不同的弓絲有著不同的彈性模量，因?yàn)楣z的尺寸、材料等差異是的不同的弓絲在托槽數(shù)據(jù)的表達(dá)上也有不同的表現(xiàn)。本文就研究了不銹鋼托槽與鈦托槽在弓絲作用下引發(fā)托槽槽溝形變的差異，從而分析出兩者導(dǎo)致數(shù)據(jù)表達(dá)差異的可能原因。
材料與方法
本研究使用傳統(tǒng)的0.022 x0.028槽溝的右上頜中切牙的不銹鋼直絲弓托槽（Ormco）作為研究對象。在10倍放大倍數(shù)下，使用光學(xué)剖面投影儀（PH 3515F）捕獲托槽的輪廓點(diǎn)。將所獲得的托槽輪廓點(diǎn)文件輸入到繪圖軟件包（AutoCAD），并對其尺寸進(jìn)行測量。使用建模軟件（CATIA）構(gòu)建托槽的三維模型。有限元分析模型使用軟件（HyperMesh）進(jìn)行生成。本研究主要針對不銹鋼絲與Niti絲在不同位置時(shí)托槽產(chǎn)生的形變情況進(jìn)行分析。在建模完成后，托槽用472556個(gè)等間距四面體基本單元，118045個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
我們使用了的四面體基本單元，其精度和建模、分析使用的時(shí)間與與六面體單元相似。將網(wǎng)格模型導(dǎo)入有限元分析軟件（ANSYS）。材料性質(zhì)被認(rèn)為是各向同質(zhì)的。
該分析采用雙線性各向同性硬化模型。在雙線性各向同性硬化模型中，雙線性表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線需要2個(gè)輸入，如材料的屈服強(qiáng)度和切線模量。各向同性硬化意味著屈服表面在所有方向上均勻地?cái)U(kuò)展。切線模量可以用于量化材料的“軟化”與“硬化”。在這項(xiàng)研究中，切線模量是由不銹鋼絲和鈦絲的楊氏模量計(jì)算的。
弓絲為0.019×0.025的8mm長的弓絲，此為臨床上中切牙托槽近遠(yuǎn)中的長度。將弓絲固定在一個(gè)定制的夾具上，連接到脊柱測試器上（MTS系統(tǒng)）。將弓絲從5°扭轉(zhuǎn)增加到40°，以5°為增量，用脊柱測試器記錄下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩值（T）。如下圖所示。
使用繪圖軟件（AutoCAD），模擬弓絲從5°至40°的扭轉(zhuǎn)過程中的弓絲與托槽槽溝的接觸點(diǎn)。使用這些接觸點(diǎn)來計(jì)算兩個(gè)力之間的距離（D），用公式T =F X D計(jì)算托槽受到的轉(zhuǎn)矩力（F）。
在表II中，羅列了弓絲從5°到40°過程中托槽獲得的轉(zhuǎn)矩、兩個(gè)力之間的距離和受到的轉(zhuǎn)矩力。
加了轉(zhuǎn)矩的弓絲放入托槽中時(shí)，弓絲的某些位置與槽壁接觸。實(shí)驗(yàn)所加的轉(zhuǎn)矩為根舌向轉(zhuǎn)矩。在有限元模型的邊界條件下，托槽的所有節(jié)點(diǎn)為各向自由。在構(gòu)造的有限元模型中，確定了槽壁頂部、中部和底部的節(jié)點(diǎn)。在轉(zhuǎn)矩施加后，利用ANSYS軟件，測出節(jié)點(diǎn)的變形量。在托槽模型的近中和遠(yuǎn)中分別測量頂部、中部和底部（0.71、0.355和0.05 mm）的節(jié)點(diǎn)變形量。
下圖顯示了弓絲放入后的邊界變化和加載情況。
結(jié)果：
不銹鋼弓絲與鎳鈦弓絲在轉(zhuǎn)矩從5°到40°過程中，托槽槽溝壁的變形增量如下表所示。
對于不銹鋼托槽，轉(zhuǎn)矩從5°到40°的形變過程中在托槽最上點(diǎn)的形變量為0.3 μm到44.8 μm，中間位置點(diǎn)的形變量為0.1 μm到36.8 μm。在底部位置點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩在12°以前，未出現(xiàn)形變量。轉(zhuǎn)矩從15°到40°的過程中，變形量為0.06μm到9.28 μm。不銹鋼托槽在28°轉(zhuǎn)矩時(shí)達(dá)到其彈性極限，相應(yīng)的形變量從頂部、中部、底部位置分別為4.3μm、3.1μm和0.5μm。轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步到達(dá)40°時(shí)，不銹鋼絲發(fā)生了永久形變，形變量為40.5 μm。下圖為30°時(shí)，托槽槽壁的變形情況。
對于鈦托槽，轉(zhuǎn)矩從5°到40°的形變過程中在托槽最上點(diǎn)的形變量為0.7 μm到76.2 μm，中間位置點(diǎn)的形變量為0.3 μm到62.4 μm。5至40的變形在頂部位置從0.7毫米到76.2毫米，中間位置從0.3毫米到62.4毫米。在底部位置點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩在9°以前，未出現(xiàn)形變量。轉(zhuǎn)矩從10°到40°的過程中，變形量為0.1 μm到39.2μm。托槽槽溝壁在37°轉(zhuǎn)矩時(shí)達(dá)到其彈性極限，相應(yīng)的形變量從頂部、中部、底部位置分別為71μm、56μm和38μm。轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步到達(dá)40°時(shí)，鎳鈦弓絲發(fā)生了永久形變，形變量為5μm。下圖為30°時(shí)，托槽槽壁的變形情況。
在兩種材料的測試中，槽壁的變形情況均為從底部到頂部都逐漸增加。下圖顯示了不同轉(zhuǎn)矩下不銹鋼絲和鎳鈦絲在頂部、中間和底部槽壁的情況情況。
結(jié)論：
1、對于托槽而言，在彈性范圍內(nèi)受到弓絲的作用時(shí)，托槽槽溝的底部至頂部的形變量逐漸增加。
2、鈦托槽槽溝的彈性變形比不銹鋼托槽大；不銹鋼托槽的永久變形量要比鈦托槽大。
3、根據(jù)以上特性，我們可以推斷出，不銹鋼托槽在使用過程中發(fā)生的彈性形變量相對較少，可以快速的通過弓絲將轉(zhuǎn)矩力傳導(dǎo)至牙齒，而鈦托槽由于彈性形變量較大，在使用過程中可能會(huì)將一部分轉(zhuǎn)矩力變?yōu)閯菽苓M(jìn)行緩慢的釋放。最終牙齒的轉(zhuǎn)矩變大情況，還有待進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。
4、在臨床應(yīng)用中，正畸醫(yī)生應(yīng)該有意識針對不同的材料的托槽使用不同的轉(zhuǎn)矩控制，從而使牙齒達(dá)到理想的位置。
來源：浙一口腔正畸林軍
