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Freeedge托槽與傳統托槽摩擦力思考

作者：潘盛波，梁甲興，林立，張玉華

【摘要】目的比較研究Freeedge托槽和傳統托槽的摩擦力特點，為臨床應用提供理論依據。方法在干燥條件下，測試2種Freeedge托槽、2種傳統托槽和4種弓絲分別組合的動、靜摩擦力。結果Freeedge托槽中間翼結扎摩擦力極小；六翼結扎摩擦力最大。結論Freeedge托槽可解決低摩擦力與高牙齒控制能力的矛盾，改進方絲弓系列固定矯正器的性能，其應用有利于提高臨床矯正療效。

【關鍵詞】正畸托架；摩擦；正畸金屬絲

ABSTRACT:ObjectiveTotestingfrictionalforceoffreeedgebracketandconventionalbracketandtherationaleandclinicalapplicationoffreeedgebracket.MethodInthedrystates,thestaticandkineticfrictionalforceofdifferentcombinationsof2kindsoffreeedgebracketsand2kindsofconventionalbracketscoupledwith4kindsofarchwiresweretested.ResultWhenFreeedgebracket’smiddlewingswereligated,thefrictionalforcewasdecreasedtozero;whenFreeedgebracket’sixwingswereligated,thefrictionalforcewasgreatest.Freeedgebracketsolvedthecontradictionbetweenlessfrictionalforceandbettertoothcontrol,thebracketimprovedthecapabilityoftheseriesofedgewisefixedappliance.ConclusionThefreeedgebracketsolvedthecontradictionbetweenlessfrictionalforceandimprovedthecapabilityofedgewisedfixedapplication,increasetheeffectivenessoforthodontictreatment.

KEYWORDS:orthodonticbrackets;frictrion;orthodonticwires

目前，方絲弓系列固定矯正器減小托槽弓絲間摩擦力的方法，主要集中于托槽結構的設計和結扎技術的改進[1]。其中，被動自鎖托槽能夠顯著減小摩擦力，如Damon自鎖托槽和Smartclip自鎖托槽，其托槽與弓絲間的摩擦力幾乎為零[25]。由被動自鎖托槽組成的低摩擦力系統能夠有效發揮滑動機制，輕力移動牙齒，減小支抗需求；但是，托槽槽壁與弓絲間存在的間隙，使牙齒的精確定位變得困難[3,6]。Freeedge托槽是一種新型六翼托槽，有多種結扎方式可供選擇：結扎中間翼、結扎全部六翼或結扎部分翼[7]。本實驗通過對Freeedge托槽和傳統托槽摩擦力的比較研究，分析Freeedge托槽摩擦力的特點，為臨床應用提供參考。

1材料和方法

1.1實驗材料和儀器

1.1.1托槽選用槽溝為0.56mm×0.71mm右側上頜第二雙尖牙Freeedge六翼托槽和傳統四翼托槽各2種（杭州新亞齒科材料有限公司,圖1，2）：Freeedge六翼托槽方絲型和直絲型（Roth直絲弓數據）；傳統四翼托槽方絲型和直絲型（Roth直絲弓數據）。

Freeedge六翼托槽是一種新型結扎式托槽，結扎式托槽的基本結構有槽溝和槽翼，槽溝容納弓絲，槽翼結扎固定弓絲。Freeedge六翼托槽的特殊結構是設計有3對槽翼：近遠中側翼和中間翼，近中或遠中側翼的軸心延長線成一夾角。該托槽的六翼結構使結扎時有多種結扎方式：結扎中間翼、結扎全部六翼或結扎部分翼。

1.1.2其他材料弓絲：選用4種弓絲：0.45mm不銹鋼圓絲（中國冶金部鋼鐵研究總院）；0.46mm不銹鋼圓絲,0.43mm×0.64mm不銹鋼方絲，0.48mm×0.64mm不銹鋼方絲（美國Plasdent公司）。結扎材料：0.25mm不銹鋼結扎絲（杭州新亞齒科材料有限公司）。牙釉質黏合樹脂（天津市合成材料工業研究所）。托槽標尺板和托槽標尺板基座（自制）。電腦伺服萬能材料試驗機（HT9102型，臺灣宏達儀器股份有限公司）。

A：Freeedge方絲型托槽；B：Freeedge方絲型托槽六翼結扎；C：Freeedge方絲型托槽中間翼結扎；D：傳統方絲型托槽；E：傳統方絲型托槽四翼結扎.

圖1Freeedge方絲型托槽和傳統方絲型托槽（略）

Fig1Freeedgeedgewisebracketandconventionaledgewisebracket

A：Freeedge直絲型托槽；B：Freeedge直絲型托槽六翼結扎；C：Freeedge直絲型托槽中間翼結扎；D：傳統直絲型托槽；E：傳統直絲型托槽四翼結扎.

圖2Freeedge直絲型托槽和傳統直絲型托槽（略）

Fig2FreeedgestraightwirebracketandConventionalstraightwirebracket

1.2實驗方法

1.2.1結扎方式Freeedge六翼托槽選用結扎中間翼方式和結扎全部六翼方式（六翼結扎），傳統四翼托槽選用結扎全部四翼方式（四翼結扎）。結扎全翼時，將結扎絲完全擰緊，使弓絲與槽溝完全密貼，結扎操作全部由筆者完成，保證結扎的一致性。實驗共有6種托槽結扎方式組合：Freeedge方絲型托槽六翼結扎，Freeedge方絲型托槽中間翼結扎，傳統方絲型托槽四翼結扎，Freeedge直絲型托槽六翼結扎，Freeedge直絲型托槽中間翼結扎，傳統直絲型托槽四翼結扎；分別標識為：Fe六翼，Fe中間翼，Ge四翼，Fr六翼，Fr中間翼，Gr四翼。

1.2.2實驗方法和步驟

1.2.2.1將選用的托槽、弓絲、結扎方式分別組合，共24種實驗組合，每種組合取5個樣本，每個樣本重復3次實驗。該實驗方法借鑒以往研究的實驗方法[810]，重復測試是為了減小實驗誤差，重復測試后托槽弓絲表面粗糙度的微小變化，與每個新樣本間表面粗糙度存在差異一樣，屬于抽樣誤差。實驗前用95%的酒精清洗托槽、弓絲、結扎絲，進行脫脂去污處理后吹干備用。

1.2.2.2托槽用釉質黏結劑粘結于托槽標尺板，并卡入托槽標尺板基座，弓絲入槽后結扎固定，組成了實驗裝置。

1.2.2.3將以上實驗裝置安裝于電腦伺服萬能材料試驗機，托槽標尺板基座固定于試驗機下夾具，弓絲固定于試驗機上夾具，安裝時要調整實驗裝置固定于試驗機上下夾具的位置，使弓絲和托槽槽溝方向一致。測試前，對電子拉力實驗機進行設置，選用定速度模式，并將速度設置為：10mm/min，位移設置為：10mm。每次測試開始時，實驗機自動歸零，測試開始后，以10mm/min的速度拉弓絲沿托槽勻速運動，位移10mm后測試結束。

A：電腦伺服萬能材料試驗機;B試驗裝置安裝于試驗機的上下夾具.

圖3試驗裝置安裝于電腦伺服萬能材料試驗機（略）

Fig3ThetestingapparatusinstalledintheUniversalTesters

1.2.2.4實驗數據由電腦伺服萬能材料試驗機專用的電腦軟件記錄。因此，讀取弓絲開始運動時的摩擦力為最大靜摩擦力；運動開始后，每隔2mm讀取一次摩擦力值，共5次，5次的平均值作為滑動摩擦力，取值方法借鑒林和平等的研究方法[8]。全部實驗均在恒溫恒濕實驗室進行。

1.3統計學處理數據采用SPSS13.0統計軟件進行統計分析，使用單因素方差分析，各組均數以最小顯著差異（leastsignificantdifference，LSD）t檢驗法進行兩兩比較和顯著性檢驗，檢驗水平為雙側α=0.05。

A：Freeedge方絲型托槽-0.46mm圓絲六翼結扎；B：Freeedge方絲型托槽-0.46mm圓絲中間翼結扎；C：傳統方絲型托槽-0.46mm圓絲四翼結扎.

圖4典型的摩擦力位移波形圖（略）

Fig4Representativefrictionalforcedistancetraces

2結果

Freeedge托槽中間翼結扎時，和所有弓絲組合的動、靜摩擦力均極小，幾乎為零；與Freeedge托槽六翼結扎和傳統托槽四翼結扎差別有統計學意義。Freeedge托槽結扎中間翼和相同弓絲組合時，方絲型托槽與直絲型托槽的動、靜摩擦力差別無統計學意義。和所有弓絲組合，Freeedge托槽六翼結扎的動、靜摩擦力均大于傳統托槽四翼結扎，差別有統計學意義。Freeedge托槽和傳統托槽全翼結扎和方形弓絲組合時，直絲型托槽的動、靜摩擦力大于方絲型托槽，差別有統計學意義(表1,表2)。

3討論

托槽與弓絲接觸時，其正壓力由結扎產生，張玉華等研究認為托槽弓絲間摩擦力與結扎力成正比，結扎力越大摩擦力越大，二者成線性關系[9,11]。結扎力由托槽結構和結扎方式共同決定。方絲弓系列固定矯正器的托槽按照結扎結構的不同可分為結扎式托槽和自鎖式托槽，不同的結扎結構和結扎方式組合對弓絲的結扎力不同，從而影響托槽弓絲間的摩擦力。自鎖托槽可分為彈簧夾式主動自鎖托槽（如SPEED自鎖托槽等）和滑道式被動自鎖托槽（如Damon自鎖托槽等）。彈簧夾式主動自鎖托槽存在兩種狀態：被動狀態時結扎力較小，主動狀態時結扎力大[12]。滑道式被動自鎖對弓絲的結扎力極小[12]。結扎式托槽有傳統的四翼托槽和設計有被動結扎結構的新型托槽（如RMO公司的Synergy托槽、GAC公司的Shoulder托槽等[1]）。傳統四翼托槽使用不銹鋼絲結扎與臨床操作有關，不銹鋼絲松結扎時，結扎力極小[1]，緊結扎時，結扎力大；使用橡皮圈結扎，結扎力與橡皮圈的材料性能和托槽寬度有關，不同類型結扎橡皮圈與不同寬度托槽組合產生不同的結扎力[13]。Synergy托槽設計有內結扎翼和外結扎翼，內外翼間有金屬隆起，當結扎內結扎翼時，對弓絲結扎力極小[1]。Shoulder托槽在結扎翼的外側設計有小的隆起，可形成被動結扎，對弓絲的結扎力極小[1]。此外，目前設計出非傳統被動結扎橡皮圈（nonconventionalpassiveligationelastomeric,NCL）。NCL用于傳統四翼托槽結扎，將槽溝形成四壁的管狀結構，對弓絲結扎力極小[14]。可見，方絲弓系列矯正器的托槽結構和結扎方式是影響結扎力的決定因素，是影響托槽和弓絲間摩擦力的重要因素。

表1Freeedge托槽與傳統托槽的最大靜摩擦力（略）

Tab1ThestaticfrictionalforceofFreeedgebracketandconventionalbracket

n=15，表中數據為x±s.六翼結扎與中間翼結扎比較，☆☆：P<0.01;六翼結扎與四翼結扎比較，□□：P<0.01;全翼結扎和方絲組合時，方絲型托槽與直絲型托槽比較，○○：P<0.01.

表2Freeedge托槽與傳統托槽的滑動摩擦力（略）

Tab2ThekineticfrictionalforceofFreeedgebracketandconventionalbracket

固定矯正技術的不同階段，對托槽與弓絲間的摩擦力有不同的要求。滑動法移動牙齒階段，若存在摩擦力，矯治力首先要克服最大靜摩擦力，才能作用于牙齒使牙齒移動，牙齒移動后，矯治力要克服動摩擦力，才能維持牙齒的移動[15]，所以此階段要求低摩擦力。牙位精細調整階段，要求高摩擦力，使托槽能夠完全鎖住弓絲，充分表達托槽的精確定位和弓絲的三維作用力[16]。

Freeedge托槽中間翼結扎時，摩擦力極小，幾乎為零，這是由于Freeedge托槽的六翼結構，中間翼結扎時，結扎絲不與弓絲接觸，托槽槽溝形成管狀結構，結扎絲不對弓絲產生正壓力，弓絲可在槽溝中自由滑動，摩擦力極小。在臨床矯治中，由Freeedge托槽中間翼結扎組成的低摩擦力系統，在滑動法移動牙齒階段，使輕力機制得到有效的應用，減少了牙齒明顯疼痛、松動等不良反應，減小了對附加支抗和患者配合的依賴性。同理，被動自鎖托槽，如Damon系統，其滑蓋不對弓絲產生正壓力，托槽的摩擦力極小[15,12]。但是，被動自鎖托槽滑蓋關閉后，弓絲與槽溝底、槽溝壁和滑蓋間均存在間隙，此間隙的存在影響弓絲三維作用力和托槽精確定位的充分表達，使牙位精細調整變得困難[3,6,16]。自鎖托槽通過設計“8”結構或“O”結構上放置橡皮圈來鎖住弓絲，這樣增加臨床操作難度[16]。

Freeedge托槽六翼結扎時，摩擦力最大，這是由于Freeedge托槽近遠中側翼為斜翼設計，使槽翼形成了斜向托槽中心的導面，六翼結扎時，結扎絲對弓絲產生更大的結扎力，托槽與弓絲間的摩擦力最大。可見，在牙位精細調整階段，Freeedge托槽可通過六翼結扎，完全鎖住弓絲，實現牙齒精確定位，不需要特殊器械，不增加操作難度。

Freeedge托槽和傳統托槽全翼結扎和方形弓絲組合時，直絲型托槽的摩擦力大于方絲型托槽。這可能由于直絲型托槽和方形弓絲組合時，托槽弓絲間存在第三序列的轉矩，產生約束力，增加了滑動阻力[17]，有待于進一步研究。

托槽全翼結扎時，0.46mm圓絲組的摩擦力小于0.45mm圓絲組的摩擦力，0.48mm×0.64mm方絲組的摩擦力大于0.43mm×0.64mm方絲組的摩擦力。這是由于托槽弓絲間摩擦力受多種因素的影響，弓絲截面形狀和尺寸是一種影響因素，托槽弓絲的表面粗糙度是另一重要影響因素。梁甲興等研究表明：(1)國產托槽弓絲表面粗糙度大于進口托槽弓絲；(2)在相同結扎力下，如果材質相同，托槽與弓絲表面粗糙度相差越大，摩擦力越小；粗糙度越接近，摩擦力越大[10]。本實驗研究的托槽均為國產托槽，0.45mm圓絲為國產弓絲，而0.46mm圓絲、0.43mm×0.64mm方絲、0.48mm×0.64mm方絲卻為進口弓絲。0.46mm圓絲組與0.45mm圓絲組比較，弓絲尺寸差異較小，而弓絲表面粗糙度差異顯著，粗糙度因素起主要影響作用。因此，國產托槽與0.46mm進口圓絲組，表面粗糙度相差大，摩擦力小；國產托槽與0.45mm國產圓絲組，表面粗糙度較接近，摩擦力大。不同尺寸方絲組比較時，弓絲均為進口弓絲，表面粗糙度無明顯差異，因而弓絲尺寸起主要影響作用，摩擦力隨弓絲尺寸的增加而增大。

本實驗采用3種結扎方式，Freeedge托槽六翼結扎、Freeedge托槽中間翼結扎、傳統托槽四翼結扎，研究不同結扎方式下摩擦力的差異。由于結扎力決定摩擦力的大小，在相同摩擦系數條件下，可由本實驗結果推斷出不同結扎方式結扎力間存在差異。對于不同結扎方式結扎力的大小有待于進一步研究。

本研究表明，Freeedge托槽獨特的六翼結構設計，即可結扎中間翼，實現低摩擦力，又可結扎六翼，產生高摩擦力。解決了托槽性能中低摩擦力與高牙齒控制能力的矛盾，有利于臨床矯正療效的提高。

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