第六章-口腔正畸生物力学-课件

第六章

正畸治疗的

生物力学前言

正畸治疗是通过使用矫治器产生适宜的力，将力作用于牙齿、颌骨或颞下颌关节，从而引起牙周支持组织、颌骨周围骨缝或颞下颌关节发生相应改建，使牙齿或颌骨产生移动来完成的。

正畸医生只有了解力的作用机制及副作用，才能制定出正确的治疗计划、施力方案，最终达到预期的矫治效果。前言正畸治疗牙移动的过程通常可分为两个阶段：

①生物力学阶段（biomechanicalphase）：

力作用于牙齿→牙周膜和牙槽骨，产生应力

②生物学阶段（biologicalphase）：

应力使牙周膜和牙槽骨发生组织学改建→牙齿移动

正畸生物力学的基本知识01/正畸治疗的生物学基础02/正畸治疗中的组织变化03/常见的牙齿移动类型与组织变化特征04/正畸生物力学的基本知识PART01（一）基本概念1.力（force）

力是物体间的相互作用。

作用力与反作用力：力不会凭空产生，一旦有作用力就有反作用力，且两者大小相等，方向相反，并在同一条直线上。

力的作用效果：①使物体发生运动

②使物体发生形变

力的三要素：大小、方向、作用点

F（一）基本概念

力臂：力的作用线与支点之间的垂直距离。

支点是杠杆作用中固定不动的那一点。

力矩（moment）：使物体转动时力和力臂的乘积。

Mf=F(g)*d(mm)（一）基本概念2.力偶（couple）：作用于物体上的两个大小相等、方向相反，且不在同一直线上的两个相互平行的力组成的力系统。

力偶的作用效果：使刚体转动（由两个力共同作用引起）。

力偶臂：两个力偶作用线间的距离称为力偶臂。

力偶矩：等于其中一个力乘以力偶臂。

3.阻抗中心（centerofresistance）：

当作用于一物体时，该物体周围约束其运动的阻力的简化中心。

自由空间——质心；重力场中——重心

4.旋转中心（centerofrotation）：

物体在外力作用下发生转动时所围绕的中心。

牙齿的阻抗中心的位置是几乎不变的（牙根长度和牙槽骨高度不变）。牙齿的旋转中心的位置会随着力的不同而发生变化。（二）牙齿的阻抗中心和旋转中心1.阻抗中心的位置

单根牙：牙长轴上，近牙槽嵴端近根长的1/3~1/2处

公式：Y=3/5h（h为根长）

多根牙：根分叉向根尖方向1-2mm处。（二）牙齿的阻抗中心和旋转中心2.阻抗中心的位置

Y=3/5h根分叉往根尖方向1-2mm（二）牙齿的阻抗中心和旋转中心2.阻抗中心的位置

阻抗中心的位置随牙根长度和牙槽嵴高度而变化，

不受外力作用方式影响（二）牙齿的阻抗中心和旋转中心3.旋转中心的位置

旋转中心在阻抗中心单纯转动阻抗中心无穷远处单纯平移阻抗中心到根方无穷远之间倾斜移动（冠大于根）阻抗中心到冠方无穷远之间倾斜移动（根大于冠）牙移动的两种最基本的方式①单纯平移：力的作用线通过阻抗中心

旋转中心在无穷远处②单纯转动：力偶以阻抗中心为圆心作用于牙齿时，牙齿以阻抗中心为旋转中心产生转动③复合型牙移动

任何类型的牙移动都是由单纯的移动和单纯的转动组合而成

M/F比率旋转中心位置牙移动类型③.复合型牙移动

F为一个作用于牙冠上的力；M为作用于牙冠上的力偶矩d为托槽到阻抗中心的距离（d≈10mm）M力偶矩=力×力线至阻抗中心的垂直距离

力偶矩与力的比率会导致旋转中心的改变，

从而决定牙齿的移动类型。

M/F=0:1旋转中心在阻抗中心单纯转动M/F=d阻抗中心无穷远处单纯平移M/F＜d阻抗中心到根方无穷远之间倾斜移动（冠大于根）M/F＞d阻抗中心到冠方无穷远之间倾斜移动（根大于冠）d为托槽到阻抗中心的距离（d≈10mm）（三）各种正畸矫治力1.正畸矫治力的来源

弹性金属丝

橡皮圈

肌收缩力

高分子材料膜片2.矫治力的分类强度轻力（＜60g）中度力（60-350g）重力（＞350g）部位颌内力：同一牙弓颌间力：上下颌之间颌外力：颈部、额、颅作用时间间歇力：活动矫治器弹簧间断力：口外弓、前牵产生方式机械力：弹性弓丝、橡皮圈肌力：

持续力：固定矫治器作用效果正畸力：力值较弱，作用力范围小，通过牙在生理范围内的移动以矫治错合畸形。此力主要表现为牙和牙弓的改变，以及少量基骨的改变，但对颅、颌骨形态的改变不明显矫形力：作用力范围大、力量强，主要作用在颅骨、颌骨上，能使骨骼形态改变，能打开骨缝，对颜面形态改变作用大。1.金属丝的基本性能

抗腐蚀、有弹性、抗折、易加工、易焊接（四）金属丝的机械特性2.弹性极限：施加于金属丝上不产生永久形变的最大应力。

在弹性范围内应力与应变成正比。图p85

在弹性范围内载荷与挠曲成正比。

达到弹性极限（最大弹性载荷）后发生永久形变，

达到极限载荷时，弹性材料将发生断裂。细丝较粗丝—圆丝较方丝—镍钛丝较不锈钢丝——较高的弹性极限（四）金属丝的机械特性3.弹性模量

材料在弹性形变阶段，其应力和应变成正比例关系（胡克定律），这个比例系数称为弹性模量。

弹性模量越大刚性越强。（四）金属丝的机械特性1.弓丝与弹簧

粗丝加力后力值较大，但衰减较快。

细丝加力后力值较小，但衰减慢。见图p852.弹性橡皮圈

力量柔和持续，但受口内环境影响，力值衰减较快。3.高分子材料膜片

通过材料膜片的弹性形变产生回弹力（五）矫治器有关附件产生作用力的特点对于生长发育期的骨骼畸形的儿童，可以通过矫形治疗来促进或者抑制颌骨的生长发育，达到矫治的目的。因矫治力的部位和方向不同，使上颌骨产生水平向前或者向后移动的同时产生垂直向上或者向下的移动，这对调整颌骨矢状向和垂直向关系至关重要。（六）颌骨矫形治疗的生物力学1、上颌骨的矫形治疗外力对骨缝牵张可以刺激新骨在骨缝沉积，进而使上颌骨生长。上颌骨和上颌牙弓的阻抗中心上颌复合体阻抗中心：正中矢状面，梨状孔下缘，5、6之间上颌牙弓阻抗中心：正中矢状面，5根尖上颌牙弓及上颌骨阻抗中心位置与矫形力牵引线的关系，可以归纳为三种情况：

矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌骨阻抗中心，与合平面呈向下30°角左右牵引，最大牵引效率。矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌骨阻力中心同侧矫形力牵引线经过上颌牙弓及上颌骨阻抗中心之间（1）大小：每侧300～1000g（2）作用时间：每天12～16小时，少于10h，矫形效应差。（3）作用部位和方向：

上颌前方牵引（在上颌尖牙处牵引），促进上颌发育：开合的前方牵引（前下30°牵引）、前牙反覆合深的前方牵引（与合平面平行或向上的牵引方向）

上颌后牵引（用口外弓从第一磨牙处牵引），抑制上颌发育：低角患者的后牵引（后下30°角颈带低位牵引）、开合倾向高角患者的后方牵引矫形力的大小和方向2、下颌骨的矫形治疗促进下颌生长抑制下颌生长下颌骨持续前伸可加速其生长。肌激动器下颌主要的前伸肌是翼外肌，翼外肌的作用是促进下颌生长的关键因素。另外，矫治器的功能调位作用使髁突前移，髁突和关节发生相应改建，适应新的下颌位置。通过施加矫形力于下颌髁突抑制下颌的生长效果很不理想。头帽颏兜主要改变下颌骨生长方向，对低角患者效果较好，对下颌呈顺时针方向生长的高角型患者会使高角面型更加严重正畸治疗的生物学基础PART02正畸牙周组织改建与牙齿移动的最基本的生物学基础：正畸治疗的生物学基础颌骨与牙槽骨的可塑性牙骨质的抗压性牙周膜内环境的稳定性1）具有高度可塑性，颌骨特别是牙槽骨是人体中最活跃的骨组织。2）颌骨和牙槽骨的改建包括增生和吸收两个过程，生理状态下处于动态平衡。3）正畸治疗中的颌骨和牙槽骨表现为受力后破骨和成骨的动态平衡（一）颌骨与牙槽骨的可塑性1）抗吸收：牙骨质较固有牙槽骨具有更强的抗吸收能力，牙根表面覆盖一层未钙化的类牙骨质，较牙骨质有更强的抵抗力，对深层牙骨质起到保护作用。——正畸治疗牙齿移动的基础2）增生和修复：牙齿的切缘和咬合面受到磨损时，可通过继发性牙骨质在根尖沉积得到一定补偿；牙根表面有小范围的病理性吸收或牙骨质折裂时，继发性牙骨质沉积修复。（二）牙骨质的抗压性1）牙周膜，厚度0.15-0.38mm，，由细胞、纤维、基质构成，含有神经血管淋巴管。大量的胶原纤维将牙齿固定在牙槽骨内，抵抗和调节牙齿承受的咀嚼力和压力。2）在静止状态下呈波浪状，受拉力伸长，受压力时略缩短。可以分散、吸收咀嚼时牙槽突受力。3）加力后，牙周膜结构改变，牙槽骨改建，牙齿发生位移。外力去除后，牙周膜恢复正常的结构、形态和功能——内环境稳定（三）牙周膜内环境的稳定性正畸治疗中的组织变化PART031、牙周膜的变化（一）牙周组织的反应牙齿受矫治力牙周膜受牵拉、压迫牙周膜内未分化间充质细胞增生分化成成骨细胞、破骨细胞成骨活动、破骨活动1、牙周膜的变化（适宜力）（一）牙周组织的反应张力侧牙周膜增宽，血管扩张，胶原纤维，基质增生。成骨细胞形成压力侧牙周膜缩窄，血管受压，胶原纤维，基质降解。破骨细胞形成矫治力过大牙周膜中血管过度受压局部缺血或出血形成血栓和无细胞区的玻璃样变成骨和破骨细胞停止分化

牙齿移动速度减慢和牙齿松动！2、牙槽骨的变化（适宜力）（一）牙周组织的反应张力侧：牙槽骨的外侧壁出现破骨活动牙槽骨吸收

压力侧：牙槽骨的外侧壁出现成骨活动牙槽骨增生正常的骨吸收

直接骨吸收适宜的矫治力！压力侧牙槽骨内表面发生骨吸收牙齿移动速度适宜无明显副作用异常的骨吸收

间接骨吸收、潜行性骨吸收过大的矫治力！压力侧牙槽骨内表面的稍远处骨吸收牙齿移动速度减慢牙齿过度松动、疼痛新生骨小梁，过渡性骨小梁至少半年～一年！甚至更长成骨细胞破骨细胞正常结构骨小梁提示：保持的重要性3、牙龈变化（一）牙周组织的反应变化很小，对疗效的影响较小，压力侧微隆起，张力侧轻微受到牵拉，形态可随牙齿移动而塑建，治疗中卫生不良→牙龈红肿；移动过快→牙龈堆积及凹陷，甚至牙龈退缩；改建速率慢于骨组织→对治疗后复发有一定影响1、牙骨质的变化（二）牙体组织的变化牙骨质抗压能力较强，反应不敏感；适宜的正畸力牙槽骨吸收而牙骨质不吸收；少量吸收，吸收范围小，程度轻，X线片上难发现，并修复较快；成牙骨质细胞/破牙骨质细胞来自于——2、牙根吸收（二）牙体组织的变化进行性吸收

：单个牙齿或多个牙齿，程度中等

矫治力过大，时间过长→根尖圆钝，牙根变短特发性吸收：单个牙齿或多个牙齿，原因不明

正畸治疗前已经存在牙根吸收，根尖圆钝，牙根变短，正畸矫治力可以使牙根吸收加重（自身骨代谢异常）3、牙髓组织变化（二）牙体组织的变化矫治力适宜： 牙髓充血，温度感明显，活力下降，可恢复。矫治力过大： 牙髓炎，牙髓坏死，不可恢复。

在青春期，前腭中缝未形成完全的骨性联合，其间通过结缔组织相连接。

快速扩弓：腭中缝处裂缝逐渐增大，成骨细胞聚集，骨质增生。

此时扩弓疗效：腭中缝快速打开的程度（主）+后牙颊向移动青春期后，腭中缝结缔组织逐渐钙化，成年后腭中缝完全骨化，此时正畸扩弓主要是后牙颊向移动的结果。（三）腭中缝的变化1、矫治力强度和时间

施力的强度过小力——牙周组织不反应，牙齿不发生移动过大力——造成牙周组织损伤，牙齿松动、延缓牙齿移动适宜力——积极活跃的改建复诊时间

牙周组织改建需要时间。保证一定的复诊间隔时间可以预防和减少牙齿与牙周组织损伤的发生！固定矫治器：4~6周活动矫治器：2~3周（四）正畸治疗中影响牙周组织改建的因素2、机体因素（1）年龄和生长发育：

乳牙期；替牙期和恒牙初期；青春后期；成年（2）骨代谢与骨改建

骨质疏松：骨密度低，牙周组织反应重，易松动；

钙化异常：骨密度大，骨改建减弱，移动慢或不移动（3）局部牙周组织异常

粘连-无法移动；

牙周病急性炎症期或牙槽骨吸收过度-加重牙周损伤（四）正畸治疗中影响牙周组织改建的因素常见牙齿移动类型

与组织变化特征PART04常见的牙齿移动方式:

（一）倾斜移动（tippingmovement）（二）整体移动（bodilymovement）（三）伸长或压低移动（extrusionorintrusion）（四）旋转移动（rotation）（五）转矩移动（torque）（一）倾斜移动牙冠和牙根做相反方向的移动。

单根牙：2个压力区和2个张力区

双根牙：4个压力区和4个张力区牙冠一点受力，对侧牙槽嵴顶和同侧根尖区牙周膜受压力最大；越近旋转中心，牙周膜受力越小。牙槽嵴顶和牙周膜受力大于所施之力

提示：倾斜移动时加力一定要小（二）整体移动（平移）作用力通过阻抗中心时→整体移动M/F=10牙根牙周