临床使用时间对正畸镍钛弓丝机械性能的影响

　　【摘要】 目的 评价临床使用时间的长短对弓丝机械性能的影响。方法 选取山东大学口腔医学院正畸科同一时期内收治的30例上颌后牙段基本无拥挤的非拔牙矫治患者，利用三点弯曲试验装置(MTS Tytron 250， USA)，检测未经使用、使用4周、8周及12周的镍钛弓丝在37?℃下的应力应变关系，应用单因素方差分析及q检验，比较4组弓丝的滞后值、平台期的载荷值。结果 未经使用的弓丝平台期应力值为(1.54±0.05)N，滞后值为(0.47±0.05)N;使用4周后分别为(1.35±0.03)N和(0.61±0.03)N;使用8周之后分别为(1.38±0.07)N和(0.46±0.07)N;使用12周之后分别为(1.02±0.04)N和(0.34±0.04)N。通过单因素方差分析及q检验，每组的平台期应力值和滞后值之间均存在明显的差异(P<0.05)。结论 随着临床使用时间的增加，镍钛丝的性能有所衰减，但是使用后的镍钛矫正弓丝仍然具有超弹性。

　　【关键词】 镍钛弓丝;机械性能;超弹性

　　XU Jianguang1, BU Jie2, LI Na1, SONG Nan1, ZHANG Jun1

　　(1. Department of Orthodontics， School of Stomatology， Shandong University， Jinan 250012， China;

　　2. Jining Medical School, Jining 272013, Shandong, China)

　　To evaluate the time effect on mechanical properties of orthodontic arch wires. Methods 30 nonextraction patients treated in the department of orthodontics in Shandong University in the same time period were enrolled in this study. The threepoint bending test was used to measure the strain and stress of arch wires at 37?℃. Oneway ANOVA and q test were used to compare the lag values and platform stresses. Results The platform stress of the control group was 1.54±0.05N and the lag value was 0.47±0.05N. The platform stress of wires with a 4week usage was 1.35±0.03N and the lag value was 0.61±0.03N. The platform stress of wires used for 8 weeks was 1.38±0.07N and the lag value was 0.46±0.07N. The platform stress of wires used for 12 weeks was 1.02±0.04N and the lag value was 0.34±0.04N. By oneway ANOVA and q test, there were significant differences between each group(P<0.05). Conclusion With the increment of use time, the properties of arch wires are attenuated, but their elasticity is still good.

　　Key words： NiTi arch wire; Mechanical properties; Superelasticity 多年以来，固定矫治器及技术一直是口腔正畸临床矫治的主流[1]，而矫治弓丝又是固定矫治器的主要功能部分。20世纪30～40年代不锈钢丝的应用是正畸史上的重大进展，70年代初镍钛矫正弓丝开始用于临床，它与直丝弓矫治器一起，最大限度地减少了弓丝的弯制，使牙齿的控制更精确。目前，许多关于镍钛丝机械性能的研究资料和数据都是通过对未经临床使用的镍钛矫正弓丝的测试得到的。然而，镍钛矫正弓丝的机械性能是否会受到口腔环境的影响而发生改变，从而影响作用于牙齿的矫治力，对此的相关报道较少。本实验通过对0.016英寸的镍钛矫正弓丝在37?℃下进行三点弯曲实验，分别测其在未使用，使用4、8和12周的应力与应变，分析比较镍钛矫正弓丝置于口内不同时间后的性能上的改?变，为临床正畸医生合理使用镍钛弓丝提供依据。

　　1 资料与方法

　　1.1 研究对象 临床选取山东大学口腔医学院正畸科矫治初期非拔牙患者30名，上颌后牙段基本无拥挤，随机分为3组，每组10名，采用同一批号生产的0.016英寸镍钛合金矫正弓丝(由研亿金新材料股份有限公司生产)进行初期排齐，第1组镍钛弓丝临床使用4周，第2组镍钛弓丝临床使用8周，第3组镍钛弓丝临床使用12周后分别取出，截取上颌后牙段弓丝，消毒后备用。

　　1.2 研究方法

　　1.2.1 三点弯曲实验 采用三点弯曲装置(MTS Tytron 250， USA)，其两个支点及压头均由直径1mm的不锈钢圆柱组成，两支点间相距14?mm。将实验用镍钛矫正弓丝裁减成30?mm长度，放置在支点上，由压头对弓丝进行加载使之变形，形变达4?mm后去除加载，使弓丝恢复原样(卸载)。加载和卸载速度均为1.0?mm/min，传感装置将实验数据传到电脑终端。每组选取10个样本，每个样本测量1次，取平均值。实验数据用origin7.0软件绘制成应力-应变曲线图。

　　1.3 统计学处理 采用SPSS10.0 统计软件，数据以±s表示，采用单因素方差分析、q检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

　　2 结 果

　　2.1 各组镍钛丝的加载曲线和卸载曲线中应力/应变均显示为非线性的图像 见图1。具有双屈服平台，说明使用后弓丝仍均具有超弹性。

　　2.2 该型号0.016英寸镍钛合金矫正弓丝临床使用不同时间的应力值 见表1。①不同临床使用时间的该型号0.016英寸镍钛矫正弓丝的平台期应力值之间存在明显的统计学差异，应力值的总体上呈下降趋势。 ②不同临床使用时间的0.016英寸国产C镍钛矫正弓丝的滞后值之间存在明显的统计学差异， 滞后值在使用后4周明显高于未经使用时， 但是随着临床使用时间的增加， 滞后值又呈减小的趋势。 图1 不同使用时间镍钛矫正弓丝应力应变曲线

　　3 讨 论

　　镍钛合金是由镍和钛组成的二元合金，它的晶体结构因其所处的环境温度和所受到的机械压力不同而有两种不同的排列方式。随着外界环境应力或温度的改变，镍钛合金的晶体结构发生改变，并因此产生应力的改变，从而使得镍钛合金弓丝具有“超弹性”和“形状记忆”两个特征[2]。目前，市场上镍钛合金丝分为3种类型：普通型镍钛合金丝、超弹性镍钛合金丝、温控镍钛合金丝。本实验所用的弓丝属于超弹性镍钛合金丝，超弹性是指在一定的形变范围内应力不随应变增大而增大，临床上表现为弓丝在形变过程中产生的矫治力保持恒定。

　　能反映镍钛弓丝机械性能并与正畸学密切相关的指标主要有两个，一个是弓丝的滞后值，另外一个是弓丝平台期的载荷值。矫正弓丝所产生的力分为两种：一种是加载力，是使弓丝入托槽槽沟时医生所感受的力，即入槽力，另一种是卸载力，是使弓丝恢复到原来形态的过程中所释放的力，为患者感觉到的移动牙齿的力，即工作力。弓丝变形为2?mm时加载力和卸载力的差值为弓丝的滞后值，它反映弓丝释放矫治力的稳定性，滞后值越小，弓丝所发挥的矫治力越稳定，对牙齿的损伤越小。平台期的载荷值指弓丝在加载过程中载荷值随着位移的增大而基本保持不变的力值，在应力-应变曲线中表现为曲线平坦的那一段[34]，它决定了弓丝是否具有超弹性。

　　本实验结果表明，弓丝机械性能随着临床使用时间的延长具有统计学上的显著性差异。在本研究中，未经临床使用的镍钛矫正弓丝的滞后值低于经临床使用4周后的镍钛丝，说明弓丝的性能发生了改变，经临床使用后，弓丝释放矫治力的稳定性变差，需要注意的是，随着临床使用时间的增加，滞后值又有变小的趋势，这说明弓丝的整体性能发生了衰减。在弓丝平台期的载荷值方面，本研究结果显示，该值随着临床使用时间的增加，总体上呈下降趋势，这也提示弓丝随着临床使用时间的增加，性能发生衰减。但是需要注意的是，尽管随着临床使用时间的延长，弓丝的性能发生衰减，但是应力应变曲线中仍然存在平台期，说明使用后的镍钛矫正弓丝仍然具有超弹性。

　　引起弓丝机械性能衰减的因素有很多，但有研究表明，环境温度和外加应力是影响镍钛丝性能的主要因素[5]。口腔是一个复杂的生态环境，尽管大部分情况下口腔内的温度都能保持在37?℃左右，但由于饮食的不同，口腔内的温度可以明显高于或低于37?℃，这些较大的温度改变无疑会影响镍钛弓丝的性能。另外，由于牙列的拥挤、正常的咀嚼等因素，弓丝被结扎入槽后，都会受到不同程度的外加应力而发生变形，有研究表明[6]，超弹性弓丝的矫治性能与弓丝预应变量密切相关，不同预应变量下弓丝的卸载曲线明显不同。另外，患者的咀嚼习惯、肌紧张程度以及错?类型等因素都会影响弓丝的机械性能。

　　本研究结果提示，随着临床使用时间的增加，镍钛弓丝的机械性能发生衰减，这要求我们应该定期地更换矫治弓丝。但研究结果亦显示，使用后的镍钛矫正弓丝仍然具有超弹性，这提示我们只要控制好影响弓丝性能的相关因素，同一镍钛弓丝在患者的排齐整平阶段就可以连续使用，例如嘱患者避免吃过冷过热以及太硬的食物，又如，牙列拥挤相对较轻从而不产生大的弓丝预应变量的患者，可以延长弓丝的临床使用时间。

　　【参考文献】

　　[1]　〖ZK(#]林久祥, 许天民. 口腔颌面正畸学-现代口腔正畸学: 中国口腔正畸学科发展的回顾与展望[J]. 北京大学学报(医学版), 2008, 40(1): 1114.

　　[2]　曾祥龙. 镍钛合金弓丝[J]. 口腔正畸学, 2001, 8(1): 3943.

　　[3] Burstone C J, Qin B, Morton J Y. Chinese NiTi wirea new orthodontic alloy[J]. Am J Orthod, 1985, 87(6): 445452.

　　[4] Thayer T A, Bagby M D, Moore R N, et al. Xray diffraction of nitinol orthodontic arch wires[J]. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 1995, 107(6):604612

　　[5]　熊克, 陶宝祺, 何存富. 镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析[J]. 南京航空航天大学学报, 1999, 31(4): 464468.

　　[6] Harris E F, Newman S M, Nicholson J A. Nitinol arch wire in a simulater oral environment changes in mechanical properties[J]. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 1988, 93(6):508513.