口腔生物力学基础

这是一篇关于生物力学基础的思维导图，主要内容包括：牙移动的生物力学机制及研究现状，矫形治疗的生物力学机制及研究现状，口腔正畸临床中的生物力学，口腔正畸材料力学。

生物力学基础

• 牙移动的生物力学机制及研究现状
  • 牙周膜中的应力分布（牙周膜应力是组织改建的始动因素）
  • 牙体阻力中心的性质和位置
    • 阻力中心的性质：当外力力线穿过牙体阻力中心时，牙体发生平动，当外力力线不穿过牙体阻力中心时，牙体将发生有平动和转动的复合运动。
    • 旋转中心与阻力中心的区别
      • 旋转中心决定于作用在牙体上的力矩/力的比率，而不单独决定于力的大小
      • 牙体位于牙槽窝中，受到牙周膜和牙槽骨等牙周支持组织的约束，牙体的阻力中心即为牙周支持组织约束力的简化中心
    • 牙体阻力中心的位置（还有争论）
  • 矫治力与牙移动
    • 正畸治疗中，力的传递过程为：矫治力作用于牙齿，牙齿将力传递到牙周膜，牙周膜将力分布于牙槽骨，牙槽骨发生组织改建，产生牙移动，牙移动的速度于矫治力的种类和大小密切相关。
      • 矫治力的种类
        • 以矫治力的强度分类
          • 第一级：力量过小或时间过短，不能引起牙周组织的明显反应。
          • 第二级：温和而持久的矫治力，其强度不超过毛细血管压力（即20-26g/cm2)，这种强度的力量，既能完成牙齿的位移，又不伤害组织。
          • 第三级：强度大于毛细血管压力，软组织的血液循环因受压迫而停滞，软硬组织都要受到损害，甚至发生坏死。坏死的部分不能进行正常生理性的破骨与成骨活动，而需要通过潜行性的骨吸收方式使死骨被吸收后，牙齿才能移动。由此可知，力量过强，牙齿的移动反而减慢，并且还有引起牙根吸收的可能。
          • 第四级：强度很大，可压毁牙周膜，使牙根与牙槽骨直接接触。牙髓的血液循环可能因压迫断绝，导致牙周膜坏死，牙根吸收，牙根与牙槽骨发生固着粘连，牙齿反而不能移动。
        • 以矫治力的大小分类
          • 轻力：如常用的乳胶橡皮圈，其力值约在60g以下，用以移动牙齿。
          • 中力：各种弓丝簧曲，其力值约为60-350g。用以移动牙齿。
          • 重力：如头颈部为支抗的口外牵引力，其力值为350g以上。用作矫形力，引导面颌正常生长。
        • 以矫治力的作用时间分类
          • 持续力：可持续作用于牙齿的矫治力，这种矫治力可经历几个星期甚至几个月，适当的轻而持续的力可以使牙周膜持续保持使骨发生变化的状态，从而使牙齿有效移动。
          • 断续力：矫治器加力后在较短的时间内力消失或衰减，需要再次加力，如大部分活动矫治器上的弹簧产生的矫治力。
          • 间歇力：间断时间加力，如口外力最好每天使用12-14小时。
      • 矫治力大小和牙齿移动速度的关系
        • 初始阶段：代表牙齿在牙周空间的物理性位移。在初始阶段，轻力和重力所产生的效果是一样的，尽管轻力需花几天才能完成这一位移，而较重的力几秒就能完成，但其绝对位移量没有很大差别，和力的大小相比，牙周空间宽度是决定初始阶段牙齿绝对位移量的更为重要的因素。
        • 迟缓阶段：代表牙周膜产生透明样变，牙槽骨进行潜行性吸收的过程。
          • 轻力所产生的主要是直接吸收（少量潜行性吸收），即破骨细胞在修复后的肉芽组织表面，正对牙槽骨区发生骨吸收，牙齿随破骨/成骨的改建过程而逐渐移动。轻力的迟缓阶段较短，牙齿有一定移动。
          • 重力所产生的主要是间接吸收（潜行性吸收），即破骨细胞在相应透明样病变区的牙槽骨表面或骨髓腔侧进行潜行性吸收，要待潜行性吸收完成后牙齿才能移动。重力的迟缓阶段较长，牙齿基本不动。
        • 迟缓后阶段：牙移动速度逐渐或突然增加。
          • 轻力所产生的牙移动速度逐渐增加
          • 重力所产生的牙移动速度是突然增加的（因潜行性吸收完成）
        • 过重的力牙移动的平均速度小于温和而持久的最适力。
      • 牙移动类型和牙移动速度的关系
        • 作用于牙冠上的力和力矩可以产生任何类型的牙移动，即使不改变力，通过改变力矩，牙周膜的应力分布也会发生改变。
        • 牙周膜中应力分布是组织改建的始动因素，它决定细胞反应的类型和程度，从而决定了牙移动的速度。
        • 所以对矫治力和牙移动速度关系的讨论，一定要限定牙移动的类型，即限定什么样的力系统，包括作用在牙齿上的所有力和力矩。
  • 最适力和应力
    • 临床观察
      • 矫治力作用的牙齿，无明显的自觉疼痛。
      • 叩诊矫治力作用的牙齿，无明显疼痛反应。
      • 矫治力作用的牙齿，无明显松动。
      • 错位牙位置改变明显，而支抗牙位置不改变或改变不明显。
      • X线片显示矫治牙的根部及牙周组织无病理变化
    • 组织学观察
      • 牙周膜受压力侧血管被压缩但未完全压闭。
      • 产生最大的细胞反应（破骨/成骨）。
      • 组织始终保持其活性而未坏死
      • 牙槽骨产生直接吸收而间接吸收少
  • 牙移动的控制原理
    • 牙移动的阻力中心和旋转中心
      • 阻力中心：指物体运动约束阻力的简化中心（单根牙的阻力中心在牙长轴上，约位于牙根颈1/3与中1/3交界处，多根牙的阻力中心约位于根分叉下1-2mm处。
      • 旋转中心：物体在外力作用下转动时所围绕的点。（旋转中心随外力及力矩的变化而变化）
    • 正畸治疗中牙齿移动的类型
      • 倾斜移动：指牙冠与牙根做相反方向的移动，这是一种最常见的移动类型。
      • 整体移动：指牙冠与牙根做相同方向的等距离移动。
      • 控根移动：保持牙冠基本不动，只让牙根移动。根据牙根移动的方向不同又分为
        • 转矩：唇舌向控根移动
        • 竖直：近远中向控根移动
      • 垂直移动：是整体移动的另一种形式，只是其移动方向是上下垂直的。
        • 伸出移动：向方向垂直移动
        • 压入移动：向根方向垂直移动
      • 旋转移动：牙体绕牙长轴的转动
    • 牙移动的两种最基本方式（取决于旋转中心和阻力中心的位置关系）
      • 平动：当一外力力线通过牙的阻力中心时，牙产生平动，此时旋转中心距阻力中心无穷远。
      • 转动：当一力偶在以阻力中心为圆心在对应的等距离处反作用与牙齿时，牙产生转动，此时旋转中心在阻力中心处。
    • 力偶矩/力（M/F）比率和牙移动的控制
      • 一个经过牙阻力中心的力加上一个顺时针向的力偶
        • 当M/F=0时，旋转中心在无穷远处，牙齿平动
        • 当M/F逐渐增大时，旋转中心从无穷远处向根尖移动，牙齿开始顺时针向倾斜移动
        • 当M/F继续增大时，旋转中心到达根尖，再从根尖移向阻力中心
        • 当M/F无穷大时，旋转中心到达阻力中心，牙齿以阻力中心为圆心顺时针向移动
      • 一个经过牙阻力中心的力加上一个逆时针向的力偶
        • 当M/F=0时，旋转中心在无穷远处，牙齿平动
        • 当M/F逐渐增大时，旋转中心从无穷远处向切缘移动，牙齿开始逆时针向倾斜移动
        • 当M/F继续增大时，旋转中心到达切缘，再从切缘移向阻力中心
        • 当M/F无穷大时，旋转中心到达阻力中心，牙齿以阻力中心为圆心逆时针向移动
      • 一个作用于牙冠（托槽）上的力加上一个逆时针向力偶矩的情况
        • 当M/F=0时，旋转中心在阻力中心和根尖之间，靠近阻力中心
        • 当M/F增大时（8/1），旋转中心移到根尖（倾斜移动）
        • 当M/F=10/1时，旋转中心移到根尖方的无穷远处，牙齿平动。（整体移动）
        • 当M/F超过10/1时，旋转即改变方向，旋转中心从切缘方向的无穷远处移向切缘
        • 当M/F继续增大，约为12/1-13/1时，旋转中心移到切缘（控根移动）
        • 当M/F逼近无穷大时，旋转中心逼近阻力中心，牙齿接近于单纯转动
        • 通过调整M/F比率，可控制牙移动类型
      • 牙移动的控制原理
        • 旋转中心的位置依赖于M/F比率，而不单独依赖于M或F
        • 虽然M/F比率决定了旋转中心的位置，但这是在阻力中心位置一定的情况下，如果周围约束环境变化而导致阻力中心位置改变，即使M/F比率一样，旋转中心的位置也不同。
• 矫形治疗的生物力学机制及研究现状
  • 上颌复合体的矫形治疗（对上颌复合体的矫形治疗是生长发育其儿童骨性畸形矫治的主要手段之一）
    • 上颌复合体及上颌牙弓阻力中心位置与矫形力牵引线的关系
      • 上颌复合体及上颌牙弓阻力中心位置
        • 当外力线穿过骨块阻力中心时，骨块发生平动。
        • 当外力线不穿过骨块阻力中心时，骨块将发生有平动和转动的复合运动。
      • 临床应用
        • 牵引线同时经过上颌牙弓及上颌复合体的阻力中心：上颌牙弓及上颌复合体将发生平动而无转动。（从尖牙斜向下37°牵引）
        • 牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体阻力中心的同侧：上颌牙弓及上颌复合体将发生同向的逆时针或顺时针旋转。（临床上对反𬌗进行牵引治疗，如果伴有开𬌗倾向，开𬌗的机制不仅伴有上颌骨的逆时针旋转，而且有前牙槽骨高度不足，进行矫治时就需要针对其机制使上颌牙弓和上颌复合体同时顺时针旋转。）
        • 牵引线经过上颌牙弓及上颌复合体阻力中心之间：上颌牙弓及上颌复合体将发生相对旋转。（临床上对反𬌗进行前牵引治疗时，如果伴有深覆𬌗，深覆𬌗的机制包括上颌骨的顺时针旋转，但上后牙槽骨高度代偿性发育不足，进行矫治就需要针对其机制使上颌复合体逆时针旋转，上颌牙弓顺时针旋转。）
    • 矫形力
      • 矫形力的大小
        • 面罩前牵引上颌的力值为500-600g
        • 改良颏兜上颌前牵引力值为300-500g
        • 常用的口外后牵引力为300-500g
        • 矫形力的大小，还应根据个体的条件：如年龄、组织感受性、畸形程序、能常戴的时间等进行调整。
      • 矫形力的方向
        • 前牵引的牵引角度由+30°~-30°时（从上颌尖牙牵引），上颌骨与颧骨呈逆时针旋转，旋转的量逐渐减少。
          • 对有开𬌗倾向或上颌骨生长方向逆时针旋转者，为了避免前牵引时的逆时针旋转，应采用向前下30°以下的矫形力。
          • 对前牙反覆𬌗深或上颌骨生长方向顺时针旋转者，为了借助前牵引时的逆时针旋转，应采用与功能𬌗平面平行或向上的牵引角度。
        • 后牵引的牵引角度由+30°~-30°时（用口外弓从上颌第一前磨牙牵引），上颌骨与颧骨呈顺时针旋转，旋转的量逐渐增大。
          • 对覆𬌗较深或上颌骨生长方向顺时针旋转者，为了避免后牵引时的顺时针旋转，应采用向后上30°以上的矫形力。
          • 而对有开𬌗倾向或上颌骨生长方向逆时针旋转者，为了借助后牵引时的顺时针旋转，应采用与功能𬌗平面平行或向下的牵引角度。
      • 矫形力的作用部位
        • 前牵引时，从第一磨牙牵引比从尖牙牵引所引起的上颌复合体逆时针旋转大。
        • 后牵引（口外弓）时，从第一磨牙牵引比从尖牙牵引所引起的上颌复合体顺时针旋转大
      • 矫形力的作用时间
        • 每天力的作用时间不应低于8-10小时，否则将没有什么反应。如果每天戴12-16小时，已能产生相当大的骨变化，但同时有一定的牙移动。
        • 要产生骨的变化，作用在牙上的力应相当大（500-1000g），但重而持续的力将引起牙根和牙周组织结构的破坏，重的间歇力是减少牙移动的有效方式，因为重力去除时，潜行性吸收减少。因此，不应该每天24小时戴口外装置。
  • 下颌骨的矫形治疗
    • 抑制下颌的生长
      • 尽管抑制下颌的生长在理论上可行，但临床效果很差。
    • 刺激下颌的生长
      • 下颌一直处于前突位置能加速其生长，机制有两点：
        • 其一是被动的，下颌被矫治器导向前。
        • 其二是主动的，下颌被肌肉拉向前，包括翼外肌。一些研究认为，翼外肌的作用是刺激生长的关键因素。
        • 另外，矫治器导下颌向前需要几百克的力，如果这个力分布到上、下颌牙，将使上前牙后移，下前牙前移，限制了上颌的生长，为了达到最大的骨变化和最小的牙变化，作用力应尽可能地离开牙。所以组织支持的Fränkel矫治器正适合这点。
• 口腔正畸临床中的生物力学
  • 支抗控制的生物力学
    • 支抗的概念：所谓支抗，就是支持矫治力，抵抗矫治力的反作用力的单元。
    • 支抗的种类
      • 颌内支抗：在同一牙弓中，用部分牙齿或黏膜作支持，以移动另一部分牙齿。
      • 颌间支抗：用上颌或下颌牙弓和颌骨作支持，以矫治对颌的牙、牙弓和颌骨。
      • 颌外支抗：用头的顶枕颈部作支持，以矫治牙、牙弓和颌骨。
    • 支抗的分类
      • 最大支抗：又可称为最大后牙支抗，这组支抗是保持后牙位置不动，75%或更多的拔牙间隙为前牙内收所用。
      • 中度支抗：又可称为前后牙交互支抗，这组支抗前牙和后牙移动相等的距离来关闭拔牙间隙，这组支抗较容易控制。
      • 最小支抗：又可称为最大前牙支抗，这组支抗75%或更多拔牙间隙通过前移后牙关闭，保持前牙位置不动。
    • 支抗控制的力系统
      • 最大支抗
        • 最理想的最大支抗系统为后牙支抗保持完好，无力作用于后牙，前牙平动关闭拔牙间隙，但该力系统基本不存在，除非所有的支抗单元都是口外力或在对颌。
        • 通过改变作用于前牙或后牙上的力的大小获得最大支抗
        • 用力矩的差异获得最大支抗
      • 中度支抗
        • 通过前牙和后牙平动达到间隙关闭，W/F比率约需10/1
      • 最小支抗
        • 和最大支抗相反
    • 支抗的临床应用
      • 交互支抗：用支持力相等的牙齿作交互支持，以达到相互移动的效果，此时支抗力同时也是矫治力。
      • 差动力支抗：同样大小的力作用于两个或两组不同的牙齿，根据其产生的组织反应不同，使需要移动的牙得以移动，不需移动的牙很少移动甚至不移动。这是一种生物力学支抗，其机制在于不同的牙其牙周膜面积不同，使其移动的力值也不同。
      • 增强支抗：增加支抗单元的数目和面积（头、颈、口腔内组织等）能有效地增强支抗，因为更多的支抗牙或口外结构，分散了矫治力的反作用。
      • 稳定支抗：在相同的条件下，整体移动所需的矫治力大于倾斜移动，因此，可以用一组牙的整体移动来对抗另一组牙的倾斜移动，使整体移动的一组牙不动或移动很少，只让倾斜移动的一组牙移动。
      • 皮质骨支抗：因皮质骨比松质骨致密、血供少、改建慢，更能抵抗吸收，所以当牙根接触皮质骨时，牙移动减慢。因此，一些学者提倡使支抗牙的牙根向皮质骨板靠近以抑制其移动。
      • 药物支抗：利用全身给药减缓牙移动的同时，用药物局部注射以促进计划中的局部牙移动。（还处于动物实验中）
    • 临床上影响支抗选择的因素
      • 严重拥挤：对严重拥挤的病例，通常采用拔牙矫治方法，并且拔牙间隙基本全部用来缓解拥挤，所以支抗控制尤为重要，在拔牙之前就应该先使用最大支抗。
      • 前牙严重前突：对前牙严重前突病例，通常也采用拔牙矫治方法，并且拔牙间隙基本全部用来内收前牙，支抗控制也很重要，在拔牙之前就应该先使用最大支抗。
      • 下颌平面角的大小：
        • 下颌平面角大的病例，上下颌磨牙容易近中移动，应尽早地使用最大支抗，以免拔牙间隙很快被后牙前移占据
        • 下颌平面角小的病例，下颌磨牙的近中移动相对不易，如果下牙拥挤量不大，多采用不拔牙或仅拔除上颌牙的治疗方法。
    • 临床上常用的支抗控制方法
      • 使用轻力：因为弓丝是在托槽槽沟滑动的，特别是方丝，过大的牵引力会导致方丝与槽沟之间三维方向的旋转阻力、倾斜阻力和转矩阻力增加，影响牙齿的移动。
      • 两步法关闭间隙：先单独内收尖牙，再内收4个切牙，此为两步法关闭间隙，可以减少对后牙支抗的消耗。
      • 选择性地使用转矩：即用力矩的差异获得支抗的方法。
      • 横腭杆和舌弓：是较常用的支抗控制方法
        • 横腭弓对抗牙齿的左右向移动肯定没有问题，但对抗牙齿的向前移动作用有限，因为左右磨牙可以在横腭杆的连接下一起向前移动。
        • 舌弓的支抗作用比横腭弓强，一般采用两步法关闭间隙，对单独内收尖牙没有影响，但最后内收切牙时必须去除舌弓才能关闭拔牙间隙。
      • Nance弓：比横腭杆的支抗作用强，但前腭部的Nance托不好清洁。
      • 唇挡：可用自凝塑料胶制作唇挡，也可以采用钢丝制作多曲唇挡，白天和晚上都戴用，有较强的支抗控制作用。
      • II类或III类牵引：通过II类或III类牵引，可以将支抗放在对颌，这是临床上最常用的支抗控制方法之一。
      • 面弓或J钩：J钩比面弓更加可靠，用J钩内收前牙，如果患者配合不好，至少支抗后牙不会前移。如果用面弓加强支抗，如果患者配合不好，因为有颌内牵引，支抗后牙会前移。面弓和J钩牵引方式都有低位、水平及高位三种，应该根据不同的情况进行选择。
      • 选择不同的拔牙部位
        • 拔除第一前磨牙：后牙支抗最大，前牙后移最多
        • 拔除第二前磨牙：两者之间。
        • 拔除第一恒磨牙：后牙支抗最小，前牙后移最少。
        • 拔除第一前磨牙、第一恒磨牙：交互支抗。
  • 打开咬合的生物力学
    • II类牵引力
      • F1：使磨牙升高，对打开咬合有利。但如果是开𬌗磨牙升高可能形成支点，使开加重，所以开𬌗不宜做II类牵引。
      • F2：使磨牙前移，改善II类关系。
      • F3：使前牙后移，改前牙关系。
      • F4：使前牙伸出，对打开咬合来说，F4是不利的，但因为颞下颌关节是铰链关节，F1距铰链更近，所以F1作用更强。
    • 前牙压入力
      • 前牙前倾的情况
        • F1：压入前牙，是真正打开咬合的力。
        • F2：使前牙更前倾，造成前牙间隙。所以打开咬合时双侧要做II类牵引，或前牙做“8”字栓扎丝，或弓丝末端回弯，以对抗此力。
      • 前牙内倾的情况
        • F1：压入前牙，打开咬合。
        • F2：使前牙更内倾，所以对内倾的前牙需竖直或稍前倾后再打开咬合，以避免此力的产生。
    • II类牵引力+前牙压入力
      • 合适的II类牵引力：FII的舌向力等于F0的唇向力，正好平衡打开咬合产生的使前牙前倾的唇向力。
      • 小的II类牵引力：FII的舌向力小于F0的唇向力，不能对抗打开咬合产生的使前牙前倾的唇向力，使前牙前倾。
      • 大的II类牵引力：FII的伸出力等于F0的压入力，打开咬合必须的压入力被取消，同时FII的舌向力大于FO的唇向力，使前牙内收。
    • 颌内牵引力 （颌内牵引力的主要作用是关闭拔牙间隙，但在关闭拔牙间隙的同时，可能产生一些副作用。）
      • 颌面观（第一序列副作用）：颌内牵引力产生尖牙的远中旋转，和磨牙的近中旋转。
        • 用腭杆或舌杆可以较容易地控制磨牙的旋转。
        • 用粗的弓丝以减小旋转趋势。
        • 在弓丝上加一个对抗旋转的歪V形曲，该V形曲使尖牙产生一个反向旋转以对抗副作用，同时在磨牙上的副作用也被减小。
      • 唇（颊）-舌面观（第三序列副作用）：颌内牵引力使拔牙间隙两侧的牙齿向拔牙间隙侧倾斜
        • 腭杆或舌杆控制磨牙近中倾斜的作用有限，可采用Nance托或口外弓
        • 用粗的弓丝以减小倾斜趋势
        • 在弓丝上加一个对抗倾斜的屋脊样弯曲，屋脊样弯曲使尖牙产生一个反向倾斜以对抗副作用，同时在磨牙上的副作用也被减小。
    • 临床常用打开咬合方法中的力学处置
      • 对于尖牙牙冠后倾者初期镍钛丝不纳入切牙或尖牙。
      • 尽早纳入第二磨牙
        • 因为颞下颌关节是铰链关节，第一磨牙比第二磨牙距铰链更近，所以第一磨牙伸长比第一前磨牙伸长打开咬合的作用更强。
      • 尽早使用颌间牵引：颌间牵引力在磨牙上的垂直向分力可以使磨牙升高，有利于打开咬合。但应该注意必须在硬钢丝上才能使用，以免造成牙弓变形。
      • 摇椅弓
        • 方丝摇椅弓对前牙有一个冠唇向转矩
        • 摇椅弓末端必须回弯，以免前牙出现间隙。
        • 摇椅弓的弧度影响牙齿的移动，所以移动牙齿时将摇椅弓换成平弓。
      • 上颌前牙平面导板配合颌间牵引：
        • 上颌前牙平面导板通过压低下前牙而打开咬合
        • 戴上平面导板后，前牙咬在导板上，使上下后牙脱离咬合接触，如果此时再配合II牵引力，其在磨牙上有一个使磨牙升高的垂直向分力，上下颌磨牙又没有咬合接触，更加有利于磨牙的升高，打开咬合。
      • 多用唇弓
        • 通过调整多用唇弓的后倾曲，可以产生压低前牙的力，以达到压低前牙的目的。
        • 多用唇弓的主要优点，是通过延长其游离臂的长度，增加其弹性，其间隔的距离越长，多用唇弓对前牙的压入力越柔和持久。
      • J钩
        • 对于上前牙伸长导致的前牙深覆𬌗，可以通过J钩来压低上前牙。
        • 由于J钩是口外支抗，不用单行其副作用。但要注意J钩方向与牙体长轴一致，以免造成前牙前倾或内倾。
  • 前牙转矩控制的生物力学
    • 改变前牙牙冠转矩可改变前牙占据的牙弓间隙
      • 上切牙根舌向5°，要多占1mm间隙
      • 上切牙根唇向5°，要少占1mm间隙
      • 上前牙的转矩控制失败的后果可能导致拔牙间隙不能完全关闭，此时如果强行关闭则需要上后牙前移，这将使后牙不能保持中性关系，造成磨牙呈远中关系。
    • 正畸临床上上前牙转矩控制的常用方法
      • 在方丝弓上做第三序列弯曲，如主弓丝前牙段加10°-20°冠唇向转矩。可直接在主弓丝上加转矩，也可在需要转矩的牙的两侧弯制垂直曲或靴形曲后再加转矩，使提供的转矩力更加柔和。
      • 足够粗的平直弓丝放入直丝托槽里（已经预成有冠唇向的角度）。
      • 方丝摇椅弓，前牙段有冠唇向转矩。
      • Begg转矩辅弓，也可应用于方丝弓或直丝弓矫治技术。
      • 支抗。覆𬌗、转矩使贯穿正畸治疗始终的灵魂，是治疗成功的保证，要引起正畸医师的高度重视，患者每次复诊时都要检查这关键的三项。同时，这三项都要预防为主，根据需要，适时实施，如果等到已经控制失败，想要纠正回来，就很困难了。
  • 拔牙间隙关闭的生物力学
    • 关闭曲法（关闭曲法所采用的弓丝可以是圆丝，也可以是方丝，采用圆丝关闭间隙会使切牙内倾，采用足够粗的方丝加冠唇向转矩关闭间隙可以维持切牙的倾斜度。）
      • 片段弓T形簧关闭拔牙间隙：Burstone片段弓技术（为β钛丝TMA弯制）所强调的原理之一是分别将前牙单元和后牙单元作为一个大的牙齿，因此每一片段都应在沟槽中放置粗的方丝分段连扎，左右颊段用横腭弓或舌弓相连。
        • 片段弓T形簧位于正中位置，加力长度通常为6mm，此时产生相等和相反的α和β力矩，前后牙支抗相等。
          • 若为不锈钢丝加力长度减半
        • 片段弓T形簧的位置偏离正中位置，就会产生不相等的力矩，其位置接近支抗牙一侧，临床上通常使其位置离开正中1-2mm。在托槽间距较小时，T形簧位置的微小改变都能显著性的改变力矩的大小。
        • 片段弓T形簧关闭间隙时牙移动的三个阶段 （对称，位置正中，初始加力长度6mm时） 临床上要等待所有三个阶段都完成后才继续加力
          • 初始6mm：M/F大约6/1，前牙和后牙倾斜移动
          • 长度4mm：M/F增加到10/1，前牙和后牙整体移动
          • 长度2-3mm：M/F增加到12/1或更高，前牙和后牙牙根移动
      • 连续弓T形簧关闭间隙：这个力系统与片段弓T形簧的力系统不一样，但也可以用α和β力矩达到相似的结果。
        • 加力前在曲的近远中作V形弯曲，使T形簧产生α和β力矩，对前牙支抗、交互支抗和后牙支抗分别为40°、30°、20°。
        • 放入口腔前T型簧应被打开约2mm，否则T形簧的垂直腿要在正中位置重叠。
        • 患者应该每个月复诊一次，但2-3个月内不需要进一步加力。
      • T形簧关闭间隙副作用及其控制
        • 副作用：因为不相等的力矩，有一个垂直向伸出的力作用于磨牙颊面管上，导致磨牙牙冠伸出和舌向倾斜。
          • 控制：横腭杆和舌弓。
        • 副作用：因为不相等的力矩，有一个垂直向压入力作用于尖牙托槽上，力使尖牙牙冠压入和唇向倾斜。
          • 控制：颌间牵引以帮助尖牙萌出。
        • 副作用：前牙段和后牙段倾斜进入拔牙间隙。
          • 控制：增加α和β力矩。
        • 副作用：前牙段呈喇叭状。
          • 控制：减小α力矩或增加远中弯曲。
        • 副作用：前牙过度舌向倾斜。
          • 控制：增加α力矩。
        • 副作用：后牙段近中旋转和前牙段远中旋转。
          • 控制：在弓丝上放相反的旋转弯曲。
    • 滑动法：滑动法是正畸临床中间隙关闭的主要方法之一。影响摩擦力的因素包括以下方面。
      • 物理因素
        • 弓丝
          • 直径越大的钢丝摩擦力越大，方丝的摩擦力大于相当直径的圆丝。
          • 刚度较小的钢丝摩擦力较大，更容易卡死。
          • 钢丝与托槽间应有一定的间隙。
          • 常用弓丝的摩擦力大小依次为：不锈钢丝<钴铬合金丝<捏钛合金丝<β-钛丝
        • 栓扎
          • 橡皮圈及不锈钢丝栓扎摩擦较大
          • 自锁托槽摩擦力较小。
        • 托槽
          • 摩擦力：熔铸不锈钢托槽<不锈钢托槽（一般性铸造）<陶瓷托槽<塑料托槽
        • 牙位
          • 牙间距，水平高度差，扭转等。
      • 生物学因素
        • 包括唾液、菌斑、获得性膜、腐蚀等。（唾液有减小摩擦的作用）
  • 功能性矫治器的生物力学
    • Activator矫治器的作用原理分析
      • 咬合重建高度与Activator产生的力的关系 （当咬合重建高度从切牙间距2mm改变到8mm）
        • 被动牵张力的大小
          • II类错𬌗组：从大约80-160g显著增加。
          • III类错𬌗组：从大约130-200g显著增加。
        • 力的方向也发生改变 主动收缩所产生的力的大小和方向在两组中几乎 没有变化，与𬌗重建高度无关。
          • II类错𬌗组：力的方向从向上到向上后。
          • III类错𬌗组：力的方向从向上到向上前。
      • 下颌前伸距离与Activator产生的力的关系
        • 上下磨牙之间距离4-6mm，水平位移3-5mm，平均矢状向力在315-395g范围。
        • 垂直打开仍为4-6mm，无水平位移，则平均矢状向的力明显减少，仅为145-270g,垂直向力平均为70-175g。
        • 主要的神经肌肉活动在闭合肌群。
    • Frankel功能矫治器作用原理分析
      • 对下颌的作用：
        • 当下颌习惯性回到休息位时，舌托就会压在下颌切牙舌侧深处的口底粘膜上，形成反射使翼外肌处于收缩状态，刺激髁突向前，向下生长。
      • 在矢状向的作用
        • 唇颊组织对Frankel功能性矫治器唇挡及颊屏的压力转换成方向向后的推力，该推力由矫治器传递到上颌切牙、尖牙及磨牙上，使它们后移。
        • 唇挡刺激下颌切牙牙根部前方的牙槽骨，诱发骨沉积。
        • 在吞咽过程中，为了稳定矫治器，舌会快速地压在腭弓上，避免了对上颌切牙施加压力。
      • 在水平方向上的作用
        • 解除了来自颊侧方向的压力，又促使舌对上下颌磨牙和前磨牙持续施加压力，因此使牙齿向颊侧方向移动，同时使牙弓及基骨扩大。
        • 颊屏扩展黏膜及其下部的骨膜组织，能使骨沉积增加，形成较宽的颌骨基骨。
      • 在垂直方向上的作用
        • 戴上Frankel功能性矫治器后，上下牙弓会分开，颊部组织却不能进入上下牙之间，因此可使牙齿伸长，纠正深覆合。
        • 但在上下颌关系严重不调并伴有面高过大、覆𬌗正常或开𬌗时，磨牙伸长是禁忌症，此时颌垫应与上颌牙齿的颌面接触，但应特别注意，与下颌牙齿的接触面应极其光滑，以利于下颌前移。
    • Twin-Block的生物力学作用机制
      • 当斜面角度为70°时，力量分配较为合适。
    • Herbst矫治器的生物力学作用机制
      • 主要起作用的是其管套装置，通过该管套装置维持下颌的前伸，使下颌在新的位置行使功能活动。管套装置对上下颌的作用力情况为，除非在大张口的情况下，矢状向力始终较大，垂直向力始终较小。
• 口腔正畸材料力学
  • 弹性材料的基本力学性能
    • 任何材料的弹性都是根据外力作用下其应力-应变反应来决定的，应力和应变都属于材料的内部变化状态。
      • 应力：是外力作用于物体时，物体内部单位面积通过的力。
      • 应变：是当外力作用于物体时，物体单位长度的变量。
    • 为便于分析，正畸弓丝可以看成是由单端或双端支持的梁
      • 弹性模量
        • 在受外力的情况下，材料发生形变，将能量储存其中，去除外力后，此存储的能量完全释放出来，材料恢复原状，这是材料的弹性性能。
        • 在弹性极限内的应变称为弹性应变，此时的应力和弹性应变的比值为弹性模量。
        • 在相同负荷下，弹性模量越大的材料，发生的弹性应变越小，弹性模量越小的材料，发生的弹性应变越大。
      • 强度
        • 单位为g/cm²，弓丝抵抗破坏的能力，即能承载负荷的极限力值。有三个点代表材料的强度。
          • 比例极限：最先出现不可回复变形的点。
          • 杨氏强度：有0.1％的不可回复变形的点。
          • 极限抗张强度：材料能承受的最大载荷的点。
      • 刚度/弹性比
        • 在应力-应变曲线中，材料的刚度由曲线线性部分（即弹性部分）的斜率所决定，斜率越平，弓丝刚度越低，斜率越高，弓丝刚度越高。弹性与刚度成反比，即弓丝刚度低即弹性好。
      • 有效限度
        • 是从0.1％的不可回复变形点沿X轴到杨氏点的距离，它代表发生不可回复变形之前弓丝能变曲的距离。
          • 有限回弹：为除去不可回复变形，被弯曲弓丝能回弹的距离。
          • 有限回弹特性介于比例极限和极限强度之间，
          • 在许多临床情况下，弓丝的弯曲超过弹性限度，所以有限回弹对于决定弓丝的临床性质有重要意义。
          • 在应力-应变曲线中，还有两个重要的特性：
            • 弹性区：是应力-应变曲线下方，比例极限内（不包括比例极限）的区域，它代表弓丝的能量存储能力，是强度和弹性的结合。
            • 可成型量：是弓丝折断前可承受的不可回复变形的量。
            • 概要
      • 应力松弛
        • 研究发现，弹性材料在维持一定形变时，其内应力随时间逐渐减小至一恒定值，此即为应力松弛现象。有人认为，热处理和弯制弓丝曲是降低应力松弛的最重要措施。
          • 正畸用的理想弓丝材料应具有以下特征：
            • 高强度
            • 低刚度（多数）
            • 高有效限度
            • 高可成型量
            • 在当代正畸学中，还没有一种弓丝材料能达到所有要求，所以，应该根据不同的目的选用不同的材料。
  • 影响弓丝和弹性元件力学性质的因素
    • 材料的横截面积（首要考虑）
      • 凡以弯曲变形为主要变形的杆件通常称为梁。
        • 对单端支持圆柱悬臂梁的情况：当弓丝直径增加1倍时，其强度增加8倍，弹性减小1/16，有效限度减小1/2.
        • 临床上对施力部分，应在保证弓丝材料无恒久形变发生时，尽量选用横截面小的材料。 相反，对支抗部分要求硬度较大的弓丝以抵抗变形，则应考虑选用横截面足够大的弓丝材料。
      • 需多方向同时施力时可选用圆丝。
        • 应注意圆丝施力方向，如弓丝上附垂直曲，圆丝可能在托槽内转动而使曲压迫颊或龈组织，应注意调整曲的位置。
      • 只需要在一个方向施力，最好用方丝。
        • 方丝弯制的曲能储存更多的能量，且能更好地控制施力方向。对支抗部分，正方形丝或长方形丝更容易控制旋转，利于加强支抗，较圆丝更优越。
    • 弓丝的长度
      • 跳板原理
        • 对单端支持圆柱悬臂梁的情况：
          • 当钢丝长度增加一倍，其强度减半，弹性增加8倍，限度增加4倍。
          • 在口腔环境允许的情况下，增加弓丝长度是提高弹性的有效措施。
        • 若是一对力偶施于梁的游离端
          • 力矩-形变的比率与长度的平方成反比
          • 而最大弹性力矩不受影响
        • 托槽间距是由牙和托槽的宽度所确定
          • 要增加弓丝的长度，只有在两托槽间弯制各种曲或弹簧。
      • 悬梁原理
        • 梁上任一横截面的力矩为力乘以力的作用点到该截面的垂直距离。
        • 距施力点越远产生的力矩越大，施力点处的力矩为零。
        • 梁的支持端距施力点最远，产生的力矩最大。
        • 在弓丝上增加曲或螺圈的最佳位置是在支持点处
          • 弓丝的弹性更多地受在弓丝上弯制的曲或螺圈位置和形态的影响，而并不仅受弓丝长度的影响。
          • 但对支抗部分，则应尽量避免增加弓丝的长度，因增加曲或螺圈会使弓丝变形，导致支抗丧失。
    • 承载的方向
      • 增大曲度的弓丝的弹性高于减小曲度的弓丝的弹性，最大弹性负荷应该是在弓丝原弯曲或扭曲的方向上。
      • 所以，临床上在弯制连续弓丝时，应使弓丝弯制时最后的变形方向与弓丝置入托槽中变形的方向一致。（如后倾弯，弯制时应首先将弓丝过度弯曲，然后沿弓丝置入托槽后的受力方向回复至所需曲度，这样就可以保证弓丝置入托槽后变形的方向与最后一次的弯制方向相同，则可保证弓丝处于最大弹性负荷状态。）
    • 应力集中区
      • 弓丝变形所产生的应力并非各处均匀一致，弯曲处产生的应力最大，此为应力集中区。
      • 这些区域最易发生永久形变
      • 为尽量减少应力集中区的出现，在弓丝弯制的过程中应注意下列两种情况：
        • 弓丝弯制过程中应避免在应力集中区出现刻痕或锐弯。
        • 在应力集中区应尽量避免焊接附件
  • 影响托槽力学性质的因素
    • 托槽宽度的影响
      • 在其他条件一致的情况下，托槽越宽，越容易产生整体移动。
      • 但较宽的托槽也有不利之处，较宽的托槽使邻牙间距减小，缩短了两牙之间弓丝的有效长度，减小了其弹性和限度。
    • 槽沟宽度的影响
      • 托槽沿弓丝滑动至少需0.002英寸的间隙，甚至更多。

牙移动的生物力学机制及研究现状

• 牙移动的控制原理
  • 牙移动的阻力中心和旋转中心
    • 阻力中心：指物体运动约束阻力的简化中心（单根牙的阻力中心在牙长轴上，约位于牙根颈1/3与中1/3交界处，多根牙的阻力中心约位于根分叉下1-2mm处。
    • 旋转中心：物体在外力作用下转动时所围绕的点。（旋转中心随外力及力矩的变化而变化）
  • 正畸治疗中牙齿移动的类型
    • 倾斜移动：指牙冠与牙根做相反方向的移动，这是一种最常见的移动类型。
    • 整体移动：指牙冠与牙根做相同方向的等距离移动。
    • 控根移动：保持牙冠基本不动，只让牙根移动。根据牙根移动的方向不同又分为
      • 转矩：唇舌向控根移动
      • 竖直：近远中向控根移动
    • 垂直移动：是整体移动的另一种形式，只是其移动方向是上下垂直的。
      • 伸出移动：向方向垂直移动
      • 压入移动：向根方向垂直移动
    • 旋转移动：牙体绕牙长轴的转动
  • 牙移动的两种最基本方式（取决于旋转中心和阻力中心的位置关系）
    • 平动：当一外力力线通过牙的阻力中心时，牙产生平动，此时旋转中心距阻力中心无穷远。
    • 转动：当一力偶在以阻力中心为圆心在对应的等距离处反作用与牙齿时，牙产生转动，此时旋转中心在阻力中心处。
  • 力偶矩/力（M/F）比率和牙移动的控制
    • 一个经过牙阻力中心的力加上一个顺时针向的力偶
      • 当M/F=0时，旋转中心在无穷远处，牙齿平动
      • 当M/F逐渐增大时，旋转中心从无穷远处向根尖移动，牙齿开始顺时针向倾斜移动
      • 当M/F继续增大时，旋转中心到达根尖，再从根尖移向阻力中心
      • 当M/F无穷大时，旋转中心到达阻力中心，牙齿以阻力中心为圆心顺时针向移动
    • 一个经过牙阻力中心的力加上一个逆时针向的力偶
      • 当M/F=0时，旋转中心在无穷远处，牙齿平动
      • 当M/F逐渐增大时，旋转中心从无穷远处向切缘移动，牙齿开始逆时针向倾斜移动
      • 当M/F继续增大时，旋转中心到达切缘，再从切缘移向阻力中心
      • 当M/F无穷大时，旋转中心到达阻力中心，牙齿以阻力中心为圆心逆时针向移动
    • 一个作用于牙冠（托槽）上的力加上一个逆时针向力偶矩的情况
      • 当M/F=0时，旋转中心在阻力中心和根尖之间，靠近阻力中心
      • 当M/F增大时（8/1），旋转中心移到根尖（倾斜移动）
      • 当M/F=10/1时，旋转中心移到根尖方的无穷远处，牙齿平动。（整体移动）
      • 当M/F超过10/1时，旋转即改变方向，旋转中心从切缘方向的无穷远处移向切缘
      • 当M/F继续增大，约为12/1-13/1时，旋转中心移到切缘（控根移动）
      • 当M/F逼近无穷大时，旋转中心逼近阻力中心，牙齿接近于单纯转动
      • 通过调整M/F比率，可控制牙移动类型
    • 牙移动的控制原理
      • 旋转中心的位置依赖于M/F比率，而不单独依赖于M或F
      • 虽然M/F比率决定了旋转中心的位置，但这是在阻力中心位置一定的情况下，如果周围约束环境变化而导致阻力中心位置改变，即使M/F比率一样，旋转中心的位置也不同。
• 牙周膜中的应力分布（牙周膜应力是组织改建的始动因素）
• 牙体阻力中心的性质和位置
  • 阻力中心的性质：当外力力线穿过牙体阻力中心时，牙体发生平动，当外力力线不穿过牙体阻力中心时，牙体将发生有平动和转动的复合运动。
  • 旋转中心与阻力中心的区别
    • 旋转中心决定于作用在牙体上的力矩/力的比率，而不单独决定于力的大小
    • 牙体位于牙槽窝中，受到牙周膜和牙槽骨等牙周支持组织的约束，牙体的阻力中心即为牙周支持组织约束力的简化中心
  • 牙体阻力中心的位置（还有争论）
• 矫治力与牙移动
  • 正畸治疗中，力的传递过程为：矫治力作用于牙齿，牙齿将力传递到牙周膜，牙周膜将力分布于牙槽骨，牙槽骨发生组织改建，产生牙移动，牙移动的速度于矫治力的种类和大小密切相关。
    • 矫治力的种类
      • 以矫治力的强度分类
        • 第一级：力量过小或时间过短，不能引起牙周组织的明显反应。
        • 第二级：温和而持久的矫治力，其强度不超过毛细血管压力（即20-26g/cm2)，这种强度的力量，既能完成牙齿的位移，又不伤害组织。
        • 第三级：强度大于毛细血管压力，软组织的血液循环因受压迫而停滞，软硬组织都要受到损害，甚至发生坏死。坏死的部分不能进行正常生理性的破骨与成骨活动，而需要通过潜行性的骨吸收方式使死骨被吸收后，牙齿才能移动。由此可知，力量过强，牙齿的移动反而减慢，并且还有引起牙根吸收的可能。
        • 第四级：强度很大，可压毁牙周膜，使牙根与牙槽骨直接接触。牙髓的血液循环可能因压迫断绝，导致牙周膜坏死，牙根吸收，牙根与牙槽骨发生固着粘连，牙齿反而不能移动。
      • 以矫治力的大小分类
        • 轻力：如常用的乳胶橡皮圈，其力值约在60g以下，用以移动牙齿。
        • 中力：各种弓丝簧曲，其力值约为60-350g。用以移动牙齿。
        • 重力：如头颈部为支抗的口外牵引力，其力值为350g以上。用作矫形力，引导面颌正常生长。
      • 以矫治力的作用时间分类
        • 持续力：可持续作用于牙齿的矫治力，这种矫治力可经历几个星期甚至几个月，适当的轻而持续的力可以使牙周膜持续保持使骨发生变化的状态，从而使牙齿有效移动。
        • 断续力：矫治器加力后在较短的时间内力消失或衰减，需要再次加力，如大部分活动矫治器上的弹簧产生的矫治力。
        • 间歇力：间断时间加力，如口外力最好每天使用12-14小时。
    • 矫治力大小和牙齿移动速度的关系
      • 初始阶段：代表牙齿在牙周空间的物理性位移。在初始阶段，轻力和重力所产生的效果是一样的，尽管轻力需花几天才能完成这一位移，而较重的力几秒就能完成，但其绝对位移量没有很大差别，和力的大小相比，牙周空间宽度是决定初始阶段牙齿绝对位移量的更为重要的因素。
      • 迟缓阶段：代表牙周膜产生透明样变，牙槽骨进行潜行性吸收的过程。
        • 轻力所产生的主要是直接吸收（少量潜行性吸收），即破骨细胞在修复后的肉芽组织表面，正对牙槽骨区发生骨吸收，牙齿随破骨/成骨的改建过程而逐渐移动。轻力的迟缓阶段较短，牙齿有一定移动。
        • 重力所产生的主要是间接吸收（潜行性吸收），即破骨细胞在相应透明样病变区的牙槽骨表面或骨髓腔侧进行潜行性吸收，要待潜行性吸收完成后牙齿才能移动。重力的迟缓阶段较长，牙齿基本不动。
      • 迟缓后阶段：牙移动速度逐渐或突然增加。
        • 轻力所产生的牙移动速度逐渐增加
        • 重力所产生的牙移动速度是突然增加的（因潜行性吸收完成）
      • 过重的力牙移动的平均速度小于温和而持久的最适力。
    • 牙移动类型和牙移动速度的关系
      • 作用于牙冠上的力和力矩可以产生任何类型的牙移动，即使不改变力，通过改变力矩，牙周膜的应力分布也会发生改变。
      • 牙周膜中应力分布是组织改建的始动因素，它决定细胞反应的类型和程度，从而决定了牙移动的速度。
      • 所以对矫治力和牙移动速度关系的讨论，一定要限定牙移动的类型，即限定什么样的力系统，包括作用在牙齿上的所有力和力矩。
• 最适力和应力
  • 临床观察
    • 矫治力作用的牙齿，无明显的自觉疼痛。
    • 叩诊矫治力作用的牙齿，无明显疼痛反应。
    • 矫治力作用的牙齿，无明显松动。
    • 错位牙位置改变明显，而支抗牙位置不改变或改变不明显。
    • X线片显示矫治牙的根部及牙周组织无病理变化
  • 组织学观察
    • 牙周膜受压力侧血管被压缩但未完全压闭。
    • 产生最大的细胞反应（破骨/成骨）。
    • 组织始终保持其活性而未坏死
    • 牙槽骨产生直接吸收而间接吸收少