五翼托槽与自锁托槽滑动摩擦力的比较研究

张丽雯，宋立滨，张 瑾，徐宝华

•颌面美容•

五翼托槽与自锁托槽滑动摩擦力的比较研究

张丽雯1，宋立滨2，张 瑾1，徐宝华1

（1.中日友好医院口腔医学中心正畸科 北京 100029 ；2. 清华大学精密仪器与机械学系 北京 100084）

目的：比较研究徐氏五翼托槽在两种结扎方式时和Damon Q自锁托槽沿弓丝滑动时摩擦力的变化特点，从而指导临床应用。方法：选择徐氏五翼托槽低摩擦结扎和传统结扎以及Damon Q自锁托槽，使用自主研发设计的摩擦力测试仪测量不同弓丝与托槽组合时，滑动摩擦力的大小及变化特点。结果：五翼托槽低摩擦结扎和Doman Q自锁托槽与不同弓丝间的滑动摩擦力无显著性差异，五翼托槽传统结扎时摩擦力显著高于低摩擦结扎。结论：牙齿排齐阶段，使用徐氏五翼托槽低摩擦结扎可以加快牙齿排齐速度；利用滑动法关闭拔牙间隙时，前牙五翼传统结扎及后牙齿低摩擦结扎，可以降低滑动摩擦力，同时更好地控制前牙转矩。

摩擦力；自锁托槽；五翼托槽；正畸；牙齿移动

自1989年Bennett和Mclaughlin[1]提出滑动直丝弓技术以来，滑动直丝弓技术已成为当今国际口腔正畸临床上的主流技术，滑动直丝弓技术以其简捷、高效、快速的特点，获得各国正畸医生的认同。在应用滑动直丝弓技术时，如何降低托槽槽沟与弓丝间的滑动摩擦力便成为正畸学者研究的热点。徐宝华等[2]在东方人牙颌模型、颅面结构试验测量的基础上，设计研发出适用于东方人的个性化滑动直丝弓矫治技术，并研发出可以实现低摩擦轻力结扎和对牙齿更好控制力的徐氏五翼托槽[3]，当实行三翼结扎时，槽沟与弓丝间为低摩擦力状态，有利于弓丝在槽沟中滑动（见图1），当实行五翼结扎时，托槽与弓丝间为常规结扎方式，有利于弓丝对牙齿的精细调整（见图2）。本实验旨在比较研究徐氏五翼托槽在两种结扎方式时和Damon Q自锁托槽沿弓丝滑动时摩擦力的变化特点，从而指导临床应用。

1 材料和方法

1.1 材料：选择Damon Q自锁托槽（Ormco公司，美国）、徐氏五翼托槽（西湖公司，中国）配合美国Ormco公司的弹力结扎圈分别进行三翼结扎和五翼结扎，两种托槽牙位选择上颌第二双尖牙，槽沟尺寸均为0.022英寸系统，两种托槽均预置2°轴倾角。弓丝选择0.014英寸超弹性镍钛圆丝（非凡公司，德国）、0.016×0.022英寸镍钛方丝（非凡公司，德国）、0.019×0.025英寸不锈钢方丝（3M，美国）。

1.2 摩擦力体外实验测试装置：该摩擦力测试装置由清华大学精密仪器与机械学系实验室自主研发设计，分为托槽及弓丝调节装置、弓丝牵引装置、数据采集和处理装置三部分。通过弓丝角度旋转台调整弓丝与托槽的倾斜成角，使用弓丝牵引装置牵引弓丝在托槽槽沟中以规定速度滑动，通过拉应力传感器测量受力大小，并将电信号转换为数字信号输入计算机，通过专用软件进行数据采集和存储，再依据实验前的传感器线性度标定进行数据处理，最后得出摩擦力的真实数据，从而实现对滑动摩擦力的动态测量（见图3）。

图1 五翼托槽低摩擦结扎

图2 五翼托槽传统结扎

图3 摩擦力测试装置

1.3 实验方法：所有实验均在干态环境、室温20℃±2℃条件下进行，测量前将所有托槽和弓丝用95%的酒精进行表面脱脂去污处理，然后用压缩空气吹干1min，设定弓丝以3mm/min的速度沿托槽槽沟滑动，同一根弓丝从同一起点位置开始测试,移动距离为3mm时结束测量，每次测量前通过托槽角度旋转台的精细调节旋钮，逐渐增大托槽槽沟与弓丝的倾斜成角θ,并在弓丝滑动过程中保持不变,θ角分别设定为0°～9°,每种托槽与弓丝组合在各个角度测量5次,取平均值。

2 结果

应用Matlab 7.0软件，将计算机采集的数据进行处理，并经过事先进行的电压标定，计算得出滑动摩擦力的平均值,将计算得到的摩擦力平均值绘制成散点图(图4～6)。采用SPSS17.0统计软件进行统计分析，不同结扎方式采用直线相关及回归分析，显著性水平α=0.05。

图4 0.014英寸超弹性镍钛丝

图5 0.016×0.022英寸NiTi方丝

图6 0.019×0.025英寸不锈钢方丝

从图4可见，使用0.014英寸超弹性镍钛圆丝时，五翼托槽低摩擦结扎摩擦力和Doman Q自锁托槽无显著性差异，随着托槽与弓丝倾斜成角增大，摩擦力增加不明显，五翼托槽传统结扎摩擦力大于低摩擦结扎和自锁托槽，差异有统计学意义（P＜0.05），且当托槽与弓丝倾斜成角大于3°时，摩擦力显著增加；图5显示使用0.016×0.022英寸镍钛方丝时，五翼托槽传统结扎时摩擦力显著高于低摩擦结扎和自锁托槽，当弓丝与托槽成角大于3°时，摩擦力迅速增加，而自锁托槽和五翼托槽低摩擦结扎随角度增加摩擦力基本呈线性增加；图6可见使用0.019×0.025英寸不锈钢方丝时，五翼托槽传统结扎时摩擦力亦高于低摩擦结扎和自锁托槽，而使用五翼托槽传统结扎时弓丝与托槽呈较小的角度时摩擦力迅速增加，而五翼托槽低摩擦结扎和自锁托槽在托槽与弓丝倾斜成角大于4°时也迅速增加。

3 讨论

正畸治疗中，弓丝通过托槽对牙齿施加矫治力时必须先克服托槽与弓丝间的静摩擦力才能移动，而在牙齿移动过程中滑动摩擦力便发挥主导作用[4]，而滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度以及正压力相关，所以很多学者致力于研究如何通过改变结扎方式来减小弓丝与托槽之间的摩擦力[4-5]。临床上，在使用滑动法关闭拔牙间隙时，牙齿并不能在弓丝上完全平行移动，当牙齿倾斜到一定程度，托槽槽沟近远中边缘嵴与弓丝接触产生刻痕阻力，弓丝发生形变使牙齿直立，而较宽的托槽临界角小，牙齿不容易倾斜，更利于滑动。基于这样的原理，徐宝华等根据东方人颅面结构和牙颌特点，设计研发出适用于东方人的个性化滑动直丝弓矫治技术，并研发出可以实现低摩擦轻力结扎和对牙齿更好控制力的徐氏五翼托槽，当实行三翼结扎时，槽沟与弓丝间为低摩擦力状态，有利于弓丝在槽沟中滑动，当实行五翼结扎时，托槽与弓丝间为常规结扎方式，托槽实际间距小，有利于弓丝对牙齿的精细调整。Chin-Liang Yeh等[6]对比研究了六翼托槽与被动式自锁托槽的摩擦力，证实摩擦力大小与托槽宽度、槽沟深度有关，且六翼托槽在低摩擦结扎时与自锁托槽的摩擦力相近，但临床上使用六翼托槽去除结扎圈时操作复杂，五翼托槽既实现了降低摩擦力，去除结扎圈时仅使用探针勾住双翼侧便可实现，操作更方便。

以往的实验结果显示[7-9]，随托槽与弓丝倾斜成角增加，滑动摩擦力几乎呈线性增大，临床上当牙齿发生近远中倾斜至弓丝开始接触槽沟龈牙合两端时托槽与弓丝的角度为临界角θc，当托槽与弓丝倾斜成角θ＜θc时弓丝处于被动状态，当θ≥θc时托槽槽沟龈牙合端对弓丝施加正压力，弓丝处于主动状态，不同托槽和弓丝组合时，临界角θc受到托槽宽度、槽沟大小以及弓丝尺寸的影响[10-11]。本实验研究了五翼托槽在不同结扎方式下托槽与弓丝间滑动摩擦力的变化特点，我们看到使用 0.014英寸超弹性镍钛圆丝时，五翼托槽低摩擦结扎摩擦力和Doman Q自锁托槽无显著性差异，随着托槽与弓丝倾斜成角增大，摩擦力增加不明显，五翼托槽传统结扎摩擦力大于低摩擦结扎及自锁托槽，且当托槽与弓丝倾斜成角大于3°时，摩擦力显著增加，可见其临界角θc为3°左右，所以在正畸初期牙齿排齐阶段使用五翼托槽低摩擦结扎配合小尺寸高弹性镍钛丝可以实现与自锁托槽同样的快速排齐效果；使用0.016×0.022英寸镍钛方丝时，五翼托槽传统结扎时摩擦力显著高于低摩擦结扎和自锁托槽，当弓丝与托槽成角大于3°时，摩擦力迅速增加，而自锁托槽和五翼托槽低摩擦结扎随角度增加摩擦力基本呈线性增加，所以在使用镍钛方丝阶段若需要继续排齐整平牙列，可以使用五翼托槽低摩擦结扎，若需要打开咬合或实现牙齿转矩控制，可以使用五翼托槽传统结扎方式；使用0.019×0.025英寸不锈钢方丝时，五翼托槽传统结扎时摩擦力亦高于低摩擦结扎和自锁托槽，当托槽与弓丝呈较小的角度时摩擦力迅速增加，而五翼托槽低摩擦结扎和自锁托槽在托槽与弓丝倾斜成角大于4°时也迅速增加，可见使用五翼托槽传统结扎时临界角θc小于低摩擦结扎和自锁托槽，当牙齿发生倾斜，在较小的角度时弓丝与托槽槽沟边缘接触，牙齿便在弓丝的回弹作用下实现正轴，所以临床中使用大尺寸弓丝传统结扎时牙齿不容易发生倾斜或扭转，更有利于精确控制牙齿的位置，而使用五翼托槽低摩擦结扎可以实现近似于自锁托槽的低摩擦力，所以在使用滑动法关闭拔牙间隙过程中，后牙区使用五翼托槽低摩擦结扎可以有效降低滑动摩擦力，前牙区使用五翼托槽传统结扎可以更好地控制前牙转矩，既加快了矫治速度，又可以更好地进行牙齿的三维控制。本实验使用摩擦力测试仪研究了五翼托槽不同结扎方式下滑动摩擦力的变化特点，但摩擦力受到托槽工艺、口内环境、操作方式等影响，且五翼托槽美观性及舒适程度略逊于进口托槽，其具体临床效果我们将在进一步的临床研究中阐述。

4 结论

正畸初期牙齿排齐阶段，使用徐氏五翼托槽低摩擦结扎可以达到与自锁托槽近似的摩擦力值，从而加快牙齿排齐速度；在使用滑动法关闭拔牙间隙时，前牙五翼传统结扎及后牙低摩擦结扎，可以降低滑动摩擦力，同时防止前牙倾斜。而在治疗后期使用五翼托槽传统结扎可以更好地实现牙齿的精细调整，但其临床效果有待于进一步研究 。

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Comparison of Frictional Resistance to Sliding between Five Wings Bracket and Selfligation Bracket

ZHANG Li-wen1, SONG Li-bin2, ZHANG Jin1, XU Bao-hua1
(1.Department of Stomatology,China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029,China;2.Department of Precision Instruments and Machinery, Tsinghua University, Beijing 100084,China)

Objective To investigate the frictional resistance to sliding using f i ve wings bracket with two kinds of ligation and Damon Q self-ligating bracket. Methods Five wings bracket with low friction ligation and traditional ligation and Damon Q self-ligating bracket were coupled with 3 types of archwires. The resistance to sliding of each archwire-bracket couple was measured using friction testing apparatus. Results There is no significant difference between five wings bracket with low friction ligation and self-lagation bracket. The sliding friction value of f i ve wings bracket with traditional ligation was higher than them. Conclusion At the leveling stage, the f i ve wings bracket with low friction ligation can make the alignment much easier. At the sliding stage , the posterior teeth using low friction ligation can lower the friction to sliding and the anterior teeth using traditional ligation can make better control of teeth.

friction;self-ligating bracket;f i ve wings bracket;orthodontic;tooth movement

R783.5

A

1008-6455（2017）05-0098-03

2017-03-21

2017-04-30

编辑/李阳利

徐宝华，中日友好医院口腔医学中心科主任、主任医师、教授；主要研究方向：口腔正畸美学及生物力学研究；E-mail：zrkqxbh@163.com