两种颌托在颊侧多曲簧作用下对牙齿作用力的对比实验

陈 萍，王培军，石瑛琦，徐实谦，侯 录

颊侧多曲簧活动矫治器是由侯录教授研发，并于2006年获得国家专利[1]的一种新型矫治器(图1)，可用于治疗乳牙期、替牙期及恒牙早期安氏Ⅲ类错牙合畸形[2]。其组成包括上下颌托、左右成对的多曲簧和固位管，成对的多曲簧通过固位管将上、下颌托连在一起，使上下颌形成一个整体[3]。其矫治原理[4]是利用颊侧多曲簧独特的形态特征，形成近远中方向的颌间交互支抗力，对颊侧多曲簧垂直曲加力，使得矫治力通过颌托作用于全牙列，通过牙列传导至上、下颌骨，推上颌向前、下颌向后，达到促进上颌向前发育、抑制下颌过度向前发育的目的。

a：正面观；b：侧面观图1 颊侧多曲簧活动矫治器Fig.1 The buccal multiloop removable appliance

颊侧多曲簧活动矫治器投入临床应用多年，对安氏Ⅲ类错牙合畸形患儿产生的良好矫治效果是值得肯定的，但随着矫治进程的发展，颊侧多曲簧活动矫治器的应用也显现了一些不足之处，比如对部分患儿前牙唇倾度有一定的影响,出现上前牙唇向倾斜、下前牙舌向倾斜的现象。

以往关于颊侧多曲簧活动矫治器的实验，主要包括多曲簧矫治力方面的相关研究[5-10]、矫治前后颌面部软硬组织变化的相关研究[11-12]、多曲簧疲劳断裂问题的研究[4,13-14]、矫治器对颞下颌关节影响的相关研究[15-16]等。目前，尚未有关于不同材料颌托与上下颌前牙唇舌向倾斜关系的研究。传统的颌托由自凝树脂材料制成，其主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯。但随着材料学的发展，热压膜材料在正畸领域得到了广泛的应用[17-19],也可用于颌托的制作。本实验将对自凝树脂和Kombiplast热压膜片制作的颌托，在不同长度的颊侧多曲簧矫治力作用下，分别对上、下颌中切牙产生的力值进行测量，并分析比较随着多曲簧长度的增加，两种颌托对上中切牙唇向、下中切牙舌向的力值大小变化，以期找到合适的材料代替自凝树脂制作颌托，为解决临床应用颊侧多曲簧矫治器矫治安氏Ⅲ类错牙合畸形过程中,部分患者出现前牙唇舌向倾斜的问题提供一种新思路。

1 材料与方法

1.1 样本特征

取安氏Ⅲ类错牙合畸形患者口内模型(双侧第一磨牙为近中关系，前牙反牙合)，扫描后应用Magics软件将上颌中切牙腭侧面、下颌中切牙唇侧面制成平面(平面大小10 mm×10 mm，可保证放置薄膜压力传感器7 mm×7 mm的大小尺寸，因下颌单个中切牙唇面的面积过小，故将下颌左右中切牙的唇面制成一个平面；平面方向与牙体长轴方向一致)，经3D打印获得树脂模型。

1.2 材料及设备

1.2.1 实验材料 3 mm厚的Kombiplast膜片(Dreve,德国)；自凝牙托粉、牙托水(日进齿科材料有限公司,日本)；直径0.8 mm国产医用不锈钢丝(上海齿科医疗器械厂，上海)；固位管(杭州爱丽丝有限公司，杭州)。

1.2.2 设备 正压压膜机(图2a)；RFP薄膜压力传感器(宇博智能)微力测试系统(图2b)；颊侧多曲簧空间三维测力仪(图2c)；仿真模拟开闭口测试仪(图2d)。

a：正压压膜机；b：薄膜压力传感器； c：颊侧多曲簧空间三维测力仪； d：仿真模拟开闭口测试仪图2 实验设备Fig.2 Experimental equipment

1.3 RFP薄膜压力传感器微力测试系统

组成：RFP薄膜压力传感器(宇博智能)、RFP-ZHII转换模块(宇博智能)、电压表、电源。

工作原理：RFP薄膜压力传感器厚度为0.2 mm,由两片很薄的聚酯薄膜组成，两片薄膜内表铺设导体及半导体，当外力作用到传感点上时，其电阻值会随着外力成规律变化。压力为零时，电阻值最大，压力越大，电阻值越小。

RFP薄膜压力传感器可对任何接触面的压力进行静态和动态测量，将其置于颌托与牙面之间，且与颌托、牙面间无间隙。多曲簧加力后矫治力通过颌托作用于牙面，薄膜压力传感器感应区域受力后将压力信号转换为电阻信号，通过RFP-ZHII转换模块将电阻信号转化为电压信号输出在电压表上，薄膜压力传感器所受压力越大，电压示数越小。

1.4 实验前准备

制取3D打印树脂模型的石膏模型，在石膏模型上分别制作自凝树脂材料颌托和热压膜材料颌托(保证颌托厚度均匀一致)。因样本模型上下颌牙列左右拥挤度不一致，右侧上颌尖牙颊向错位，为确保两侧多曲簧打开相同长度后产生的力值对称相等，先将固位管定位粘结于颌托左侧上颌尖牙及下颌第一磨牙临床冠中心。以左侧上颌尖牙与下颌第一磨牙临床冠中心到上颌中线的距离为标准，对称粘结右侧上颌尖牙区及下颌第一磨牙区固位管，使颌托左右两侧固位管中心之间的水平距离相等，尽量达到两侧多曲簧打开相同长度后的力值相等的目的。由同一人按照统一规格尺寸(高18 mm,长26.5 mm)弯制成左右成对的颊侧多曲簧，并用样规进行检测。完成颊侧多曲簧活动矫治器各组成部分的制作。

1.5 实验步骤

1.5.1U-F线性关系的校准 将RFP薄膜压力传感器(量程0～500 g)固定于平面板，使用颊侧多曲簧空间三维测力仪对薄膜压力传感器(按照10 g、20 g、30 g…500 g)依次加力，分别读出薄膜压力传感器微力测试系统电压表上显示的电压值(U)，重复测量10次，取平均值，得到的电压-力值(U-F)数据。利用软件MATLAB绘制U-F线性关系图(图3)，并得出U-F线性关系式y=1.604×e-0.08359x+3.426×e-0.002342x。

1.5.2 两种颌托在颊侧多曲簧矫治力作用下牙齿的受力测试 ①3D打印树脂模型于下颌最大后退位上牙合架，牙合架安装在仿真模拟开闭口测试仪上，佩戴颊侧多曲簧活动矫治器，通过调整测试仪模拟临床矫治过程中的闭口位状态。在闭口位时，将薄膜压力传感器置于颌托组织面与测试牙面之间，调整两侧多曲簧长度使其安装于固位管后不产生矫治力。打开电源，待电压稳定后记录多曲簧矫治力为零时测试牙面上薄膜压力传感器的初始电压值U0。再将多曲簧逐次矢状向打开2 mm、4 mm、6 mm、8 mm、10 mm，记录多曲簧不同长度下测试牙面上薄膜压力传感器的电压值(U1～U5)。每测试牙面取5对多曲簧样本，进行5次重复实验。②根据U-F线性关系式y=1.604×e-0.08359x+3.426×e-0.002342x，将多曲簧不同长度下测试牙面上薄膜压力传感器的电压值(U0～U5)转化为相对应的力值(F0～F5)。将F1～F5分别与多曲簧矫治力为零时测试牙面上薄膜压力传感器受到的压力值F0作差，得到的差值ΔF，即为在不同长度多曲簧作用下两种颌托对牙齿的力值。

1.6 统计学分析

采用SPSS 24.0统计软件进行分析，对两种颌托在不同长度多曲簧作用下对牙齿的力值结果进行独立样本t检验，P<0.05时表示差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 左上中切牙在两种颌托作用下的力值

两种材料颌托在颊侧多曲簧的作用下对左上中切牙唇向的力值见表1。随着多曲簧长度的增加，两种颌托对其唇向的力值均增大。多曲簧打开2 mm时，两种颌托对左上中切牙唇向的力值最小，热压膜颌托作用下的力值为(0.27±0.04)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(4.04±1.54)g。多曲簧打开10 mm时，两种颌托对左上中切牙唇向的力值最大，热压膜颌托作用下的力值为(1.34±0.08)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(20.78±2.31)g。在多曲簧打开相同长度时，热压膜颌托对其唇向的力值均小于自凝树脂颌托，力值的差异具有统计学意义(P<0.05)。

图3 U-F线性关系图Fig.3 U-F linear relationship

表1 两种颌托作用下的左上中切牙唇向力值的对比Tab.1 Comparison of labial force values of maxillary left central incisor under the action of two kinds of bases

2.2 右上中切牙在两种颌托作用下的力值

两种材料颌托在颊侧多曲簧的作用下对右上中切牙唇向的力值见表2。随着多曲簧长度的增加，两种颌托对其唇向的力值均增大。多曲簧打开2 mm时，两种颌托对右上中切牙唇向的力值最小，热压膜颌托作用下的力值为(0.12±0.11)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(4.44±2.72)g。多曲簧打开10 mm时，两种颌托对右上中切牙唇向的力值最大，热压膜颌托作用下的力值为(1.20±0.13)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(22.12±6.21)g。在多曲簧打开相同长度时，热压膜颌托对其唇向的力值均小于自凝树脂颌托，力值的差异具有统计学意义(P<0.05)。

表2 两种颌托作用下的右上中切牙唇向力值的对比Tab.2 Comparison of labial force values of maxillary right central incisor under the action of two kinds of bases

2.3 下中切牙在两种颌托作用下的力值

两种材料颌托在颊侧多曲簧的作用下对下中切牙舌向的力值见表3。随着多曲簧长度的增加，两种颌托对其舌向的力值均增大。多曲簧打开2 mm时，两种颌托对下中切牙舌向的力值最小，热压膜颌托作用下的力值为(0.20±0.08)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(3.05±1.16)g。多曲簧打开10 mm时，两种颌托对下中切牙舌向的力值最大，热压膜颌托作用下的力值为(1.58±0.15)g，自凝树脂颌托作用下的力值为(19.30±2.68)g。在多曲簧打开相同长度时，热压膜颌托对其舌向的力值均小于自凝树脂颌托，力值的差异具有统计学意义(P<0.05)。

表3 两种颌托作用下的下中切牙舌向力值的对比Tab.3 Comparison of lingual force values of mandibular central incisors under the action of two kinds of bases

3 讨 论

何志伟等[2]对 31 例早期安氏Ⅲ类错牙合畸形患者采用颊侧多曲簧活动矫治器进行矫治，并对患者矫治前后头颅侧位片中反映硬组织之间关系的指标进行测量分析，结果发现患者矫治后上颌长度增加并向前移动；下颌位置发生改变，向下后方向生长；上下颌骨矢状向关系趋于正常，骨性Ⅲ类面型得到改善；上前牙前移，下切牙的长轴舌向倾斜。说明颊侧多曲簧活动矫治器的矫治力主要作用于上下颌骨，产生骨性效应，促进了上颌向前生长发育，抑制了下颌的过度生长发育, 并使下颌功能性后退。但矫治器也对前牙产生了不良的牙性效应，即部分患者出现不同程度的上前牙唇倾及下前牙舌倾的现象。

有文献报道，为了防止矫治过程中前牙唇舌向倾斜问题的发生，采取对矫治器上颌托上前牙腭侧的相应组织面和下颌托下前牙唇侧的相应组织面进行缓冲的办法，减少颌托对上前牙的唇向作用力、下前牙的舌向作用力[3]。这说明在矫治过程中上颌前牙的腭侧面与下颌前牙的唇侧面为矫治力的主要作用面。因此本实验主要测量上颌前牙的腭侧面与下颌前牙的唇侧面在两种颌托作用下的力值。

随着多曲簧长度依次增加2、4、6、8、10 mm，两种材料颌托对上颌中切牙唇向、下颌中切牙舌向的力值均增大。这说明随着多曲簧长度的增加，多曲簧的矫治力不断增大，矫治器通过颌托对上、下颌中切牙的作用力变大。在多曲簧打开相同长度时，热压膜颌托对上颌中切牙唇向的力值和对下颌中切牙舌向的力值明显小于自凝树脂颌托作用下的力值。这可能与两种材料的结构性质和力学性能有关。本实验中应用的Kombiplast膜片是一种具有双层结构的内软外硬的热压膜材料，临床可用于制作齿科夹板、软硬牙合垫、运动护齿、牙齿美白托盘及正畸辅助器械。Kombiplast内层软质膜片主要成分为乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate, EVA)，其弹性模量较小，柔韧性及抗冲击性较强[20-21]。EVA能吸收大部分的冲击能量，具有显著的缓冲能力，可对牙齿起到有效的缓冲保护作用并提高患者舒适度[22]。研究发现相同厚度(3 mm)Kombiplast热压膜材料的弹性模量明显低于自凝树脂材料的弹性模量[23]。弹性模量小的EVA材料可有效地减少传递到其内部物体上的力值[24]。因此受到相同的矫治力时，Kombiplast热压膜颌托在产生形变的过程中，内层软质材料的缓冲作用会增加外力与牙齿的接触时间，使牙齿的瞬时受力减小；同时力量分散至牙齿周围的结构，如牙周韧带和牙槽骨[21]。

Kombiplast外层硬质膜片主要成分为聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate glycol, PETG)，其具有突出的韧性、高的抗冲击强度，可为紧咬牙或磨牙的患者提供力量支撑[21,25]。研究发现Kombiplast膜片外层的硬度比自凝树脂的硬度大[23]。硬度大的材料发生的形变小，故在多曲簧的作用力下Kombiplast热压膜颌托本身的形变小，有利于矫治力的有效发挥[21]。

本实验为体外模拟实验，复杂的口腔环境会使材料的理化性质发生一定的改变，影响实验结果。尽管按照统一标准弯制颊侧多曲簧并用样规检验，但人工弯制仍存在少许误差。本实验主要比较上颌中切牙腭侧面及下颌中切牙唇侧面在两种颌托作用下的力值大小，未测量矫治力作用下上下颌中切牙唇舌侧受到的合力，但上颌中切牙腭侧面及下颌中切牙唇侧面为矫治力的主要作用面，其受力的方向与矫治力对牙齿的合力方向一致，所以实验结果可以用来比较两种颌托材料对牙齿的作用力大小。

4 结 论

相较于自凝树脂，热压膜材料制成的颌托对上下颌中切牙的力值小，能够减少上下颌中切牙的倾斜，减轻牙效应。