五翼托槽與自鎖托槽滑動摩擦力的比較研究

張麗雯，宋立濱，張 瑾，徐寶華

?頜面美容?

五翼托槽與自鎖托槽滑動摩擦力的比較研究

張麗雯1，宋立濱2，張 瑾1，徐寶華1

（1.中日友好醫院口腔醫學中心正畸科 北京 100029 ；2. 清華大學精密儀器與機械學系 北京 100084）

目的：比較研究徐氏五翼托槽在兩種結扎方式時和Damon Q自鎖托槽沿弓絲滑動時摩擦力的變化特點，從而指導臨床應用。方法：選擇徐氏五翼托槽低摩擦結扎和傳統結扎以及Damon Q自鎖托槽，使用自主研發設計的摩擦力測試儀測量不同弓絲與托槽組合時，滑動摩擦力的大小及變化特點。結果：五翼托槽低摩擦結扎和Doman Q自鎖托槽與不同弓絲間的滑動摩擦力無顯著性差異，五翼托槽傳統結扎時摩擦力顯著高于低摩擦結扎。結論：牙齒排齊階段，使用徐氏五翼托槽低摩擦結扎可以加快牙齒排齊速度；利用滑動法關閉拔牙間隙時，前牙五翼傳統結扎及后牙齒低摩擦結扎，可以降低滑動摩擦力，同時更好地控制前牙轉矩。

摩擦力；自鎖托槽；五翼托槽；正畸；牙齒移動

自1989年Bennett和Mclaughlin[1]提出滑動直絲弓技術以來，滑動直絲弓技術已成為當今國際口腔正畸臨床上的主流技術，滑動直絲弓技術以其簡捷、高效、快速的特點，獲得各國正畸醫生的認同。在應用滑動直絲弓技術時，如何降低托槽槽溝與弓絲間的滑動摩擦力便成為正畸學者研究的熱點。徐寶華等[2]在東方人牙頜模型、顱面結構試驗測量的基礎上，設計研發出適用于東方人的個性化滑動直絲弓矯治技術，并研發出可以實現低摩擦輕力結扎和對牙齒更好控制力的徐氏五翼托槽[3]，當實行三翼結扎時，槽溝與弓絲間為低摩擦力狀態，有利于弓絲在槽溝中滑動（見圖1），當實行五翼結扎時，托槽與弓絲間為常規結扎方式，有利于弓絲對牙齒的精細調整（見圖2）。本實驗旨在比較研究徐氏五翼托槽在兩種結扎方式時和Damon Q自鎖托槽沿弓絲滑動時摩擦力的變化特點，從而指導臨床應用。

1 材料和方法

1.1 材料：選擇Damon Q自鎖托槽（Ormco公司，美國）、徐氏五翼托槽（西湖公司，中國）配合美國Ormco公司的彈力結扎圈分別進行三翼結扎和五翼結扎，兩種托槽牙位選擇上頜第二雙尖牙，槽溝尺寸均為0.022英寸系統，兩種托槽均預置2°軸傾角。弓絲選擇0.014英寸超彈性鎳鈦圓絲（非凡公司，德國）、0.016×0.022英寸鎳鈦方絲（非凡公司，德國）、0.019×0.025英寸不銹鋼方絲（3M，美國）。

1.2 摩擦力體外實驗測試裝置：該摩擦力測試裝置由清華大學精密儀器與機械學系實驗室自主研發設計，分為托槽及弓絲調節裝置、弓絲牽引裝置、數據采集和處理裝置三部分。通過弓絲角度旋轉臺調整弓絲與托槽的傾斜成角，使用弓絲牽引裝置牽引弓絲在托槽槽溝中以規定速度滑動，通過拉應力傳感器測量受力大小，并將電信號轉換為數字信號輸入計算機，通過專用軟件進行數據采集和存儲，再依據實驗前的傳感器線性度標定進行數據處理，最后得出摩擦力的真實數據，從而實現對滑動摩擦力的動態測量（見圖3）。

圖1 五翼托槽低摩擦結扎

圖2 五翼托槽傳統結扎

圖3 摩擦力測試裝置

1.3 實驗方法：所有實驗均在干態環境、室溫20℃±2℃條件下進行，測量前將所有托槽和弓絲用95%的酒精進行表面脫脂去污處理，然后用壓縮空氣吹干1min，設定弓絲以3mm/min的速度沿托槽槽溝滑動，同一根弓絲從同一起點位置開始測試,移動距離為3mm時結束測量，每次測量前通過托槽角度旋轉臺的精細調節旋鈕，逐漸增大托槽槽溝與弓絲的傾斜成角θ,并在弓絲滑動過程中保持不變,θ角分別設定為0°～9°,每種托槽與弓絲組合在各個角度測量5次,取平均值。

2 結果

應用Matlab 7.0軟件，將計算機采集的數據進行處理，并經過事先進行的電壓標定，計算得出滑動摩擦力的平均值,將計算得到的摩擦力平均值繪制成散點圖(圖4～6)。采用SPSS17.0統計軟件進行統計分析，不同結扎方式采用直線相關及回歸分析，顯著性水平α=0.05。

圖4 0.014英寸超彈性鎳鈦絲

圖5 0.016×0.022英寸NiTi方絲

圖6 0.019×0.025英寸不銹鋼方絲

從圖4可見，使用0.014英寸超彈性鎳鈦圓絲時，五翼托槽低摩擦結扎摩擦力和Doman Q自鎖托槽無顯著性差異，隨著托槽與弓絲傾斜成角增大，摩擦力增加不明顯，五翼托槽傳統結扎摩擦力大于低摩擦結扎和自鎖托槽，差異有統計學意義（P＜0.05），且當托槽與弓絲傾斜成角大于3°時，摩擦力顯著增加；圖5顯示使用0.016×0.022英寸鎳鈦方絲時，五翼托槽傳統結扎時摩擦力顯著高于低摩擦結扎和自鎖托槽，當弓絲與托槽成角大于3°時，摩擦力迅速增加，而自鎖托槽和五翼托槽低摩擦結扎隨角度增加摩擦力基本呈線性增加；圖6可見使用0.019×0.025英寸不銹鋼方絲時，五翼托槽傳統結扎時摩擦力亦高于低摩擦結扎和自鎖托槽，而使用五翼托槽傳統結扎時弓絲與托槽呈較小的角度時摩擦力迅速增加，而五翼托槽低摩擦結扎和自鎖托槽在托槽與弓絲傾斜成角大于4°時也迅速增加。

3 討論

正畸治療中，弓絲通過托槽對牙齒施加矯治力時必須先克服托槽與弓絲間的靜摩擦力才能移動，而在牙齒移動過程中滑動摩擦力便發揮主導作用[4]，而滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度以及正壓力相關，所以很多學者致力于研究如何通過改變結扎方式來減小弓絲與托槽之間的摩擦力[4-5]。臨床上，在使用滑動法關閉拔牙間隙時，牙齒并不能在弓絲上完全平行移動，當牙齒傾斜到一定程度，托槽槽溝近遠中邊緣嵴與弓絲接觸產生刻痕阻力，弓絲發生形變使牙齒直立，而較寬的托槽臨界角小，牙齒不容易傾斜，更利于滑動。基于這樣的原理，徐寶華等根據東方人顱面結構和牙頜特點，設計研發出適用于東方人的個性化滑動直絲弓矯治技術，并研發出可以實現低摩擦輕力結扎和對牙齒更好控制力的徐氏五翼托槽，當實行三翼結扎時，槽溝與弓絲間為低摩擦力狀態，有利于弓絲在槽溝中滑動，當實行五翼結扎時，托槽與弓絲間為常規結扎方式，托槽實際間距小，有利于弓絲對牙齒的精細調整。Chin-Liang Yeh等[6]對比研究了六翼托槽與被動式自鎖托槽的摩擦力，證實摩擦力大小與托槽寬度、槽溝深度有關，且六翼托槽在低摩擦結扎時與自鎖托槽的摩擦力相近，但臨床上使用六翼托槽去除結扎圈時操作復雜，五翼托槽既實現了降低摩擦力，去除結扎圈時僅使用探針勾住雙翼側便可實現，操作更方便。

以往的實驗結果顯示[7-9]，隨托槽與弓絲傾斜成角增加，滑動摩擦力幾乎呈線性增大，臨床上當牙齒發生近遠中傾斜至弓絲開始接觸槽溝齦牙合兩端時托槽與弓絲的角度為臨界角θc，當托槽與弓絲傾斜成角θ＜θc時弓絲處于被動狀態，當θ≥θc時托槽槽溝齦牙合端對弓絲施加正壓力，弓絲處于主動狀態，不同托槽和弓絲組合時，臨界角θc受到托槽寬度、槽溝大小以及弓絲尺寸的影響[10-11]。本實驗研究了五翼托槽在不同結扎方式下托槽與弓絲間滑動摩擦力的變化特點，我們看到使用 0.014英寸超彈性鎳鈦圓絲時，五翼托槽低摩擦結扎摩擦力和Doman Q自鎖托槽無顯著性差異，隨著托槽與弓絲傾斜成角增大，摩擦力增加不明顯，五翼托槽傳統結扎摩擦力大于低摩擦結扎及自鎖托槽，且當托槽與弓絲傾斜成角大于3°時，摩擦力顯著增加，可見其臨界角θc為3°左右，所以在正畸初期牙齒排齊階段使用五翼托槽低摩擦結扎配合小尺寸高彈性鎳鈦絲可以實現與自鎖托槽同樣的快速排齊效果；使用0.016×0.022英寸鎳鈦方絲時，五翼托槽傳統結扎時摩擦力顯著高于低摩擦結扎和自鎖托槽，當弓絲與托槽成角大于3°時，摩擦力迅速增加，而自鎖托槽和五翼托槽低摩擦結扎隨角度增加摩擦力基本呈線性增加，所以在使用鎳鈦方絲階段若需要繼續排齊整平牙列，可以使用五翼托槽低摩擦結扎，若需要打開咬合或實現牙齒轉矩控制，可以使用五翼托槽傳統結扎方式；使用0.019×0.025英寸不銹鋼方絲時，五翼托槽傳統結扎時摩擦力亦高于低摩擦結扎和自鎖托槽，當托槽與弓絲呈較小的角度時摩擦力迅速增加，而五翼托槽低摩擦結扎和自鎖托槽在托槽與弓絲傾斜成角大于4°時也迅速增加，可見使用五翼托槽傳統結扎時臨界角θc小于低摩擦結扎和自鎖托槽，當牙齒發生傾斜，在較小的角度時弓絲與托槽槽溝邊緣接觸，牙齒便在弓絲的回彈作用下實現正軸，所以臨床中使用大尺寸弓絲傳統結扎時牙齒不容易發生傾斜或扭轉，更有利于精確控制牙齒的位置，而使用五翼托槽低摩擦結扎可以實現近似于自鎖托槽的低摩擦力，所以在使用滑動法關閉拔牙間隙過程中，后牙區使用五翼托槽低摩擦結扎可以有效降低滑動摩擦力，前牙區使用五翼托槽傳統結扎可以更好地控制前牙轉矩，既加快了矯治速度，又可以更好地進行牙齒的三維控制。本實驗使用摩擦力測試儀研究了五翼托槽不同結扎方式下滑動摩擦力的變化特點，但摩擦力受到托槽工藝、口內環境、操作方式等影響，且五翼托槽美觀性及舒適程度略遜于進口托槽，其具體臨床效果我們將在進一步的臨床研究中闡述。

4 結論

正畸初期牙齒排齊階段，使用徐氏五翼托槽低摩擦結扎可以達到與自鎖托槽近似的摩擦力值，從而加快牙齒排齊速度；在使用滑動法關閉拔牙間隙時，前牙五翼傳統結扎及后牙低摩擦結扎，可以降低滑動摩擦力，同時防止前牙傾斜。而在治療后期使用五翼托槽傳統結扎可以更好地實現牙齒的精細調整，但其臨床效果有待于進一步研究 。

[1]Bennett JC, Mclaughlin RP. Orthodontic Treatment Mechanics and the Preadjusted Appliance[M]. England: Wolge Publishing,1993:1-5.

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Comparison of Frictional Resistance to Sliding between Five Wings Bracket and Selfligation Bracket

ZHANG Li-wen1, SONG Li-bin2, ZHANG Jin1, XU Bao-hua1
(1.Department of Stomatology,China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029,China;2.Department of Precision Instruments and Machinery, Tsinghua University, Beijing 100084,China)

Objective To investigate the frictional resistance to sliding using f i ve wings bracket with two kinds of ligation and Damon Q self-ligating bracket. Methods Five wings bracket with low friction ligation and traditional ligation and Damon Q self-ligating bracket were coupled with 3 types of archwires. The resistance to sliding of each archwire-bracket couple was measured using friction testing apparatus. Results There is no significant difference between five wings bracket with low friction ligation and self-lagation bracket. The sliding friction value of f i ve wings bracket with traditional ligation was higher than them. Conclusion At the leveling stage, the f i ve wings bracket with low friction ligation can make the alignment much easier. At the sliding stage , the posterior teeth using low friction ligation can lower the friction to sliding and the anterior teeth using traditional ligation can make better control of teeth.

friction;self-ligating bracket;f i ve wings bracket;orthodontic;tooth movement

R783.5

A

1008-6455（2017）05-0098-03

2017-03-21

2017-04-30

編輯/李陽利

徐寶華，中日友好醫院口腔醫學中心科主任、主任醫師、教授；主要研究方向：口腔正畸美學及生物力學研究；E-mail：zrkqxbh@163.com