無托槽隱形矯治整體移動的研究進展

杜慶玲，潘恩僦，余 飛，李伯休，林新平，

近年來計算機數字化技術輔助正畸領域不斷拓寬，無托槽隱形矯治憑借美觀、舒適、可摘戴、可視化等優點被患者大量選擇[1]。無托槽隱形矯治通過軟件預設每一副透明高分子材料矯治器特定的矯治量，對牙齒施加矯治力，產生位移達到治療效果。由于與牙齒特有的接觸方式，使某些牙齒移動實現起來比較困難，例如：牙齒的轉矩控制、整體移動、扭轉糾正等[2-4]。

為了提高控制牙齒的能力，拓寬其臨床適應證，無托槽隱形矯治引入了附件這一輔助裝置[5]。為更好解決無托槽隱形矯治整體移動牙齒的問題[6]：關閉拔牙間隙、前牙唇舌側平移、磨牙遠移等，隱適美公司在G7附件系列推出控根附件[7]，隨后其他無托槽隱形矯治器公司也研發出控根附件，且臨床上應用控根附件控制牙齒三維方向移動仍存在缺陷。這足以說明用無托槽隱形矯治技術實現牙齒整體移動難度之大。

三維有限元技術在正畸領域的廣泛應用[8-9]，也一定程度推動控根附件的發展。該技術通過直觀分析有限元計算的各組織的應力和位移趨勢，評估控根附件的矯治效果，指導正畸醫生不斷優化控根附件[10]。

1 牙齒整體移動的生物力學基礎

阻抗中心指牙根運動約束阻力的簡化中心，前牙阻抗中心在牙槽嵴頂距離根尖23%～38%處，多根牙阻抗中心距離根分叉1～2 mm處近根尖方向[11]。如圖1所示，通過分析力偶矩/力(M/F)的比例與阻抗中心距施力點之間距離(d)的關系，可知牙齒的移動方式。Elkholy等[12]通過正畸力測量裝置，精確測量用無托槽隱形矯治器控制上頜中切牙的唇舌側移動時牙齒所受到的力和力矩，定義非控制傾斜移動M/F≥8.8 mm，結果顯示M/F為9.91～12.22 mm，說明牙齒移動方式為非控制傾斜移動。國內學者劉東旭等[13]通過有限元分析不同作用力下的上頜中切牙的初始位移，當M/F為10.3～10.5 mm時，牙齒實現整體移動。無托槽隱形矯治在無附件時，對比固定矯治牙齒傾斜移動趨勢更加明顯。有研究指出在無托槽隱形矯治拔牙病例中運用附件，可增加控根效果[14-15]。綜上所述，無托槽隱形矯治器易發生傾斜移動，主要原因是牙齒與矯治器接觸面為光滑曲面，不易產生力矩或者力偶矩(M)，使得M/F比值小于d，達不到整體移動的需求。所以無托槽隱形矯治控根附件的設計思路是附件能盡量增大力矩或者力偶矩。

F：牙冠所受正畸力；M：牙冠所受轉矩；d：牙冠合力作用點距阻抗中心的距離；O：牙齒的阻抗中心位置；A-B-C：旋轉中心隨M/F的增大從靠近阻抗中心的位置A往根尖B移動，當比值為d時旋轉中心在無窮遠C；D-E-F：M/F繼續增大旋轉中心從無窮遠D往牙冠E移動，M/F繼續增大旋轉中心往靠近阻抗中心的位置F移動

2 控根附件的種類

2.1 矩形附件

矩形附件是傳統附件的一種，通常粘接于牙冠頰側。Giancotti等[16]發現拔牙間隙兩側粘有垂直矩形附件的鄰牙，在無托槽隱形矯治關閉間隙階段牙根均往遠離間隙側傾斜。何林[17]的有限元研究表明矯治器對不同尺寸、方向矩形附件的作用力均主要集中于附件的近中齦方及遠中牙合方，形成的力偶能削弱尖牙在遠移時的傾斜趨勢，但仍難以滿足整體移動所需的力矩。曾紅等[18]通過對比頰側粘貼不同附件對磨牙近中移動的控根效果，頰側矩形附件增加了頰側轉矩，旋轉中心更接近根尖，說明其控根效果優于腭側附件，但仍不可避免出現傾斜移動。Dai等[19]的臨床觀察結果同有限元分析結果一致。隱形矯治使用矩形附件難以達到整體遠移牙齒的效果，需要改良附件設計，以更好滿足臨床需求。

2.2 優化控根附件

優化控根[20]附件多為不規則形，可單個或成對出現。Gomez等[21]通過三維有限元發現隱形矯治配合兩個1/4球形優化附件，尖牙實現整體遠中移動。許諾[22]發現優化附件的最大主應力分布于頸部及根尖部，理論上可以達到控根移動效果。曾紅等[18]的研究顯示雙優化附件較其他附件，旋轉中心更近根尖，對磨牙控根效果更強，但不可避免存在磨牙近中傾斜移動。大部分研究都證實優化附件控根效果優于矩形附件[18,21-22]，但鞠博等[23]的研究結果表明，拔除第一前磨牙內收尖牙時，矩形附件控根能力是雙優化附件的1.45倍。臨床實踐和有限元理論分析結果存在一定的差異，可能是因為優化附件對醫生臨床操作要求較高，一旦附件邊界修整過量，不滿足激活面的精確尺寸，從而導致其控根效果不如矩形附件。

3 控根附件影響牙齒移動效率的相關研究回顧

牙齒整體移動的效率與矯治器的控根能力正相關，體現在牙齒的軸傾角、轉矩上的改變[23]。杜麗玲等[24]總結出牙齒近遠中控根移動效率還可能與牙根形有關，對于需要整體移動且牙根粗大的牙齒，應當設計控根附件。吳迪等[25]通過頭顱側位平測量推磨牙遠移前后遠中移動效率，得出磨牙遠移效率在65.86%～75.03%，但都伴有一定程度的遠中傾斜。這與Kravitz等[26]的研究結果相似，無托槽隱形矯治近遠中向移動尖牙效率只有26.9%，但添加附件后，整體移動效率高達85%，控根附件已成為牙齒整體移動強有效的輔助工具。有研究對比了前牙頰側粘接控根附件與矯治器上制作轉矩嵴(power ridge)對牙根控制的有效性，前者平均達49.1%，略低于后者約51.5%的有效性，二者均有利于牙根控制，但無顯著差異[2]。目前有關前牙整體移動效率的系統研究較少，有待進一步研究總結。

4 提高控根效果的優化措施

4.1 優化控根附件設計

由于無托槽隱形矯治是個性化的，因此臨床上控根附件的設計沒有統一準則，附件的尺寸、形狀、粘接的位置、方向等在很大程度上都會影響隱形矯治器的控根效果。何林[17]的研究表明，矩形附件的長度及粘接方向對控根效果有較大影響，隨著矩形附件長度的增加，水平、垂直附件所產生的力偶均增加，牙齒近遠中移動初始位移的傾斜程度減??；垂直粘接矩形附件較水平粘結控根效果更佳。Kim等[27]用有限元技術分析四種控根附件(半圓柱形控根附件及此基礎上靠近牙齦側經過45°橫切、縱切、橫縱切結合后的附件)的控根效果，發現控根效果無顯著性差異，但橫縱切結合后的附件應力分布更均勻；附件粘接在舌側比唇側任意位置的控根效果更佳。增大附件尺寸可提高控根效果，但過大尺寸會增加附件脫落的風險[28]。因此，建議通過增大附件尺寸以提高對牙齒的控根效果的優化措施放較后考慮。

4.2 優化無托槽隱形矯治器的材料性能

無托槽隱形矯治器因材料的特殊性，其矯治力表達難以準確預測。深入研究不同材料、厚度隱形矯治器的彈性模量、屈服應變、應力松弛等力學性能，對優化矯治過程至關重要[29-32]。夏舒遲等[33]根據牙齒移動情況，設計的功能區材料具有不同力學性能：材料硬度越大，目標牙牙周組織所受應力及產生的矯治效能均隨之增大，但僅增加材料硬度不能實現牙齒的整體移動，必要時仍需使用附件。Lombardo等[34]發現由兩種材料結合制成的雙膜結構矯治器比單層結構的最大絕對值應力低4倍，但雙膜結構矯治器在24 h后應力衰減小，可以提供更為恒定的矯治力，維持矯治效果。

4.3 優化矯治方案

無托槽隱形矯治器本身形狀復雜，矯治力可作用于牙冠表面任何一處[35]，難以確認其作用力方向及產生的力和力矩。改變無托槽隱形矯治器擬不動及移動牙齒部分或全部接觸面的形變程度，如設計切牙頸部、切端的位點形變，或在矯治器上制作轉矩嵴明確加載壓力點[36]，均有助于實現前牙整體移動。有研究指出過矯正設計可增加牙齒整體移動的效率，但在拔牙病例中，粘貼附件的目標牙整體移動效率明顯高于過矯正，過矯正設計并不能代替控根附件輔助牙齒整體移動的作用[23]。臨床常見操作還有根據牙齒移動情況對牙套進行特殊切割，或及時重新啟動改變作用力點。必要情況下在移動牙齒上設計各種輔助裝置：各類附件、種植釘，以此改變旋轉中心位置實現整體移動。

5 總結與展望

因此基于正畸矯治的生物力學原理，在使用無托槽隱形矯治整體移動牙齒時，可以通過矯治器對需要移動的牙齒產生合適的M/F比值。來避免非控制性傾斜移動的發生。在F不易減小的情況下，增加M是目前提高無托槽隱形矯治器的對牙齒控制效果的主要思路。其中應用最廣的解決辦法就是在牙齒表面添加不同形態的樹脂附件。通過添加附件，增加矯正器膜片和牙齒表面之間產生的摩擦力，且成對附件能同時產生額外的旋轉力矩，進一步提高移動牙齒時的M/F比值。

隨著無托槽隱形矯治附件的生物力學研究越發深入，在附件的幾何形態設計上，考慮在合理范圍內盡可能增大附件尺寸、雙附件間的牙合齦向距離，以此增加膜片與附件的接觸面積和膜片對附件的有效施力面積，基于對患者舒適度的考慮，低外形寬基底的附件類型，可能是未來附件的設計方向之一。加大對附件模板精確度以及附件材料力學性能的研究，必要時開發預成附件，以減少附件在臨床制作過程中或使用過程中出現不必要的磨耗，確保矯治效果。同時在無托槽隱形矯正過程中，正畸醫生應該密切把控矯治過程，實時監測牙齒移動情況，參考但不依賴大數據，設計符合患者牙齒的個性化控根移動方案。隨著數字化技術和高科技材料的進步，無托槽隱形矯治臨床適應證將會越來越廣，為更多錯牙合畸形的患者提供優質高效且舒適的治療。