牙颌面畸形矫治的生物力学

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,矫形治疗的生物力学,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2.94.9N； 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.,小结,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。,矫治器力学,1、弹性材料的基本特性,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 系统锁槽设计的影响因素,锁槽宽度的