激活方式对双钥匙曲关闭上颌拔牙间隙影响的实验研究

刘佳莉 蔡森鑫 严峻 王梅洁 许潾于 苏杰华

直丝弓矫治技术中，单纯采用平直弓丝滑动法关闭间隙的力学机制存在一定的缺陷[1-2]，特别是对前、后牙相对支抗的控制及尖牙控制等仍有不足，常需要其它方法，如摇椅形、J钩、种植支抗等辅助控制牙齿的移动[3]。双钥匙曲(double key hole loop，DKHL)唇弓是一种特殊的正畸关闭曲，2 个垂直曲使力量加载更加柔和，配合特殊激活方式，可以灵活控制前牙和后牙移动的方式[4-5]。DKHL的生物力学机制较为复杂，临床应用主要依靠正畸医师的临床经验，为此有必要对其不同激活方式的效果进行深入的研究。本研究以Typodont模型为研究对象，模拟DKHL唇弓3 种激活方式关闭拔牙间隙，分析加力后前牙和后牙的冠根移动变化趋势，可为其临床应用提供有益的参考。

1 材料与方法

1.1 实验器材

1.2 实验步骤

1.2.1 人工牙数字模型采集 采用3 Shape扫描仪对上颌单个人工牙分别进行扫描，建立包含牙冠和牙根形态的单个人工牙数字模型，以STL格式保存。

1.2.2 Typodont标准模型建立 按人工牙临床冠中心粘接上颌矫治器，确认定位准确后，制作硅橡胶导板。采用间接粘接技术、以RelyXTMUltimate粘接剂将矫治器粘接于各组人工牙，依次更换镍钛圆丝、镍钛方丝、0.48 mm×0.64 mm DKLH不锈钢方丝，每次换丝后以47 ℃水浴15 min。拔除第一前磨牙后，分别进行三维扫描，建立初始数字模型，保存为STL格式。

1.2.3 DKHL加载实验 12 副Typodont模型随机分为3 组(n=4)，采用镍钛拉簧以3 种不同方式加载5 N的力量关闭拔牙间隙。工况一(C1)：在远中钥匙曲的远中制备短牵引钩，拉簧加载于第二磨牙颊面管与牵引钩之间;工况二(C2)：镍钛拉簧加载于第二磨牙的颊面管与远中钥匙曲顶部之间，钥匙曲之间未结扎；工况三(C3)：分别结扎双侧的近远中钥匙曲，使尖牙近中和远中的水平段弓丝成5°夹角，再安放入槽并按工况二加载拉簧(图 1)。加载完成后，47 ℃水浴30 min，随后冷却30 min。重复水浴1 次后进行模型扫描，建立加载后数字模型。

图 1 下颌不同工况加力模式

1.2.4 冠根融合模型的建立 初始和加载后数字模型导入Geomagic软件中，分别将上颌单个牙齿模型与之自动匹配和重叠，建立带有牙根的冠根融合模型(图 2)。

图 2 上颌牙列三维模型

1.2.5 牙齿移动趋势分析 以Typodont底座为参照建立三维坐标系。原点为中心圆柱孔与底座底平面的交点；经原点平行于底座后缘为水平向，左侧为正方向；经原点垂直于底座后缘为矢状向，远中向为正方向；模型中心圆柱螺纹为垂直向，根向为正方向。初始和加载后的冠根融合模型在Geomagic软件中以Typodont底座为基准进行匹配重叠，观察比较每颗牙齿的移动趋势。在模型中分别标记各个牙齿的标志点(冠方标志点包括切牙切缘中点，尖牙牙尖点，第二前磨牙、第一、第二磨牙的中央窝点；根方标志点包括单根牙根尖点及第一、第二磨牙的根分叉点)，测量标志点的三维位置变化值，左右同名牙的位移合并取均。

1.3 统计学分析

2 结 果

2.1 数字模型重叠分析

工况一中，矢状向上前牙轻度内收、后牙轻度前移，切牙的冠、根位移类似，未见明显舌倾，但尖牙根尖位移明显小于冠部，表现为远中倾斜移动；后牙牙冠轻微近中移动，牙根向远中倾斜。垂直向上牙列基本保持整平状态，前牙包括切牙和尖牙有轻度的伸长位移，后牙无明显变化。工况二中，矢状向上拔牙间隙明显减小,前牙牙冠和牙根整体内收、位移基本一致；后牙牙冠轻微近中移动，牙根远中倾斜的角度明显减小；垂直向上后牙段呈摇椅形排列，但前牙无明显变化。工况三中，矢状向上前牙的牙冠内收位移与工况二接近，但牙根内收位移明显大于牙冠，表现为明显的根舌向控根移动；上后牙牙冠近中移动的距离大于工况二，并且第二磨牙的牙根中有一定的近倾斜。垂直向上，前牙和后牙段摇椅形排列更加明显，切牙段有明显的压低，尖牙高度基本保持不变(图 3)。

2.2 矢状向移动趋势

3 种工况中牙齿的矢状向位移如图 4。工况一前牙牙冠的内收位移大于其他工况，且从工况一、工况二到工况三，前牙牙冠内收位移逐渐减少。相反，工况三的前牙牙根舌向位移明显大于其它工况。就前牙冠根位移比而言，工况一的冠根位移接近一致，从工况一、工况二到工况三，前牙冠根位移比逐渐减小，特别是在工况三中，冠根位移比可达到1∶5～1∶6，表现为显著的舌向控根移动效果。

后牙牙冠的近中位移从工况一、工况二到工况三逐渐增大。工况一前后牙移动位移比值约2∶1，工况二中比值接近1∶1，工况三中则约为1∶2。

2.3 垂直向移动趋势

图 3 水浴前(绿)后(红)模型重叠图

图 4 3 种工况下牙齿矢状向位移折线图

图 5 3 种工况下牙齿垂直向位移折线图

3 种工况中各个牙齿的垂直向位移如图 5。工况一中切牙和侧切牙牙冠均少量伸长，工况二中切牙垂直向基本保持原位、侧切牙有轻度压低，工况三中切牙和侧切牙牙冠的压低位移明显增大，尖牙基本保持不变。中切牙的牙根有轻度伸长，尖牙逐渐出现伸长的位移，特别在工况三中尖牙根尖伸长位移较为明显，这可能与其舌向控根移动有关。

在后牙区，各牙的位移明显小于前牙区。工况一中，第二前磨牙牙冠轻度压低而第二磨牙牙冠轻度伸长，工况二和工况三中后牙牙冠垂直高度变化不大。后牙牙根的垂直向位移在工况一和工况二中不明显，工况三中表现为整体轻度伸长。

3 讨 论

DKHL是Roth提出的一种关闭拔牙间隙的方法，其优点是力量加载柔和，可以灵活控制拔牙间隙两侧牙齿移动的方式[6]。工况一模拟Kazumi法，DKHL唇弓未加控制、类似直接回抽激活，切牙冠根内收位移接近1∶1；工况二模拟Suzuki法，加载位点移至尖牙远中钥匙曲顶部，增加了前牙段的正转矩，前牙牙根舌向位移有所增加；工况三模拟Dobranszki法，近中段和远中段弓丝之间形成人字形曲，明显增加了切牙段的正转矩，切牙冠根位移比例明显减小，表现为舌向控根的效果。陈奇等[4]的临床研究表明，DKHL唇弓与滑动法和关闭曲法相比，可在高效关闭拔牙间隙阶段有效地控制前牙转矩使前牙整体内收，特别是Dobranszki法，前牙偏直立的患者可以增加双钥匙曲间结扎力度。冯艳华[7]的临床研究也证实DKHL与低位种植支抗结合长牵引钩滑动法均可获得良好的前牙转矩控制。

DKHL在前牙的垂直向控制上也较为灵活。工况一前牙有轻度伸长，适用于前牙开合、允许适当伸长的患者；工况二中，前牙在内收时可保持其垂直向高度；工况三前牙在内收后明显压低，适用于深覆合病例压低上前牙、打开咬合。Dobranszki等的光弹模型研究证实，双钥匙顶部结扎可以前牙产生压低的力量。陈奇等[4]的临床研究认为通过加大双钥匙间结扎力量的大小，可以控制咬合打开的效果，DKHL为前牙压低提供了一种有效的治疗方法。

DKHL采取不同方式激活时，后牙的移动也存在差异。矢状向上，从工况一、工况二到工况三，前牙的内收位移减小、后牙的近中位移增大。远中钥匙曲的顶部加载，特别是钥匙曲顶部结扎，明显促进了后牙的近中移动，其原因可能是前牙产生根舌向控根移动、尖牙牙根远中倾斜，增加了远中移动的难度，前牙支抗增强所致。后牙区如果不做支抗控制，Dobranszki法只能实现后牙弱支抗，适用于需要大量前移后牙的患者。潘美珍等的临床研究证实DKHL可有效地实现后牙的近中整体移动[8]。需要前牙大量内收的病例使用Dobranszki法时，应采用有效的方法加强后牙支抗。垂直向上，工况一和工况二中后牙无显著变化，而工况三中上颌后牙有轻度的伸长倾向。李永刚等[9]的三维有限元研究亦认为工况三钥匙曲顶部结扎使后牙区伸长力增加，可能导致上颌后牙伸长。高角病例使用DKHL时需密切观察后牙的垂直向变化，必要时采用横腭杆、种植支抗等方法维持和控制后牙高度。

正畸生物力学的实验研究方法有光弹法[10]、三维有限元法[11]、机械测试法[12]和Typodont模型实验[13]等，均各有优点和不足。Typodont模型实验虽然并没有模拟牙周膜，但其人工牙在颌蜡中的移动还是一定程度上反应了正畸力量在一定周期内表达的结果，与牙齿在颌骨内移动的结果类似，具有一定的可信度[13]。DKHL激活方式灵活多变，临床相关文献还比较有限，Typodont模型研究仍可为进一步的理论研究和临床研究提供有益的参考。

4 结 论

双钥匙曲的3 种不同激活方式可以控制前牙和后牙的移动方式和支抗。DKHL唇弓直接水平加力时，前牙有伸长倾向；远中钥匙曲顶部加载时，可控制前牙转矩和垂直向位置；增加DKHL顶部间结扎后，将进一步压低前牙并增加正转矩，利于打开咬合和前牙控根移动，但后牙易于整体前移，需加强后牙的支抗控制。