正畸用热激活与超弹镍钛弓丝力学性能比较研究

雷鸣，田华，邓刚

(1吉林省消防总队医院口腔科，吉林长春130061;2焦作市人民医院口腔科，河南焦作454002)

正畸用热激活与超弹镍钛弓丝力学性能比较研究

雷鸣1，田华2，邓刚2

(1吉林省消防总队医院口腔科，吉林长春130061;2焦作市人民医院口腔科，河南焦作454002)

目的:通过三点弯曲实验模拟镍钛弓丝在矫正过程的受力状态，比较超弹和热激活8种镍钛弓丝的力学性能差异，为口腔正畸临床诊治中选择镍钛弓丝提供依据。方法:实验选取国内外四个主要品牌(TP、NIC、IMD、3M)，规格为0．016英寸超弹和热激活镍钛弓丝，实验在37℃进行以模拟真实口腔环境温度，记录实验过程各种弓丝的载荷-位移变化曲线，通过对比分析曲线平台期平均卸载力和平台期长度研究各种弓丝的力学性能差异。结果:8种镍钛合金弓丝的卸载曲线都呈现明显的平台期，不同品牌的超弹和热激活镍钛弓丝的平台期平均卸载力和平台期长度都具有统计学差异(P＜0．05)。TP与NIC平均卸载力较小，相同品牌的热激活弓丝与超弹弓丝相比，平台期平均卸载力更小，平台期长度更长。结论:8种镍钛弓丝都具有超弹性能，不同品牌的镍钛弓丝的机械性能具存在明显差异，热激活镍钛弓丝与超弹镍钛弓丝相比会产生更轻而持久的矫治力。

镍钛弓丝;超弹性;热激活;力学性能

理想的矫治力是临床牙科医生对正畸弓丝力学性能的终极追求，并能够使牙齿快速移动而对牙齿本身及牙周组织不造成损伤。镍钛合金弓丝因其良好的回弹性、持续柔和的矫治力及优良的生物相容性在正畸临床治疗中得到广泛应用［1～3］。正畸用镍钛合金弓丝分为三类:第一代普通镍钛合金弓丝，第二代超弹镍钛弓丝和第三代热激活镍钛弓丝。目前临床使用的镍钛弓丝主要是第二、三代，均具有超弹性，即其载荷-位移曲线不符合虎克定律，当弓丝弯曲变形超过一定程度后，继续增加弓丝弯曲度，载荷并没有明显增大，载荷-位移曲线呈现一近乎平坦的平台［4，5］，卸载时也是先形成一平台，之后随着弯曲变形程度下降，载荷迅速减小，卸载后弓丝恢复原状。镍钛弓丝超弹性的存在，保证了稳定而持久的矫治力的可能，将有利于精确控制临床力值［6］。早在1999年，Nakano H等［7］对比研究了9个品牌的42种正畸镍钛合金弓丝，发现不同品牌0．016英寸的圆丝在挠曲1．5mm时产生的矫治力差别可达136g，0．016×0．022英寸的矫治力差别可达337g。Luca Lombardo［8］等研究也发现不同品牌的弓丝平均卸载力、平台期长度差别显著。因此本文重点关注卸载曲线，并选择超弹比率、平台期平均卸载力和平台期长度来描述卸载曲线的特点。

1 镍钛弓丝力学性能实验

1.1 实验材料与设备

所选用正畸镍钛弓丝规格名称见表1。弓丝质量要求未经临床使用，末端平直，没有弯曲、折痕和刻痕，截取弓丝末端长度3cm部分进行实验。实验设备选用美国Instron公司生产的1186型万能材料力学试验机，试验机载荷传感器为50N，最小速度0．1mm/min。实验恒温环境箱选用美国Instron公司出品的3119-406型号环境箱，该环境箱温度控制范围在-100～350℃，恒温波动度为± 0．5℃。通过三点弯曲装置来检测弓丝变形程度(位移)与弓丝释放力量(载荷)之间的关系。实验传感器与计算机连接，实时绘制实验过程载荷-位移曲线。

表1 正畸弓丝具体情况

1.2 实验过程

(1)三点弯曲实验装置由固定端和压头组成，压头为直径1mm不锈钢圆柱，两固定端间距为10mm。每种正畸镍钛弓丝取6根进行实验，截取弓丝最末端30mm平直部分，随机选取其中3根，8中弓丝共计共24根，用防水彩笔标记弓丝中点，以保证每次在同一位置施加载荷，每个弓丝测量3次取平均值，测量温度为37±0．5℃。镍钛弓丝水平夹持在固定端，压头逐步进行加载，传感器感应弓丝变形产生的反作用力，通过三点弯曲实验软件程序，获得载荷-位移对应数据，实时显示于相连计算机，并绘制曲线。

(2)实验按正畸弓丝弯曲国际标准(ISO 15841:2006)执行，弓丝最大挠曲量为3．1mm，弓丝两端间距为10mm，加载和卸载速率为7．5mm/min。将加载力0g为作为挠曲位移的起始点，弓丝加载到最大挠曲时以同样速率进行卸载。

(3)用Excel软件绘制实验载荷-位移数据曲线，x轴表示位移，单位mm，y轴表示载荷，单位g。测量卸载曲线平均矫治力和平台期长度来描述弓丝卸载平台期的特征，取三次测量值的平均值来计算超弹性比率SER(SER=平台期斜率/卸载末段斜率)。

(4)应用SPSS17．0软件进行统计分析，选用单因素方差分析方法与LAD方法比较分析不同弓丝品牌对正畸镍钛弓丝各项力学指标的影响，采用独立样本t检验方法分析类型对测量指标的影响，检验水准取α=0．05。

2 实验结果

8种正畸镍钛弓丝在37±0．5℃恒温下载荷位移曲线如图1所示，其加载曲线与卸载曲线均形成闭合回路。无论超弹镍钛弓丝还是热激活镍钛弓丝，TP与NIC品牌的弓丝卸载曲线更低平，所有热激活镍钛弓丝的卸载曲线均低于超弹镍钛弓丝。

正畸镍钛弓丝的超弹性比率SER见表2所示，3M公司的超弹镍钛弓丝SER在2～8之间，其余的弓丝SER均大于8，说明3M超弹镍钛弓丝具有中等超弹性趋势，其余弓丝超弹性能显著。

图1 各品牌镍钛弓丝载荷/位移曲线

表2 8种正畸镍钛弓丝超弹性比率SER列表(±s，n=3)

表2 8种正畸镍钛弓丝超弹性比率SER列表(±s，n=3)

8种镍钛弓丝的平台期平均卸载力和平台期长度见表3和表4所示，按α=0．05水准进行单因素方差分析，发现不同品牌超弹和热激活镍钛弓丝平台期长度以及平台期平均卸载力均存在较大统计学差异。经LSD检验发现，四种品牌的超弹镍钛弓丝平台期平均卸载力值TP＜NIC＜3M＜IMD，并且差异比较明显，而平台期长度IMD＞TP/NIC＞3M，TP和NIC品牌平台期差异不大。四种品牌的热激活镍钛弓丝平台期平均卸载力数值NIC＜TP＜3M/ IMD，3M和IMD品牌卸载力值差异不明显，平台期长度NIC＞TP＞IMD＞3M，四种品牌平台期长度相比较具有明显差异。

表3 不同品牌超弹镍钛弓丝机械性能比较(x¯±s，n=3)

表3 不同品牌超弹镍钛弓丝机械性能比较(x¯±s，n=3)

注:#与TP组比P＜0．05，※与NIC组比P＜0．05，§与IMD组比P＜0．05

表4 不同品牌热激活镍钛弓丝机械性能比较(±s，n=3)

表4 不同品牌热激活镍钛弓丝机械性能比较(±s，n=3)

注:#与TP组比P＜0．05，※与NIC组比P＜0．05，§与IMD组比P＜0．05

表5 不同类型正畸镍钛弓丝平台期长度mm(±s，n=3)

表5 不同类型正畸镍钛弓丝平台期长度mm(±s，n=3)

超弹与热激活正畸镍钛弓丝平台期长度、平台期平均卸载力大小如表5所示，按α=0．05水准进行独立样本t检验发现，相同品牌情况下，热激活镍钛弓丝与超弹镍钛弓丝的平台期长度、平台期平均卸载力存在明显的差异，表现为热激活镍钛弓丝平台期长度大于超弹镍钛弓丝，平台期平均卸载力小于超弹镍钛弓丝(P＜0．05)。

3 讨论

3.1 不同品牌正畸镍钛弓丝机械性能的差异

本实验中不同品牌(相同类型)正畸镍钛弓丝的平台期长度、平台期平均卸载力均存在统计学差异。同种类型的3M和IMD弓丝平均卸载力较大，而TP和NIC弓丝平均卸载力更加柔和，不同品牌之间卸载力差别显著，本实验与Nakano H、Luca Lombardo等学者的研究结果一致。这表明不同品牌弓丝因加工工艺不同，机械性能测量结果存在很大的差别，临床医师在选择弓丝时应考虑不同“品牌”的差异。

3.2 不同类型正畸镍钛弓丝机械性能的差异

本文热激活镍钛弓丝卸载平台期的平均“有效范围”为0．29～3．1mm，超弹镍钛弓丝平台期的平均“有效范围”为0．75～3．1mm，换句话说当卸载到0．29～0．75mm时，超弹镍钛弓丝已大幅超出“有效范围”，卸载力随着变形的恢复而迅速降低，而此时热激活镍钛弓丝仍处在“有效范围”内，仍能够释放相对持久稳定的矫治力，牙周膜应力也稳定在相应水平，热激活镍钛弓丝与超弹镍钛弓丝相比，在排齐整平效果和维持牙周健康方面更具有优势。由于热激活镍钛弓丝释放的矫治力更加柔和持久，3M Unitek公司推荐矫治初期首选热激活镍钛弓丝，次选超弹性镍钛弓丝。

3.3 镍钛弓丝弯曲实验的临床意义

在正畸临床治疗中，矫治弓丝释放的力值的大小、持久性等都是选择弓丝的重要指标，目前虽然还不能量化牙齿移动所需的理想正畸矫治力［9，10］，大多数正畸医生认为轻而持续的矫治力仍是有效而且符合骨改建生理学规律。热激活镍钛弓丝因具有温度敏感性，排齐初期可以通过冰块降温可使弓丝变得柔软便于完全入槽结扎，患者也可通过口含冷水等方式降温来减少初戴矫治器及每次复诊后不适感。

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R783．5

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2014-10-18