3D打印活性下颌前移矫正器的生物力学评估：一项对比性有限元分析

《BMC Oral Health》：Biomechanical evaluation of a 3D-printed activator-type mandibular advancement clear aligner: a comparative finite element analysis

　　

摘要

背景

透明矫治器（CA）技术已迅速扩展到包括下颌前移装置，但其生物力学特性仍未得到充分理解。本研究探讨了热成型和3D打印下颌前移矫治器的生物力学效应。

方法

构建了一个完整的骨骼II类双颌模型，其中包含了颅面缝合线、颞下颌关节盘以及四项主要的咀嚼肌肉（六个功能组件）。有限元分析（FEA）评估了两种传统热成型矫治器设计——热成型翼型和热成型TB型——以及一种新型3D打印激活型矫治器的骨骼和牙齿效应。在初步临床评估中，四名患有骨骼II类错颌的生长发育中的患者接受了3D打印激活型矫治器的治疗。

结果

在当前的有限元假设下，预测了所有三种矫治器插入后的下颌后移情况，其中TB型和3D打印激活型矫治器的后移量小于翼型矫治器。咬合力在矫治器的牙间连接区域集中了应力，这可能导致不希望出现的牙齿移动模式：翼型矫治器和TB型矫治器可能导致磨牙内移、颊侧倾斜和下颌磨牙近中倾斜，而3D打印激活型矫治器则导致下颌前牙唇侧倾斜。为了解决这些问题，优化翼型矫治器的形态可以减少磨牙内移和下颌磨牙近中倾斜；对于TB型矫治器，垂直过度矫正部分减轻了预测的磨牙内移。对于3D打印激活型矫治器，增加前段厚度部分减少了但未能完全消除预测的下颌前牙唇侧倾斜。在为期3.00 ± 0.82个月的初步病例系列研究中，观察结果与FEA预测的趋势基本一致，包括前牙凸出减少4.50 ± 2.05毫米、反咬合减少2.15 ± 0.84毫米，以及接近完美的I类磨牙关系建立，所有这些结果均属于探索性临床观察。

结论

在当前的有限元假设下，所有三种下颌前移矫治器设计均显示出维持下颌前移位置的潜力，但每种设计在模拟中也产生了不希望出现的牙齿副作用。激活型矫治器表现出与设计相关的生物力学特性，这些特性可能通过直接3D打印带来的制造灵活性得到进一步优化。然而，这些发现目前仍处于假设阶段，需要通过更大规模的前瞻性临床研究来进行验证。

背景

透明矫治器（CA）技术已迅速扩展到包括下颌前移装置，但其生物力学特性仍未得到充分理解。本研究探讨了热成型和3D打印下颌前移矫治器的生物力学效应。

方法

构建了一个完整的骨骼II类双颌模型，其中包含了颅面缝合线、颞下颌关节盘以及四项主要的咀嚼肌肉（六个功能组件）。有限元分析（FEA）评估了两种传统热成型矫治器设计——热成型翼型和热成型TB型——以及一种新型3D打印激活型矫治器的骨骼和牙齿效应。在初步临床评估中，四名患有骨骼II类错颌的生长发育中的患者接受了3D打印激活型矫治器的治疗。

结果

在当前的有限元假设下，预测了所有三种矫治器插入后的下颌后移情况，其中TB型和3D打印激活型矫治器的后移量小于翼型矫治器。咬合力在矫治器的牙间连接区域集中了应力，这可能导致不希望出现的牙齿移动模式：翼型矫治器和TB型矫治器可能导致磨牙内移、颊侧倾斜和下颌磨牙近中倾斜，而3D打印激活型矫治器则导致下颌前牙唇侧倾斜。为了解决这些问题，优化翼型矫治器的形态可以减少磨牙内移和下颌磨牙近中倾斜；对于TB型矫治器，垂直过度矫正部分减少了预测的磨牙内移。对于3D打印激活型矫治器，增加前段厚度部分减少了但未能完全消除预测的下颌前牙唇侧倾斜。在为期3.00 ± 0.82个月的初步病例系列研究中，观察结果与FEA预测的趋势基本一致，包括前牙凸出减少4.50 ± 2.05毫米、反咬合减少2.15 ± 0.84毫米，以及接近完美的I类磨牙关系建立，所有这些结果均属于探索性临床观察。

结论

在当前的有限元假设下，所有三种下颌前移矫治器设计均显示出维持下颌前移位置的潜力，但每种设计在模拟中也产生了不希望出现的牙齿副作用。激活型矫治器表现出与设计相关的生物力学特性，这些特性可能通过直接3D打印带来的制造灵活性得到进一步优化。然而，这些发现目前仍处于假设阶段，需要通过更大规模的前瞻性临床研究来进行验证。