MBT托槽、传动直丝弓托槽及M-LF托槽的摩擦力比较

吴春晓，米丛波，高文丽，戴玉婷，罗惠方

（新疆医科大学第一附属医院口腔正畸科 新疆 乌鲁木齐 830054）

MBT托槽、传动直丝弓托槽及M-LF托槽的摩擦力比较

吴春晓，米丛波，高文丽，戴玉婷，罗惠方

（新疆医科大学第一附属医院口腔正畸科 新疆 乌鲁木齐 830054）

目的：测试3种不锈钢托槽与不同尺寸弓丝、不同结扎方式组合所产生的摩擦力大小，探讨对摩擦力影响最显著的因素。方法：本实验在干燥环境中使用WDW20&0.5电子式万能试验机进行测试，采用正交设计，测试3种直丝弓托槽（MBT托槽、M-LF托槽、传动直丝弓托槽）、3种尺寸弓丝（0.017×0.025英寸不锈钢方丝、0.018×0.025英寸不锈钢方丝、0.019×0.025英寸不锈钢方丝）与3种结扎方式（弹力结扎圈、0.20mm不锈钢结扎丝、0.25mm不锈钢结扎丝）组合的摩擦力，进行极差分析和方差分析。再对弓丝及托槽进行电镜扫描。结果：影响摩擦力的因素由大到小为结扎方式、弓丝尺寸、托槽种类，M-LF托槽搭配0.017×0.025英寸不锈钢弓丝使用0.20mm不锈钢丝结扎所产生摩擦力最小。结论：弓丝尺寸与结扎方式影响摩擦阻力。M-LF托槽的“减法”设计明显降低了托槽与弓丝间的摩擦力，有助于快速排齐牙齿。使用较细结扎丝，有助于使用滑动机制关闭后牙间隙。

摩擦力；M-LF托槽；传动直丝弓托槽；托槽设计；结扎方式

在正畸治疗过程中，医生常会应用滑动技术关闭间隙，托槽和弓丝的接触区会产生摩擦力阻碍牙齿移动[1]。因此“矫治力的丢失”便成为众多正畸医生所关注的焦点之一[2-3]。本文旨在通过设计体外实验，初步测试MBT托槽、M-LF托槽及传动直丝弓托槽的摩擦力特点，以及不同托槽-弓丝-结扎方式组合在正畸治疗过程中产生的摩擦力影响，为临床应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料及仪器：①托槽：本实验托槽均为杭州新亚齿科材料有限公司生产，包括MBT、传动、M-LF，三种托槽，实验组槽沟均为宽0.022英寸前磨牙托槽；②弓丝：采用（杭州新亚齿科材料有限公司）0.017×0.025英寸，0.018×0.025英寸，0.019×0.025英寸弓丝；③结扎材料：弹力结扎圈（登士柏公司），0.20mm和0.25mm不锈钢结扎丝（天天齿科器材有限公司）；④固定基台及定位器：基台为20cm钢尺，定位器由两段长10cm的0.016×0.022英寸直弓丝电焊而成，得到0.032×0.022英寸定位器以用来定位槽沟；⑤测试仪器及软件：WDW20&0.5电子式万能试验机（拉伸速度：0.01～500mm/min，测量范围：0～20KN，测

试精度：±0.5%）和SmartTest测试系统。

1.2 方法：采用正交实验的方法，使用SPSS软件设计9种托槽-弓丝-结扎方式组合，实验顺序以简单随机抽样而定。在固定基台末端粘固前磨牙托槽及颊面管，并用定位器定位，确保槽沟及颊面管管腔在同一个平面且留有余隙角。取直弓丝10cm，一端弯制拉钩并结扎于托槽上，将钢尺固定在万能机上，在万能机上端做一垂线，调整钢尺位置，确保托槽槽沟、弓丝、牵拉装置在同一条直线并与此垂线平行。

钢尺、托槽、弓丝、结扎丝均用95%酒精擦拭以去除污渍和油脂，待完全干燥后进行试验。所使用结扎丝上均标定一段3cm长区域，使用结扎丝结扎时，持针器夹持标定区域边缘进行结扎。根据1991年IRELAND的研究[4]，测试速度在0.5～50mm/min时，对摩擦力没有显著影响，本实验设定以5mm/min拉动弓丝，每组实验重复6次，每次更换弓丝并重新结扎，每3次更换托槽，整个实验均由作者一人操作，以减少误差。所得数据由SmartTest软件记录，取第一个波峰Pm点为最大静摩擦力力值（见图1）。实验数据及应力-时间图通过截图保存，本实验所在环境温度27℃。

2 结果

本实验为三因素三水平研究（见表1），采取正交实验设计。

2.1 直观分析：见表2，实验结果提示，影响最大静摩擦力的主次因素依次为结扎方式＞弓丝＞托槽。对各因素进行分析，确定本实验低摩擦最优水平为A2B1C2，即M-LF托槽，0.017×0.025英寸不锈钢弓丝，0.20mm结扎丝组合；高摩擦最优水平为A3B3C3，即传动托槽，0.019×0.025英寸不锈钢弓丝，0.25mm结扎丝组合。

图1 摩擦力结果

表1 摩擦力影响因素及水平

2.2 方差分析：通过对主要因素的分析可知，本实验所涉及托槽的改变，不会对摩擦力产生显著影响（P=0.322＞0.05），而弓丝和结扎方式的改变，会对摩擦力产生影响（P=0.043,P=0.01＜0.05）。当0.0 1 7×0.0 2 5英寸弓丝换为0.0 1 8×0.0 2 5英寸或0.0 1 9×0.0 2 5英寸弓丝，摩擦力显著升高（P=0.036,P=0.025＞0.05），但当0.018×0.025英寸弓丝更换为0.019×0.025英寸弓丝时，摩擦力的改变并无显著性差异（P=0.393＞0.05）。而使用弹力结扎与使用结扎丝结扎，对摩擦力的影响是有差异的（P=0.034＜0.05），使用直径0.20mm不锈钢结扎丝进行结扎所产生的摩擦力明显小于用直径0.25mm不锈钢结扎丝进行结扎所产生的摩擦力（P=0.005＜0.05），见表3。

表2 直观分析法 ()

表2 直观分析法 ()

组别 托槽 弓丝（英寸） 结扎方式 空白 摩擦力（N）实验1组实验2组实验3组实验4组实验5组实验6组实验7组实验8组实验9组K¯1 K¯2 K¯3 R MBT托槽MBT托槽MBT托槽M-LF托槽M-LF托槽M-LF托槽传动直丝弓托槽传动直丝弓托槽传动直丝弓托槽1.638 1.626 1.736 0.110 0.017×0.025 0.018×0.025 0.019×0.025 0.017×0.025 0.018×0.025 0.019×0.025 0.017×0.025 0.018×0.025 0.019×0.025 1.445 1.745 1.810 0.365弹力结扎0.20mm 0.25mm 0.20mm 0.25mm弹力结扎0.25mm弹力结扎0.20mm 1.602 1.288 2.110 0.822 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1.38±0.11 1.36±0.10 2.18±0.15 0.98±0.08 2.18±0.20 1.72±0.22 1.98±0.12 1.70±0.17 1.53±0.15 1.694 1.685 1.621 0.073

表3 主体间效应的检验

3 讨论

3.1 正畸中的摩擦力：摩擦力被定义为“两接触表面相对移动时的阻力”[5]并因相对移动和相对静止，分为静摩擦力和滑动摩擦力[6]，此两者是动态相关。Rossouw[7]和Moore等[8]的研究表明动、静摩擦力并无统计学上的显著性差异，所以本实验选择最大静摩擦力为研究对象。当下越来越多的矫治器种类，使得正畸治疗更加多元化，比如弓丝的有效应用和治疗的可预见[9]，但这势必会增加临床医师的库存，而对摩擦力的体外研究，虽然未必能真实地反映临床实际，但使用万能实验仪能够模拟正畸治疗过程中托槽的受力状态[10;11]，仍可以对预测临床结果提供基础依据。

根据Kaila与Sachdeva的描述[12]，所有的托槽-弓丝组合试验都表明，在托槽开始移动之前，摩擦力-时间图中，力值快速增长的部分是用来克服静摩擦力的。一旦托槽开始移动，结果显示托槽持续的移动表现为波动较小的高摩擦状态。这与Kapila等[13]的研究不同，他们表示力值会降低。纵观本试验，摩擦力力值水平达到高点后，并没有太大的波动，这可能是弓丝与托槽槽沟产生共振。

牙齿的有效移动取决于施加的矫治力大于摩擦阻力的部分[14]，而已有的研究指出，大于60%的矫治力被用于克服摩擦阻力[15]，它是正畸治疗首先要克服的力。若不能很好地控制它，则会阻碍牙齿的理想移动，降低牙齿移动效率[13]。当矫治力不足以克服摩擦力时,托槽就不会靠矫治力在弓丝上滑动,而变成倾斜移动[16]。摩擦力还可能造成牙齿的错位移动和间隙丧失[17]。

本实验为降低误差，设计装置尽可能简单，并由实验者一人于两天内完成，实验组实验顺序随机化进行，实验所用定位器由两段10cm长的0.016×0.022英寸不锈钢方丝焊制，加强了定位器的硬度，提高定位准确性，有助于提高实验可信度。由于托槽槽沟与弓丝所成角度的增加会影响摩擦力[18]，本实验采用干燥环境并使用托槽与弓丝处于被动状态，即接触角小于临界角且所测试托槽及弓丝均为同一批次产品。

3.2 影响摩擦力的因素：托槽与弓丝间的摩擦力是影响正畸治疗成功与否的重要因素，而三种机械因素影响摩擦力：托槽，弓丝，结扎方式[19-20]。1990年，Schumacher认为摩擦力的大小主要取决于结扎方式而非弓丝尺寸[21]，1998年，Pizzoni认为，托槽的设计，弓丝的材料以及横截面形态，都会影响摩擦力的大小[22]。大部分研究认为弓丝的尺寸越大，摩擦力越大，但也有部分研究认为越细的弓丝会导致牙齿更大的倾斜，从而加大了摩擦力，这种矛盾的结果可能是因为实验方法、实验条件的不同所引起的，本实验结果表明弓丝的尺寸与摩擦力正相关。在生物因素中，唾液曾一度被认为有助于降低摩擦力，但事实并非如此——唾液不但无益于降低摩擦力，反而比干燥环境所测得摩擦力大[23-25]。Leite等[26]的研究表明，使用喷砂机清洁托槽，有助于降低摩擦阻力。这些都是改变弓丝与托槽表面摩擦系数的方法。Chaudhary等[27]的研究表明，使用聚四氟乙烯涂层弓丝较之NiTi弓丝和TMA弓丝，会产生更低的摩擦力。本实验选用不同尺寸的不锈钢弓丝，也是因为不锈钢弓丝在使用滑动机制关闭拔牙间隙阶段产生的摩擦力最低[28]。

在测试所用的三种托槽中，对于摩擦力影响由大到小的顺序是传动托槽、MBT托槽、M-LF托槽，但在本实验中，托槽因素对摩擦力并没有显著差异（P=0.322）。究其原因，首先，传动直丝弓技术所设计托槽，其最主要特征是超低摩擦设计模式的尖牙托槽，采用双槽沟设计，被动低摩擦范围大，有利于牙齿倾斜移动，另外，其独特的斜结扎方式，更是类似于自锁托槽的被动结扎，从而加快治疗速度。而实验中所涉及的第一双尖牙托槽，其特征是在托槽基底部的“十”字形沟管，其作用实则更多地体现在有效的正轴治疗以及扭矩的调节，其槽沟是类似传统直丝弓托槽，鉴于本实验仅涉及到各托槽的槽沟尺寸，此结果也在情理之中。PASS技术中使用的M-LF托槽，其槽沟设计主要特征为上下颌切牙是0.020系统，并且其特有的“减法”设计使得托槽在配合细圆丝时处于低摩擦状态，而其他牙位托槽仍是传统0.022系统，其对于双尖牙设计在轴倾度上的特征，并未在本实验中得以表达，M-LF托槽摩擦力最小的实验结果，可能得益于M-LF托槽独有的“减法”设计，在以相同的结扎方式下，获得了更小的结扎力，致使摩擦力降低。此三种托槽均为传统四翼托槽，不锈钢材质，且由同一工厂提供。在实验中，摩擦力公式F=μ×Fn，托槽及弓丝表面的粗糙程度与摩擦力是成正相关的关系[29]，清理托槽及弓丝表面污物后，摩擦因数基本一致，并且三种技术在第一双尖牙牙位上的托槽槽沟设计也相近，对摩擦力也没有影响[30]。

弓丝尺寸对摩擦力的影响与Smith[31]和Downing[32]的试验结论一致，即摩擦力随弓丝尺寸变大而增大，不同点在于，本实验指出0.018×0.025英寸不锈钢弓丝与0.019×0.025英寸不锈钢弓丝之间的摩擦力增长没有统计学意义（P=0.393）。结扎方式中，结扎操作直接影响到结扎力大小[31]，橡皮结扎圈大小是统一的，但由于托槽尺寸不同，所以产生的结扎力也有所不同[32]，以相同的手法使用不同直径的结扎丝结扎时，摩擦力的改变有统计学意义，这提示较粗的结扎丝更易提供较大的摩擦力。在滑动关闭间隙阶段，可在前牙段使用较粗结扎丝，维持前牙转矩以及确保弓丝的完全入槽，而在后牙段可以使用细结扎丝结扎，以降低摩擦力，有助于加速治疗[33]。

4 结论

弓丝尺寸与结扎方式影响摩擦阻力。M-LF托槽的“减法”设计明显降低了托槽与弓丝间的摩擦力，有助于快速排齐牙齿。使用较细结扎丝，有助于使用滑动机制关闭后牙间隙。

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A Comparison of Friction of MBT Bracket、Transmission Straight Archwire Bracket and M-LF Bracket

WU Chun-xiao, MI Cong-bo, GAO Wen-li, DAI Yu-ting, LUO Hui-fang
(Department of Orthodontics, First Afflliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang,China)

Objective To investigate the effect of 3 brackets, 3 archwires and 3 ligating methods on frictional resistance in sliding mechanics, and to investigate the most significant factor that affected it.Methods All tests were carried out in a dry state on a universal testing-machine, orthogonal design was used in this frictional experiment, which testing 9 different kinds of bracketarchwire-ligation combinations. Analysis of variance and range analysis were used for analysis.Results The inf l uencing factors of the friction from high to low: method of ligation, size of archwire, kind of bracket; the M-LF bracket with 0.017×0.025 inch stainless steel archwire and 0.20mm stainless ligation showed least frictional values in all combinations.Conclusion The size of archwire and the method of ligation are signif l cant factors that affected the frictional force of bracket-wire-ligation combination; M-LF bracket can signiflcantly decrease the frictional resistance; it is benef l t for mass retraction that using lighter stainless steel ligature.

friction; M-LF bracket; transmission straight archwire bracket; bracket design; ligature

R783.5

A

1008-6455（2017）04-0102-04

2016-12-30

2017-02-10

编辑/李阳利

乌鲁木齐市新市区科技局一般项目（编号:Y2012023）

米丛波，新疆医科大学第一附属医院口腔正畸科主任、主任医师；研究方向：错牙合畸形的防治与研究；E-mail：615776249@qq.com