新型转矩辅弓联合种植体对上切牙控根移动的有限元分析及临床研究

摘要

目的：
　　在正畸拔牙矫治中，针对上颌切牙大量内收后出现的牙冠舌倾现象，我们前期发明了一种新型转矩辅弓用于上颌切牙的转矩控制。本课题旨在量化研究该新型转矩辅弓在上颌切牙控根治疗中的临床效果，并通过三维有限元的方法，建立不同矫治状态、不同支抗、不同转矩施力方式对上颌切牙控根的矫治力系，探讨出最佳的上颌切牙控根移动方法。以期为临床治疗提供生物力学指导，为该新型转矩辅弓的进一步推广应用提供可靠依据。
　　方法：
　　1、采用不同支抗、不同转矩施力方式对上颌切牙控根的三维有限元分析
　　(1)建立上颌切牙转矩控制力系的三维有限元模型
　　通过CBCT扫描个别正常(牙合)成年志愿者颌骨，将数据导入Mimics软件进行颌骨三维重建，运用逆向工程软件Geomagic去除噪点，修整边缘形态，并经过自动曲面优化后生成单个的颌骨、牙齿光滑实体模型。CAD软件建模托槽、弓丝、转矩辅弓、微种植体，在SolidWorks软件中组合实体模型，得到上颌骨-组牙-托槽-弓丝-微种植体-转矩辅弓体系的几何模型。在ANSYS软件中对实体模型进行单元网格划分，设置材料属性，设置接触关系，生成三维有限元模型。
　　(2)上颌切牙转矩控制力系的三维有限元分析
　　模拟关闭拔牙间隙过程中及拔牙间隙关闭完全后两种状态下，使用不同的支抗，并在上颌中切牙区域分别实施弓丝加转矩、转矩辅弓、以及两者联合运用的情况下，计算上颌中切牙的瞬时位移、牙周膜应力分布及大小。根据不同矫治状态、不同支抗、不同转矩施力方式将研究分为四组，包含以下14种工况:
　　第一组:关闭拔牙间隙过程中，以上颌第一磨牙作为支抗内收上前牙。
　　1A:弓丝加转矩;1B:转矩辅弓;1C:弓丝转矩+转矩辅弓;1D:不加任何转矩力
　　第二组:关闭拔牙间隙过程中，以上颌微种植体作为支抗内收上前牙。
　　2A:弓丝加转矩;2B:转矩辅弓;2C:弓丝转矩+转矩辅弓;2D:不加任何转矩力
　　第三组:拔牙间隙关闭完全后，用结扎丝将牵引钩与同侧上颌第一磨牙颊面管硬性回扎稳定主弓丝。
　　3A:弓丝加转矩;3B:转矩辅弓;3C:弓丝转矩+转矩辅弓
　　第四组:拔牙间隙关闭完全后，用结扎丝将牵引钩与同侧上颌微种植体硬性回扎稳定主弓丝。
　　4A:弓丝加转矩;4B:转矩辅弓;4C:弓丝转矩+转矩辅弓。
　　内收上颌前牙的每侧牵引力值均设置为115g，弓丝加转矩的力值为4.5N·mm，转矩辅弓的力值大小为1.5N·mm。
　　2、新型转矩辅弓对上切牙控根移动的临床疗效研究
　　收集25例正在接受正畸直丝弓拔牙矫治的患者，在关闭完拔牙间隙后，出现上颌切牙直立甚至舌倾的情况，对其使用新型转矩辅弓进行上颌切牙的控根治疗，在治疗前、治疗3个月时、治疗后拍摄X线头颅侧位片分析以下指标的变化:Max1-SN角、Max1-NA角、SNA角、SN垂线-根尖距、SN垂线-切端距，运用SPSS软件对结果进行“均数±标准差”统计学描述，并对治疗前后结果进行两独立样本t检验。
　　结果：
　　1、不同支抗、不同转矩施力方式对上颌切牙控根的三维有限元分析
　　(1)牙齿的瞬时位移方向及大小
　　①第一组:在关闭拔牙间隙过程中，上颌第一磨牙作为支抗，4个小组的牙齿移动趋势为:上颌切牙在牵引力的作用下产生舌向移动，切端的舌向位移大于根尖舌向位移。4个小组的切端-根尖位移差:1D＞1A＞1B＞1C，切端-根尖位移差越大，说明牙齿舌倾现象越明显;牙齿切端位移从大到小排列亦为:1D＞1A＞1B＞1C;根尖位移:1D最小，1A、1B、1C基本相同。
　　②第二组:在关闭拔牙间隙过程中，微种植体作为支抗，4个小组的切牙位移结果与第一组各项相似，上颌切牙在牵引力的作用下产生舌向移动，切端的舌向位移大于根尖舌向位移。4个小组的切端-根尖位移差:2D＞2A＞2B＞2C，切端-根尖位移差越大，说明牙齿舌倾现象越明显;牙齿切端位移:2D＞2A＞2B＞2C，根尖位移:2A最大，2D最小，2B和2C基本相同。说明上颌切牙在微种植体支抗内收过程中产生牙冠舌倾移动，对上切牙施加转矩力，能减缓舌倾现象，但不能完全避免;空白对照组的舌倾现象最明显，弓丝加转矩组第二，其次是转矩辅弓组，弓丝转矩+转矩辅弓联合应用时，上颌切牙舌倾最不明显。
　　③第三组:拔牙间隙关闭完全后，牵引钩与同侧上颌第一磨牙颊面管硬性回扎，3个小组的切牙移动趋势为:牙冠及牙根上1/2部分均向唇侧移动，根尖1/2部分产生舌向移动，牙齿切端的唇向位移大于根尖舌向位移。在不同转矩力作用下，3个小组切牙各个部位位移从大到小依次为:3C＞3B＞3A。说明上颌切牙在转矩力作用下产生牙冠唇倾移动;弓丝加转矩的方式对牙齿的控根移动作用不如转矩辅弓，弓丝转矩+转矩辅弓联合应用对牙齿的控根移动作用最大。
　　④第四组:拔牙间隙关闭完全后，牵引钩与同侧微种植体硬性回扎，3个小组的切牙移动趋势为:牙冠切端1/3唇向、前上方移动，牙冠颈部及整个牙根舌向移动，根尖的舌向位移大于牙颈部的舌向位移。3个小组切牙各个部位位移从大到小依次为:4C＞4B＞4A。说明上颌切牙在转矩力作用下产生牙根整体舌向移动，达到控根移动的理想效果;弓丝加转矩的方式对牙齿的控根移动作用不如转矩辅弓，弓丝转矩+转矩辅弓联合应用对牙齿的控根移动作用最大。
　　(2)牙周膜应力分布
　　①第一组:牙周膜应力最大值主要集中在唇舌侧颈部及根上部分，牙周膜应力大小比较:1D＞1A＞1B＞1C。空白对照组的牙周膜应力值最大，增加转矩力，牙周膜应力值减小，说明牙周膜应力主要来源于牵引力作用，对牙齿施加转矩力可以抵消部分牵引力的作用，从而使牙周膜应力值减小。
　　②第二组:与第一组结果相似，牙周膜应力最大值主要集中在唇舌侧颈部及根上部分，牙周膜应力大小比较:2D＞2A＞2B＞2C。空白对照组的牙周膜应力值最大，说明在牵引关隙的过程中，对牙齿施加转矩力，牙周膜应力值随着转矩力的增加而减小。
　　③第三组:3个小组的牙周膜应力分布较均匀，最大应力主要在唇、舌侧颈部位置，应力大小为:3C＞3B＞3A，说明在关闭完拔牙间隙后，对上颌切牙施加转矩力越大，牙周膜应力越大。
　　④第四组:3个小组的牙周膜应力分布较均匀，最大应力位于唇侧颈部位置。应力大小为:3C＞3B＞3A，说明在关闭完拔牙间隙后，对上颌切牙施加转矩力，牙周膜应力值随着转矩力的增加而增大，但应力均在安全范围内。
　　2、新型转矩辅弓的临床疗效
　　25例患者平均疗程5.9±0.9个月，治疗后，患者Max1-SN角、Max1-NA角增大，SN垂线-切端距增大，SN垂线-根尖距减小，差异有统计学意义（P＜0.05），SNA角减小，但差异无统计学意义(P＞0.05)。说明在新型转矩辅弓的作用下，上颌切牙产生牙根舌向、牙冠唇向的控根移动，达到纠正牙轴舌倾的矫治目的。
　　结论：
　　1、在关闭拔牙间隙过程中，上颌切牙在牵引力的作用下产生内收的同时伴有牙冠舌倾移动，使用弓丝加转矩、转矩辅弓等方式对牙齿施加转矩力能减轻舌倾移动的现象，但不能完全避免。转矩力越大，舌倾改善越明显。
　　2、拔牙间隙关闭完全后对上颌切牙施加转矩力，能增大切牙转矩度，使用传统支抗时，上颌切牙主要发生牙冠唇倾移动;使用种植体支抗时，上颌切牙主要发生牙根舌向移动，达到理想的控根治疗目的。
　　3、新型转矩辅弓对牙齿的舌向控根作用优于弓丝加转矩，转矩辅弓与弓丝转矩两者联合应用对牙齿的舌向控根效果最好。
　　4、对上颌切牙施加转矩力，牙周膜应力主要集中在唇、舌侧的颈部位置，在牵引力关闭拔牙间隙的作用下，局部应力值超过牙周膜能承受的上限，对切牙施加转矩力，牙周膜应力值减小;在关闭完拔牙间隙后使用转矩力，牙周膜应力值随着转矩力的增大而增大，但应力值在安全范围内。
　　5、新型转矩辅弓能对上颌切牙产生增大转矩的效果，对于上颌切牙转矩控制安全、有效。

目录

声明

缩略语表

摘要

第一章 前言

第二章 上颌切牙转矩控制力系的三维有限元非线性模型的建立

2．1 材料和方法

2．2 结果

2．3 讨论

第三章 上颌切牙转矩控制力系的三维有限元分析

3．1 材料和方法

3．2 结果

3．3 讨论

第四章 新型转矩辅弓对上切牙转矩控制的临床疗效研究

4．1 材料和方法

4．2 结果

4．3 讨论

全文小结

参考文献

文献综述 上颌切牙转矩控制的方法及研究现状

研究生期间所得成果

致谢