无托槽隐形矫治整体移动的研究进展

    近年来计算机数字化技术辅助正畸领域不断拓宽，无托槽隐形矫治凭借美观、舒适、可摘戴、可视化等优点被患者大量选择。无托槽隐形矫治通过软件预设每一副透明高分子材料矫治器特定的矫治量，对牙齿施加矫治力，产生位移达到治疗效果。由于与牙齿特有的接触方式，使某些牙齿移动实现起来比较困难，例如：牙齿的转矩控制、整体移动、扭转纠正等。
    为了提高控制牙齿的能力，拓宽其临床适应证，无托槽隐形矫治引入了附件这一辅助装置。为更好解决无托槽隐形矫治整体移动牙齿的问题：关闭拔牙间隙、前牙唇舌侧平移、磨牙远移等，隐适美公司在G7附件系列推出控根附件，随后其他无托槽隐形矫治器公司也研发出控根附件，且临床上应用控根附件控制牙齿三维方向移动仍存在缺陷。这足以说明用无托槽隐形矫治技术实现牙齿整体移动难度之大。
    三维有限元技术在正畸领域的广泛应用，也一定程度推动控根附件的发展。该技术通过直观分析有限元计算的各组织的应力和位移趋势，评估控根附件的矫治效果，指导正畸医生不断优化控根附件。
    1.牙齿整体移动的生物力学基础
    阻抗中心指牙根运动约束阻力的简化中心，前牙阻抗中心在牙槽嵴顶距离根尖23%~38%处，多根牙阻抗中心距离根分叉1~2mm处近根尖方向。通过分析力偶矩/力（M/F）的比例与阻抗中心距施力点之间距离（d）的关系，可知牙齿的移动方式。Elkholy等通过正畸力测量装置，精确测量用无托槽隐形矫治器控制上颌中切牙的唇舌侧移动时牙齿所受到的力和力矩，定义非控制倾斜移动M/F≥8.8mm，结果显示M/F为9.91~12.22mm，说明牙齿移动方式为非控制倾斜移动。
    国内学者刘东旭等通过有限元分析不同作用力下的上颌中切牙的初始位移，当M/F为10.3~10.5mm时，牙齿实现整体移动。无托槽隐形矫治在无附件时，对比固定矫治牙齿倾斜移动趋势更加明显。有研究指出在无托槽隐形矫治拔牙病例中运用附件，可增加控根效果。
    综上所述，无托槽隐形矫治器易发生倾斜移动，主要原因是牙齿与矫治器接触面为光滑曲面，不易产生力矩或者力偶矩（M），使得M/F比值小于d，达不到整体移动的需求。所以无托槽隐形矫治控根附件的设计思路是附件能尽量增大力矩或者力偶矩。
    2.控根附件的种类
    2.1矩形附件
    矩形附件是传统附件的一种，通常粘接于牙冠颊侧。Giancotti等发现拔牙间隙两侧粘有垂直矩形附件的邻牙，在无托槽隐形矫治关闭间隙阶段牙根均往远离间隙侧倾斜。何林的有限元研究表明矫治器对不同尺寸、方向矩形附件的作用力均主要集中于附件的近中龈方及远中牙合方，形成的力偶能削弱尖牙在远移时的倾斜趋势，但仍难以满足整体移动所需的力矩。
    曾红等通过对比颊侧粘贴不同附件对磨牙近中移动的控根效果，颊侧矩形附件增加了颊侧转矩，旋转中心更接近根尖，说明其控根效果优于腭侧附件，但仍不可避免出现倾斜移动。Dai等的临床观察结果同有限元分析结果一致。隐形矫治使用矩形附件难以达到整体远移牙齿的效果，需要改良附件设计，以更好满足临床需求。
    2.2优化控根附件
    优化控根附件多为不规则形，可单个或成对出现。Gomez等通过三维有限元发现隐形矫治配合两个1/4球形优化附件，尖牙实现整体远中移动。许诺发现优化附件的最大主应力分布于颈部及根尖部，理论上可以达到控根移动效果。曾红等的研究显示双优化附件较其他附件，旋转中心更近根尖，对磨牙控根效果更强，但不可避免存在磨牙近中倾斜移动。
    大部分研究都证实优化附件控根效果优于矩形附件，但鞠博等的研究结果表明，拔除第一前磨牙内收尖牙时，矩形附件控根能力是双优化附件的1.45倍。临床实践和有限元理论分析结果存在一定的差异，可能是因为优化附件对医生临床操作要求较高，一旦附件边界修整过量，不满足激活面的精确尺寸，从而导致其控根效果不如矩形附件。
    3.控根附件影响牙齿移动效率的相关研究回顾
    牙齿整体移动的效率与矫治器的控根能力正相关，体现在牙齿的轴倾角、转矩上的改变。杜丽玲等总结出牙齿近远中控根移动效率还可能与牙根形有关，对于需要整体移动且牙根粗大的牙齿，应当设计控根附件。
    吴迪等通过头颅侧位平测量推磨牙远移前后远中移动效率，得出磨牙远移效率在65.86%~75.03%，但都伴有一定程度的远中倾斜。这与Kravitz等的研究结果相似，无托槽隐形矫治近远中向移动尖牙效率只有26.9%，但添加附件后，整体移动效率高达85%，控根附件已成为牙齿整体移动强有效的辅助工具。
    有研究对比了前牙颊侧粘接控根附件与矫治器上制作转矩嵴（power ridge）对牙根控制的有效性，前者平均达49.1%，略低于后者约51.5%的有效性，二者均有利于牙根控制，但无显著差异。目前有关前牙整体移动效率的系统研究较少，有待进一步研究总结。
    4.提高控根效果的优化措施
    4.1优化控根附件设计
    由于无托槽隐形矫治是个性化的，因此临床上控根附件的设计没有统一准则，附件的尺寸、形状、粘接的位置、方向等在很大程度上都会影响隐形矫治器的控根效果。何林的研究表明，矩形附件的长度及粘接方向对控根效果有较大影响，随着矩形附件长度的增加，水平、垂直附件所产生的力偶均增加，牙齿近远中移动初始位移的倾斜程度减小；垂直粘接矩形附件较水平粘结控根效果更佳。
    Kim等用有限元技术分析四种控根附件（半圆柱形控根附件及此基础上靠近牙龈侧经过45°横切、纵切、横纵切结合后的附件）的控根效果，发现控根效果无显著性差异，但横纵切结合后的附件应力分布更均匀；附件粘接在舌侧比唇侧任意位置的控根效果更佳。增大附件尺寸可提高控根效果，但过大尺寸会增加附件脱落的风险。因此，建议通过增大附件尺寸以提高对牙齿的控根效果的优化措施放较后考虑。
    4.2优化无托槽隐形矫治器的材料性能
    无托槽隐形矫治器因材料的特殊性，其矫治力表达难以准确预测。深入研究不同材料、厚度隐形矫治器的弹性模量、屈服应变、应力松弛等力学性能，对优化矫治过程至关重要。夏舒迟等根据牙齿移动情况，设计的功能区材料具有不同力学性能：材料硬度越大，目标牙牙周组织所受应力及产生的矫治效能均随之增大，但仅增加材料硬度不能实现牙齿的整体移动，必要时仍需使用附件。
    Lombardo等发现由两种材料结合制成的双膜结构矫治器比单层结构的最大绝对值应力低4倍，但双膜结构矫治器在24h后应力衰减小，可以提供更为恒定的矫治力，维持矫治效果。
    4.3优化矫治方案
    无托槽隐形矫治器本身形状复杂，矫治力可作用于牙冠表面任何一处，难以确认其作用力方向及产生的力和力矩。改变无托槽隐形矫治器拟不动及移动牙齿部分或全部接触面的形变程度，如设计切牙颈部、切端的位点形变，或在矫治器上制作转矩嵴明确加载压力点，均有助于实现前牙整体移动。
    有研究指出过矫正设计可增加牙齿整体移动的效率，但在拔牙病例中，粘贴附件的目标牙整体移动效率明显高于过矫正，过矫正设计并不能代替控根附件辅助牙齿整体移动的作用。临床常见操作还有根据牙齿移动情况对牙套进行特殊切割，或及时重新启动改变作用力点。必要情况下在移动牙齿上设计各种辅助装置：各类附件、种植钉，以此改变旋转中心位置实现整体移动。
    5.总结与展望
    因此基于正畸矫治的生物力学原理，在使用无托槽隐形矫治整体移动牙齿时，可以通过矫治器对需要移动的牙齿产生合适的M/F比值。来避免非控制性倾斜移动的发生。在F不易减小的情况下，增加M是目前提高无托槽隐形矫治器的对牙齿控制效果的主要思路。其中应用最广的解决办法就是在牙齿表面添加不同形态的树脂附件。
    通过添加附件，增加矫正器膜片和牙齿表面之间产生的摩擦力，且成对附件能同时产生额外的旋转力矩，进一步提高移动牙齿时的M/F比值。随着无托槽隐形矫治附件的生物力学研究越发深入，在附件的几何形态设计上，考虑在合理范围内尽可能增大附件尺寸、双附件间的牙合龈向距离，以此增加膜片与附件的接触面积和膜片对附件的有效施力面积，基于对患者舒适度的考虑，低外形宽基底的附件类型，可能是未来附件的设计方向之一。
    加大对附件模板精确度以及附件材料力学性能的研究，必要时开发预成附件，以减少附件在临床制作过程中或使用过程中出现不必要的磨耗，确保矫治效果。同时在无托槽隐形矫正过程中，正畸医生应该密切把控矫治过程，实时监测牙齿移动情况，参考但不依赖大数据，设计符合患者牙齿的个性化控根移动方案。随着数字化技术和高科技材料的进步，无托槽隐形矫治临床适应证将会越来越广，为更多错牙合畸形的患者提供优质高效且舒适的治疗。