微创拔牙的刚体力学分析

华成舸

口腔疾病研究国家重点实验室，国家口腔疾病临床研究中心，四川大学华西口腔医院口腔颌面外科，成都 610041

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微创拔牙的刚体力学分析

华成舸

口腔疾病研究国家重点实验室，国家口腔疾病临床研究中心，四川大学华西口腔医院口腔颌面外科，成都 610041

近年来，微创技术在齿槽外科的应用日益普及，但在复杂牙尤其是阻生牙的拔除术中，囿于传统拔牙原理的限制，微创技术的运用并不彻底，使得手术创伤无法减小到最小程度。本文将从刚体力学基础原理出发，对牙拔除术的阻力及消除方法进行分析，为微创拔牙的临床操作提供参考。

拔牙； 微创外科； 刚体力学

随着近年来医疗装备和手术器械的发展，微创外科已深入人心[1-2]。微创拔牙技术发端于高速涡轮钻机在牙科的应用，并随着种植技术的成熟而得到普及[2-3]。然而，在复杂牙拔除术尤其是阻生牙的拔除术中，由于牙齿位置和形态的变异、操作术野和入路的限制、邻近解剖结构关系复杂等原因，使得微创技术的应用受到限制。如何在消除骨阻力的同时尽量减少对骨组织的损伤，成为临床操作的突出难点。本文将从刚体力学原理出发，对牙拔除中的阻力消除进行探讨。

1 牙拔除术的创伤

在牙拔除术中，创伤主要包括软组织创伤、骨组织创伤、邻牙或牙根的损伤、关节创伤、颈椎创伤和心理创伤[2,4]。

1.1 软组织创伤

软组织创伤主要来源于切口、翻瓣、不良的复位和缝合等，与手术入路的选择密切相关。

1.2 骨组织创伤

除了复杂牙拔除时，去骨操作带来的骨质缺损的损伤外，传统拔牙术中，牙齿的脱位必然伴随着牙槽窝的挤压变形，这一损伤具有传递性，脱位所用的力量越大，以骨小梁挤压断裂为主的骨创伤的范围越大。极端的情况下，可以导致骨折。骨创伤是微创拔牙技术需要重点考虑的问题。

1.3 邻牙或牙根的损伤

主要见于埋伏牙的拔除，埋伏牙与邻牙关系紧密，可在术中由于去骨较多、涡轮机对邻牙牙根的损伤和埋伏牙脱位时的挤压等原因造成。尚未发育完成的牙根可能与埋伏牙紧贴而无骨性分隔，在搔刮牙槽窝时也可能造成损伤。

1.4 关节创伤

关节创伤多见于下颌牙的拔除，可以由使用牙钳用力摆动、牙挺的撬动和术中敲击等导致，部分患者关节功能原本就不佳，长时间的大张口状态即可导致术后急性的关节滑膜炎。

1.5 颈椎创伤

颈椎创伤主要表现为椎体的错位和颈部肌肉的扭伤，这个主要与术中体位和头靠的位置、术中患者颈部过于放松、术中用力过大等有关，甚至可能导致寰枢关节的错位和半脱位、椎间盘突出加重等术后反应。

1.6 心理创伤

一次不顺利的拔牙经过、严重的术后反应以及术后感染等，都可以在患者心理上造成影响，使得患者作出不利于自己的决定从而影响口腔整体的健康。

并不是每一例病例都会遇到上述的所有创伤，但不管是何种创伤，均与拔牙时局部、下颌骨和头部的受力有关，故减小牙拔除术中术者的用力和手术时间，是微创拔牙应遵循的基本原理。

2 传统拔牙技术中的力学原理和应用

传统拔牙技术中，为了让牙齿或牙根脱位，主要依靠压缩牙槽骨骨质、扩大牙槽窝来去除阻力而脱位。牙钳使用时颊舌向摇动即是为了达到这个目的。牙挺使用的力学原理，有杠杆原理、轮轴原理和楔的原理[5]。这几个原理都是省力杠杆的原理，也就是达到术者用较小的力量获得对牙齿或牙根较大挤压和脱位的力量，使牙槽窝受挤压扩大，牙齿脱位。在此过程中，必然伴有较大的创伤。另外，对于无法钳夹和安放牙挺的残根、断根，为了减除阻力，往往需要去除较大量的骨质，从而造成骨质的创伤，术后常有较为严重的创伤反应。

近20余年来发展起来的，借助于特殊器械的微创拔牙技术，其原理则是利用特殊器械，解除牙根周围牙周膜的牵连，从而使牙齿脱位[1]，这些技术在牙根有弯曲、扁根、膨大等情况下，由于骨质的阻碍，是无法顺利脱位的。

20世纪60年代以后，随着涡轮牙钻引入口腔临床，其在牙科手术中的使用范围不断扩大。不同设计的手机和钻针，应用于不同的专业不同的牙科手术，牙拔除术的方法也随之得到了彻底的改变[6]。近几十年来，各种牙槽外科的专著都涉及到了涡轮钻等牙科和外科动力系统在拔牙术中的应用[7]。但多为结合具体案例的方法描述，对其中的力学原理的分析较为少见[7-10]，故对于初学者常较难掌握。笔者在众多同仁的工作基础上对涡轮钻拔牙涉及到的拔牙力学原理进行了概括总结。

3 切割拔牙的微创力学原理

多数情况下，牙根是一个不规则椎体，牙槽窝的外形也与其相匹配，所以牙根要顺利脱位就需要克服牙槽窝的约束力，传统拔牙就是通过挤压牙槽窝，使牙槽窝骨壁变形、扩大，从而解除其对牙根的刚性约束。若牙槽窝不变形，则牙根就无法通过简单的移动或滑动来脱位。涡轮钻拔牙如果希望通过切割牙齿（根）的办法来解除其脱位的阻力，则力学原理就应遵从刚体力学原理。

刚体是指一个物体在运动中和受外力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体[11]。可以把牙齿看作是一个刚体，把牙槽窝看成是刚性限制。绝对的刚体只是一种理想模型，因为任何物体在受力作用后，都或多或少有变形。牙槽窝骨质在牙拔除过程中很可能出现形变，如果变形的程度相对于物体本身的几何尺寸来说极为微小，那么，在研究物体运动时，其形变就可以忽略不计。通过合理的力学设计，让牙齿在脱位过程中尽量减小对牙槽骨的压力，将牙槽骨的形变控制在最小范围，就能达到微创的目的。而牙齿的无阻力或微阻力脱位，减小了颌骨的受力，同时也就保护了颞下颌关节和颈椎。

3.1 刚体平动与斜面原理

这个实际上是最简单的运动力学原理，物体O受到周围物体的抱持紧固而不易脱位，为了便于脱位，可以通过切割，人为地形成一个斜面，而沿着这个斜面，A将非常容易脱位，斜面越大，内摩擦角α越小，阻力越小。而A脱位后，B就失去了周围组织的抱持紧固而易于脱位（图1）。具体操作时，需要根据操作的可及性，灵活设计斜面的方向，必要时可多次分牙。

3.2 榫楔原理

在中国传统木工和建筑中，为了紧固两个直角相交的部件，常常用到榫楔，以达到紧固的目的。在拔牙中，可以通过切割，形成一个“楔子”，然后先把“楔子”取出，这样两端的组织就容易脱位了（图2）。

3.3 弧形差动原理

通常情况下，对于弯曲的牙根，前面所说的斜面原理和榫楔原理多无法起作用，这时真正能够利用的是刚体运动学中的旋转运动原理。而非常有利的是，由于牙周膜的存在，使得牙槽窝对牙的限制并不完全是刚性的。如果牙根弧度合适，器械可以从其凸面进入，就可以较轻松地使其脱位，而不对牙槽窝形成明显的挤压（图3）。而有时，由于器械只能从凹面进入，牙根脱位时就会遇到较大的阻力（图3），从而需要通过进一步的切割，改变牙根脱位的运动轨迹，从而达到接近无阻力脱位的效果。

图1 斜面原理Fig1 The slope principle

图2 榫楔原理Fig2 The wedge principle

图3 牙根弧形与脱位阻力Fig3 The relationship between the curve and dislocation of the root

3.3.1 转动轴心与圆弧运动 这一原理在前倾或水平阻生智齿的拔除中运用最广。可以通过改变牙体转动脱位时的运动轴心，来改变牙体上各点的运动方向（图4），从而避开阻力而使牙齿脱位。但在此过程中，牙槽窝的挤压变形仍不可避免。尤其是舌侧骨板的骨折，更是经常发生的事件。要进一步减少对牙槽窝的挤压，则需要对牙根进行进一步的切割。

3.3.2 转动轴、转动半径与差动 对于粗大、弯曲的牙根，要消除脱位的阻力，可以通过设计转动轴心，使得牙根在运动过程中，能顺着弯曲的牙槽窝而脱位，这涉及转动半径与差动的原理，即在一个刚性物体上某一点施加同样的力量，由于转动轴心的变化，这一刚体其他点的运动方向将发生变化。牙根脱位过程中，运动支点也就是运动轴心点的位置变化，直接导致牙根受力时，转动半径的变化，并进一步影响牙根根尖部位的运动方向和角动量，从而使其易于脱位（图5、6）。

图4 转动轴心与圆弧运动Fig4 The relationship between the centre and movement on the circle

4 力学原理在牙拔除术中应用的注意事项

上述力学原理在运用中仍需要结合具体情况，灵活运用，毕竟在口内操作时，器械进入角度和深度都会受到限制，牙根的变异也较大，故而在运用中，尚需注意以下几方面的问题和技巧。

4.1 剖牙的深度和角度

这个常常只能估算，但在估算中难免有偏差，而这个偏差需要医生不断积累临床经验来获得。如图6所示的牙根，切割时应尽可能去除牙根最宽部位，以利于剩余牙根的活动。虽然可能通过制作导航件来解决此类问题，但为拔牙而设计一个导航件，从时间和费用上考虑并不经济。

4.2 剖牙的部位和方向

随着锥形束CT的推广和普及，可以在术前就仔细分析阻力部位和方向，从而设计剖牙的部位和方向。

4.3 变向原理

因为解剖方位的限制，拔牙时器械多数是从前方进入的，并不能在每个拔牙的案例中实现理想的脱位根形，但上述原理可以帮助分析牙齿难以脱位的原因，而实际操作中，则可以通过变向的原理，来达到较为轻松地脱位的微创效果（图7）。

图6 剖根的深度和差动Fig6 The depth of splitting and the differential motion

图7 变向原理Fig7 The intentional change of dislocation direction

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（本文采编 石冰）

Geostatics in minimally invasive surgical exodontias

Hua Chengge. (State Key Laboratory of Oral Diseases, National Clinical Research Center for Oral Diseases, Dept. of Oral and Maxillofacial Surgery, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

Minimally invasive technology is popularly applied in alveolar surgery. However, constrained by the traditional mechanics principle, minimally invasive techniques are not thoroughly implemented in complicated procedures, such as impacted tooth extraction. In these procedures, bone injury is difficult to restrict to the mildest degree. In this paper, the basic principle of geostatics is applied to analyze the obstacles and their elimination in tooth extraction to provide the foundation for minimally invasive tooth extraction.

exodontics; minimally invasive surgery; geostatics

R 782.11

A

10.7518/hxkq.2017.02.002

2016-11-12；

2017-02-13

华成舸，主任医师，博士，E-mail：huacg@163.com

华成舸，主任医师，博士，E-mail：huacg@163.com

Correspondence: Hua Chengge, E-mail: huacg@163.com.