滑动阻力测试模型的建立(2)
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参见附件(1543KB，3页)。
1.2.3金属托槽及不锈钢方丝选择MBTTM金属托槽(3M公司，美国)，3M公司出品的不锈钢方丝，尺寸为0.43 mm×0.56 mm，0.46 mm×0.64 mm，0.48 mm×0.64 mm，0.53 mm×0.64 mm，以灰色结扎橡皮圈(3M公司，美国)进行结扎。
1.2.4 实验在恒温恒湿的实验间中进行为模拟体内环境，按ISO/TR/0271∶1993标准配制人工唾液，并保存于38℃恒温水浴箱中(上海跃进医疗器械厂)。实验时，用38℃人工唾液使实验模型保持在接近34～36℃的潮湿环境中进行实验。
1.3 测试方法
在试验中，每根钢丝在同一托槽中连续测试4次，取平均值。换钢丝的同时更换结扎圈。
不锈钢弓丝上焊接牵引钩，位置在 与 之间。测试开始时，让牵引钩停留在 远中，贴近托槽远中边缘。测试前，机器归零。测试时，用约60 mm长的一段结扎丝对折后对牵引钩进行牵引，结扎丝固定在持针器上，持针器则固定于试验机的上方夹头，调整持针器，使牵引方向位于弓丝牵引钩与颊管牵引钩连线的延长线上。夹头速度0.5 mm/min，当牵引钩移动2 mm时停止测试。测试后用持针器将弓丝恢复到原位，感应夹头归位，机器归零，准备下一次测试(图3)。
1.4 实验数据的记录
微机伺服万能材料试验机的上方夹头直接连接感应头，由电脑直接记录每时刻的位移值和拉力值。当弓丝开始滑动时，读取此时的最大拉力，记为最大静摩擦力。滑动开始后，每隔0.5 mm位移读取并记录拉力值，最终取其平均值，记为滑动阻力。
2 结果
在两种模型上分别使用MBT托槽，各种不锈钢方丝的最大静摩擦力和滑动力见表1。
表1 各种不锈钢放丝的最大静摩擦力和滑动力(N)
方差分析结论：模型间比较滑动阻力有显著性差异，P<0.001；弓丝间比较滑动阻力有显著性差异，P<0.001
在不同的模型上所产生的滑动阻力进行单因素方差统计，同种弓丝在两种模型上的滑动阻力均有显著性差异(P<0.001)。在模型一上，滑动阻力随着弓丝的尺寸的增大而增大，但是使用0.48 mm×0.64 mm的不锈钢方丝时，滑动阻力突然下降，其滑动阻力比使用其他不锈钢方丝时都低；而在模型二上，滑动阻力都随着弓丝尺寸的增大而增大。
3 讨论
在使用目前最常用的固定矫治器时，无论是牙列的排齐，还是牙齿的内收，弓丝在托槽槽沟中滑动时产生的滑动阻力是难以避免的，因此，常需建立体外测试模型对滑动阻力加以研究。目前国内外常见测试滑动阻力的模型有以下几种：
测试单个托槽滑动阻力的模型：用一节段弓丝和一个托槽来测量滑动阻力，这种模型相对较多，其测定方法简单，而且能反映出部分托槽本身的机械性能。Khambay等[3]的模型是让弓丝是固定住的，托槽在弓丝上滑动。Nishio等[4]的实验则是固定托槽，让弓丝在槽沟内滑动。为了测试不同转矩对滑动阻力的影响，托槽固定于一个可以旋转的平台上，这样轻易得到所需要的转矩角度。单个托槽的模型虽可以得到托槽本身材质的特性，但在临床上不可能只使用一个托槽，托槽的增加及位置的变化可以通过影响临床接触角等的变化来影响滑动阻力，因此，只测试一个托槽并不能对临床上托槽与弓丝间的滑动阻力有很好的了解。
多个托槽模型：鉴于单个托槽模型的缺点，有学者就设计多个托槽来进行测试，最少的可以包括一个尖牙托槽，一个双尖牙托槽及一个磨牙颊面管。如Baccetti[5]的研究则用了5个托槽(分别是双尖牙托槽、尖牙托槽和切牙托槽)，每个托槽粘着在一块大小与牙齿相当的方块上，方块分别以螺钉固定于一牢固的类似牙弓的弧形装置上，其中螺钉可以调节托槽的位置，用以模拟不同的第二序列弯曲。而Simona[6]则在实验模型中用了10个托槽，并全部粘贴于一个固定的平板上，托槽粘成一直线。在这种情况下，研究人员发现，10个托槽的模型与只用1个托槽的模型没有太大差别。
数字模型：现在有限元方法已用于医学学科进行各种生物力学分析。Kang等[7]用托槽和弓丝的几何参数建立了一个三维数字模型，以研究托槽的临床接触角和转矩角度之间的关系。参数包括两种槽沟尺寸、三种托槽宽度和三到四种弓丝尺寸，模型包含托槽和弓丝，但不包含牙齿的任何组织。
滑动过程中牙齿沿着弓丝移动并不是一个平滑连续的过程，而是倾斜、直立、再倾斜、再直立的运动。大多数研究学者在为测量滑动阻力而制作模型时，多没有考虑到牙周膜的影响，牙齿的倾斜和旋转受到限制而不能发生，故而不能很好地模拟牙齿的移动过程。
在本实验中，为尽可能地模拟口腔内的情况制作了包含牙周膜的模型。正常人牙周膜间隙约为0.2 mm，而Svanberg[8]则发现正畸牙在移动时，其牙根表面与齿槽窝的距离可以达到正常间隙的2～3倍。因此，本实验中选择0.4～0.6 mm为所需建立的牙周膜间隙。由于牙根、牙周膜及牙槽骨的弹性模量不同，因此还需要模拟三种材料的弹性模量比值。根据Hart[9]的数据，人体牙槽骨骨皮质及牙齿的弹性模量分别为1.37×104 MPa，2.03×104 MPa，朱智敏等[10]的实验得出牙周膜弹性模量为3.35～4.59 MPa，取均值3.97 MPa，因此，牙槽骨、牙齿与牙周膜三者的弹性模量比值为3 450∶5 113∶1。本实验中，由于在错 的情况下，牙根交错使得将石膏的牙槽窝模型翻成环氧树脂模型困难很大，所以直接采用超硬石膏模型，并测得超硬石膏的弹性模量为125 MPa。按以上弹性模量比值计算，调配弹性模量为185 MPa的环氧树脂和0.036 MPa的硅胶制作牙齿及牙周膜建立多个托槽的模型。
从本实验的结果可以看出，两种模型的滑动阻力有显著性差异，原因分析如下：当弓丝在槽沟中向远中方向滑动时，牙齿受到各种外力的作用，由于牙周膜的存在，允许牙齿有少量的倾斜和旋转，一方面会使弓丝与槽沟形成一定的角度，使托槽翼与弓丝间产生弹性约束，这种倾斜和旋转过大，还会产生刻痕阻力，这两者都会使弓丝的滑动阻力进一步增加；另一方面，弓丝在槽沟中产生一定的形变，这种形变也会增大弹性约束，使滑动阻力更大。在同一模型中，不同弓丝间滑动阻力比较也存在明显差异。在模型二中，滑动阻力随着弓丝的尺寸增加而增加，这与其他学者的结论是一致的。而在模型一中，有一个很明显的例外是：0.48 mm×0.64 mm的不锈钢方丝，其滑动阻力甚至比0.43 mm×0.64 mm的不锈钢方丝还要小 ......
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