牙頜面畸形矯治生物力學

1、牙頜面畸形矯治的生物力學 牙移動的生物力學 2003級 王暉 牙移動的生物力學力的基本概念 力力矩（moment)力偶（couple)阻力中心（center of resistance)旋轉(zhuǎn)中心（center of rotation）力，力偶的性質(zhì)正畸治療中牙移動的類型傾斜移動整體移動控根移動（controlling root movement)垂直移動（vertical movement）旋轉(zhuǎn)移動（rotation movement）1. 以上所述是正畸治療中牙以上所述是正畸治療中牙移動的幾種類型，但實際上牙移動的幾種類型，但實際上牙的移動往往不是呈某單一類型，的移動往往不是呈某單一類型，而

2、是以上幾種類型組合而成的而是以上幾種類型組合而成的復合類型復合類型。 牙移動的類型 牙移動的類型雖然很復雜，但從力學觀點來看只有兩種最基本的方式。平動轉(zhuǎn)動1. 這兩種方式取決于旋轉(zhuǎn)中心和阻力中心的位置關(guān)系M/F比率和牙移動的控制 任何類型的移動都可以由單純的平動和單純的轉(zhuǎn)動組合而成。即如果使用一經(jīng)過牙阻力中心的力F(產(chǎn)生單純的平動）加上一單純的力偶M(產(chǎn)生單純的轉(zhuǎn)動），使其二者的相對大小比率（M/F比率）發(fā)生變化，就能控制任何類型的牙移動。一個經(jīng)過牙阻力中心的力加上一單純的力偶的情況1）力偶為順時針向時 M從零到無窮大時，旋轉(zhuǎn)中心由無窮遠處移向根尖，直至到達阻力中心。2）力偶為逆時針向時 M/

3、F從零到無窮大時，旋轉(zhuǎn)中心由無窮遠處移向切緣，直至到達阻力中心。一個作用于牙冠（鎖槽）上的力加上力偶的情況 假設(shè)鎖槽到牙阻力中心的距離為10mm,隨著M/F比率的變化，旋轉(zhuǎn)中心位置的變化也是有規(guī)律的（如右圖）許多學者研究M/F比率和旋轉(zhuǎn)中心的位置關(guān)系發(fā)現(xiàn)：當M/F比率為8/1時，旋轉(zhuǎn)中心在根尖，牙齒為傾斜移動；當M/F比率為12/1時，旋轉(zhuǎn)中心在切緣，牙齒為控根移動；當M/F比率為10/1時，旋轉(zhuǎn)中心在無窮遠處，牙齒為整體移動。牙移動的控制原理 總結(jié)：M/F比率決定了旋轉(zhuǎn)中心的位置，從而控制牙移動的類型，通過調(diào)整M/F比率，可以獲得所需要的牙移動類型（如圖)。旋轉(zhuǎn)中心的位置依賴于M/F比率，而

4、不單獨依賴于M 或F。如果阻力中心位置不同，即使M/F比率一樣，旋轉(zhuǎn)中心的位置也不一樣。阻力中心的性質(zhì) 一般認為阻力中心的性質(zhì)為：當外力力線穿過牙體阻力中心時，牙體將發(fā)生平動；當外力力線不穿過牙體阻力中心時，牙體將發(fā)生有平動和轉(zhuǎn)動的復合運動。阻力中心的位置盡管多數(shù)學者認為牙體存在阻力中心，但對阻力中心的位置卻存在爭議。一般認為，阻力中心的位置位于牙根的頸3/51/3處。矯治力與牙移動的關(guān)系 正畸治療中，力的傳遞過程：矯治力作用于牙齒，牙齒將力傳遞到牙周膜，牙周膜再將力分布于牙槽骨，牙槽骨發(fā)生組織改建，產(chǎn)生牙移動。牙移動的速度與矯治力的種類和大小密切相關(guān)。矯治力的種類（1）以矯治力的強度分類（2

5、）以矯治力大小分類（3）以矯治力的作用矯治力與牙移動速度的關(guān)系 典型的牙移動過程按其移動速度可分為3個階段：初始階段遲緩階段1.遲緩后階段小結(jié)：當力值較低時，隨著力的增加牙移動的速度也增加；當力值較高時，隨著力的增加牙移動速度不一定增加，因為過大的力可引起牙周膜透明樣變，導致遲緩階段的延長，當潛行性吸收完成后，牙齒才快速進入新長生的空間。 實際上，從較長時間來看，較重的力牙移動的平均速度可能小于較輕的力牙移動類型和牙移動速度的關(guān)系 牙周膜中應(yīng)力分布是組織改建的始動因素，它決定細胞反應(yīng)的類型和程度，從而決定了牙移動的速度。最適力和應(yīng)力從臨床觀點看矯治力作用的牙齒無明顯的自覺疼痛。叩診矯治力作用的

6、牙齒無明顯反應(yīng)。矯治力作用的牙齒無明顯松動。錯位牙位置改變明顯，而支抗牙位置不改變或改變不明顯。1.X線片顯示矯治力的根部及牙周組織無病理變化。最適力和應(yīng)力從組織學的觀點看牙周膜受壓力側(cè)血管被壓縮但未壓閉。產(chǎn)生最大的細胞反應(yīng)（破骨/成骨）組織始終保持其活性而未壞死。1.牙槽骨產(chǎn)生直接吸收而非間接吸收。支抗及其控制支抗的概念：支抗的種類頜內(nèi)支抗頜間支抗1.頜外支抗支抗及其控制的方法交互支抗（reciprocal anchorage)差動力支抗增強支抗穩(wěn)定支抗皮骨質(zhì)支抗上頜復合體的矯形治療 上頜復合體的矯形治療是生長發(fā)育期兒童骨性畸形矯治的主要手段之一，因為，在III類錯（牙合）的形成機理中，至少

7、有1/4是由于上頜發(fā)育不足所致，在II類錯（牙合）的形成機理中，也有相當一部分是由于上頜發(fā)育過度所致。上頜復合體及上頜牙弓阻力中心位置的研究研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀: 上頜復合體受矯形力 后的移動趨勢，取決于力的作用和阻力中心的位置關(guān)系。一般認為：當外力力線穿過骨塊阻力中心時，骨塊將發(fā)生平動；當外力力線不穿過骨塊阻力中心時，骨塊將發(fā)生有平動和轉(zhuǎn)動的復合運動。這一性質(zhì)與牙體阻力中心和外力力線的關(guān)系一致。上頜復合體及上頜牙弓阻力中心位置上頜復合體及上頜牙弓阻力中心位置上頜復合體及上頜牙弓阻力中心位置長期存在爭議，難以準確定位。趙志河等采用三維有限元法，得：上頜牙弓阻力中心三維坐標為0、20.1、14.7即

8、在正中矢狀面上，高度約在前磨牙根尖，前后位置在第二前磨牙。上頜復合體阻力中心三維坐標為0、17.6及16.6，即在正中矢狀面上，高度在梨狀孔下緣，前后位置在第二前磨牙和第一磨牙之間。1.在牽引方向為37時，牽引線既經(jīng)過上頜復合體的阻力中心，也經(jīng)過上頜牙弓的阻力中心。臨床應(yīng)用上頜牙弓及上頜復合體阻力的阻力中心位置與矯形力牽引線歸納為：牽引線同時經(jīng)過上頜牙弓及上頜復合體的阻力中心，上頜牙弓及上頜復合體將發(fā)生平動而無轉(zhuǎn)動。（37）（如圖）牽引線經(jīng)過上頜牙弓及上頜復合體的阻力中心的同側(cè)，上頜牙弓及上頜復合體將發(fā)生同向的逆時針或順時針旋轉(zhuǎn)。 （如圖）1.牽引線經(jīng)過上頜牙弓及上頜復合體的阻力中心之間，上頜

9、牙弓及上頜復合體將發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)。 （如圖）矯形力矯形力的大小 目前臨床上，采用的面罩前牽引上頜的力值為4.95.9N；使用改良頦兜時，上頜的前牽引力值為2.94.9N； 常用的口外后牽引力為2.94.9N。矯形力的大小還應(yīng)根據(jù)個體的條件，如年齡、組織感受性、畸形程度、能常戴的時間等進行調(diào)整。 矯治力的方向前牽引的牽引角度由3030時（從尖牙牽引），上頜骨與顴骨呈逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的量逐漸減少。對有開（牙合）傾向或上頜骨生長方向逆時針旋轉(zhuǎn)者，應(yīng)采用向前下30的矯形力；（為避免前牽引的逆時針旋轉(zhuǎn)）對于前牙反（牙合）深或上頜骨生長方向順時針旋轉(zhuǎn)者，應(yīng)采用與功能（牙合)平面平行或向上的牽引角度；利用前牽

10、引的逆時針旋轉(zhuǎn)矯治力的方向后牽引的牽引角度由3030時（用口外弓從第一磨牙牽引），上頜骨與顴骨呈順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的量逐漸增大。對有開（牙合）傾向或上頜骨生長方向逆時針旋轉(zhuǎn)者，應(yīng)采用與功能（牙合)平面平行或向下的牽引角度；（利用后牽引的順時針旋轉(zhuǎn)）1.對于前牙反（牙合）深或上頜骨生長方向順時針旋轉(zhuǎn)者，應(yīng)采用向后上30以上的矯形力；（為避免后牽引的順時針旋轉(zhuǎn)）矯治力的作用部位和作用時間前牽引時，從第一磨牙牽引比從尖牙牽引所引起的上頜復合體逆時針旋轉(zhuǎn)大；后牽引時，從第一磨牙牽引比從尖牙牽引所引起的上頜復合體順時針旋轉(zhuǎn)大；一般認為，每天力的作用時間不應(yīng)低于 810小時，否則無效。（和牙周膜對力發(fā)應(yīng)相似

11、）重而持續(xù)的力將引起牙根和牙周組織結(jié)構(gòu)的破壞,重的間歇力是減小牙移動的有效方式(潛行性吸收減小).每天戴口外裝置1216小時,能產(chǎn)生相當大的骨變化(和24小時戴口外裝置的骨變化量相當),但牙移動的量小于每天24小時戴口外裝置的病人.理論上,可以不經(jīng)過牙齒而直接對頜骨施以作用力.下頜骨的矯形治療下頜骨的矯治治療也是生長發(fā)育期兒童骨性畸形矯治的主要手段之一。抑制下頜的生長：在理論上可行，但臨床效果很差。刺激下頜的生長：下頜一直處于前突位置能加速其生長。1、彈性材料的基本特性是外力作用于物體時，物體內(nèi)部單位面積通過的力。應(yīng)變應(yīng)變時外力作用于物體時，物體單位長度的變量。應(yīng)力和應(yīng)變都屬于材料的內(nèi)部變化狀

12、態(tài)。強度比例極限（比例極限（proportional limit)：為最先出現(xiàn)不可回復變形的點。楊氏強度（楊氏強度（yield strength)：有0.1的不可回復變形的點。極限抗張強度（極限抗張強度（ultimate tensile strength)：材料能承受的最大載荷的點。剛度（stiffness)/彈性（springiness)在力曲度曲線中，斜率越高，弓絲剛度越高。彈性與剛度呈反比：彈性1/剛度有效限度（range）在力曲度曲線中，有效限度有效限度為從0.1的不同回復變形點沿X軸到楊氏點的距離，代表發(fā)生不可回復變形之前弓絲能彎曲的距離。有限回彈有限回彈（springback)為除

13、去不可回復變形，被彎曲弓絲能回彈的距離，其值為除去臨床載荷所產(chǎn)生的不可回復變形，沿X軸到臨床載荷點的距離。 彈性區(qū)（彈性區(qū)（resilience）：是應(yīng)力應(yīng)變曲線下方，比例極限內(nèi)（不包括比例極限）的區(qū)域，代表弓絲的能量儲存能力，是強度和彈性的結(jié)合。 可成形量（可成形量（formability):是弓絲折斷前可承受的不可回復變形的量。正畸用理想弓絲應(yīng)具有的特性：高強度低剛度高有效限度高可成形量可焊接附件價格便宜彈性材料幾何形狀對彈性性能的影響直徑或橫斷面積的影響單端支持圓柱懸臂梁，當鋼絲直徑增加1倍時，其強度增加8倍，彈性減小1/16，有效限度減小1/2。雙端支持圓柱懸臂梁較復雜，但其變化規(guī)律與

14、懸梁臂一樣，強度的增加為三次方函數(shù)，彈性的減少為四次方函數(shù)，限度的減小呈比例關(guān)系。弓絲減細，強度減小，彈性和限度增加。長度和支持方式的影響單端支持圓柱懸臂梁，當鋼絲長度增加1倍時，其強度減半，彈性增加8倍，有效限度增加4倍。雙端支持圓柱懸臂梁較復雜，但其變化規(guī)律與懸梁臂一樣，強度的增呈比例減小，彈性和限度呈指數(shù)增加。在正畸中扭轉(zhuǎn)只存在于 方絲。雙端可滑動的梁打的彈性是雙端固定梁的4倍，強度減小1倍，限度增加2倍。通過改變材料特性及其粗細形狀控制著正畸力1. 彈簧應(yīng)有適宜的強度。2. 在弓絲上彎制曲或圈。3. 將兩根或多根細絲結(jié)合在一起使用。4. 不同的矯治時期采用不同的弓絲。Edgewise 系