带有垂直V形弯曲的力系统：三维 体外 评估弹性与刚性矩形弓丝

所述装置将常规临床使用的12个托槽减少至仅两个。这极大地简化了我们对矫治器工作原理的理解，同时也为类似矫治器的测试和改进提供了设计蓝图。

本实验解答了与V形弯曲所产生的变异及其力系相关的一些关键问题。当将这些弓丝放置于切牙至磨牙弓形跨度的不同位置时，该主要装置的意义在于有助于设计出具有更可预测力系的正畸矫治器，这在临床层面意味着更可预期的治疗结果。

开始此操作时，将一根0.021 × 0.025英寸的不锈钢卵圆形上颌弓丝插入托槽槽沟中。然后，将测试装置放入玻璃室中。检查是否存在意外的弓丝激活情况。

对弓丝的任何加力操作都会自动产生一个力系统，并显示在计算机屏幕上。如果观察到弓丝有任何加力，需重新调整托槽位置，并再次检查。为制作模板弓丝，请将一根弓丝放入测试装置中。

然后，使用永久性记号笔标示出中线、切牙托槽远端紧邻的一点以及磨牙管近端紧邻的一点。对弓丝的对侧同样进行标记。接下来，将带有标记点的弓丝转移到坐标纸上。

在其上精确复制弓丝的形态，该复制品可用于确定样本中所有弓丝V形弯的位置。然后，计算从I点到M点的弓丝段L的周长。接下来，从I点到M点标记11个点，每个点为未来V形弯的位置。将各点依次标记为a0至a10。

确保每个弯曲位置之间的间距相等。通过计算每个位置的 a/L 值，为每个弯曲位置获得一个唯一的数值。放置 V 形弯曲时，从样本中取一根新的弓丝，并将其放置在模板坐标纸上。

然后，将11个弯曲位置中的一个双侧转移至弓丝上。使用矩形弓丝钳或细丝钳，在弓丝两侧制作对称的V形弯曲。将弓丝放置在平坦的平台上，并用量角器检查弓丝两端所形成的角度。

如有必要，调整末端，使形成 150 度的角度。随后，对样本中的所有弓丝重复上述操作。为测量力系统，请打开数据记录软件程序。

为待保存的数据创建一个新文件夹。然后，单击“运行”以启动软件。程序将实时显示每个传感器处的三个力和三个力矩值。

等待约10至15秒，直至数据记录软件中的波动停止。确保力系统所有分量的图线均呈现为一条水平直线。注意，每个传感器处的全部六项测量值均应显示为可忽略的微小数值。

轻轻将测试装置从平台取下。使用Weingart钳将弓丝插入磨牙管中。接着，用牙周探针打开切牙托槽的门。

抬起弓丝的前部，将其插入托槽槽沟中。确保弓丝的中线与测试装置的中线对齐。将弓丝放入托槽槽沟后，若因调整需要取下弓丝，则不可再次使用同一根弓丝，必须更换新的弓丝重新插入。

随后，将测试装置放回平台，并关闭玻璃室的门。将温度设置为37°C，等待1分钟，使玻璃室内的温度达到平衡。点击软件上的“开始保存”按钮，让软件至少保存和传输数据10秒。

再次点击“开始保存”按钮以结束数据传输，然后点击“停止”。注意每个测量周期会在10秒内为每个组件生成100个读数。对特定弯曲位置的10根弓丝重复上述步骤，并对所有弯曲位置和类型的弓丝重复该过程。

为了评估误差，打开数据记录的软件程序。创建一个用于保存数据的新文件夹。然后，点击“运行”以启动软件。

该程序将实时显示每个传感器上的三个力和三个力矩值。等待大约 10-15 秒，直至数据记录软件中的波动停止。确保软件中力系统所有分量的图形曲线均呈现为一条水平直线。

将测试装置从平台取下。使用轻型剪线钳，将一段0.021 × 0.025英寸不锈钢丝的一端弯成一个小钩。从远中侧将弓丝的自由端插入磨牙管中。

接下来，将测试装置放回平台。将已知重量的重物挂在挂钩上，并移除任何干扰，使重物在垂直平面内自由悬挂。关闭玻璃腔室的门。

单击软件上的“开始保存”按钮，让软件保存并传输数据至少 10 秒。再次单击“开始保存”按钮以结束数据传输，然后单击“停止”。转到包含已保存数据的文档，将数据集导出至自定义设计的数据分析电子表格中，并对切牙托槽重复进行误差评估操作。

六种弓丝类型的垂直力均呈现对称且线性的模式。当V形弯曲靠近任一支托时，垂直力增大。当弯曲进一步远离该位置时，垂直力逐渐增加。

然而，各个垂直力的方向相反。不锈钢弓丝产生的力系统明显大于β-钛弓丝。令人意外的是，两种弓丝在两个托槽处产生的相对力系统，无论是在弓丝尺寸还是类型方面，都非常相似。

相比之下，力矩表现出非线性且不对称的模式。当V形弯曲靠近磨牙管时，Mxi出现平坦化，以及磨牙管处力矩方向在ax/L从0.0到0.2范围内的反转，这在所有弓丝中均相似，可能反映了弓丝-托槽相互作用及托槽方向更本质的特性。两个托槽力矩的比值在所有测试弓丝中均显示出某些特定模式，并可归纳为三种不同的模式。

该方法除用于V形弯曲外，还可应用于众多其他临床场景。我们已开始测试其中部分应用场景，近期计划将此类数据直接与相似设置的有限元法（FEM）模拟相结合。该方法将有助于理解并预测患者的临床治疗效果。

这将是根据患者需求定制治疗方案的一大重要进步。