中国科协学会会员知识更新工程项目系列讲座---生理性支抗控制理念及技术（二十）

    第十九讲内容发布后，部分读者反映没有看懂，特别是对余隙角、临界角等概念不是很清楚，因此，本讲对这一问题做进一步的介绍。

    自锁托槽被认为是当代最先进的固定矫正器，它的结构基本上是在常规托槽上增加了滑盖或翻盖（图1），当用这些盖板取代常规结扎丝、结扎圈后，对矫正弓丝的约束减小了，弓丝与槽沟间的摩擦力因而降低。因此正畸医师发现在矫正初期，牙齿严重拥挤不齐时，自锁托槽似乎能减少牙齿沿矫正弓丝滑动的阻力；但到后期，同样由于自锁托槽的盖板对矫正弓丝的约束减小的缘故，弓丝对牙位精准控制的能力减弱，矫治初期节省的时间又贴补到矫治后期的精细调整阶段。这大概是自锁托槽的支持者和反对者争议的焦点，目前的前瞻性随机临床实验的确不支持自锁托槽能提高牙齿矫正的速度，它的疗程与普通托槽的疗程也没有统计学意义的差别。因此自锁托槽的优势又回到设计自锁托槽的初衷---方便医师操作。

图1 自锁托槽是在常规托槽上增加了滑盖或翻盖

综上可见，滑动与牙位控制是一对矛盾，如何平衡这两者的关系才能既减小滑动阻力又不影响牙齿矫正的效率呢？

    美国北卡罗来纳大学的生物医学工程系及正畸系联合教授Kusy是这一研究领域的权威专家，他将托槽在弓丝上的滑动阻力分为经典摩擦力、约束阻力和刻痕阻力三种。其中，经典摩擦力指托槽在无弯曲的弓丝上滑动时的阻力，其大小由正压力和摩擦系数决定；约束阻力指弓丝与槽沟的夹角（θ）大到让弓丝发生弹性变形后的滑动阻力，从经典摩擦力进入约束阻力的那个弓丝-槽沟临界角用θ_c表示；而刻痕阻力指弓丝与槽沟中的夹角θ大到让弓丝发生塑性变形后的阻力，从约束阻力进入刻痕阻力的那个弓丝-槽沟临界角用θ_z表示。这三种情况下的丝-槽成角θ与滑动阻力的大小关系可用图2来表示。

图2 弓丝-槽沟角度与滑动阻力的关系

    从该图可见，直丝情况下，滑动阻力最小，但如果弓丝没有弹性变形，对牙齿的矫正力也减小为零，如何提高排齐牙齿的效率？反过来看，弓丝变形越大，牙齿受到的矫正力量就越大，同时滑动阻力就会越大，如何提高滑动的效率？面对这一矛盾，Kusy教授明确指出只有当丝-槽成角θ≈约束阻力临界角θ_c时，才能同时兼顾滑动阻力与矫正力，使低摩擦托槽发挥最佳的效果。主动自锁看到了这一点，因此在被动自锁托槽的槽沟中增加了一个台阶（图3），让方丝入槽后牙齿能受到更大的矫正力量。

图3  A. 主动自锁托槽，B. 被动自锁托槽。主动自锁托槽的槽沟比被动自锁托槽的槽沟多了一个台阶，当方丝的尺寸超过台阶高度时，弹性盖板对弓丝主动施力。

    然而，患者牙齿的不齐程度不是订制的，如果把牙齿的扭转程度简化为大、中、小三档，一根细镍钛圆丝（0.012~0.014英寸）入被动自锁托槽的槽沟，可能只在扭转度最大的牙齿上产生了矫正牙齿的力量，在扭转程度为中或小的牙齿上弓丝也许没有什么让牙齿扭正的变形力（力矩），因此滑动阻力虽然很小，但矫正牙齿的力量也几乎没有；因此被动自锁托槽技术的第二根矫正弓丝立即换为镍钛方丝（0.014×0.025英寸），其扭正牙齿的弓丝唇舌径从0.013英寸陡增至0.025英寸，因此它在大的扭转牙中的丝-槽角θ有可能远大于θ_c而接近θ_z，矫正牙齿的力量陡增，但滑动阻力也陡增，低摩擦特点在这颗牙齿上已不复存在，也许在初始扭转度小的牙齿上滑动阻力会低于常规结扎托槽。主动自锁托槽用增加一个台阶的方法从力学角度应该有利于缓解扭转度大的牙齿和扭转度小的牙齿在滑动阻力与排齐力量之间的矛盾。但实际患者牙齿的扭转程度有可能远多于大、中、小三档，因此弓丝与槽沟之间的余隙角如果能根据医师的主观意愿而不断调整变化，始终让θ≈θ_c，才是最佳的解决方案。基于这一原理，我们设计了自主低摩擦M-LF（Multi-level Low Friction）托槽，我们以建筑学上著名的“少就是多”的原则，将普通双翼托槽（图4a）结扎翼下方外壁去除少许材料（图4b），使其变成一个斜坡，这时用结扎丝结扎时，结扎丝将沿此斜坡上滑至结扎翼的根部，因而离开了对矫正弓丝的束缚，形成了一个类似自锁托槽的空腔（图4c）。当我们换的弓丝越来越粗的时候，或我们用的结扎丝越来越粗的时候，这个管腔就会越来越小，弓丝与槽沟之间的余隙角就会越来越小，直至换到方丝时，余隙几乎为零（图5）。

图4 普通托槽与MLF托槽的差别。MLF托槽两侧切掉部分钢材制成导斜面。

图5 不同粗细的弓丝与不同粗细的结扎丝在MLF托槽上可以形成大小不同

的余隙

    以临床上常用的镍钛圆丝为例，如果我们根据牙齿初始扭转的程度从0.012英寸换到0.014英寸、0.016英寸、0.018英寸，而选用临床最常用的0.020mm、0.025mm结扎丝，以及结扎圈这三种不同直径的结扎材料时，就可以排列组合成12种丝-槽余隙角，再加上方丝这种几乎没有余隙的状态、如果再考虑镍钛丝与不锈钢丝发生弹性变形的临界角不同等等，理论上可以达到对不同扭转程度的每一颗牙齿都能尽量让θ≈θ_c。这是目前任何一款自锁托槽都不具备的力学优势。从患者舒适性角度，如果从力量最小的0.012英寸镍钛丝开始逐渐换到0.014英寸、0.016英寸、0.018英寸的镍钛丝，每次只有0.002英寸的加力幅度，即使跳一档更换弓丝，增力幅度也只有0.004英寸；与自锁托槽从0.013圆丝到0.025方丝的唇舌径增幅达到0.012英寸相比，可以减少3~6倍的加力幅度，应该有助于减少加力幅度过大引起的疼痛感。所以如果要比较M-LF托槽与自锁托槽的优劣，M-LF托槽的力学性能更好，所以牙齿移动的效率应该更高，而患者感受到的力值变化幅度会更小，理论上会有助于减轻疼痛感；而自锁托槽的优势更多体现在医生操作的便利性上，在确保开关质量不会因反复使用而损坏的前提下，能节省患者在诊疗椅上的时间。