時，正畸治療期間的牙槽骨變化很小[32]。

正畸治療中，牙槽骨厚度是治療前和治療期間應(yīng)該考慮和測量的一個因素，因為骨量可能會限制牙齒的移動和牙周健康的維持。利用CBCT研究發(fā)現(xiàn)，牙槽骨變化和牙齒轉(zhuǎn)矩變化之間存在顯著相關(guān)性[33-34]。EKSRIWONG[35]研究認(rèn)為，切牙在內(nèi)收過程中，唇側(cè)的牙槽骨伴隨著牙根的移動而發(fā)生改建，轉(zhuǎn)矩變化與牙槽骨的改建有關(guān)。切牙內(nèi)收初始移動并不是整體移動，因為牙根的根尖比頸部移動得少，牙根尖部的少量移動不足以發(fā)出信號，使相應(yīng)的牙槽骨隨著牙根的移動而重塑，而且腭部牙槽骨位置代表了上頜切牙內(nèi)收的最大邊界。前牙的頰舌向移動意在改善上下頜前牙的矢狀關(guān)系，以達(dá)到一個穩(wěn)定的前牙咬合。目前的研究證明了轉(zhuǎn)矩變化與根尖頰側(cè)牙槽骨厚度之間的顯著相關(guān)性，當(dāng)前牙轉(zhuǎn)矩超過5°時，骨改建更加明顯[36]。

隨著牙齒頰舌向移動，覆蓋在切牙根部骨質(zhì)會發(fā)生變化，加上不受控制的矯正力量，可能會導(dǎo)致唇舌側(cè)骨壁穿孔，導(dǎo)致牙齦退縮。牙齒周圍骨壁存在個體差異，準(zhǔn)確完整地評估骨骼和牙齒的關(guān)系是必要的，以防止發(fā)生牙根吸收，牙齦退縮和牙槽骨喪失等醫(yī)源性矯治的副作用。

8 口腔內(nèi)環(huán)境對轉(zhuǎn)矩的影響

口腔內(nèi)環(huán)境能使材料力學(xué)性能的改變，主要影響因素是溫度和唾液。極端的交替溫度以及升溫到口腔內(nèi)的溫度會降低材料的彈性模量，因此可能會促使正畸力的降低[37-38]。因為矯治器材料的所有彈性參數(shù)都與溫度相關(guān)，而且與材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度息息相關(guān)。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下，矯治器材料的力學(xué)性能彈性低、脆性高，而在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上則表現(xiàn)為更有彈性、更具延展性的狀態(tài)。溫度對于矯治器材料內(nèi)部的水吸收和矯治器本身的熱降解都是一個關(guān)鍵因素，它削弱分子鍵，導(dǎo)致機(jī)械性能隨時間而降解。同樣，研究發(fā)現(xiàn)矯治器在人工唾液中浸泡后，矯治器受力明顯降低[39-40]，矯治器的吸水性會影響矯正器的大小，水滲透到矯治器中會導(dǎo)致矯治器膨脹，并存在機(jī)械降解現(xiàn)象，影響與患者牙弓匹配程度，牙齒也可能受到不可預(yù)測的正畸力而失去治療效果。因此，正畸矯治器的材料應(yīng)該在模擬口腔內(nèi)環(huán)境中對其力學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的表征之后才能選擇。