DamonQ自锁系统中运用双丝技术的转矩力学性能有限元分析

中国组织工程研究第20卷第33期2016–08–12出版ChineseJournalofTissueEngineeringResearchAugust12,2016Vol.20,No.33ISSN2095-4344CN21-1581/RCODEN:ZLKHAH4919·研究原著·王亚楠，女，1985年生，天津市人，汉族，2013年泸州医学院毕业，硕士，医师，主要从事口腔生物力学研究。通讯作者：黄跃，博士，副教授，西南医科大学附属口腔医院，四川省泸州市646000中图分类号:R318文献标识码:A文章编号:2095-4344(2016)33-04919-07稿件接受：2016-05-22DamonQ自锁系统中运用双丝技术的转矩力学性能有限元分析王亚楠，瞿杨，何淞，黄思源，杨四维，黄跃(西南医科大学附属口腔医院，四川省泸州市646000)引用本文：王亚楠，瞿杨，何淞，黄思源，杨四维，黄跃.DamonQ自锁系统中运用双丝技术的转矩力学性能有限元分析[J].中国组织工程研究，2016，20(33):4919-4925.DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.33.008ORCID:0000-0001-8578-2088(黄跃)文章快速阅读：文题释义：有限元分析法：是一种用于求解微分方程组或积分方程组数值解的数值技术。利用数学近似的方法对托槽和弓丝模型的转矩位移进行模拟，从数字化的实验中相对真实体现DamonQ运用双丝技术的转矩力学的情况。双丝系统：是基于DamonQ托槽设计特点，在其辅助性水平槽沟中加入辅弓丝，与DamonQ托槽主弓丝联合形成双丝系统。与传统托槽的单丝系统仅有2个受力点不同，DamonQ双丝系统有4个受力点，因而组成了一个受力平面，此平面为近似与托槽滑盖平行的矩形平面。这是DamonQ托槽与单一槽沟托槽之间最大的力学性状区别。摘要背景：在正畸临床治疗中，常用双丝技术矫正前牙转矩，但其力学机制尚不明确。目的：通过三维有限元方法研究DamonQ系统的转矩力学性能及其受双丝因素影响的规律。方法：建立DamonQ托槽和不同尺寸弓丝的三维有限元模型，并根据不同尺寸弓丝组合进行分组。分析不同材质、尺寸弓丝组合下的转矩力学性能。结果与结论：①在装配不同尺寸与材质弓丝的条件下，单、双丝DamonQ托槽产生了相同变化规律的转矩力矩/转矩角度曲线图：随着转矩角度的增大，转矩力矩逐渐增加；②单方丝与不同双丝转矩力比较：方-圆双丝转矩力最大，其次是单方丝，再次是圆-圆双丝；方-圆双丝力矩值为圆-圆双丝的2-8倍，单方丝为圆-圆双丝的1-5倍；③DamonQ系统中方-圆双丝转矩效能强于单方丝；④临床上在前牙区控根初期，可考虑圆-圆双丝辅助控根，矫治中期使用方-圆双丝控根，力值柔和可减少根吸收；⑤该研究为DamonQ托槽在临床上应用双丝技术奠定了基础。关键词：组织构建；生物力学；自锁托槽；弓丝尺寸与材质；双丝；三维有限元；Damon系统；辅助性水平槽沟；前牙转矩；片段弓丝；国家自然科学基金主题词：正畸金属丝；转矩；有限元分析；组织工程基金资助：国家自然科学基金青年基金项目(81300903)；四川省医学会青年课题基金(川学会医字[2016]2号Q15017)DamonQ自锁系统中运用双丝技术的转矩力学性能有限元分析中切牙、侧切牙、尖牙DamonQ托槽方丝和圆丝Pro/E.Wildfire5.0建立实体模型、装配MSC.Marc.Patran软件中网格划分MSC.Marc.Mentat建立有限元模型分别导入有限元软件中进行加载弓丝材质：镍钛丝、澳丝、不锈钢丝弓丝转矩组12NiTi+16SS14NiTi+16SS16NiTi+16SS12Aus+16SS14Aus+16SS16Aus+16SS12NiTi+16×25NiTi14NiTi+16×25NiTi16NiTi+16×25NiTi16×25NiTi阐明DamonQ系统运用双丝技术的转矩力学性能的特点及其受不同尺寸、材质双丝影响的规律王亚楠，等.DamonQ自锁系统中运用双丝技术的转矩力学性能有限元分析P.O.Box10002,Shenyang110180:HuangYue,M.D.,Associateprofessor,HospitalofStomatology,SouthwestMedicalUniversity,Luzhou646000,SichuanProvince,ChinaAfiniteelementanalysisoftorquecapabilitiesoftheDamonQsystemusingthedoublewiretechniqueWangYa-nan,QuYang,HeSong,HuangSi-yuan,YangSi-wei,HuangYue(HospitalofStomatology,SouthwestMedicalUniversity,Luzhou646000,SichuanProvince,China)AbstractBACKGROUND:Intheorthodontictreatment,doublewiretechniqueiscommonlyusedtocorrectthetorqueofanteriorteeth;however,theunderlyingmechanicalmechanismsremainunclear.OBJECTIVE:TostudythetorquecapabilitiesofDamonQsystemthroughthethree-dimensionalfiniteelementmethod.METHODS:Three-dimensionalfiniteelementmodelsofDamonQbracketswithdifferentdimensionarchwireswereestablishedandweregroupedaccordingtoarchwirewithdifferentdimensions.ThetorquecapabilitiesofDamonQsystemwithdifferentdimensionsandmaterialsarchwirewereanalyzed.RESULTSANDCONCLUSION:TheDamonQbracketswithsingleordoublewireshadthesamevariationoftorque,torqueanglecurvechangesundertheconditionofdifferentsizeandmaterialarchwires.Torquemomentincreasedgraduallywithincreasingtorqueangle.Rectangular-rounddoublewiresproducedlargertorquemomentcomparedwithsinglerectangularwire,whereasdoubleroundwiresproducedsmallertorquemomentcomparedwithsinglerectangularwire.Thetorquemomentproducedbyrectangular-rounddoublewiresorbysinglerectangularwirewasapproximately2-8timesor1-5timesmorethanthatbydoubleroundwires.Thetorquemomentthatrectangular-rounddoublewiresproducedwaslargerthanthatsinglewireproducedintheDamonQsystem.Intheearlyclinicalpractice,wecanusedoubleroundwirestocontrolrootmovement.Inthemiddle-termofthetreatment,wecanuserectangular-rounddoublewirestocontrolrootmovementasthemildforcesproducedbythemreducerootabsorption.ThisstudylaysafoundationfortheapplicationofDamonQbracketwithdoublewiretechnologyintheclinic.Subjectheadings:OrthodonticWires;Torque;FiniteElementAnalysis;TissueEngineeringFunding:theYoungScientistsFundoftheNationalNaturalScienceFoundationofChina,No.81300903;SpecialProgramfortheYouthfromtheMedicalAssociationofSichuanProvinceofChina,No.Q15017Citethisarticle:WangYN,QuY,HeS,HuangSY,YangSW,HuangY.AfiniteelementanalysisoftorquecapabilitiesoftheDamonQsystemusingthedoublewiretechnique.ZhongguoZuzhiGongchengYanjiu.2016;20(33):4919-4925.0引言IntroductionDamon系统是美国Dr.Damon在1996年设计出的一种不同于以往托槽的滑盖式自锁托槽矫治器，并将它命名为DamonSLBracket。2000年Damon系统修正为Damon2，2004年再次修正为Damon3，2005年推出了Damon3MX[1]，至2009年又推出了DamonQ系统。Damon自锁托槽为被动自锁托槽，其自结扎后槽沟形成高度光滑的金属通道，滑盖没有侵入槽沟，槽沟的深度并未减小，托槽本身不主动对弓丝产生压力，与主动自锁托槽和传统托槽相比，Damon自锁托槽滑动阻力明显较小[2]，但也造成了其余隙角较大，转矩效能低于主动自锁托槽[3]。新一代的DamonQ托槽在其设计上区别于前几代的Damon托槽，加入了辅助性水平槽沟的设计，为DamonQ托槽在双丝技术的临床运用提供了可能性。近年来对于应用Damon系统矫治技术的研究报道主要集中在Damon系统的排齐整平的效率[4]，减少椅旁时间[5]，Damon系统与传统托槽矫治后疼痛感对比[6]，Damon系统治疗牙列拥挤者后牙弓宽度变化等方面[7]，在DamonQ托槽的转矩方面研究较少[8]。对Damon系统的研究主要集中在单丝的力学机制研究[8-14]，若在DamonQ托槽辅助性水平槽沟中加入弓丝，形成双丝矫治系统的研究鲜有报道。以往的研究发现，转矩受托槽的设计、弓丝与槽沟的余隙、结扎方式[15]、弓丝刚度、扭矩和尺寸[15-19]、弓丝边缘斜面等很多因素影响[20-22]，而目前双丝技术对转矩影响的研究极少，其力学机制尚不清楚。因此，有必要对双丝在转矩方面的影响进行研究。作者此次的研究运用三维有限元分析方法，阐明DamonQ系统运用双丝技术的转矩力学性能的特点，及其受不同尺寸、材质双丝影响的规律，从而更好地指导DamonQ矫治技术的临床运用，提高DamonQ矫治技术的治疗效果，为DamonQ双丝系统的矫治提供新的思路和理论基础。王亚楠，等.Dam