余智爽 鄧怡

臨床常用鄰面去釉技術(shù)及推磨牙向后解除牙列的輕中度擁擠[1-2]。Begg提出石器時代在長期咀嚼作用下，牙齒面及鄰面均會發(fā)生一定的磨耗[3]。鄰面去釉(interproximal enamel reduction，IPR)，人為去除牙齒近遠中鄰面釉質(zhì)，從而獲得牙齒移動的間隙，實現(xiàn)矯治目標[4]。無托槽隱形矯治技術(shù)中鄰面去釉技術(shù)常被使用，但相關(guān)學者研究發(fā)現(xiàn)關(guān)閉鄰面去釉間隙患者牙槽骨高度降低[5]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)隱形矯治關(guān)閉較小間隙牙齒表現(xiàn)為傾斜移動[6]。研究表明在傾斜移動過程中牙槽嵴頂應(yīng)力集中[7]，從力學角度分析相同大小力的作用下，組織受到的壓強與組織面積成反比。解剖學上，有學者發(fā)現(xiàn)尖圓形牙冠其牙槽間隔相對較寬，牙槽嵴頂扁平，方圓形牙冠其牙槽間隔狹窄，牙槽嵴頂尖銳[8]。正畸臨床醫(yī)生認為隱形矯治器關(guān)閉較小的間隙時表現(xiàn)為牙齒近中傾斜移動，傾斜移動在牙槽嵴頂應(yīng)力較為集中?，F(xiàn)目前國內(nèi)外并無隱形矯治器關(guān)閉鄰面去釉的相關(guān)生物力學研究報道，本研究選取牙槽間隔相對較為狹窄的方圓形牙冠患者對其進行鄰面去釉處理，獲取去釉后患者CBCT，運用MIMICS 19.0(Materialise公司，比利時)及ANASYS 15.0(ANASYS公司，美國)進行三維重建，采用非線性分析方法，從生物力學方面，分析在關(guān)閉方圓形牙冠牙齒鄰面去釉間隙時的力學特性，以便為臨床無托槽隱形矯治技術(shù)中使用鄰面去釉提供理論基礎(chǔ)和科學指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 建模材料

建模素材:選取就診于昆明醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院成人患者1 例，牙列完整，上頜前牙輕度擁擠(擁擠度<2 mm),上頜前牙排列整齊，牙周組織健康，無正畸治療史，上頜前牙牙冠形態(tài)按美國塔夫斯大學牙冠形態(tài)分類指標對方圓形牙冠的標準:即CS/CL>57%為方圓形(CL：垂直方向從頸緣最高點到切端的長度；CS：垂直方向近中接觸區(qū)頂點到切端的距離)[9]?；颊咴敢饨邮茑徝嫒ビ蕴幚?，對患者上頜3到3進行鄰面去釉，并獲取去釉后的CBCT。

1.2 建立上頜前部牙列、牙槽骨、牙周膜、隱形矯治器模型

患者在安靜狀態(tài)下拍攝CBCT(QR srl公司，意大利)，所得數(shù)據(jù)采用 NewTom NNT 軟件進行圖像的重建和分析，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DICOM格式保存。將DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入MIMICS 19.0。利用MIMICS軟件區(qū)域增長及蒙板編輯功能生產(chǎn)模型的內(nèi)外輪廓線以IGES格式導(dǎo)出(圖 1)。

隱形矯治器模型是在牙齒模型基礎(chǔ)上建立，將所有牙齒設(shè)定均向近中移動，最大位移量為0.3 mm，矯治器厚度設(shè)定為0.75 mm，運用膨脹和布爾運算獲得隱形矯治器模型(圖 1)。

圖 1 模型重建

使用笛卡爾坐標系：X軸：冠狀方向運動趨勢(向右為正)；Y軸：矢狀方向運動趨勢(向后為正)；Z軸：垂直向運動趨勢(向上為正)。用ANSYS軟件點到線，線到面，面到體，層層完善模型重建。

1.3 材料屬性和網(wǎng)格劃分

上頜骨前牙區(qū)骨皮質(zhì)較薄，模型中將全部骨質(zhì)設(shè)定成松質(zhì)骨，簡化模型便于計算分析。本研究中所有材料均設(shè)定為線性材料,其特點是連續(xù)、均質(zhì)，各向相同。根據(jù)相關(guān)研究獲得材料的彈性模量和泊松比[10-11]，Invisalign矯治器的彈性模量和泊松比參照文獻[12-13](表 1)。

表 1 牙齒、牙周膜、牙槽骨及無托槽隱形矯治器的彈性模量和泊松比

采用10 節(jié)點SOLID187單元對模型進行網(wǎng)格劃分，形成790 177 個單元和140 409節(jié)點的上頜前牙列，牙槽骨，牙周膜及無托槽隱形矯治器三維有限元模型。

1.4 邊界條件和接觸關(guān)系

設(shè)置每個骨段在X，Y，Z3 個方向上無旋轉(zhuǎn)，無位移。將牙槽骨的左右兩側(cè)斷面處設(shè)為對稱約束關(guān)系。

牙齒和牙周膜，牙周膜和牙槽骨將其設(shè)定為粘接關(guān)系，牙冠和無托槽隱形矯治器，牙冠和牙冠設(shè)定為接觸關(guān)系。

1.5 載荷

將網(wǎng)格劃分后的有限元模型施加邊界約束和載荷，設(shè)定模型各部分的材料參數(shù)，將模型的各個部分組合在一起，各部分組件產(chǎn)生接觸，自動加載載荷。

2 結(jié) 果

2.1 應(yīng)力分布

無托槽隱形矯治器關(guān)閉鄰面去釉間隙時，上頜6 個前牙牙周膜均無明顯應(yīng)力集中區(qū)，6 個前牙均表現(xiàn)出牙周膜頸部應(yīng)力高于根中及根尖1/3，其中尖牙遠中面應(yīng)力相對較大(圖 2,表 2)。

2.2 上頜各前牙的位移情況

上頜中切牙和側(cè)切牙近遠中方向表現(xiàn)為近中傾斜移動，牙冠位移量大于牙根位移量，矢狀方向表現(xiàn)為唇向傾斜移動，牙冠位移量大于牙根位移量，垂直向表現(xiàn)為齦向壓低(圖 3)。

上頜尖牙表現(xiàn)為牙冠近中運動，牙根遠中移動，牙齒位移方式為傾斜移動，矢狀向牙齒表現(xiàn)為牙冠唇向移動，牙根舌向移動的趨勢，而垂直向牙齒有壓低的趨勢(圖 3)。

圖 2 應(yīng)力分布圖

表 2 牙周膜應(yīng)力分布大小及部位

圖 3 上頜牙位移前后對比圖

3 討 論

本實驗運用CBCT作為建?；A(chǔ)，作為口腔專業(yè)CT其輻射量小，對細微組織的成像質(zhì)量較好，獲得的數(shù)據(jù)易于保存，且重復(fù)使用性好[14]。本實驗以DICOM格式對數(shù)據(jù)進行保存和傳輸，使得數(shù)據(jù)信息全面，細致能夠精準反應(yīng)真實牙模型[15]。實驗選取三維有限元非線性分析，非線性分析的適用范圍更廣，可分析任意形態(tài)的結(jié)構(gòu)，載荷及邊界條件，可精準計算出模型任意部位的應(yīng)力應(yīng)變。在無托槽隱形矯治器就位于牙齒上時，矯治器于牙齒的具體作用部位和作用力大小并不明確，選擇非線性分析隨著載荷、材料、邊界條件，隱形矯治器和牙齒，牙齒和牙齒的接觸情況設(shè)定，當載荷加載之后軟件會自動探測所有可能發(fā)生的接觸直到接觸狀態(tài)穩(wěn)定才停止計算，該分析方法得出的結(jié)果和臨床運用隱形矯治器治療更為相似，其結(jié)果臨床指導(dǎo)意義較高[16]。

無托槽隱形矯治系統(tǒng)的施力方式主要有2 種，一種是位移-就位驅(qū)動系統(tǒng)，一種是矯治力系統(tǒng)[17]。本實驗矯治力的施加是通過就位驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)，矯治器是根據(jù)牙齒近中移動0.3 mm設(shè)計的，當矯治器就位于牙列時發(fā)生彈性形變作為矯治力加載牙列。實驗觀察到上頜中切牙，側(cè)切牙及尖牙的位移都表現(xiàn)為近中的傾斜移動，以及牙冠唇向移動的趨勢，這與臨床觀察到的現(xiàn)象一致。在垂直方向上牙齒存在壓低的趨勢。本研究的牙齒移動是傾斜移動而理想的牙齒移動是牙齒的整體移動，且傾斜移動在牙槽嵴頂容易造成應(yīng)力集中。這于矯治器作用與牙齒的方式有關(guān)，固定矯治器通過托槽將矯治力傳導(dǎo)到牙齒及牙周組織，而隱形矯治器全包式就位于牙齒，于牙齒的主要作用點并不明確，力的作用位點不清楚[18]。根據(jù)三維有限元分析得到了牙齒的移動方式，臨床上要實現(xiàn)牙齒的整體移動可選擇矯治力驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)牙齒的目標位，在不影響患者摘戴及美觀的情況下設(shè)計例如：壓力嵴及附件等特殊形狀從而實現(xiàn)牙齒的整體移動。

矯治器就位于牙齒上時矯治力通過牙齒傳導(dǎo)到牙周組織，組織發(fā)生改建實現(xiàn)牙齒的移動。牙周組織的改建情況受到應(yīng)力和應(yīng)變的分布及大小的影響。理想的牙齒移動是牙周組織應(yīng)力分布均勻無明顯應(yīng)力集中區(qū)域。在本實驗中關(guān)閉鄰面去釉間隙時，應(yīng)力集中部位主要出現(xiàn)在尖牙尤其是尖牙近遠中面的牙頸部，以及中切牙唇面，其余部位無明顯應(yīng)力集中區(qū)域。應(yīng)力最大部位位于頸部，從頸部至根尖部位逐漸減小。牙齒唇面頸部應(yīng)力大于腭側(cè)應(yīng)力，因為在關(guān)閉間隙過程中牙齒有唇向傾斜的位移趨勢。尖牙應(yīng)力集中部位與牙齒位移量有關(guān)，尖牙位移最大，其應(yīng)力分布也較大，該結(jié)果和前面學者研究結(jié)果一致。矯治器就位于牙齒時發(fā)生彈性形變，此時矯治器所釋放的矯治力相對最大，矯治器在佩戴之后會發(fā)生應(yīng)力松弛作用于牙齒上的力逐漸減小。從應(yīng)力分布圖上可看到隱形矯治器關(guān)閉間隙時牙周膜的應(yīng)力分布均勻，不會因應(yīng)力集中發(fā)生牙槽骨吸收。

從解剖學上，方圓形牙冠其牙槽嵴頂尖銳，牙槽間隔狹窄。牙齒根間距從牙根頸部到根尖區(qū)域逐漸增大，而牙根鄰近容易發(fā)生在釉牙骨質(zhì)界處。鄰面去釉改變了牙齒牙冠形態(tài)，會改變牙齒根間距，牙齒根間距是牙周病的風險因素[19]，而且當相鄰牙根較近<0.3 mm時僅有牙周韌帶連接相鄰牙根之間形成一個骨開窗的結(jié)構(gòu)，這對正畸也是極為不利的[20]。正畸的關(guān)鍵是力的應(yīng)用，無托槽隱形矯治器關(guān)閉鄰面去釉間隙并無明顯應(yīng)力集中，周圍牙周組織并不會因局部應(yīng)力過大而發(fā)生不良吸收。