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在正畸治疗中，隐形矫治器（CAs）用于上颌牙列远移时会产生反作用力影响疗效。研究人员开展不同弹性牵引方式对其作用力分布影响的研究。结果发现弹性牵引不足以抵消反力，按钮牵引更优。这为优化正畸方案提供依据。
在当今社会，越来越多的人出于美观和舒适的考虑，选择隐形矫治器（Clear Aligners，CAs）进行正畸治疗，尤其是用于治疗 II 类错颌畸形中的磨牙远移，这是一种针对轻度牙列拥挤的 II 类错颌畸形有效的非拔牙治疗方案。然而，在使用 CAs 进行牙列远移的过程中，会出现一些问题。一方面，CAs 的热塑性特性虽然能精确控制磨牙移动，但缺乏刚性锚固，使得在磨牙远移时，相邻牙齿会受到反作用力，导致前牙唇向移位和前倾，影响治疗效果。另一方面，目前临床中用于增强磨牙远移时锚固力的乳胶弹性牵引，与 CAs 产生的应力之间的生物力学相互作用机制尚不明确。此外，现有的实验模型存在诸多局限，无法精准量化作用于锚固牙的反作用力，也难以全面反映牙弓内的力梯度以及多牙之间的生物力学相互作用。
为了解决这些问题，陆军军医大学大坪医院口腔科以及空军军医大学口腔医学院正畸科的研究人员开展了一项体外研究。研究人员通过建立不同的治疗阶段，模拟 CAs 治疗 II 类错颌畸形时上颌牙列 2mm 的远移过程，利用多传感器生物力学平台，系统地量化了上颌牙列在不同弹性牵引方式下的实时力分布情况，对比分析了 CAs 激活时的基线力与弹性牵引诱导的补偿力，以阐明锚固保护机制，并对激光切割的矫治器挂钩和粘结的复合牵引按钮这两种临床牵引方式进行了生物力学评估。
该研究主要运用了以下关键技术方法：首先，利用数字化设计软件 ATreat Designer V3.0 在标准化上颌模型上规划顺序远移方案，精确设定牙齿移动量；其次，在模型牙齿上粘结垂直矩形附件，并安装 14 个 Nano17 六轴力传感器，用于实时监测牙齿受力；最后，使用 MATLAB 软件进行数据处理，补偿消除矫治器自身作用力，单独分析弹性牵引的贡献 。
下面来看看具体的研究结果：
- 初始正畸力和反作用力：研究发现，不同牙齿受到的 CAs 初始正畸力不同，范围在 1.52N 至 6.77N 之间，同时主要锚固牙受到的反作用力在 1N 至 6.48N 之间。例如，在 A 组（后段牙列远移）和 B 组（中段牙列远移）中，第一磨牙的远移力明显高于前磨牙和尖牙，这可能是因为第一磨牙牙冠体积较大，使得矫治器在其近远中接触表面的变形面积增大，从而产生了更多的应变能。而 C 组（前段牙列内收）中，切牙的内收力和系统总反作用力相对 B 组进一步降低，这是由于内收切牙时涉及的变形区域数量减少，直接降低了弹性储能能力。此外，通过力向量分析还发现，A 组所需的后段锚固力是 C 组的 2.3 倍。这表明，牙齿移动时产生的正畸力和反作用力大小，与矫治器的变形量（激活区域数量）和变形面积大小（牙冠尺寸调节弹性储能）密切相关。
- 反作用力和牵引力：实验数据表明，弹性牵引施加的力并不能显著抵消 CAs 产生的反作用力（P<0.01）。例如，弹性激活时尖牙上测得的最大牵引力为 0.62N，仅为矫治器变形产生的初始反作用力（1.16 - 1.94N）的 32 - 53%。不过在实际临床过程中，随着时间推移，正畸力会因牙齿移动和正畸材料的机械降解而逐渐减小，通过定期更换乳胶弹性体，牵引力会逐渐接近并超过反作用力。因此，正畸医生可以通过调整每步的激活量、更换更强力的弹性带或调整矫治器佩戴时间来平衡这两种力，还可以利用 CAs 固有的转矩控制优势，施加舌向冠转矩来防止前牙唇倾。
- 不同牵引方式的比较：粘结的复合按钮的力传递效率（98.1% 的力保留率）明显高于激光切割的矫治器挂钩（84.8% 的力保留率）。在挂钩组中，牵引力主要集中在尖牙上；而按钮牵引则能减少力的损失，增强在矫治器内的力传递，更有利于保护切牙和后牙的锚固。这是因为根据 Kirchhoff - Love 薄板理论，在材料边缘施加拉力会导致更高的弯曲应力，使材料更容易发生弹性变形，挂钩组中应变能主要在材料周边积累，导致 15.2% 的力传递损失；而按钮组通过优化应变能汇聚，将寄生能量损失限制在 1.9% 。
在研究结论和讨论部分，该研究系统地揭示了 CAs 治疗中顺序远移和弹性牵引的生物力学机制。不同的治疗阶段呈现出不同的力分布模式，明确了变形量和变形面积大小共同决定正畸力和反作用力的强度。非目标牙齿可作为锚固组被动稳定，随着锚固组牙齿数量增加，每个锚固单元承受的反作用力会相应减少。此外，挂钩牵引和按钮牵引在力分布和传递效率上存在显著差异，按钮牵引在临床应用中具有更多优势，如不影响附件设计、患者更易操作、节省椅旁时间等。但该研究也存在一定的局限性，例如未完全模拟口腔环境湿度、仅研究了矫治器变形的初始力、未考虑张口和下颌运动对牵引力的影响等。
总的来说，这项研究为优化弹性牵引方案提供了重要的理论依据，有助于正畸医生在临床实践中更好地选择牵引方式，平衡正畸力和反作用力，减少前牙不必要的位移，实现更精准、更高效的正畸治疗，对推动正畸领域的发展具有重要意义 。该研究成果发表在《BMC Oral Health》上，为该领域的进一步研究奠定了坚实基础，有望引导后续研究朝着更贴合临床实际、更深入探究生物力学机制的方向发展。
