不同的弓丝有着不同的弹性模量，因为弓丝的尺寸、材料等差异是的不同的弓丝在托槽数据的表达上也有不同的表现。本文就研究了不锈钢托槽与钛托槽在弓丝作用下引发托槽槽沟形变的差异，从而分析出两者导致数据表达差异的可能原因。

材料与方法

本研究使用传统的0.022 x0.028槽沟的右上颌中切牙的不锈钢直丝弓托槽（Ormco）作为研究对象。在10倍放大倍数下，使用光学剖面投影仪（PH 3515F）捕获托槽的轮廓点。将所获得的托槽轮廓点文件输入到绘图软件包（AutoCAD），并对其尺寸进行测量。使用建模软件（CATIA）构建托槽的三维模型。有限元分析模型使用软件（HyperMesh）进行生成。本研究主要针对不锈钢丝与Niti丝在不同位置时托槽产生的形变情况进行分析。在建模完成后，托槽用472556个等间距四面体基本单元，118045个节点进行网格划分。

我们使用了的四面体基本单元，其精度和建模、分析使用的时间与与六面体单元相似。将网格模型导入有限元分析软件（ANSYS）。材料性质被认为是各向同质的。

该分析采用双线性各向同性硬化模型。在双线性各向同性硬化模型中，双线性表示应力-应变曲线需要2个输入，如材料的屈服强度和切线模量。各向同性硬化意味着屈服表面在所有方向上均匀地扩展。切线模量可以用于量化材料的“软化”与“硬化”。在这项研究中，切线模量是由不锈钢丝和钛丝的杨氏模量计算的。

弓丝为0.019×0.025的8mm长的弓丝，此为临床上中切牙托槽近远中的长度。将弓丝固定在一个定制的夹具上，连接到脊柱测试器上（MTS系统）。将弓丝从5°扭转增加到40°，以5°为增量，用脊柱测试器记录下产生的转矩值（T）。如下图所示。

使用绘图软件（AutoCAD），模拟弓丝从5°至40°的扭转过程中的弓丝与托槽槽沟的接触点。使用这些接触点来计算两个力之间的距离（D），用公式T =F X D计算托槽受到的转矩力（F）。

在表II中，罗列了弓丝从5°到40°过程中托槽获得的转矩、两个力之间的距离和受到的转矩力。

加了转矩的弓丝放入托槽中时，弓丝的某些位置与槽壁接触。实验所加的转矩为根舌向转矩。在有限元模型的边界条件下，托槽的所有节点为各向自由。在构造的有限元模型中，确定了槽壁顶部、中部和底部的节点。在转矩施加后，利用ANSYS软件，测出节点的变形量。在托槽模型的近中和远中分别测量顶部、中部和底部（0.71、0.355和0.05 mm）的节点变形量。

下图显示了弓丝放入后的边界变化和加载情况。

结果：

不锈钢弓丝与镍钛弓丝在转矩从5°到40°过程中，托槽槽沟壁的变形增量如下表所示。

对于不锈钢托槽，转矩从5°到40°的形变过程中在托槽最上点的形变量为0.3 μm到44.8 μm，中间位置点的形变量为0.1 μm到36.8 μm。在底部位置点，转矩在12°以前，未出现形变量。转矩从15°到40°的过程中，变形量为0.06μm到9.28 μm。不锈钢托槽在28°转矩时达到其弹性极限，相应的形变量从顶部、中部、底部位置分别为4.3μm、3.1μm和0.5μm。转矩进一步到达40°时，不锈钢丝发生了永久形变，形变量为40.5 μm。下图为30°时，托槽槽壁的变形情况。

对于钛托槽，转矩从5°到40°的形变过程中在托槽最上点的形变量为0.7 μm到76.2 μm，中间位置点的形变量为0.3 μm到62.4 μm。5至40的变形在顶部位置从0.7毫米到76.2毫米，中间位置从0.3毫米到62.4毫米。在底部位置点，转矩在9°以前，未出现形变量。转矩从10°到40°的过程中，变形量为0.1 μm到39.2μm。托槽槽沟壁在37°转矩时达到其弹性极限，相应的形变量从顶部、中部、底部位置分别为71μm、56μm和38μm。转矩进一步到达40°时，镍钛弓丝发生了永久形变，形变量为5μm。下图为30°时，托槽槽壁的变形情况。

在两种材料的测试中，槽壁的变形情况均为从底部到顶部都逐渐增加。下图显示了不同转矩下不锈钢丝和镍钛丝在顶部、中间和底部槽壁的情况情况。

结论：

1、对于托槽而言，在弹性范围内受到弓丝的作用时，托槽槽沟的底部至顶部的形变量逐渐增加。

2、钛托槽槽沟的弹性变形比不锈钢托槽大；不锈钢托槽的永久变形量要比钛托槽大。

3、根据以上特性，我们可以推断出，不锈钢托槽在使用过程中发生的弹性形变量相对较少，可以快速的通过弓丝将转矩力传导至牙齿，而钛托槽由于弹性形变量较大，在使用过程中可能会将一部分转矩力变为势能进行缓慢的释放。最终牙齿的转矩变大情况，还有待进一步的研究验证。

4、在临床应用中，正畸医生应该有意识针对不同的材料的托槽使用不同的转矩控制，从而使牙齿达到理想的位置。

来源：浙一口腔正畸林军