牙颌面畸形矫治的生物力学课件

牙颌面畸形矫治的生物 力学 牙移动的生物力学 2003级 王晖 牙移动的生物力学 力的基本概念 力 力矩（moment) 力偶（couple) 阻力中心（center of resistance) 旋转中心（center of rotation） 力，力偶的性质 正畸治疗中牙移动的类型 倾斜移动 整体移动 控根移动（controlling root movement) 垂直移动（vertical movement） 旋转移动（rotation movement） 以上所述是正畸治疗 中牙移动的几种类型，但 实际上牙的移动往往不是 呈某单一类型，而是以上 几种类型组合而成的复合 类型。 牙移动的类型 牙移动的类型虽然很复杂，但从 力学观点来看只有两种最基本的方式。 平动 转动 这两种方式取决于旋转中心和阻 力中心的位置关系 M/F比率和牙移动的控制 任何类型的移动都可以由单纯的 平动和单纯的转动组合而成。即如果使 用一经过牙阻力中心的力F(产生单纯的 平动）加上一单纯的力偶M(产生单纯 的转动），使其二者的相对大小比率（ M/F比率）发生变化，就能控制任何类 型的牙移动。 一个经过牙阻力中心的力加上一 单纯的力偶的情况 1）力偶为顺时针 向时 M从零到无穷 大时，旋转中 心由无穷远处 移向根尖，直 至到达阻力中 心。 2）力偶为逆时针 向时 M/F从零到无 穷大时，旋转 中心由无穷远 处移向切缘， 直至到达阻力 中心。 一个作用于牙冠（锁槽）上 的力加上力偶的情况 假设锁槽到牙 阻力中心的距离为 10mm,随着M/F比 率的变化，旋转中 心位置的变化也是 有规律的（如右图 ） 许多学者研究M/F比率和旋 转中心的位置关系发现： 当M/F比率为8/1时，旋转中心在根尖， 牙齿为倾斜移动； 当M/F比率为12/1时，旋转中心在切缘 ，牙齿为控根移动； 当M/F比率为10/1时，旋转中心在无穷 远处，牙齿为整体移动。 牙移动的控制原理 总结：M/F比率决定了旋转中心的位 置，从而控制牙移动的类型，通过调整 M/F比率，可以获得所需要的牙移动类 型（如图)。 旋转中心的位置依赖于M/F比率，而不 单独依赖于M 或F。 如果阻力中心位置不同，即使M/F比率 一样，旋转中心的位置也不一样。 阻力中心的性质 一般认为阻力中心的性质为 ：当外力力线穿过牙体阻力中 心时，牙体将发生平动；当外 力力线不穿过牙体阻力中心时 ，牙体将发生有平动和转动的 复合运动。 阻力中心的位置 尽管多数学者认为牙体存在阻力中心， 但对阻力中心的位置却存在争议。 一般认为，阻力中心的位置位于牙根的 颈3/51/3处。 矫治力与牙移动的关系 正畸治疗中，力的传递过程： 矫治力作用于牙齿，牙齿将力传递 到牙周膜，牙周膜再将力分布于牙 槽骨，牙槽骨发生组织改建，产生 牙移动。牙移动的速度与矫治力的 种类和大小密切相关。 矫治力的种类 （1）以矫治力的强度分类 （2）以矫治力大小分类 （3）以矫治力的作用 矫治力与牙移动速度的关系 典型的牙移动过程按其移动速度可分为 3个阶段： 初始阶段 迟缓阶段 迟缓后阶段 小结： 当力值较低时，随着力的增加牙移动的 速度也增加； 当力值较高时，随着力的增加牙移动速 度不一定增加，因为过大的力可引起牙 周膜透明样变，导致迟缓阶段的延长， 当潜行性吸收完成后，牙齿才快速进入 新长生的空间。 实际上，从较长时间来看，较重 的力牙移动的平均速度可能小于较轻的 力 牙移动类型和牙移动速度的关 系 牙周膜中应力分布是组织改 建的始动因素，它决定细胞反应 的类型和程度，从而决定了牙移 动的速度。 最适力和应力 从临床观点看 矫治力作用的牙齿无明显的自觉疼痛。 叩诊矫治力作用的牙齿无明显反应。 矫治力作用的牙齿无明显松动。 错位牙位置改变明显，而支抗牙位置不 改变或改变不明显。 X线片显示矫治力的根部及牙周组织无 病理变化。 最适力和应力 从组织学的观点看 牙周膜受压力侧血管被压缩但未压闭。 产生最大的细胞反应（破骨/成骨） 组织始终保持其活性而未坏死。 牙槽骨产生直接吸收而非间接吸收。 支抗及其控制 支抗的概念： 支抗的种类 颌内支抗 颌间支抗 颌外支抗 支抗及其控制的方法 交互支抗（reciprocal anchorage) 差动力支抗 增强支抗 稳定支抗 皮骨质支抗 上颌复合体的矫形治疗 上颌复合体的矫形治疗是生长发 育期儿童骨性畸形矫治的主要手段 之一，因为，在III类错（牙合）的 形成机理中，至少有1/4是由于上 颌发育不足所致，在II类错（牙合 ）的形成机理中，也有相当一部分 是由于上颌发育过度所致。 上颌复合体及上颌牙弓阻力中心 位置的研究 研究现状: 上颌复合体受矫形力 后的移动趋 势，取决于力的作用和阻力中心的位置 关系。一般认为：当外力力线穿过骨块 阻力中心时，骨块将发生平动；当外力 力线不穿过骨块阻力中心时，骨块将发 生有平动和转动的复合运动。这一性质 与牙体阻力中心和外力力线的关系一致 。 上颌复合体及上颌牙弓阻力中心 位置 上颌复合体及上颌牙弓阻力中心位置长期存 在争议，难以准确定位。 赵志河等采用三维有限元法，得： 上颌牙弓阻力中心三维坐标为0、20.1、14.7 即在正中矢状面上，高度约在前磨牙根尖， 前后位置在第二前磨牙。 上颌复合体阻力中心三维坐标为0、17.6及 16.6，即在正中矢状面上，高度在梨状孔下 缘，前后位置在第二前磨牙和第一磨牙之间 。 在牵引方向为37时，牵引线既经过上颌复 合体的阻力中心，也经过上颌牙弓的阻力中 心。 临床应用 上颌牙弓及上颌复合体阻力的阻力中心位置 与矫形力牵引线归纳为： 牵引线同时经过上颌牙弓及上颌复合体的阻 力中心，上颌牙弓及上颌复合体将发生平动 而无转动。（37）（如图） 牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体的阻力中 心的同侧，上颌牙弓及上颌复合体将发生同 向的逆时针或顺时针旋转。 （如图） 牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体的阻力中 心之间，上颌牙弓及上颌复合体将发生相对 旋转。 （如图） 矫形力 矫形力的大小 目前临床上，采用的面罩前牵引上颌的力值 为4.95.9N； 使用改良颏兜时，上颌的前牵引力值为2.9 4.9N； 常用的口外后牵引力为2.94.9N。 矫形力的大小还应根据个体的条件，如年龄 、组织感受性、畸形程度、能常戴的时间等 进行调整。 矫治力的方向 前牵引的牵引角度由3030时（从尖 牙牵引），上颌骨与颧骨呈逆时针旋转，旋 转的量逐渐减少。 对有开（牙合）倾向或上颌骨生长方向逆时 针旋转者，应采用向前下30的矫形力；（为 避免前牵引的逆时针旋转） 对于前牙反（牙合）深或上颌骨生长方向顺 时针旋转者，应采用与功能（牙合)平面平行 或向上的牵引角度；利用前牵引的逆时针旋 转 矫治力的方向 后牵引的牵引角度由3030时（用口 外弓从第一磨牙牵引），上颌骨与颧骨呈顺 时针旋转，旋转的量逐渐增大。 对有开（牙合）倾向或上颌骨生长方向逆时 针旋转者，应采用与功能（牙合)平面平行或 向下的牵引角度；（利用后牵引的顺时针旋 转） 对于前牙反（牙合）深或上颌骨生长方向顺 时针旋转者，应采用向后上30以上的矫形力 ；（为避免后牵引的顺时针旋转） 矫治力的作用部位和作用时 间 前牵引时，从第一磨牙牵引比从尖牙牵 引所引起的上颌复合体逆时针旋转大； 后牵引时，从第一磨牙牵引比从尖牙牵 引所引起的上颌复合体顺时针旋转大； 一般认为，每天力的作用时间不应低于 810小时，否则无效。（和牙周膜对 力发应相似） 重而持续的力将引起牙根和牙周组织结 构的破坏,重的间歇力是减小牙移动的有 效方式(潜行性吸收减小). 每天戴口外装置1216小时,能产生相当 大的骨变化(和24小时戴口外装置的骨变 化量相当),但牙移动的量小于每天24小 时戴口外装置的病人. 理论上,可以不经过牙齿而直接对颌骨施 以作用力. 下颌骨的矫形治疗 下颌骨的矫治治疗也是生长发育期儿童 骨性畸形矫治的主要手段之一。 抑制下颌的生长：在理论上可行，但临 床效果很差。 刺激下颌的生长：下颌一直处于前突位 置能加速其生长。 1、弹性材料的基本特性 应力应力是外力作用于物体时，物体内部单 位面积通过的力。 应变时外力作用于物体时，物体单位长 度的变量。 应力和应变都属于材料的内部变化状态 。 强度 比例极限（proportional limit)：为最先 出现不可回复变形的点。 杨氏强度（yield strength)：有0.1的 不可回复变形的点。 极限抗张强度（ultimate tensile strength)：材料能承受的最大载荷的点 。 刚度（stiffness)/弹性（ springiness) 在力曲度曲线中，斜率越高，弓丝刚 度越高。 弹性与刚度呈反比：弹性1/刚度 有效限度（range） 在力曲度曲线中，有效限度为从0.1 的不同回复变形点沿X轴到杨氏点的 距离，代表发生不可回复变形之前弓丝 能弯曲的距离。 有限回弹（springback)为除去不可回复 变形，被弯曲弓丝能回弹的距离，其值 为除去临床载荷所产生的不可回复变形 ，沿X轴到临床载荷点的距离。 弹性区（resilience）：是应力应变曲 线下方，比例极限内（不包括比例极限 ）的区域，代表弓丝的能量储存能力， 是强度和弹性的结合。 可成形量（formability):是弓丝折断前 可承受的不可回复变形的量。 正畸用理想弓丝应具有的特 性： 高强度 低刚度 高有效限度 高可成形量 可焊接附件 价格便宜 弹性材料几何形状对弹性性能的 影响 直径或横断面积的影响 单端支持圆柱悬臂梁，当钢丝直径增加 1倍时，其强度增加8倍，弹性减小1/16 ，有效限度减小1/2。 双端支持圆柱悬臂梁较复杂，但其变化 规律与悬梁臂一样，强度的增加为三次 方函数，弹性的减少为四次方函数，限 度的减小呈比例关系。 弓丝减细，强度减小，弹性和限度增加 。 长度和支持方式的影响 单端支持圆柱悬臂梁，当钢丝长度增加 1倍时，其强度减半，弹性增加8倍，有 效限度增加4倍。 双端支持圆柱悬臂梁较复杂，但其变化 规律与悬梁臂一样，强度的增呈比例减 小，弹性和限度呈指数增加。 在正畸中扭转只存在于 方丝。 双端可滑动的梁打的弹性是双端固定梁 的4倍，强度减小1倍，限度增加2倍。 通过改变材料特性及其粗细形 状控制着正畸力 1. 弹簧应有适宜的强度。 2. 在弓丝上弯制曲或圈。 3. 将两根或多根细丝结合在一起使用。 4. 不同的矫治时期采用不同的弓丝。 Edgewise 系统锁槽设计的 影