替牙期无托槽隐形矫治器扩弓治疗改良设计的有限元分析

目的·借助有限元分析揭示无托槽隐形矫治器用于替牙期扩弓治疗时单颗牙位移方向、效率及力学荷载,并针对扩弓效率不足以及后牙颊倾等问题,设计扩弓过矫治和转矩补偿体系。方法·纳入替牙期志愿者1名,构建其颅上颌复合体三维模型以及隐形矫治体系,模拟无托槽隐形矫治器对上颌乳尖牙到第一恒磨牙施加颊向位移(工况1~4:分别为0.200、0.275、0.300、0.325 mm),同时施加颊向位移和根颊向转矩(工况1:颊向位移载荷0.200 mm,根颊向转矩0°;工况5:颊向位移载荷0.275 mm,根颊向转矩1.0°;工况6:颊向位移载荷0.300 mm,根颊向转矩1.3°;工况7:颊向位移载荷0.325 mm,根颊向转矩1.8°)。通过有限元分析,计算牙齿位移以及牙周膜的等效应力分布。结果·无托槽隐形矫治器扩弓治疗在替牙期主要表现为牙齿颊倾的牙性扩弓效应,且不同牙位的扩弓效率不同。在设定每侧0.200 mm的扩弓量时,上颌第一恒磨牙扩弓效率为51.86%,上颌第二乳磨牙为68.76%,上颌第一乳磨为73.48%,上颌乳尖牙为84.17%。通过设计扩弓过矫治(0.275、0.300、0.325 mm),能够有效提高扩弓效果。当扩弓过矫治量达到150%(0.300 mm)时,上颌第一恒磨牙、第二乳磨牙、第一乳磨牙和乳尖牙处扩弓效率分别提升为75.16%、99.96%、107.35%和122.37%;上颌第二乳磨牙、第一乳磨牙、乳尖牙处扩弓效率均接近100.00%。过矫治设计会加剧扩弓的牙性效应,使牙齿颊侧倾斜移动趋势加大,导致牙齿颊倾、腭尖下垂,上颌第一恒磨牙、第二乳磨牙、第一乳磨牙、乳尖牙的冠根位移差在扩弓过矫治量达到150%时,分别为-0.109、-0.134、-0.132、-0.298 mm。对不同牙位施加对应转矩补偿,可以对抗后牙颊倾。在扩弓过矫治量达到150%(0.300 mm)时,添加1.3°根颊向转矩,各牙位扩弓效率分别为56.15%、73.88%、79.49%、87.80%,而冠根位移差减小至-0.081、-0.097、-0.095、-0.208 mm。结论·无托槽隐形矫治器用于替牙期扩弓治疗时,存在后牙颊倾的不良反应,并且在不同牙位的扩弓效率不同。应根据不同牙位,分别设计不同的矫治策略。过矫治可以提高扩弓效率,但是需要配合根颊向转矩,从而实现牙齿整体颊侧移动。