《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Three-dimensional finite element analysis of the effects of different distal-end aligner designs on maxillary premolar distalization
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本项研究通过三维有限元分析（3D-FEA），系统评估了在上前磨牙远中移动（distalization）过程中，不同远中端矫治器设计（distal-end aligner designs）对已远中移动磨牙的防止近中复发（mesial relapse）及整体治疗效率的影响。研究揭示，在第二前磨牙远移阶段，移除U7（上颌第二磨牙）和U6（上颌第一磨牙）远中面覆盖（distal non-coverage），以及在第一前磨牙远移阶段，同时移除U7、U6和U5（上颌第二前磨牙）的远中面覆盖，可有效减少已移动牙齿的近中复发，从而更好地保护后部支抗（posterior anchorage），维持远中移动所获得的间隙。
在正畸治疗中，隐形矫治器因其美观、舒适而日益普及。对于Ⅱ类错??患者，上颌顺序远中移动（maxillary sequential distalization）是一种通过依次远中移动磨牙和前磨牙来获得间隙的常见策略，用于解除拥挤、矫正磨牙关系和改善面型。然而，临床实践表明，随着后续牙齿的远中移动，已经到达预定位置的磨牙可能出现近中复发（mesial relapse），这消耗了之前获得的间隙，并降低了整体治疗效率。本研究旨在探讨在上前磨牙远中移动阶段，不同的远中端矫治器设计对防止牙齿复发及保护支抗的潜在效果。
1 引言
隐形矫治器作为全覆盖式矫治器，能提供更均匀的力分布，理论上有利于整体移动（bodily tooth movement），其在磨牙远中移动方面的早期研究报告了高达87%的有效率。然而，更近期的三维影像研究揭示，当评估完整的顺序远中移动阶段时，最终的实现率显著降低。例如，第一磨牙的最终远移达成率仅为36.48%，第二磨牙为41.94%。全牙弓顺序远中移动整体效率降低可能归因于两个因素：因切牙唇倾导致的前部支抗丧失，以及已远中移动的磨牙近中复发导致的后部支抗丧失。
临床上，磨牙远中移动的效率最好从其相关临床结果的贡献来解读，即保护后牙远移创造的间隙，以便有效用于前牙的排齐或内收。在矫治器治疗中，力量源自矫治器与牙齿当前位置的不匹配。在第一磨牙远中移动期间，矫治器的近中段有效延长，而远中段缩短。第二磨牙会受到这种缩短带来的近中力，导致近中移动，侵占第一与第二磨牙之间的间隙，从而引发第二磨牙的近中复发。在前磨牙远中移动阶段，类似的情况也可能发生。已有研究利用三维有限元分析（3D finite element analysis）探索了不同设计（如远中不覆盖设计）和Ⅱ类牵引（Class II elastics）对保护磨牙支抗的影响。因此，本研究采用三维有限元方法来评估在顺序远中移动过程中，不同远中端矫治器设计对减少牙齿复发的作用。
2 材料与方法
本研究使用来自一名成年女性志愿者的锥形束计算机断层扫描（CBCT）数据构建模型。建立了两个初始模型：模型A中，上颌两个磨牙已远中移动2 mm到达预定位置；模型B中，上颌两个磨牙以及第二前磨牙已远中移动2 mm到达预定位置。根据矫治器远中端设计的不同，模型A定义了四组配置：A0，对照组（传统设计）；A1，移除U7远中覆盖；A2，移除U6远中覆盖；A3，同时移除U7和U6远中覆盖。模型B定义了五组配置：B0，对照组；B1，移除U7远中覆盖；B2，移除U5和U6远中覆盖；B3，仅移除U5远中覆盖；B4，同时移除U7、U6和U5远中覆盖。
模型构建包括上颌骨、牙齿、牙周膜（PDL）、附件和矫治器的数字组装。材料属性根据文献设定为均质、各向同性的线弹性材料。利用有限元软件进行网格划分，并设定边界条件。载荷通过矫治器与初始牙列的不匹配施加。结果测量指标包括牙齿在全局和局部坐标系下的三维位移、特定牙间隙的关闭情况及牙周膜等效应力（PDL equivalent stress）。
3 结果
3.1 磨牙远移后第二前磨牙的远中移动（模型A）
所有组别均显示U5（第二前磨牙）发生远中移动。对于U5-U6间隙的关闭，U5远中位移的贡献率在A0-A3组分别为68.08%、66.48%、70.44%和92.01%，以A3组最高。U6（第一磨牙）在所有条件下都表现出近中移动，其中A1组的近中移动量最大，A3组最小。这些结果表明，在第二前磨牙远中移动期间，移除已远移的U6和U7远中面覆盖（A3设计）显著减少了第一磨牙的近中移动，从而更好地保护了后部支抗，使得间隙关闭主要由目标牙（U5）的远中移动贡献。
在颊舌向，U7在所有组中都表现出舌倾，而U6表现出颊倾。垂直向上，U4、U6和U7在所有条件下都有伸长趋势，其中A3组的伸长量最小。前牙方面，所有组上颌前牙均发生近中及唇向移动，A3组的前牙近中移动量最小。牙周膜等效应力分析显示，最大应力始终出现在U5上。U6的PDL应力在A1组显著增加，而在A3组最低，这表明仅移除U7远中覆盖可能增加U6的负荷。
3.2 磨牙及第二前磨牙远移后第一前磨牙的远中移动（模型B）
所有组别均显示U4（第一前磨牙）发生远中移动。对于U4-U5间隙的关闭，U4远中位移的贡献率在B0-B4组分别为69.22%、68.15%、70.55%、70.47%和81.19%，以B4组最高。U5在所有条件下均表现出近中移动，其移动量排序为B1 > B0 > B3 > B2 > B4。B4设计（同时移除U7、U6、U5远中覆盖）使得第二前磨牙（U5）的近中移动最小，同时第一前磨牙（U4）的远中移动对间隙关闭的贡献最大，表明该设计能有效保护后部支抗，减少已移动牙齿的复发。
在颊舌向，B4组中U6和U7表现出舌倾趋势，而U5表现出最大的颊倾趋势。垂直向上，B4组中U7的伸长趋势最小。前牙方面，所有组上颌前牙均发生近中移动，U3和U2发生唇向移动和伸长。牙周膜应力分析显示，最大PDL应力出现在U4，B4组中U3的PDL应力最大。
4 讨论
4.1 在磨牙远移后第二前磨牙的远中移动中
A3设计（移除U6和U7远中覆盖）使得U5远中位移对间隙关闭的贡献率达到92.01%，表明该设计能显著减少已远移磨牙的近中复发，保护后部支抗。然而，A3组也观察到整个上颌牙列三维位移的减少，这可能与远中覆盖移除后矫治器固位（retention）降低有关。临床上可通过在已到位牙齿上使用不同附件组合或增加佩戴时间来缓解。所有设计组均引起前牙唇倾，对于Ⅱ类2分类患者可能有益，但对Ⅱ类1分类患者则需要考虑前部支抗保护策略。在垂直控制方面，A3设计显示出最小的磨牙伸长倾向，提示其可能提供更好的垂直向支抗控制。
4.2 在磨牙及第二前磨牙远移后第一前磨牙的远中移动中
B4设计（同时移除U7、U6、U5远中覆盖）使得U4远中移动对间隙关闭的贡献率最高（81.19%），且U5的近中移动最小，同样表明该设计能有效保护后部支抗。与模型A相比，模型B中不同条件间的位移差异较小，可能因为此时U5、U6、U7已作为一个更稳定的支抗单位来对抗反作用力。
值得注意的是，仅移除U7远中覆盖的设计（A1和B1）对间隙关闭的贡献率甚至低于传统对照组。这表明在上前磨牙远中移动阶段，仅移除第二磨牙的远中覆盖可能将支抗需求转移到前牙和邻近的后牙上，增加近中牙齿的移动，消耗前期获得的间隙，最终不利于前牙的排列或内收。
B4设计中出现了磨牙舌倾和U5颊倾趋势，提示当对U7、U6、U5同时实施远中不覆盖时，矫治器覆盖面积的显著减少可能影响对后牙的精确控制。未来研究可能需要将远中不覆盖与不同位置或形状的后牙附件结合，以在减少牙齿复发的同时维持矫治器固位。此外，B4组中U3（尖牙）的PDL等效应力增加，且呈现唇倾趋势，提示临床应密切监控尖牙的转矩（torque）控制。
5 结论
本研究通过三维有限元分析评估了不同远中端矫治器设计对上颌顺序远中移动成功性的影响，得出以下结论：
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在磨牙到达预定位置后的第二前磨牙远中移动阶段，移除U7和U6的远中覆盖能有效减少已远移磨牙的近中复发，从而保护后部支抗，维持顺序远移获得的间隙。
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在第二前磨牙和磨牙到达预定位置后的第一前磨牙远中移动阶段，移除U7、U6和U5的远中覆盖能减少两颗磨牙及第二前磨牙的近中复发。
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在实施远中端矫治器覆盖移除后，临床实践中需考虑对前部支抗的保护。
