优化下颌犬齿内收效果：使用有限元分析法（FEM）比较不同固定系统与透明矫正器中不使用任何固定装置的情况

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《International Orthodontics》：Optimization of the effectiveness of lower canine retraction: A FEM comparison of different attachment systems with no attachments in clear aligners

【字体：大中小】 时间：2025年11月25日 来源：International Orthodontics 1.9

编辑推荐：

　　本研究通过有限元方法比较不同附件系统对下颌犬齿牵拉的 biomechanical 效果，发现优化四分之一椭球附件在位移效率（85-90%）、应力分布均匀性和塑性变形（0.01mm）方面最优。

Muskan Chanduka | Srirengalakshmi Muthuswamy Pandian | Aravind Kumar Subramanian | Nikhillesh Vaiid

印度金奈600077，Saveetha大学Saveetha医学与技术科学学院Saveetha牙科学院及医院正畸科

摘要

目的

本研究旨在通过有限元方法（FEM）分析，评估不同附件系统在利用透明矫正器促进下犬齿后退方面的生物力学效果。

方法

利用一名18岁女性患者的口内扫描数据和CBCT数据，建立了有限元模型。研究分为四组：第1组（无附件）、第2组（单个垂直矩形附件）、第3组（双个垂直矩形附件）和第4组（优化后的四分之一椭球形附件）。模型模拟了犬齿后退过程中牙冠和牙根的应力分布、塑性变形及位移情况。

结果

优化后的附件（第4组）实现了最高的牙齿整体移动效果（85–90%），牙冠和牙根的位移几乎相等。第1组出现牙齿倾斜现象，牙齿整体移动幅度较小（60–65%），而第2组的生理移动效果较好（70–75%），第3组的效率进一步提升至75–80%。第4组表现出最均匀的应力分布，塑性变形最小（0.01毫米），表明其具有更优的力的传递能力和矫正器稳定性。

结论

优化后的四分之一椭球形附件显著提高了犬齿后退的效率，减少了应力集中和变形。这些发现支持使用优化附件来改善透明矫正器的治疗效果。建议进一步开展临床研究以验证这些结果，并探索其他附件设计和材料，以优化矫正治疗效果。

引言

自1997年透明矫正器问世以来，它们彻底改变了正畸治疗方式[1]。对于许多患者而言，透明矫正器是一个吸引人的选择，相比金属牙套，它们更舒适、更卫生，外观也更隐蔽[2]。这些透明塑料矫正器与复合附件结合使用，可矫正错颌问题，外观几乎与传统牙套无异[3]。最近的一项系统评价和荟萃分析表明，在简单的非拔牙错颌病例中，透明矫正器和固定矫治器的效果相当，但透明矫正器在牙周指标和患者舒适度方面表现更优；然而，对于复杂病例，现有证据的可靠性仍较低，需要更多高质量的研究[4]。传统固定矫治器主要依靠金属丝的可塑性来移动牙齿，而透明矫正器则通过PETG和TPU等材料的形状恢复能力来施力。与固定矫治器相比，透明矫正器对牙齿和牙周组织的压缩应力较小，因此患者佩戴更加舒适[5]。随着技术进步，透明矫正器现在可以处理从简单病例到涉及拔牙间隙关闭的复杂病例[6]。然而，物理移动这些间隙可能较为困难。Zhang等人和Rossini等人的研究表明，牙齿更倾向于倾斜而非整体移动；Jiang等人也指出，在尝试控制牙齿移动时，犬齿常会发生倾斜和突出[6]。这可能是因为矫正器在治疗过程中不够坚固，无法保持其形状，从而导致不必要的牙齿移动[9],[10],[11]。此外，还可以使用各种辅助装置（如附件）、改良的矫正器设计（如动力槽）、迷你种植体和弹性带等来提升矫正效果[7],[12],[13]。粘接在牙齿上的复合附件非常重要，它们有助于矫正器更好地固定牙齿，实现难以完成的移动[14]。这些附件通过创建主动表面并将力导向正确位置，使移动更加可控[15]。优化后的附件可通过提供符合牙齿形态的主动表面来增强力的传递效果，但在大多数情况下，其与传统设计的整体优势在汇总分析中尚未得到明确结论[16]。多种因素影响矫正器的效果，包括矫正器材料、厚度、附件设计以及牙齿形状[17]。为了理解这些因素的相互作用，可以采用有限元方法（FEM）进行分析，该方法可以构建牙齿、骨骼和牙周组织的三维模型，模拟正畸力系统并分析复杂的力相互作用[18]。该方法将复杂结构分解为称为“元素”的小部分，这些元素在称为“节点”的特定点相连，从而预测力对牙齿和周围组织的影响。这种方法特别有用，因为它无需实际患者试验即可测试不同情况，并提供关于应力、应变和位移的数据[19]。通过适当的扭矩控制来物理移动下犬齿以矫正拥挤并实现良好的咬合关系较为困难，这需要精确的控制以避免不必要的倾斜或突出，而仅依靠矫正器往往难以实现。透明矫正器的旋转移动临床准确率约为68.6%，这突显了辅助装置和分阶段治疗在实现物理移动目标中的重要性[20]。为改善牙齿移动的生物力学特性并增加力的传递效果，已引入了多种附件设计。目前尚不清楚哪种设计最适合高效实现犬齿后退。通过模拟和量化不同附件条件下的应力分布、位移和矫正器变形，FEM分析可以比较不同设计的生物力学效率，避免基于患者的研究所带来的不可预测性和伦理限制。本研究使用FEM分析比较了不同附件设计（无附件、单个垂直矩形附件、双个垂直矩形附件和优化后的四分之一椭球形附件）对下犬齿移动的影响，通过检测旋转中心、应力分布、牙齿位移和矫正器变形来确定最佳设计。