根骨/皮质骨关系对使用透明矫正器关闭前磨牙拔除后间隙过程中牙齿移动的生物力学影响：一项有限元研究

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Biomechanical effects of root/cortical bone relation on tooth movement during premolar-extraction space closure with clear aligners: a finite element study

采用有限元分析法评估拔牙病例中隐形矫治器的牙齿移动与应力分布规律，结果显示：根位（La/M/P）和根长（LR/NR/SR）显著影响前牙转矩控制与牙根位移，其中唇侧根位（La）导致转矩损失最严重，腭侧根位（P）虽能稳定转矩但增加后牙锚固失效风险；短根（SR）加剧唇侧倾斜和根尖应力集中，而1.1:1 crown-root ratio及根直立于松质骨中可降低生物力学风险。皮质骨厚度（1mm/2mm）对牙齿移动影响不显著。

　　本研究旨在通过有限元分析（FEA）探讨不同牙根位置（Sagittal Root Position, SRP）、牙根长度（Root Length, RL）以及皮质骨厚度（Cortical Bone Thickness, CBT）对正畸治疗中前牙移动及应力分布的影响，特别是在拔牙病例中的应用。随着技术的进步，无托槽隐形矫治器（Clear Aligners, CAs）的应用范围已经从简单的拥挤或间隙矫正扩展到包括拔牙在内的复杂病例。然而，在实际治疗过程中，前牙移动常常伴随着不利的倾向，例如过度倾斜、外展或内收，这些现象可能对牙周组织造成不良影响，甚至影响治疗的长期稳定性。因此，了解牙根与周围骨结构的关系如何影响隐形矫治器的治疗效果，对于优化矫治方案、提高治疗效率和安全性具有重要意义。

研究采用三维有限元模型，模拟了上颌牙槽骨、牙周膜（Periodontal Ligament, PDL）、牙齿以及隐形矫治器之间的相互作用。通过对不同SRP、RL和CBT条件下的模型进行分析，研究人员发现牙根的位置和长度对牙齿移动的方向和幅度有显著影响，而CBT对移动的影响则相对较小。这一结论对于临床医生制定个性化矫治计划提供了理论依据，特别是在处理那些牙根位置不理想或牙槽骨条件特殊的患者时。

在模型构建过程中，研究人员利用锥形束CT（Cone-beam Computed Tomography, CBCT）数据，建立了包括上颌牙槽骨、牙齿和隐形矫治器的三维结构模型。通过调整阈值，根据灰度差异区分不同的组织结构，并使用软件工具进行对称校准和模型整合。为了模拟不同的牙根长度，研究人员对上颌前牙的根尖部分进行了不同程度的缩短，从而得到三种牙根长度模型：长根、正常根和短根。同时，通过改变皮质骨厚度，构建了两种CBT模型：1 mm和2 mm。这些模型的建立为后续的力学分析奠定了基础。

在分析过程中，研究人员设定了不同的边界条件和接触设置。例如，将牙槽骨基部固定，并在牙齿与牙周膜、牙周膜与牙槽骨之间定义了粘合接触，而在外冠表面与内矫治器表面之间设定了摩擦接触，以模拟实际的力传递过程。模型的材料属性被设定为线性弹性、各向同性和均匀分布，牙齿、牙槽骨（包括皮质骨和松质骨）、牙周膜和隐形矫治器的杨氏模量和泊松比均依据现有文献进行设定。这种设定方式使得模型能够更真实地反映实际生物组织的力学特性。

通过FEA计算，研究人员观察到在所有模型组中，上颌中切牙均表现出冠部与根部相反方向的移动趋势。冠部向舌侧和远中方向移动，同时伴有轻微的外展，而根部则向唇侧和近中方向移动。这种现象在拔牙病例中尤为明显，且在没有附件或额外力的情况下，隐形矫治器的力施加位置远离牙齿的阻力中心（Center of Resistance, CR），导致牙齿产生旋转效应。牙齿的CR通常位于牙根部，靠近牙槽骨的顶部，因此隐形矫治器的力施加位置偏移会加剧牙齿的倾斜，影响治疗效果。

进一步分析发现，牙根位置对牙齿移动的影响尤为显著。当牙根位于唇侧时，牙齿的倾斜幅度最大，且舌侧和垂直方向的移动也更为明显。这可能是因为唇侧牙槽骨的阻力较小，导致牙齿更容易发生冠部移动，而根部则相对保持稳定。相反，当牙根位于腭侧时，牙齿的倾斜程度较小，且能够更好地保持牙根的稳定性，这与腭侧皮质骨的较高阻力有关。中间位置的牙根则表现出介于唇侧和腭侧之间的移动特性，但整体上不如腭侧位置稳定。这些发现表明，牙根位置在隐形矫治器治疗中起着关键作用，特别是在控制前牙倾斜和维持牙根稳定性方面。

牙根长度同样对牙齿移动产生重要影响。短根的牙齿更容易发生倾斜，因为其CR更靠近冠部，导致力施加时产生更大的旋转力矩。这种现象在模型中得到了验证，当牙根长度减少时，牙齿的倾斜幅度显著增加，同时根部和颈部区域的牙周膜应力也相应提高。这表明，在设计隐形矫治器时，需要特别关注牙根长度的分布，以避免在拔牙病例中因短根而造成的不期望移动和潜在的牙根吸收风险。

相比之下，CBT对牙齿移动的影响较小。尽管在某些情况下，较薄的皮质骨可能导致更高的牙周膜应力，但研究结果显示，CBT的变化并未显著改变牙齿的整体移动幅度。因此，在隐形矫治器的治疗过程中，CBT可能不是决定牙齿移动效果的关键因素，但其对牙周膜应力的分布仍具有一定的影响。对于那些牙槽骨条件较差的患者，特别是CBT较薄的个体，需要采取更为谨慎的力控制策略，以防止牙周组织损伤或牙齿移动失控。

在实际临床应用中，这些发现为正畸医生提供了重要的指导。例如，在处理前牙倾斜严重的拔牙病例时，医生需要考虑患者的牙根位置，并可能需要在矫治器中加入额外的附件或调整力施加的方式，以更好地控制牙齿的倾斜和移动方向。此外，对于牙根较短的患者，应特别关注牙齿的移动模式，避免因力矩过大而导致牙根吸收或牙槽骨损伤。而对于牙根位于腭侧的患者，则需要谨慎使用过强的后牙锚定设计，以免对前牙的牙周膜造成过大的压力，进而引发牙根吸收的风险。

研究还指出，理想的前牙移动前状态应为冠根比不超过1.1，且牙根应保持在松质骨中，避免与唇侧或腭侧的皮质骨接触。这一状态有助于减少牙齿移动过程中的不期望倾斜，同时降低牙周膜的应力水平。然而，这一理想状态可能并不适用于所有患者，因此正畸医生需要根据患者的具体情况进行个性化设计，以确保治疗的安全性和有效性。

此外，研究还强调了在拔牙病例中，隐形矫治器的力施加方式对后牙锚定的影响。虽然后牙在治疗过程中通常不被设计为移动，但在实际应用中，后牙仍然表现出一定的移动趋势，特别是当牙根位置不当或矫治器设计不合理时。因此，在设计隐形矫治器时，需要充分考虑后牙的锚定需求，以防止因后牙移动而导致的前牙倾斜或牙根吸收。

综上所述，本研究通过有限元分析揭示了牙根位置、长度和皮质骨厚度对隐形矫治器治疗中牙齿移动和应力分布的影响。这些发现不仅为正畸医生提供了理论支持，也为临床实践中的矫治器设计和治疗策略优化提供了参考。在未来的研究中，进一步探索不同CBT条件下牙齿移动的长期影响，以及结合生物动态过程的模型优化，将有助于更全面地理解隐形矫治器的治疗机制，从而提高其在复杂病例中的应用效果。