固定唇侧正畸治疗中影响转矩表达的因素

魏俊婷，樊永杰

(内蒙古医科大学第四附属医院正畸科，内蒙古 包头 014030)

正畸治疗中，牙齿的转矩对建立正确的咬合关系是至关重要的。转矩是临床牙冠唇(颊)面轴点的切线与牙合平面垂线间的夹角,反映了牙齿唇(颊)舌向的倾斜度。切牙的转矩对支持面部软组织也有重要作用。不论固定矫治技术如何发展，能否控制好转矩都是一个恒久的命题。固定唇侧矫治中转矩的表达受许多因素的影响，弓丝和托槽的尺寸和材料特性、余隙角、托槽位置、牙齿的解剖形态等因素均会影响转矩角度的表达。本文对固定唇侧矫治中影响转矩表达的因素作一综述,以期为临床提供指导。

1 托槽对转矩的影响

1.1托槽的种类对转矩的影响

1.1.1自锁托槽与结扎托槽对转矩的影响 自锁托槽的出现为固定矫治技术带来了巨大的改变，有学者研究发现与传统结扎托槽相比，自锁托槽的牙冠唇向转矩的表达率更高，特别是在前磨牙区[1]。然而Sfondrini等[2]通过对比25名患者治疗前后的上颌切牙相关的头影测量值，发现使用传统结扎托槽与自锁托槽之间的切牙转矩测量值并无显著差异。

其实传统结扎托槽与自锁托槽在表达转矩方面有区别主要是其结扎方式的不同，自锁托槽内置一个闭锁装置，避免了结扎丝的捆绑，减小弓丝与托槽之间的摩擦力，从而能更好地表达转矩。

1.1.2主动式自锁托槽和被动式自锁托槽对转矩的影响 自锁托槽分为主动式自锁托槽和被动式自锁托槽。有研究对比两种托槽之间表达转矩的差异，表明主动式自锁托槽表达转矩的能力更好。Ren等[3]研究发现，主动式自锁托槽比被动式自锁托槽更多地表达上下切牙的转矩，使上下切牙唇向倾斜趋势增加。而两种托槽之间的表达差异可能源于在控制转矩过程中主动式自锁托槽的闭锁装置对弓丝产生主动力，所以这一研究结果并不一定表明主动式自锁托槽产生更好的转矩控制。

虽然主动式自锁托槽能更好地控制前牙转矩，但是托槽锁片在临床中容易损坏，当患者不能维持良好的口腔卫生时，食物残渣残存在托槽锁片中，导致复诊过程中不能按照正确轨迹打开托槽，损坏锁片，使托槽不能有效控制转矩。

1.1.3方丝弓矫治器和直丝弓矫治器对转矩的影响 方丝弓矫治器是1925年由Angle首先提出，主要通过弓丝的形变施力。Andrews于1970年设计出直丝弓矫治器，该矫治器将标准牙齿数据，包括转矩、轴倾角等预设在托槽中。Papageorgiou等[4]认为直丝弓矫治器与方丝弓矫治器的治疗结果相比，下切牙唇侧倾斜度增加4.5°，上下切牙间夹角成锐角趋势增加。有研究表明，与方丝弓矫治器相比，使用直丝弓矫治器减少了上切牙的舌向倾斜程度，表明使用方丝弓矫治器的上切牙切缘更加舌向倾斜，使得上颌切牙更加直立[5]。但是在对比方丝弓矫治器和直丝弓矫治器的治疗效果时，影响其治疗效果的因素众多，比如患者错颌畸形的难易程度、患者的依从性等因素均会影响治疗效果，特别是正畸医生对病例的治疗方案的选择和把控对治疗结果的影响尤为重要，一部分医师使用方丝弓矫治器治疗效果更好，而另一部分医师则使用直丝弓矫治器治疗更好，这取决于医师对各种类型矫治器的生物力学的理解和运用。

对比方丝弓矫治器和直丝弓矫治器对转矩的影响时，应把患者的相关因素控制在可控区间内，避免因其他因素影响治疗结果。所以应根据患者的情况，综合考量各方面的信息选择适合患者的矫治器。

1.2托槽粘结高度对转矩的影响 托槽放置在正确的位置上对获得良好的治疗效果是至关重要的。一般来说，托槽的粘结位置是为了更贴合临床牙冠的中点。有学者研究发现当托槽放置在距切缘3.5～5.0 mm时，上颌中切牙的转矩随着托槽粘结高度的增加而减少2.1°，上颌尖牙转矩减少2.3°。Kong等[6]研究发现随着托槽粘结的垂直高度增加，对转矩的影响减小，托槽的垂直高度每增加0.5 mm，中切牙的转矩减小约1.5°，侧切牙和尖牙转矩减小约2.0°。这一发现证实了托槽粘结的垂直高度确实在牙齿转矩中起着重要作用，托槽的粘结高度不同，牙冠表面的形态不同，所以表达转矩的角度也会变化。

1.3托槽的材质对转矩的影响 金属托槽因其良好的机械性能仍是固定正畸治疗中使用最广泛的托槽。Harikrishnan等[7]对金属托槽进行有限元分析，研究表明0.016英寸×0.022英寸和0.017英寸×0.025英寸弓丝在0.018英寸托槽中施加30°转矩时的托槽形变量分别为35.71 μm和54.52 μm，0.019英寸×0.025英寸和0.021英寸×0.025英寸弓丝在0.022英寸托槽中的托槽形变量分别为50.78 μm和65.22 μm，在相同的托槽中，随着弓丝尺寸增大，弓丝占据槽沟空间越多，弓丝与托槽越匹配，托槽形变量越大，从而影响转矩的表达。

陶瓷托槽具有良好的生物相容性，并且能与牙釉质形成紧密的粘结，但是脆性较大，当受到外力作用时，容易折裂。有学者对比陶瓷托槽表达转矩时的差异，认为这种差异的确存在，可能是托槽的槽沟高度导致[8]，也可能是由不同的制造生产技术造成的[9]。Hodecker等[10]对比不同材质的陶瓷托槽性能，发现只有带金属的陶瓷托槽才能显著减少托槽的形变，并且提高转矩的表达值。所以需要加大转矩的情况下，考虑使用金属托槽，因为金属托槽可以更好地承受转矩力，更好地表达转矩。

在正畸治疗中由于转矩表达在不同的托槽中是不同的，应充分了解托槽转矩表达，并在治疗过程中运用这些信息，特别是了解不同托槽的属性，从而达到更好的临床效果。

1.4托槽槽沟的形变对转矩的影响 临床上，由于托槽槽壁与弓丝直接接触，所以托槽可能会发生形变，既可发生弹性形变，也可能发生塑性形变。这种形变是转矩表达损失的一个重要影响因素。Magesh等[11]测量不锈钢托槽在不同尺寸的弓丝扭转时的形变量，结果表明，随着弓丝尺寸和转矩角度的增大，托槽的形变量越大，而且从托槽顶部到托槽底部，托槽的形变逐渐减小。Harikrishnan等[7]利用有限元分析比较施加转矩过程中托槽结扎翼与槽沟区的形变，发现托槽槽沟和结扎翼均因转矩的作用而变形，而且形变量随着转矩角度的增加而增加。在这种情况下，托槽的形变量增加，导致实际施加的转矩减少。

正畸医生应该意识到这种与转矩相关的托槽变形，托槽的变形直接影响牙齿的转矩传递，从而使调整牙齿位置的过程延长，所以在调整转矩时要选择合适的弓丝以及施加合适的转矩角度。

1.5托槽的制作精度对转矩的影响 以往有研究利用光学显微镜观察托槽槽沟的表面，发现槽沟表面并不平整，而且存在细小缺陷，应是生产过程中造成的粗糙表面，使弓丝无法完全贴合槽沟。有学者研究发现与托槽的标定值相比，托槽的槽沟宽度通常不准确[12]。实际临床应用中所使用的托槽槽沟过大，导致转矩表达值大于理论值，提示过大的槽沟会影响弓丝与托槽的阻力特性[13]。Lefebvre等[14]研究表明，与品牌给定的标准值相比，托槽的槽沟的宽度均偏大，导致余隙角增加，从而丧失对转矩控制。应意识到在治疗的最后阶段可能需要较长时间对牙齿进行精细调整。目前对正畸器械制作厂家来说应严格控制托槽的规格，帮助正畸医生在治疗过程中更好地控制转矩。

2 牙齿的解剖形态对转矩的影响

2.1牙冠的唇面形态对转矩的影响 同一牙冠上不同高度的牙冠表面唇侧轮廓不同，将托槽放置在离切缘更近或更靠近牙龈的位置会由于唇面的弯曲而导致托槽的转矩不同。唇面曲率为沿唇面不同高度的唇面切线与牙冠纵轴的夹角，测量唇面曲率可明确牙冠表面的区别。有学者测得在切牙上，当托槽位置高于切缘2.0 mm时，牙冠曲率为28.7°，当高于切缘4.5 mm时，牙冠曲率为19.0°；尖牙上，托槽位置高于切缘2.0 mm时，牙冠曲率为30.0°，当高于切缘4.5 mm时，牙冠曲率为19.3°。依此推算，对于切牙和尖牙，在距切缘2～4.5 mm放置托槽，在同一患者使用一种托槽系统治疗结束时，转矩可能会相差10°，将托槽放置于此范围之外，牙冠曲率变化大，对牙齿转矩的影响更大。Wang等[15]研究发现，不管是在上颌,还是在下颌，尖牙的唇面曲度明显大于同一牙弓内中切牙和侧切牙，这表明在托槽粘结过程中的等效偏差可能会导致尖牙比切牙存在更大的转矩表达误差。

牙齿唇面曲率变异大，即使是同名牙之间，唇面曲率差异也很明显。当托槽在离切缘相同的垂直高度上使用相同的托槽治疗同名牙时，不同的患者可能会表达不同的转矩，所以根据牙面形态选择托槽是很重要的。

2.2冠根角对转矩的影响 冠根角是恒切牙形态变异的一个特征，它是由牙冠和牙根的长轴构成的角度。冠根角的形成是由于牙齿萌出时口腔周围肌肉、咀嚼力以及矫治力等因素改变了牙齿的发育方向或位置。正畸治疗中，冠根角会影响牙齿移动时的力、轴向倾斜度和移动量，特别是在进行垂直向移动时牙齿受到的轴向负荷，从而导致牙根、骨板吸收[16-17]。冠根角增大的牙齿限制了牙根从舌面扭转到骨皮质板的程度。使用直丝弓矫治器时，冠根角在转矩的表达中至关重要[18]。Wang等[15]研究发现，上颌中切牙冠根角接近0°，侧切牙和上颌尖牙的冠根角为负值，说明牙根的长轴与牙冠的长轴方向有明显的偏离，提示牙根相对向唇侧骨皮质弯曲，因此，这可能是上颌尖牙在内收时经常骨开裂或骨开窗的重要原因之一。

冠根角与其他牙齿畸形不同之处在于其牙根较短，牙冠较大，轴向弯曲较大，使切牙的压入和转矩变得复杂。人与人之间的上颌前牙的冠根角存在较大差异，在托槽粘结过程中可能导致更大的转矩表达误差，特别是Ⅱ类2分类患者要更加注意。在粘结托槽之前，应评估冠根角的个体差异，并且当偏差较大时，可考虑个性化定制托槽，以期获得所需的转矩。

2.3轴倾角对转矩的影响 轴倾角指临床牙冠的长轴与牙合平面的垂线形成的冠角，不同的牙齿轴倾角不同，牙齿的轴倾角会影响转矩的表达。例如在拔牙病例中可能会出现过山车效应，在过软的镍钛丝上使用重力关闭间隙，当尖牙向远中牵拉时，对前牙形成负转矩，使得覆牙合加深。林新平等对临床冠轴倾角进行测量，发现在排齐过程中，牙齿自身的临床冠轴倾角直接决定前牙是否唇倾，而与直丝弓矫治器托槽轴倾角的设计无直接关系。Romanyka等[19]分析轴倾角是否对转矩值有影响，研究认为当轴倾角为2.5°时，托槽的转矩为20°，托槽发生塑性形变，同时也证明轴倾角对转矩有明显影响。

3 弓丝特性对转矩的影响

3.1弓丝的截面尺寸对转矩的影响 弓丝的截面尺寸是影响其抗扭刚度的重要因素。研究表明，在拔牙病例中，为了控制前牙的转矩，最好使用较大尺寸的弓丝[20-21]。Kawamura等[21]用有限元方法模拟正畸牙齿的长期移动，当使用0.021、0.018和0.016英寸的弓丝放入0.022英寸的托槽时，切牙的舌侧倾斜角度增大，并且牙齿会伸长。临床医生在使用较细的弓丝时，不仅要注意牙齿向舌侧倾斜的程度，还要注意切牙的伸长移动。而Wu等[22]研究认为，在拔牙病例关闭间隙过程中，为了实现前牙的整体移动，更重要的是选择合适的方法，比如使用微型螺钉长动力臂牵引牙齿，而不是单纯地增加弓丝的尺寸。同样弓丝的截面形状也会影响转矩，在表达转矩方面，矩形弓丝比正方形弓丝更有效。Theerasopon等[23]通过研究发现，在排齐整平阶段使用0.016英寸的圆丝时下颌切牙唇向移动1 mm，唇向倾斜4.38°。继而改用0.016英寸×0.016英寸或0.016英寸×0.022英寸的弓丝后，下颌切牙唇向移动0.63 mm，唇向倾斜1.38°，提示方形或矩形弓丝控制转矩能力好于圆丝，但在最开始的排齐整平阶段，不太可能放置0.016英寸×0.016英寸或0.016英寸×0.022英寸的矩形镍钛弓丝，因为矩形弓丝不能强行放入尚未排列整齐的牙列中。但是下颌切牙过度唇向倾斜可能会导致牙周损伤，比如牙龈退缩和牙槽骨吸收。为了减小在排齐整平阶段下颌前牙唇向倾斜的趋势及程度，可以使用弹性性能更好的弓丝进行矫治。

在临床中，不能为了更好地控制转矩，而选择不匹配的弓丝进行矫治，可能会适得其反。应根据患者的具体拥挤程度，选择合适的弓丝进行矫治才更为重要。

3.2弓丝材质对转矩的影响 材料科学的进步使许多合金工业得以发展，可用于制造正畸弓丝，使其具有更好的临床性能。牙齿矫正中最常用的弓丝是不锈钢弓丝，镍钛弓丝和TMA弓丝。不锈钢弓丝硬度高于其他合金，耐腐蚀性好，生物相容性好，摩擦系数小于其他弓丝。镍钛弓丝因其形状记忆效应、超弹性和良好的生物相容性而广泛应用。TMA弓丝的硬度和弹性模量在不锈钢弓丝及镍钛合金弓丝之间。

不同的材质有不同的材料特性，有学者利用三维有限元评估正畸矫治器材料(粘接剂、托槽和弓丝)在施加转矩后对牙齿位移和应力的相对影响，研究结果表明转矩似乎不受粘接剂的影响，但托槽和弓丝的材质均对转矩有影响，特别是弓丝的材质直接影响牙齿的位移和应力。Ajami等[24]研究表明与不锈钢弓丝相比，TMA弓丝表达的转矩角低，传递到牙齿转矩的能力差。Tran等[25]研究同样证实弓丝的材质对转矩表达有很大影响，在同一托槽中，施加30°转矩时，不锈钢弓丝的力矩为60 Nmm，TMA弓丝力矩为35 Nmm，不锈钢弓丝比TMA弓丝表达的转矩力值大。由此可见，在临床中转矩的差异是由弓丝材料和弓丝的截面尺寸的差异造成的，虽然弓丝材料并不影响余隙角，但是对转矩表达是一个重要的影响因素。

弓丝材质对转矩的表达影响大，弓丝弹性大，相应的控制转矩能力就会下降，弓丝硬度大，控制转矩更好。在不同的治疗阶段选择合适的弓丝治疗，更重要的是明确牙齿的耐受范围，避免损伤牙周膜。

3.3余隙角对转矩的影响 转矩余隙角是托槽中弓丝与槽沟之间的角度，它直接影响到转矩角的有效性。辜岷对比分析常用正畸方丝的余隙角，在0.022英寸×0.025英寸的托槽内，不锈钢方丝每0.001英寸的余隙角有4°，镍钛方丝每0.001英寸的余隙有6°的余隙角，对不同规格、不同材质的弓丝不能完全采用以往每0.001英寸有4°余隙角的理论值。

转矩的表达依赖于弓丝与托槽之间紧密接触，但是由于余隙角的存在，托槽和弓丝总是不能紧密接触，限制了牙齿的移动。由于生产工艺及材料等原因影响弓丝的边缘斜面大小，同一尺寸的弓丝的边缘斜面大小因制造商的不同而不同，即使差距很小，但是对转矩的表达有很大影响。Tepedino等[26]的实验也证实相同尺寸弓丝中，边缘斜面圆钝的弓丝比弓丝边缘斜面锐利的转矩大2°，而且与生产工艺相关，即使是同一生产厂家生产的同一批托槽表达转矩也有1.43°到2.42°差异。弓丝边缘斜面是生产矩形弓丝中不可避免的结果，不同的产品之间变化很大，而且对转矩表达有很大的影响，最好由制造商对这一特性进行更详细的描述，制定更严格的标准。

余隙角是使用固定矫治器不可避免的影响转矩的因素，所以应探索使用不同材质、尺寸的弓丝的余隙角对转矩的影响，提高控制转矩的能力，减少牙齿的往复移动，缩短治疗时间。

4 同一牙弓中牙齿间相互作用对转矩的影响

固定矫治中产生转矩的动力是弓丝，当弓丝对一颗牙齿施加转矩力时，相邻的牙齿会受到方向相反大小相等的力，这个力通常会被忽略，但是结果是由于设定的牙齿移动和相邻牙齿的移动相反，相邻牙齿之间的移动差异减小。当临床治疗中希望切牙向同一方向移动时，牙齿移动就变得更加复杂。当转矩力矩作用于前牙，所产生的力传递到后牙，显著影响上颌后牙的支抗，导致上颌后牙近中倾斜。Isaacson[27]发现由于相邻牙齿产生的交互作用，转矩的控制十分受限。田军[28]通过水浴Typodont实验得出的实验结果与转矩余隙理论计算有较大差异，认为实验测得的转矩余隙，不仅受弓丝和托槽的影响，同时还受到同一牙弓中其他牙齿的影响。将整个牙列看作一个力学系统，一组相邻的牙齿被视为一个大的牙齿，控制第二组牙齿与第一组牙齿相对移动，这样，切牙的转矩力作为垂直力传递给磨牙。当对切牙施加转矩力时，切牙牙冠的唇向移动受限，但根尖的舌向力导致切牙向阻力中心的舌侧移动，相互作用就会传递到磨牙上。不管使用何种矫治器，牙齿之间都是存在相互作用力，所以不能仅仅分析单颗牙齿的受力，要分析整个牙弓的矫治力。

5 口周肌肉对转矩影响

众所周知，生长过程中，软组织会影响牙齿和牙槽骨等硬组织。解剖学上，上切牙位于舌头和嘴唇之间。如果舌肌肌力强，唇肌肌力弱，上颌前牙唇向倾斜，覆盖增大，相反唇肌肌力大导致上切牙舌向倾斜[29]。通过实验发现唇肌肌力的增加不仅使切牙舌向倾斜，而且使上下牙弓的前后径长度减小，而且拔牙矫治后牙弓的深度和宽度的减少可能会影响颊肌和口轮匝肌的功能[30]。

需要注意的是，在治疗过程中要正确理解口周肌力与前牙之间的关系，两者之间相互影响，口周肌力对前牙有影响，同时前牙的变化也会引起口周肌力的变化。

6 周围骨质对转矩影响

牙齿周围的牙槽骨的厚度是正畸牙齿移动的限制因素，决定牙齿在颌骨内的矢状向的移动，移动超过限度可能会发生骨开窗或骨开裂。Eksriwong等[31]利用锥体束计算机断层扫描研究表明以稳定的骨骼结构为参照，上颌切牙倾斜度的改变与牙槽骨的改变有关。Andrews等[32]发现当上颌切牙唇侧倾斜度增加时，根尖区的唇侧牙槽骨厚度增加。当牙齿为正转矩时，上颌切牙根尖区域的唇侧骨板的厚度增加，而当牙齿为负转矩时，唇侧骨板的厚度减小，意味着当由于环境因素导致牙冠在唇舌向移位时，根尖向相反方向移动，而牙根中部区域几乎没有变化。切牙向唇侧倾斜越多，根尖区的骨质厚度下降越多。研究牙齿周围骨质的厚度，有助于更好地了解不同位置的牙槽骨对矫治力的反应，继而影响牙齿在其中的移动。Lu等[33]研究发现，低角骨性Ⅲ类错牙合患者下颌中切牙唇侧倾斜度与唇、舌侧牙槽骨形态显著相关，下颌中切牙唇侧倾斜度与唇侧皮质骨厚度、唇侧松质骨厚度、根尖牙槽骨总厚度、唇侧皮质骨面积、唇侧牙槽骨总面积、唇侧牙槽骨高度呈正相关。

不同矢状骨面型的下颌骨代偿不同，这可能导致根尖牙槽骨不同的变化趋势。因此，应根据不同的矢状骨面型研究下颌切牙的倾斜度，以便更好地分析牙槽骨厚度的变化。针对不同的临床情况指导正畸医生设计治疗方案，以规避正畸治疗中的风险。

7 小结

影响唇侧固定正畸矫治过程中牙齿转矩的因素是多方面的，不论是固定矫治技术未来如何发展，转矩的控制与表达都是重中之重，在正畸治疗中必须充分考虑。近年来数字化技术蓬勃发展，尤其是口内扫描技术与锥形束CT数据相结合辅助医生进行精准的矫治设计，提高治疗效率。若将患者的牙齿、颌骨骨面型、面部软组织轮廓进行三维重建，不仅能生产出依据患者信息制定的托槽，而且还可以在托槽中内置三个序列弯曲的个性化的设计值，实现制定属于患者的个性化托槽。Johal等[34]设计了一种新型托槽—轴倾度和转矩可调托槽，通过体外实验测试了托槽控制轴倾度和转矩的能力。发现与倒粘托槽或使用对侧托槽具有类似的优势，将托槽保持在牙齿上的最佳位置，增加了临床上增加或减少轴倾度和转矩的自由度，而不需要弓丝调整或改变托槽的位置。但是这种托槽的生物力学性能尚未研究透彻，而且与弓丝之间的摩擦属性未进行验证，目前还在实验阶段，还不能大范围地应用于临床矫治。未来要将患者的牙根、颌面部、关节等信息综合采集，真正做到与骨面结合，必然能大大提高固定唇侧矫治技术的诊断和治疗能力，从而达到最佳矫治效果。