基于力矩原理的咬合力分析系统开发：评估牙颌生物力学的创新方法

本研究针对现有咬合力(BF)测量设备仅能获取力值而无法捕捉方向性成分的局限，开发了一套整合薄片传感器与数字化牙科技术的咬合力力矩(wrench)分析系统。通过半自动化流程将三维咬合接触(OC)数据与BF测量结合，实现了六自由度BF系统的简化表征，经10名受试者验证显示参数ICC达0.93-0.99。该系统为临床评估咬合创伤、颞下颌关节(TMJ)疾病风险提供了标准化生物力学分析工具。

　　

牙颌系统的力学平衡对口腔健康至关重要。咬合力(BF)分布失衡可能导致咬合创伤、牙齿过度磨损或颞下颌关节(TMJ)骨关节炎，但现有薄片传感器(如T-Scan、Dental Prescale)仅能测量力值而无法获取力的方向和作用点，极大限制了临床评估价值。日本东北大学研究生院齿学研究科的Ittetsu Uchigasaki和Yoshinori Hattori团队在《BMC Oral Health》发表研究，开发了首套将BF系统转化为力矩(wrench)的标准化分析工具。

研究采用薄片压力传感器(Dental Prescale II)记录咬合力，结合口内扫描仪(TRIOS 5)获取牙弓三维模型，通过硅橡胶咬合记录材料(Blue Silicone)定位咬合接触点(OC)。创新性开发MATLAB算法，将OC点与牙弓模型对齐后，采用DBSCAN聚类识别咬合接触区域，最终通过力偶系统简化模型输出包含力值、力矩轴位置(x,y)、方向(矢状面β、冠状面α)及螺距(pitch)等六参数的力矩表征。

研究结果显示：系统成功实现半自动化分析流程，仅需人工完成咬合记录模型分割和BF-OC匹配两个步骤。在10名健康受试者(平均年龄20.1±2.9岁)的286个咬合接触点中，87%的BF分配达成完全一致。关键生物力学参数展现出极佳的评价者间可靠性，ICC范围为0.93(螺距)至0.99(合力值)。力矩分析显示受试者咬合力中位值为981.4N，力矩轴在矢状面的倾斜角β与冠状面倾斜角α具有高度可重复性。

讨论指出，该系统首次实现临床可操作的六自由度BF测量，相较传统视觉匹配方法显著提升效率。通过力矩模型简化复杂力系，为建立咬合生物力学评价标准奠定基础。局限性在于咬合记录模型仍需人工分牙段处理，但深度学习技术有望实现自动化改进。该成果对探索咬合力分布与TMJ疾病发展的关联性研究具有重要价值，为"最小致病性咬合"理念提供了量化分析工具。

研究创新性整合数字牙科技术与经典力学原理，其开发的MATLAB算法代码已公开共享。未来可通过前瞻性队列研究验证力矩参数与颞下颌紊乱症(TMD)发病的关联性，推动咬合诊断从形态学评估向生物力学评价的范式转变。