在理想保持条件下，使用透明矫正器进行上颌切牙内移的效果：一项基于局部坐标系的有限元研究

时间：2026年2月25日

来源：International Orthodontics

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隐形矫治牙列力学响应及牙周膜应力分布研究采用有限元法建立三维模型，模拟UR1 intrusion 0.25mm，发现实际侵入量达0.13mm（效率52%），UR1伴中度唇舌向倾斜，邻牙出现轻外翻及远中倾斜，PDL应力呈现UR1根尖集中、邻牙颈部聚集的特征。基于局部坐标系的力学分析显著提升临床微小效应的识别精度。

杜伊·阮（Duy Nguyen）|通·特里·当（Thong Tri Dang）|崔-特朗·蒂·霍（Trang Thi-Thuy Ho）|洛克·明·卢（Loc Minh Lu）

越南胡志明市医药大学牙科学院

摘要

目的

本研究旨在利用有限元方法（FEM），在理想保持条件下，评估上颌右中切牙（UR1）通过0.25毫米的侵入后，整个上颌弓的牙齿初始位移模式及牙周韧带（PDL）的应力分布情况。

方法

使用Mimics Research 21.0（Materialise公司，比利时鲁汶）软件，根据CBCT数据重建了上颌牙齿、牙周韧带和牙槽骨的3D有限元模型。在3-matic Research 13.0软件中制作了一个0.7毫米的弧形矫正器。将UR1牙齿向内侧移动0.25毫米，然后将矫正器安装在该模型上以实现干涉配合激活。材料被设定为线性和各向同性的；矫正器与牙齿之间的接触被设定为粘合状态，以模拟理想的保持效果。在ANSYS Workbench 2025 R1（ANSYS公司，美国卡农斯堡）软件中，使用全局轴和牙齿特定的局部轴计算了牙齿位移和冯·米塞斯应力（von Mises stress）。

结果

UR1牙齿表现出向内侧的侵入，并伴有轻微的远中-舌侧倾斜。相邻的切牙、犬牙和前磨牙有轻微的向外位移；磨牙的侵入程度最小，同时伴有远中倾斜。所有牙齿均呈现向远侧的位移趋势。舌侧倾斜发生在牙齿的前部，而颊侧倾斜发生在后部。UR1牙齿的牙周韧带应力最高（441.462千帕），且集中在牙齿的根尖部位。作为支点的牙齿也表现出与倾斜方向一致的应力。UR1牙齿的实际侵入量约为预期值的52%。

结论

0.25毫米的侵入步骤产生的力约为0.163牛顿，导致UR1牙齿实际侵入0.13毫米，伴有轻微的远中-舌侧倾斜。作为支点的牙齿有轻微的向外位移和向远侧的倾斜。UR1牙齿的牙周韧带应力集中在根尖部位，而支点牙齿的应力集中在颈部。基于牙齿特定局部轴的FEM分析结果有助于更准确地识别除主要位移模式之外的细微、具有临床意义的副作用。

引言

透明矫正器疗法（Clear Aligner Therapy, CAT）因其美观性、舒适性以及不断扩展的生物力学性能，在现代正畸学中变得越来越重要[1]。随着其临床应用范围的扩大——从简单的牙齿排列到复杂的牙齿移动——人们越来越需要深入理解矫正器所产生的力系统。与固定矫治器不同，矫正器的力传递更为复杂，且受材料变形、牙齿几何形状、保持效果和接触力学的影响较大。在体内量化这些力仍然具有挑战性；因此，有限元分析（FEM）作为一种具有高解剖学精确度和可重复性的研究工具应运而生[2][3][4]。尽管已有许多关于矫正器生物力学的FEM研究，但大多数研究仍依赖于全局坐标系，这些坐标系只能描述整个牙弓的总体趋势，无法反映单个牙齿的解剖学方向[5]。因此，一些重要细节（如明显的垂直或近中-远中移动是否实际上包含了隐性的倾斜或旋转成分）可能被忽略，从而限制了对牙齿层面生物力学的临床解释[5]。

在使用CAT治疗的牙齿移动中，侵入动作通常被认为相对可预测，尤其是对于后牙[6]。然而，临床结果显示，前牙的侵入程度往往低于预期[6][7]。这种差异可能归因于矫正器与牙齿的结合不充分、前牙的支撑力减弱、拮抗作用（如同时发生的牙齿后退）或咬合块引起的后牙侵入等因素，这些因素都会降低作用于切牙的有效垂直力[6]。另一种可能的解释是，这种差异代表了CAT能够实现的最大前牙侵入量。鉴于临床上的挑战以及对矫正器引起牙齿侵入的生物力学机制理解不足，有必要阐明CAT是如何产生侵入力的，以及上颌牙齿对此如何响应。为了填补这一空白，本研究旨在探讨在理想保持条件下，使用CAT使UR1牙齿侵入0.25毫米时，整个上颌弓的牙齿初始位移模式及相应的牙周韧带应力分布情况。这种理想化的保持条件旨在提供透明矫正器所能实现的最大侵入效率上限，从而帮助临床医生估算相对于虚拟设置的最大实际牙齿位移量。本研究采用了基于牙齿特定局部坐标的分析方法，能够清晰地理解每个空间轴上的位移情况。

数据收集与模型建立

本研究使用了27岁女性的锥形束计算机断层扫描（CBCT）数据，该患者的上颌恒牙已完全萌出且排列整齐（无颅面异常、牙周缺陷、大量修复体或正畸治疗史）。共480张图像被导入Mimics Research 21.0软件（Materialise公司，比利时鲁汶）进行重建。分析前所有识别信息已被删除。

UR1牙齿的位移模式

UR1牙齿表现出向内侧的侵入运动，同时伴有牙齿冠部向远中和舌侧的倾斜。如表II所示，沿X轴（近中-远中轴），最大的位移（ΔX_max = +0.014毫米）发生在牙齿的根尖-颊侧部分，而最小的位移（ΔX_min = –0.041毫米）发生在咬合-舌侧部分。这种方向上的差异表明，从正面看，牙齿根部向近中移动，而切缘则向舌侧移动。