自锁托槽矫治器的摩擦力研究进展Word下载.docx

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且目前大多数研究集中在托槽——弓丝倾斜成角

对滑动摩擦力的影响,有关转矩角对滑动摩擦力影

响的研究则很少[2.一般认为,随着托槽——弓

丝倾斜成角或转矩角的增加,滑动摩擦力也几乎成

线性关系增大[.'

.七,在特定的弓丝一托槽成角

作者单位100081北京大学口腔医学院?

口腔医院正畸科

状态下,应用相同的弓丝,宽托槽比窄托槽产生的

滑动摩擦力大[5].

3.托槽自由倾斜滑动法:

模拟拉尖牙向远中

移动,实验时将弓丝固定,托

槽受力沿弓丝滑动,滑动中允许托槽发生一定

程度的自由倾斜[3,但由于不同实验设计中弓

丝固定的松紧不一,而使弓丝受到的张力大小不

定,弓丝的硬度对摩擦力的影响被忽略,所以也不

能完全反映临床的实际情况.一般认为,在该状态

下,不考虑弹力结扎圈拉伸程度大小产生的影响,

由于窄托槽允许发生更大的倾斜,因而比宽托槽产

生的滑动摩擦力大[2,这不同于第二种实验方法

研究得出的结论,所以目前许多正畸医生对于托槽

宽度对滑动摩擦力的影响观点不一.

4.倾斜成角动态变化研究法:

Kamelchuk

等[27]认为以前的体外实验研究都

不能很好的反映牙齿移动过程中托槽——弓

丝倾斜成角的动态变化,于是设计了一个独特的实

验装置来尽可能模拟牙齿的移动,类似于牙齿实际

移动过程中倾斜——直立——倾斜的交替过程,在

测试过程中使托槽与弓丝间倾斜成角产生匀速的

递增及递减,并将这种渐进性的角度变化与线性位

移有效整合起来,测量诸多因素影响下的滑动摩擦

力大小.Smith等[】9j采用这一方法研究得出,滑

动摩擦力的大小明显受到托槽类型,弓丝材质,弓

丝尺寸和弓丝形状等多种因素的影响.

以上四种实验方法,尽管就实验设计而言,都在

试图逐步深入地模拟口腔内牙齿移动的复杂过程,

但由于在滑动机制中影响滑动摩擦力大小的因素太

多,而各种实验方法都不可避免地存在各自的局限

性,因此所得的结论不尽相同.

二,自锁托槽矫治器的摩擦力

1997年,Kusy和WhitleyEIj提出滑动摩擦力

（resistancetosliding,RS）包括三部分:

经典摩擦

力（classicalfriction,FR）,约束力（elastic

binding,BI）和刻痕阻力（physicalnotching,

NO）,同时还认为,根据托槽——弓丝倾斜成角（0）

口腔正畸学2007年第14卷第3期

与临界角（ec）的关系,可划分两种状态:

被动状态

（e&

lt;

Oc,passivefrictionalconfiguration）和主动状

态（e≥0c,activefrictionalconfiguration）,不同状

态下滑动摩擦力（RS）的组成不同,大小也不同.

1999年,Kusy和Whitley~船]又从理论上用公式论

证了决定ec大小的三个影响因素:

即托槽槽沟的

尺寸,托槽的近远中宽度和弓丝的尺寸,认为窄托

槽,大尺寸的槽沟,较小尺寸的弓丝均可以增加

ec,同时还经计算得出临床常规应用的托槽与弓丝

间的ec在O～4.之间.

自锁托槽矫治器设计的不同,主要表现在是锁

定弓丝（自结-K）的方式及结构的不同,据此可大致

将自锁托槽分为被动式（apassiveself—ligation）和

主动式（anactiveself-ligation）两大

类[n.'

...,29_..Thorstenson和KusyE20,223在

干,湿状态下分别研究了Activa,Damon,

Twinlock,In-Ovation,SPEED,Time等六种自锁

托槽在托槽——弓丝倾斜成角影响下滑动摩擦力

的大小,发现不同类型的自锁托槽之间摩擦力水平

存在显着的差异,而这种差异主要来自自锁方式的

不同.Smith和Rossouw等|19]利用独特的实验装

置模拟牙齿的三维移动,研究不同自锁托槽滑动摩

擦力的大小,得出了相同的结论.

（一）被动状态下自锁托槽矫治器的摩擦力

该状态下滑动摩擦力仅由经典摩擦力FR决

定[,大小同结扎弓丝产生的正压力成正比L5..

Thorstenson和Kusy~.0_发现,由于不对弓丝产生结

扎力,滑道式自锁托槽在干,湿状态下均产生很小的

滑动摩擦力,近乎为零,显着低于弹簧夹式自锁托

槽;

因后者的弹簧夹与弓丝的相互作用类似于"

结扎

效应"

其滑动摩擦力的大小因结扎力的不同而各有

差异,其中结扎力大小与弓丝和槽沟的相对尺寸,余

隙的大小以及弹簧夹的材料,生产方法均有关.

SPEED矫治器具有高弹性的弹簧夹,对弓丝施以了

最大的结扎力,因此在六种自锁托槽中显示出最大

的滑动摩擦力.Sims等|15]在被动状态下研究滑道

式自锁托槽Activa和弹簧夹式自锁托槽SPEED的

滑动摩擦力大小,同样发现尽管弓丝尺寸增加,

Activa托槽的滑动摩擦力却始终很小,甚至可以忽

略不计,而SPEED托槽的滑动摩擦力却随弓丝尺寸

的增加而明显增大,平均大小为Activa托槽的l5倍

左右.Read-Wardc.也研究了三种自锁托槽,认为

l4l?

在被动状态下Mobil-lock,Activa,SPEED的滑动摩

擦力依次增大.

（二）主动状态下自锁托槽矫治器的摩擦力

这里所讲的主动状态仅包括临床上滑动能够

持续进行的状态,当托槽——弓丝成角很大,产生

刻痕阻力时,滑动也就相应停止,不属于正畸摩擦

力研究的范畴,因此不被包括在内（以下同）.该状

态下滑动摩擦力由经典摩擦力FR和约束力BI共

同组成[,BI与相对倾斜成角Or（即e一0c）成正

比,即随着托槽——弓丝倾斜成角的增大,约束力

也增大,二者成线性关系,而FR相对保持不变,其

大小为e一0c时的滑动摩擦力.Thorstenson和

Kusy研究发现L2..,仅考虑托槽——弓丝倾斜成角

对滑动摩擦力的影响,对于同样大小的er,约束力

大小相近,而与自锁托槽的类型无关,这样,滑动摩

擦力的差异就来自作为常量的经典摩擦力FR,而

FR与自结扎方式决定的结扎力大小密切相关.

因此,在主动状态,相同的托槽——弓丝倾斜成角

e下,具备较高的初始经典摩擦力FR（e—Oc时滑

动摩擦力）或较小临界角ec的自锁托槽表现出较

高的滑动摩擦力水平.在Thorstenson和Kusy

测试的六种自锁托槽中,由于主动式托槽In～

Ovation和SPEED具有较高的FR值,滑动摩擦力

最大,而被动式托槽Damon因较低的FR值和较

高的ec值,滑动摩擦力最小.

因此,不论在被动状态下还是主动状态下,滑

道式的自锁托槽均比弹簧夹式的自锁托槽呈现出

更低水平的摩擦力.许多学者的研究|1..1]都支

持这一观点.

（三）自锁托槽矫治器与传统结扎托槽的摩擦

力比较

许多自锁托槽发明者或生产商宣称__33'

川,与传统

托槽相比,自锁托槽矫治器除了椅旁时间和疗程缩短

外,还显着降低了矫治系统摩擦力的大小.自锁托槽

矫治器是否真正降低了矫治系统的滑动摩擦力,目

前,还存在许多不同的观点.

1.一些学者研究认为,自锁托槽的确比传统

托槽产生的滑动摩擦力小.其中,得出这一结论的

大多数研究是在托槽——弓丝的被动状态下进行

的,没有考虑牙齿移动后弓丝与托槽倾斜成角对摩

擦力带来的影响.如Berger[心],Shivapuja【l]的研

究,他们在研究中采用的弓丝尺寸较小,分别为

l42?

0.016×

0.022"

的不锈钢方丝和0.018"

的不锈钢

圆丝,弓丝的形状和尺寸对摩擦力大小的影响也被

忽略.而Sims等[15j研究了Activa,SPEED和弹

力结扎的不锈钢托槽与四组不锈钢方丝组合时滑

动摩擦力的大小,得出结论:

SPEED托槽的滑动摩

擦力为传统托槽的5O一7O9/6,Activa托槽的滑动

摩擦力则仅为传统托槽的1/40左右.其他学者的

研究也发现[2,8,13,14,21,23],由于大大减小甚至省去了

对弓丝的结扎作用,滑道式自锁托槽的摩擦力显着

低于传统托槽.

而在主动状态下,Thorstenson等[2.]研究发

现,仅考虑托槽——弓丝倾斜成角对滑动摩擦力的

影响,在0.018"

×

0.025"

不锈钢方丝上,对于相同

的Or,DamonSL托槽和钢丝结扎的传统托槽约束

力BI的增加量大小相近,由于DamonSL较传统

双翼托槽宽度小,临界角ec大,而FR较小,因此

对于相同的托槽——弓丝倾斜成角e,前者的滑动

摩擦力依然小于后者.

2.另有一些学者的研究则认为,自锁托槽产

生的滑动摩擦力并不比传统托槽的小.如

Bednar[.在研究SPEED托槽的摩擦力时,分别应

用四组不同尺寸的不锈钢弓丝,最大尺寸为0.016

为更好的模拟临床实际情况,在研究中

允许托槽发生一定程度的自由倾斜,考虑了托

槽——弓丝成角对摩擦力的影响,发现SPEED矫

治器在托槽——弓丝倾斜成角的状况下,其平均滑

动摩擦力相似甚至高于弹力结扎的传统不锈钢托

槽,并分析这与SPEED托槽自身的设计有关,较

小的托槽宽度允许牙齿发生更大程度的倾斜,导致

约束力显着增大,再加上高弹性的弹簧夹作用,反

倒增加了滑动摩擦力.

3.还有一些学者认为,自锁托槽仅仅在一定

情况下比传统托槽产生的滑动摩擦力小.Taylor

等研究发现,随着弓丝尺寸增加,SPEED托槽

产生的摩擦力显着增大,在不锈钢方丝上与传统托

槽无显着性差异.Hain等[4]也在被动状态下,通

过0.019×

0.025不锈钢方丝比较了SPEED托

槽,不同结扎方式的传统托槽分别在干,湿状态下

滑动摩擦力的大小,结果发现SPEED托槽的摩擦

力比弹力结扎的传统托槽低,但明显高于钢丝松驰

结扎的3M金属托槽.Read-Ward_2考虑了托

槽——弓丝间成角对摩擦力的影响,于是在不同预

定的托槽——弓丝倾斜成角下比较Activa,

SPEED,Mobil—lock三种自锁托槽与钢丝结扎的

不锈钢托槽的滑动摩擦力,发现在被动状态下,应

用0.020"

不锈钢圆丝时,自锁托槽的摩擦力的确

小于传统托槽,但在不锈钢方丝上（O.019×

和0.021×

）其摩擦力会明显增大,与传统

托槽的摩擦力无显着性差异;

而主动状态下,在不

锈钢方丝上,其摩擦力与传统托槽的摩擦力相比同

样没有显着性差异.Smith和Rossouw等[19j的研

究也认为随着托槽——弓丝倾斜成角的增加和不

锈钢弓丝硬度的增大,SPEED托槽的滑动摩擦力

会显着增大,与弹力结扎的不锈钢托槽产生的摩擦

力没有显着性差异.

由此可见,由于实验设计的不同,包括实验环

境,研究方法,材料选择等,以及各种自锁托槽自身

设计的不同,关于自锁托槽矫治器摩擦力研究所得

出的结论尚存在差异.

三,自锁托槽矫治器摩擦力研究的I临床提示及

意义

1.由于自锁结构设计的不同,主动式和被动式

自锁托槽会对弓丝产生不同的结扎作用,进而影响

了滑动摩擦力的大小.结合Kusy等[2]提出的有关

临界角ec的三个决定因素,我们可以简单分析不同

槽沟尺寸,弓丝尺寸,托槽宽度对自锁托槽滑动摩擦

力的影响.据此,提示我们选择宽度较窄的被动滑

道式自锁托槽如I[~TlOn及稍小尺寸的不锈钢弓丝

可能更有利于滑动机制的应用,但对牙齿倾斜的控

制会有一定影响,如果临床应用中没有注意这点,加

力过大,牙齿倾斜明显反倒会增大摩擦力.

2.正畸托槽一弓丝组合的概念:

Smith和

Rossouw等[19j在研究不同托槽一弓丝组合下的滑动

摩擦力大小时,特别强调了这一概念.他们建议正

畸医生结合临床需要合理选择特定的托槽一弓丝组

合,使矫治系统产生最小的摩擦力.他们指出了几

组滑动摩擦力最小的托槽一弓丝组合,建议选择能够

有效减小甚至消除结扎力的被动滑道式自锁托槽和

挠曲度较大的弓丝,能最大限度地减小矫治系统的

摩擦力.

3.针对不同类型自锁托槽的特点,

VoudourisE.提出,在临床应用时可采用不同的弓

丝使用顺序.他认为,对于主动弹簧夹式的自锁托

槽,虽然较高弹性的弹簧夹与弓丝的相互作用能提

供持续,轻柔的扭正力,转矩力以实现对牙齿良好

的三维控制,但同时也影响了减小矫治系统摩擦力

的效果,使用时应依次逐级更换弓丝,最终达到理

想的牙齿三维控制即牙列完全排齐整平后再开始

滑动;

而对于被动滑道式的自锁托槽,由于滑动摩

擦力小,早期即可应用较大尺寸的弓丝.

Thorstenson等[2.'

.]也指出,与传统托槽及弹簧夹

式自锁托槽相比,Damon托槽有着较大的临界角

ec,允许牙列尚未完全排齐整平即可较早地开始滑

动,由于显着降低了矫治系统内的滑动摩擦力使得

在应用Damon托槽时可采用相应低水平的矫治力

贯穿治疗始终,以更好的实现后牙支抗的控制,但

同时可能会导致对牙齿三维位置精确控制的不足.

4.由于摩擦力贯穿整个治疗过程的始终,正畸

医生应根据各阶段的目标合理选择矫治弓丝和托

槽I-引.Thorstenson等[2]通过研究不同尺寸,材质

的弓丝对自锁托槽矫治器滑动摩擦力的影响,认为

在矫正严重拥挤不齐的牙齿时,在早期排齐阶段,选

用尺寸小,挠曲度大的弓丝,有助于降低各种自锁托

槽矫治系统的滑动摩擦力,进而利于牙齿的快速排

齐;

而在治疗的后期阶段,不期望牙齿产生过多的移

动时,选用尺寸大,硬度大的弓丝可以增大自锁托槽

矫治系统的摩擦力,有利于稳定牙齿的位置.

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