传统牵引钩的结构原理:现今市售的开口式的游离牵引钩有很多品牌,但其结构基本一样,其固位的原理是牵引钩匣形部分形变压迫弓丝,两者之间产生摩擦力
[2-3]。理论上,增加压力和增加摩擦因数都会增加摩擦力,从而增加游离牵引钩的抗移位能力。同一种牵引钩和同一种弓丝之间的摩擦因数相同,因此,要增加摩擦力只能通过增加压力来实现。
传统的牵引钩增加压力的方法是在安放时施加更大的钳压力,增加牵引钩匣形部分的形变,从而增加压迫弓丝的压力。牵引钩匣形部分的形变对压迫弓丝压力的影响应从几个方面来考虑。较软的金属较易形变,即较小的钳压力就可使牵引钩产生较大的形变,操作起来较省力。但同时被夹紧的牵引钩也较易受外力的影响产生形变,进而松弛,造成对弓丝的压力降低。较硬的金属则相反,操作起来较费力,但更易维持稳定。这是一对矛盾,不容易找到平衡点。牵引钩所压迫的是硬度较大的弓丝,会抵抗牵引钩的形变,因此牵引钩对弓丝的压力会有自限性,即尽管不断增加钳压力,牵引钩对弓丝的压力到一定程度即无法再增加。再者,过大的钳压力会损伤弓丝,甚至造成弓丝变形。牵引钩匣形部分为开口形,牵引钩受力特别是唇颊向的力易造成开口变大,从而使压力降低。
新型牵引钩的结构原理:新型游离牵引钩的固位也是通过牵引钩与弓丝间的摩擦力来达到。但与传统的游离牵引钩不同的是,新型游离牵引钩是通过插入箱状体圆孔内的栓钉压迫弓丝来产生摩擦力(图1f,图3b)。箱状体放入弓丝后,夹紧箱状体只需使开口闭合,无需压褶(图1c,图3a),因此箱状体可用较硬的金属来制作,以保证箱状体有足够的强度。只关闭箱状体开口比压褶箱状体要省力得多。放置栓钉的孔为闭环结构,牵引钩放入弓丝时,有约1/3的弓丝进入圆孔,栓钉插入圆孔把弓丝压紧。由于放置栓钉的孔为闭环结构,栓钉插入圆孔加压不会把圆孔撑大,从而保证了栓钉能对弓丝施加足够的压力。栓钉为锥形,压入圆孔时栓钉侧面对弓丝产生契压力,这种契压力有压力放大作用[7],即用较小的力压入弓丝,即能对弓丝产生较大的侧压力,因此操作起来较省力。栓钉为黄铜制造,黄铜质软易形变,压入时可产生与弓丝更大的接触面和更大的摩擦力。栓钉末端可回弯贴紧箱状体以保不松动(图3c)。质软的黄铜不易使弓丝表面产生伤痕,弓丝不易被栓钉压迫变形。由于牵引钩的固位是通过栓钉压迫弓丝产生摩擦力来实现,即使箱状体开口稍有打开,只要栓钉不松动,就不会影响固位。
实验结果分析:游离牵引钩是直丝弓矫治器滑动法移动牙齿的一种常用装置。牵引钩带动弓丝滑动,可使一组牙整体移动。微种植钉支抗的应用,更容易实现一组牙的整体移动[8-10],但这要求牵引钩必须固定在弓丝上,在牵引过程中不产生相对移位,如果牵引钩滑动到与尖牙靠在一起,会造成尖牙与侧切牙间出现间隙。弓丝在牵引过程中滑动要克服滑动摩擦力摩。擦力的大小受很多因素的影响,包括托槽的类型、弓丝的大小和材质、结扎的方法、牙弓的形态等[11-17]。
Fourie等[12]的研究认为,传统的托槽和传统的结扎方法,滑动摩擦力普遍大于1 000 g,因此牵引牙齿移动的力加上需克服的摩擦力多在1 100 g以上。如口外装置作用于牵引钩,力量更大[18-21]。Evans等[22]的研究显示,两个男操作者安装AO游离牵引钩,使牵引钩移位的平均力值分别是300 g和340 g,女操作者是88 g。Johal等[23]的研究显示,用18 kg的力加在钳子上夹紧游离牵引钩,测得的使AO和TP牵引钩移位的平均力值是分别是630 g和 887 g。本实验结果显示,移动AO牵引钩所需力值为(505.92± 71.40) g。可见,上述牵引钩的固位力不足,在牵引力的作用下很容易滑动。为此,正畸医生常希望通过加大钳夹力来增加游离牵引钩的抗移动力,但即使这样,效果也不理想。此外,施加较大的钳夹力易造成弓丝的形变,从而对牙齿产生不利的作用力[22]。
有学者试图通过喷沙来增加摩擦因数,从而增加牵引钩与弓丝间的摩擦力。Griffin等[24]的研究显示,喷沙可使牵引钩的抗移位力值显著增加。TP公司在一种名叫Never-Slip Grip的牵引钩上加上钨炭涂层来增加摩擦因数,O'Bannon等[3]报道这种牵引钩的抗移位力值达5 000 g,几乎达到了焊接型牵引钩的抗形变强度。本实验结果显示,移动新型牵引钩所需的力值为 (2 281.74±924.12) g,完全达到正常牵引所需的要求。而新型牵引钩制作简单,既不需喷沙,也不需增加涂层。由此可见,新型牵引钩较之传统牵引钩具有制作工艺简单,而抗脱位性能优异的特点。
结论:比之传统的游离牵引钩,新型栓钉式游离牵引钩的结构更合理,固位原理更先进;新型牵引钩能产生有效的固位力。