雷鳴，田華，鄧剛

(1吉林省消防總隊(duì)醫(yī)院口腔科，吉林長(zhǎng)春130061;2焦作市人民醫(yī)院口腔科，河南焦作454002)

正畸用熱激活與超彈鎳鈦弓絲力學(xué)性能比較研究

雷鳴1，田華2，鄧剛2

(1吉林省消防總隊(duì)醫(yī)院口腔科，吉林長(zhǎng)春130061;2焦作市人民醫(yī)院口腔科，河南焦作454002)

目的:通過(guò)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)?zāi)M鎳鈦弓絲在矯正過(guò)程的受力狀態(tài)，比較超彈和熱激活8種鎳鈦弓絲的力學(xué)性能差異，為口腔正畸臨床診治中選擇鎳鈦弓絲提供依據(jù)。方法:實(shí)驗(yàn)選取國(guó)內(nèi)外四個(gè)主要品牌(TP、NIC、IMD、3M)，規(guī)格為0．016英寸超彈和熱激活鎳鈦弓絲，實(shí)驗(yàn)在37℃進(jìn)行以模擬真實(shí)口腔環(huán)境溫度，記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程各種弓絲的載荷-位移變化曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)比分析曲線(xiàn)平臺(tái)期平均卸載力和平臺(tái)期長(zhǎng)度研究各種弓絲的力學(xué)性能差異。結(jié)果:8種鎳鈦合金弓絲的卸載曲線(xiàn)都呈現(xiàn)明顯的平臺(tái)期，不同品牌的超彈和熱激活鎳鈦弓絲的平臺(tái)期平均卸載力和平臺(tái)期長(zhǎng)度都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0．05)。TP與NIC平均卸載力較小，相同品牌的熱激活弓絲與超彈弓絲相比，平臺(tái)期平均卸載力更小，平臺(tái)期長(zhǎng)度更長(zhǎng)。結(jié)論:8種鎳鈦弓絲都具有超彈性能，不同品牌的鎳鈦弓絲的機(jī)械性能具存在明顯差異，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲相比會(huì)產(chǎn)生更輕而持久的矯治力。

鎳鈦弓絲;超彈性;熱激活;力學(xué)性能

理想的矯治力是臨床牙科醫(yī)生對(duì)正畸弓絲力學(xué)性能的終極追求，并能夠使牙齒快速移動(dòng)而對(duì)牙齒本身及牙周組織不造成損傷。鎳鈦合金弓絲因其良好的回彈性、持續(xù)柔和的矯治力及優(yōu)良的生物相容性在正畸臨床治療中得到廣泛應(yīng)用［1～3］。正畸用鎳鈦合金弓絲分為三類(lèi):第一代普通鎳鈦合金弓絲，第二代超彈鎳鈦弓絲和第三代熱激活鎳鈦弓絲。目前臨床使用的鎳鈦弓絲主要是第二、三代，均具有超彈性，即其載荷-位移曲線(xiàn)不符合虎克定律，當(dāng)弓絲彎曲變形超過(guò)一定程度后，繼續(xù)增加弓絲彎曲度，載荷并沒(méi)有明顯增大，載荷-位移曲線(xiàn)呈現(xiàn)一近乎平坦的平臺(tái)［4，5］，卸載時(shí)也是先形成一平臺(tái)，之后隨著彎曲變形程度下降，載荷迅速減小，卸載后弓絲恢復(fù)原狀。鎳鈦弓絲超彈性的存在，保證了穩(wěn)定而持久的矯治力的可能，將有利于精確控制臨床力值［6］。早在1999年，Nakano H等［7］對(duì)比研究了9個(gè)品牌的42種正畸鎳鈦合金弓絲，發(fā)現(xiàn)不同品牌0．016英寸的圓絲在撓曲1．5mm時(shí)產(chǎn)生的矯治力差別可達(dá)136g，0．016×0．022英寸的矯治力差別可達(dá)337g。Luca Lombardo［8］等研究也發(fā)現(xiàn)不同品牌的弓絲平均卸載力、平臺(tái)期長(zhǎng)度差別顯著。因此本文重點(diǎn)關(guān)注卸載曲線(xiàn)，并選擇超彈比率、平臺(tái)期平均卸載力和平臺(tái)期長(zhǎng)度來(lái)描述卸載曲線(xiàn)的特點(diǎn)。

1 鎳鈦弓絲力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

所選用正畸鎳鈦弓絲規(guī)格名稱(chēng)見(jiàn)表1。弓絲質(zhì)量要求未經(jīng)臨床使用，末端平直，沒(méi)有彎曲、折痕和刻痕，截取弓絲末端長(zhǎng)度3cm部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用美國(guó)Instron公司生產(chǎn)的1186型萬(wàn)能材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)載荷傳感器為50N，最小速度0．1mm/min。實(shí)驗(yàn)恒溫環(huán)境箱選用美國(guó)Instron公司出品的3119-406型號(hào)環(huán)境箱，該環(huán)境箱溫度控制范圍在-100～350℃，恒溫波動(dòng)度為± 0．5℃。通過(guò)三點(diǎn)彎曲裝置來(lái)檢測(cè)弓絲變形程度(位移)與弓絲釋放力量(載荷)之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)傳感器與計(jì)算機(jī)連接，實(shí)時(shí)繪制實(shí)驗(yàn)過(guò)程載荷-位移曲線(xiàn)。

表1 正畸弓絲具體情況

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)裝置由固定端和壓頭組成，壓頭為直徑1mm不銹鋼圓柱，兩固定端間距為10mm。每種正畸鎳鈦弓絲取6根進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，截取弓絲最末端30mm平直部分，隨機(jī)選取其中3根，8中弓絲共計(jì)共24根，用防水彩筆標(biāo)記弓絲中點(diǎn)，以保證每次在同一位置施加載荷，每個(gè)弓絲測(cè)量3次取平均值，測(cè)量溫度為37±0．5℃。鎳鈦弓絲水平夾持在固定端，壓頭逐步進(jìn)行加載，傳感器感應(yīng)弓絲變形產(chǎn)生的反作用力，通過(guò)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)軟件程序，獲得載荷-位移對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示于相連計(jì)算機(jī)，并繪制曲線(xiàn)。

(2)實(shí)驗(yàn)按正畸弓絲彎曲國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 15841:2006)執(zhí)行，弓絲最大撓曲量為3．1mm，弓絲兩端間距為10mm，加載和卸載速率為7．5mm/min。將加載力0g為作為撓曲位移的起始點(diǎn)，弓絲加載到最大撓曲時(shí)以同樣速率進(jìn)行卸載。

(3)用Excel軟件繪制實(shí)驗(yàn)載荷-位移數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，x軸表示位移，單位mm，y軸表示載荷，單位g。測(cè)量卸載曲線(xiàn)平均矯治力和平臺(tái)期長(zhǎng)度來(lái)描述弓絲卸載平臺(tái)期的特征，取三次測(cè)量值的平均值來(lái)計(jì)算超彈性比率SER(SER=平臺(tái)期斜率/卸載末段斜率)。

(4)應(yīng)用SPSS17．0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選用單因素方差分析方法與LAD方法比較分析不同弓絲品牌對(duì)正畸鎳鈦弓絲各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)的影響，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法分析類(lèi)型對(duì)測(cè)量指標(biāo)的影響，檢驗(yàn)水準(zhǔn)取α=0．05。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

8種正畸鎳鈦弓絲在37±0．5℃恒溫下載荷位移曲線(xiàn)如圖1所示，其加載曲線(xiàn)與卸載曲線(xiàn)均形成閉合回路。無(wú)論超彈鎳鈦弓絲還是熱激活鎳鈦弓絲，TP與NIC品牌的弓絲卸載曲線(xiàn)更低平，所有熱激活鎳鈦弓絲的卸載曲線(xiàn)均低于超彈鎳鈦弓絲。

正畸鎳鈦弓絲的超彈性比率SER見(jiàn)表2所示，3M公司的超彈鎳鈦弓絲SER在2～8之間，其余的弓絲SER均大于8，說(shuō)明3M超彈鎳鈦弓絲具有中等超彈性趨勢(shì)，其余弓絲超彈性能顯著。

圖1 各品牌鎳鈦弓絲載荷/位移曲線(xiàn)

表2 8種正畸鎳鈦弓絲超彈性比率SER列表(±s，n=3)

表2 8種正畸鎳鈦弓絲超彈性比率SER列表(±s，n=3)

8種鎳鈦弓絲的平臺(tái)期平均卸載力和平臺(tái)期長(zhǎng)度見(jiàn)表3和表4所示，按α=0．05水準(zhǔn)進(jìn)行單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)不同品牌超彈和熱激活鎳鈦弓絲平臺(tái)期長(zhǎng)度以及平臺(tái)期平均卸載力均存在較大統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。經(jīng)LSD檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，四種品牌的超彈鎳鈦弓絲平臺(tái)期平均卸載力值TP＜NIC＜3M＜IMD，并且差異比較明顯，而平臺(tái)期長(zhǎng)度IMD＞TP/NIC＞3M，TP和NIC品牌平臺(tái)期差異不大。四種品牌的熱激活鎳鈦弓絲平臺(tái)期平均卸載力數(shù)值NIC＜TP＜3M/ IMD，3M和IMD品牌卸載力值差異不明顯，平臺(tái)期長(zhǎng)度NIC＞TP＞IMD＞3M，四種品牌平臺(tái)期長(zhǎng)度相比較具有明顯差異。

表3 不同品牌超彈鎳鈦弓絲機(jī)械性能比較(xˉ±s，n=3)

表3 不同品牌超彈鎳鈦弓絲機(jī)械性能比較(xˉ±s，n=3)

注:#與TP組比P＜0．05，※與NIC組比P＜0．05，§與IMD組比P＜0．05

表4 不同品牌熱激活鎳鈦弓絲機(jī)械性能比較(±s，n=3)

表4 不同品牌熱激活鎳鈦弓絲機(jī)械性能比較(±s，n=3)

注:#與TP組比P＜0．05，※與NIC組比P＜0．05，§與IMD組比P＜0．05

表5 不同類(lèi)型正畸鎳鈦弓絲平臺(tái)期長(zhǎng)度mm(±s，n=3)

表5 不同類(lèi)型正畸鎳鈦弓絲平臺(tái)期長(zhǎng)度mm(±s，n=3)

超彈與熱激活正畸鎳鈦弓絲平臺(tái)期長(zhǎng)度、平臺(tái)期平均卸載力大小如表5所示，按α=0．05水準(zhǔn)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相同品牌情況下，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲的平臺(tái)期長(zhǎng)度、平臺(tái)期平均卸載力存在明顯的差異，表現(xiàn)為熱激活鎳鈦弓絲平臺(tái)期長(zhǎng)度大于超彈鎳鈦弓絲，平臺(tái)期平均卸載力小于超彈鎳鈦弓絲(P＜0．05)。

3 討論

3.1 不同品牌正畸鎳鈦弓絲機(jī)械性能的差異

本實(shí)驗(yàn)中不同品牌(相同類(lèi)型)正畸鎳鈦弓絲的平臺(tái)期長(zhǎng)度、平臺(tái)期平均卸載力均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。同種類(lèi)型的3M和IMD弓絲平均卸載力較大，而TP和NIC弓絲平均卸載力更加柔和，不同品牌之間卸載力差別顯著，本實(shí)驗(yàn)與Nakano H、Luca Lombardo等學(xué)者的研究結(jié)果一致。這表明不同品牌弓絲因加工工藝不同，機(jī)械性能測(cè)量結(jié)果存在很大的差別，臨床醫(yī)師在選擇弓絲時(shí)應(yīng)考慮不同“品牌”的差異。

3.2 不同類(lèi)型正畸鎳鈦弓絲機(jī)械性能的差異

本文熱激活鎳鈦弓絲卸載平臺(tái)期的平均“有效范圍”為0．29～3．1mm，超彈鎳鈦弓絲平臺(tái)期的平均“有效范圍”為0．75～3．1mm，換句話(huà)說(shuō)當(dāng)卸載到0．29～0．75mm時(shí)，超彈鎳鈦弓絲已大幅超出“有效范圍”，卸載力隨著變形的恢復(fù)而迅速降低，而此時(shí)熱激活鎳鈦弓絲仍處在“有效范圍”內(nèi)，仍能夠釋放相對(duì)持久穩(wěn)定的矯治力，牙周膜應(yīng)力也穩(wěn)定在相應(yīng)水平，熱激活鎳鈦弓絲與超彈鎳鈦弓絲相比，在排齊整平效果和維持牙周健康方面更具有優(yōu)勢(shì)。由于熱激活鎳鈦弓絲釋放的矯治力更加柔和持久，3M Unitek公司推薦矯治初期首選熱激活鎳鈦弓絲，次選超彈性鎳鈦弓絲。

3.3 鎳鈦弓絲彎曲實(shí)驗(yàn)的臨床意義

在正畸臨床治療中，矯治弓絲釋放的力值的大小、持久性等都是選擇弓絲的重要指標(biāo)，目前雖然還不能量化牙齒移動(dòng)所需的理想正畸矯治力［9，10］，大多數(shù)正畸醫(yī)生認(rèn)為輕而持續(xù)的矯治力仍是有效而且符合骨改建生理學(xué)規(guī)律。熱激活鎳鈦弓絲因具有溫度敏感性，排齊初期可以通過(guò)冰塊降溫可使弓絲變得柔軟便于完全入槽結(jié)扎，患者也可通過(guò)口含冷水等方式降溫來(lái)減少初戴矯治器及每次復(fù)診后不適感。

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R783．5

A

1002-2376(2015)01-0038-03

2014-10-18