无托槽隐形矫治中影响转矩的因素

魏俊婷，樊永杰,张 佐，田文姝，金 梦

自20世纪90年代末以来，随着材料工程、计算机辅助设计和快速成型技术的发展，无托槽隐形矫治技术已经发展成为一种新兴的正畸技术。目前，普遍认为无托槽隐形矫治器对牙根的控制的能力有限[1]。GRÜNHEID[2]研究发现使用无托槽隐形矫治器治疗过程中，预设转矩与实际表达转矩之间存在差异。KRAVITZ[3]研究认为切牙舌向转矩的表达率是53.1%，唇向转矩表达率是37.6%；SIMON[4]研究结果为上颌切牙转矩的表达率是42%，Haouili[5]实验得出转矩的表达率为56%，转矩表达率均较低。因此认为控制牙齿转矩是无托槽隐形矫治器的短板。与固定矫治器类似，影响无托槽隐形矫治器的转矩因素多。本文将从无托槽隐形矫治技术中矫治器的附件设计、矫治器的厚度、矫治器的龈边缘设计、过矫治设计，以及牙齿的解剖形态、相邻牙齿之间作用、牙齿周围组织、口内环境等影响转矩表达因素作一综述，以期为临床提供参考。

1 无托槽隐形矫治中的附件对转矩的影响

附件是用于辅助牙齿移动或增强矫治器固位力的装置，通过在牙冠的特定区域黏结树脂，使矫治器与牙面最大程度贴合，增强固位力，提供牙齿移动所需的力，提高牙齿移动效率，接触面积增大，对牙齿施加的力也相应增大。大多数情况下，附件会自动放置在由计算机算法确定的牙齿上的特定位置，并且它们控制力的施加点、力的方向和力的大小[6]，但是并没有明确具体的附件的作用机制。

由于前牙与后牙牙齿形状差异，而且在牙齿移动过程中，前后牙需要控制转矩的情况不同，所以设置在牙齿上的附件同样有区别。当利用无托槽隐形矫治器对后牙进行扩弓时，后牙为倾斜移动，而不是维持转矩的整体移动[7-9]。有学者[10-11]对比磨牙有传统矩形附件和无附件对扩弓效率的影响，发现无论磨牙是否设计附件，均对扩弓效率无显著影响，说明附件在牙齿扩弓过程中不能维持牙齿的转矩，而且这可能与附件的形状有关。爱齐公司推出优化扩弓支持附件，不同于传统附件的形状，附件为半圆形，龈方为主动加力面，能为扩弓移动提供支持，维持后牙转矩进行整体移动。然而，目前尚未有对比优化扩弓支持附件与传统附件的相关报道。

另外，特殊的附件可使无托槽隐形矫治器在治疗患者时更加可靠，并达到预期的效果，通常这些附件设置于前牙上。例如，在矫治器上添加压力点，通常设置在唇舌面形成一对力偶，可对牙冠上的特定位点施加更大的压力，从而产生转矩[12]。DAI[13]认为Power ridge可以增加对切牙的转矩控制。CASTROFLORIO[14]对Power ridge的初步研究表明，当需要10°的转矩时，使用Power ridge对牙齿转矩控制好，转矩损失可忽略不计。因此，与固定矫治器相比，采用Power rides可以更好地控制上切牙。TUNCAY等[15]研究报道了Power ridge增强根舌向转矩的作用，在唇侧牙龈边缘和舌侧切缘的矫治器上添加转矩嵴，以形成一对力偶，使牙根向腭侧移动，如果需要跟唇向转矩，则在舌侧牙龈边缘和唇侧切缘的矫治器上添加转矩嵴。因此，临床上所运用附件不同，所产生的力学效应也不同，但是目前对于附件的作用机制较少，应进一步研究。

2 无托槽隐形矫治器的厚度对转矩的影响

无托槽隐形矫治器的厚度影响矫治力的大小，较厚的矫治器产生的力明显大于较薄的矫治器。矫治器厚度对矫正器就位、力的施加均有影响，因此矫治器厚度偏差即使很小，也会在临床上对矫治力有显著影响。EDELMANN[16]研究发现3D打印制造出的无托槽隐形矫治器厚度会增加，而转矩移动会受到无托槽隐形矫治器厚度增加的负面影响[17]，当矫治器厚度增加时，牙齿受到颊舌向矫治力逐渐减少。然而，当矫正器用于治疗舌倾切牙时，矫正器的厚度并不会影响转矩[18]。但是关于矫治器的体外研究结果显示，矫治器经过热成型后，厚度减少了50%，特别是在颊侧龈边缘[19]。利用显微CT观察矫治器厚度均匀性，研究表明厚度差异存在于磨牙区颊舌侧龈边缘的厚度明显薄于口面[20]。矫治器变薄的区域，刚性较低，矫治器厚度不均匀也就解释为什么无托槽隐形矫治器不能有效地控制磨牙转矩。为了获得良好的咬合，矫正器厚度应作为考虑的参数之一，但是目前无托槽隐形矫治器生产技术没有披露矫治器生产的几个要素，特别是热成型程序，这都限制了对实验结果的解释。

3 无托槽隐形矫治器的龈边缘设计对转矩的影响

无托槽隐形矫治器的龈边缘设计会影响牙龈的健康状况，延伸矫治器龈边缘会提高固位力，增加牙齿移动的表达率，但是龈边缘太靠近牙龈时会刺激牙龈，同时影响颊舌向矫治力。ELKHOLY[21]研究发现无托槽隐形矫治器的龈边缘的曲率会加强矫正器的施力强度。COWLEY[22]发现随矫治器边缘缩短，固位力也相应降低。张琦[23]利用三维有限元模拟牙周病时牙齿的受力情况，矫治器边缘缩短1 mm，下前牙平均脱位力减小11.17%～21.01%；矫治器边缘缩短1.5 mm，下前平均牙脱位力减小20.40%～34.71%。随着矫治器边缘缩短，牙周膜应力和下前牙脱位力明显减小，所以随着脱位力的减小，矫治器对牙齿的控制力也会减小，因而当无托槽隐形矫治器边缘缩短时，要加强对下前牙的转矩控制。

4 无托槽矫治中过矫治设计对转矩的影响

任何正畸矫治器施加在牙齿上的力并不是影响牙齿移动的唯一因素，重要的是要考虑到矫治器局部应力。在无托槽隐形矫治技术 中，转矩主要是通过矫治器在切牙边缘变形而产生的，因此建议设计上前牙转矩要预设过矫正，以达到预期的转矩角度[24]。李德水[25]发现设计过矫正的牙齿相对于未设计过矫正的牙齿，对转矩控制增加了39%，说明过矫正设计可增加牙齿移动过程中的转矩移动的效率。

不同系统的固定矫治器转矩角度不同，当今的无托槽隐形矫治技术中，由于不同品牌的数据不同，所以每一步的移动量、转矩角度都不一样，所以设计的过矫正量也不同，但是目前没有关于不同品牌之间的关于过矫正量的对比。同时需要注意的是，控制过矫正的设计量，因为设计过大的转矩量可能会对牙齿有过大的矫治力，避免造成牙根吸收等情况发生。

5 牙齿的解剖形态在无托槽隐形矫治技术中对转矩的影响

与固定矫治器一样，牙齿的解剖形态同样影响无托槽隐形矫治器的转矩表达。当牙齿与矫治器接触时，矫治力通过矫治器与牙冠的接触传递，并将牙齿移动至预设的位置。由于这一特点，牙冠解剖结构会对牙齿移动产生很大的影响，牙冠较短的牙齿与矫正器的接触面较少，与牙冠较大且固位力较高的牙齿相比，转矩表达的效率较低[26]。不仅是不同牙齿的形状会影响转矩，即使是同一颗牙的每个面的形状也会影响转矩。ELKHOLY[21]研究发现，由于牙齿的几何形状导致矫治器的腭侧颈部的应力增强，切牙的颈部腭侧矫治力高于唇侧矫治力，因为腭侧颈部的特殊形状使得无托槽隐形矫治器的边缘收紧，所以牙齿和矫治器更加贴合，牙齿受到的矫治力更大。

牙冠会影响矫治器的形状，同样牙根也会影响牙齿的移动。GRÜNHEID[2]研究认为，无托槽隐形矫治器不能完全表达治疗计划中预设的转矩，可能是因为磨牙的牙根的表面积大、磨牙的牙根接近骨皮质及牙根的周围组织限制牙齿移动等因素，所以需要更大的力才能移动牙齿。

牙齿的形状会影响无托槽隐形矫治器的厚度。LOMBARDO等[27]研究发现，无托槽隐形矫治器在牙弓的不同区域之间的厚度各不相同，切牙和尖牙区厚度为0.55 mm，磨牙区厚度为0.62 mm。MANTOVANI[20]的研究，用同样厚度为0.75 mm的膜片，热成型后无托槽隐形矫治器在切牙上的实际厚度为0.582～0.639 mm，尖牙上为0.569～0.644 mm，磨牙上为0.566～0.634 mm。观察到矫治器的厚度并不均匀，也可影响无托槽隐形矫治器转矩的控制能力。

6 无托槽矫治中相邻牙齿关系对转矩的影响

无托槽隐形矫治器为全包裹牙齿的矫治器，并且矫治器将牙齿连为一体，当矫治力作用于一颗牙齿时，反作用力作用于相邻牙齿或一组牙上。当牙弓后段的牙齿受到转矩力时，同一牙弓的牙齿可能都会受到影响。BOWMAN[28]研究发现，磨牙近中移动后支抗丧失，磨牙近中倾斜时可能影响前牙扭矩的表达。目前尚未有更多的研究报道后牙转矩变化对前牙的影响，还需要进一步实验研究。

7 周围组织对转矩的影响

牙齿的转矩与周围组织有关，例如牙周膜、牙槽骨等，牙齿的阻抗中心很大程度上受周围组织的影响。因此，牙槽骨吸收或异常长的牙根的阻力中心更靠近口方。MA[29]利用三维有限元模拟牙周病下前牙倾斜度与牙齿应力的关系，当移动量为0.10 mm、下前牙轴向倾斜90°时，下前牙应力值为68 MPa，当下前牙轴向倾斜100°，下前牙应力值为72 MPa；当移动量为0.15 mm、下前牙轴向倾斜90°时，下前牙应力值为72 MPa，当下前牙轴向倾100°，下前牙应力值为88 MPa。随着前牙的轴向倾斜度越大，前牙的应力就越大，应力主要集中在牙颈。而牙齿的阻抗中心向根部移动，转矩增大，进一步加剧了牙周组织的破坏[30]。

当无托槽隐形矫治器治疗牙周病时，患者的牙槽骨吸收，牙槽嵴高度降低，阻抗中心的位置位于牙槽嵴方，施加转矩力会使牙齿脱位，造成不良的生物学反应[31]。但是目前也有研究证实，正畸治疗不会导致牙槽骨丢失，在某些情况下甚至牙槽骨会增加，而且牙周炎能很好控制时，正畸治疗期间的牙槽骨变化很小[32]。

正畸治疗中，牙槽骨厚度是治疗前和治疗期间应该考虑和测量的一个因素，因为骨量可能会限制牙齿的移动和牙周健康的维持。利用CBCT研究发现，牙槽骨变化和牙齿转矩变化之间存在显著相关性[33-34]。EKSRIWONG[35]研究认为，切牙在内收过程中，唇侧的牙槽骨伴随着牙根的移动而发生改建，转矩变化与牙槽骨的改建有关。切牙内收初始移动并不是整体移动，因为牙根的根尖比颈部移动得少，牙根尖部的少量移动不足以发出信号，使相应的牙槽骨随着牙根的移动而重塑，而且腭部牙槽骨位置代表了上颌切牙内收的最大边界。前牙的颊舌向移动意在改善上下颌前牙的矢状关系，以达到一个稳定的前牙咬合。目前的研究证明了转矩变化与根尖颊侧牙槽骨厚度之间的显著相关性，当前牙转矩超过5°时，骨改建更加明显[36]。

随着牙齿颊舌向移动，覆盖在切牙根部骨质会发生变化，加上不受控制的矫正力量，可能会导致唇舌侧骨壁穿孔，导致牙龈退缩。牙齿周围骨壁存在个体差异，准确完整地评估骨骼和牙齿的关系是必要的，以防止发生牙根吸收，牙龈退缩和牙槽骨丧失等医源性矫治的副作用。

8 口腔内环境对转矩的影响

口腔内环境能使材料力学性能的改变，主要影响因素是温度和唾液。极端的交替温度以及升温到口腔内的温度会降低材料的弹性模量，因此可能会促使正畸力的降低[37-38]。因为矫治器材料的所有弹性参数都与温度相关，而且与材料的玻璃化转变温度息息相关。在玻璃化转变温度以下，矫治器材料的力学性能弹性低、脆性高，而在玻璃化转变温度以上则表现为更有弹性、更具延展性的状态。温度对于矫治器材料内部的水吸收和矫治器本身的热降解都是一个关键因素，它削弱分子键，导致机械性能随时间而降解。同样，研究发现矫治器在人工唾液中浸泡后，矫治器受力明显降低[39-40]，矫治器的吸水性会影响矫正器的大小，水渗透到矫治器中会导致矫治器膨胀，并存在机械降解现象，影响与患者牙弓匹配程度，牙齿也可能受到不可预测的正畸力而失去治疗效果。因此，正畸矫治器的材料应该在模拟口腔内环境中对其力学性能进行详细的表征之后才能选择。