Systeem met verticale V-bochten dwingen: een 3D In Vitro beoordeling van elastisch en strakke rechthoekige Archwires
Summary
De methode die hier gepresenteerd is ontworpen te construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de kracht-systeem gegenereerd door verschillende archwires met V-bochten tussen twee haakjes geplaatst. Bijkomende doelstellingen zijn te vergelijken deze kracht systeem met verschillende types van archwires en aan de voorgaande modellen.
Abstract
Een goed begrip van de kracht-systeem gemaakt door verschillende orthodontische apparaten kan behandeling van patiënten efficiënt en voorspelbaar. Vermindering van de ingewikkelde multi beugel-toestellen naar een eenvoudige twee-beugel-systeem met het oog op kracht systeem evaluatie, zullen de eerste stap in deze richting. Echter, veel van de Orthodontische biomechanica in dit opzicht is beperkt tot 2D experimentele studies, computer modeling/analyse of theoretische extrapolatie van de bestaande modellen. Het doel van dit protocol is te ontwerpen, construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de krachten en momenten gegenereerd door een archwire met een V-bocht tussen twee haakjes geplaatst. Aanvullende doelstellingen zijn het vergelijken van het systeem van de kracht die zijn gegenereerd door verschillende soorten archwires onderling en met vorige modellen. Voor dit doel, heeft een 2 x 4-toestel vertegenwoordigen een molar en een snijtand zijn gesimuleerd. Een orthodontische draad tester (OWT) is opgebouwd uit twee multi-as krachttransductors of laden cellen (nanosensors) waarmee de Orthodontische haken zijn verbonden. De meetcellen zijn geschikt voor het meten van het systeem van kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte. Twee soorten archwires, roestvrij staal en bèta-titanium van drie verschillende maten (0.016 x 0,022 inch, 0.017 x 0,025 inch en 0.019 x 0,025 inch), worden getest. Elke draad ontvangt een enkele verticale V-bocht systematisch geplaatst op een specifieke positie met een vooraf gedefinieerde hoek. Soortgelijke V-bochten zijn gerepliceerd op verschillende archwires op 11 verschillende locaties tussen de molar en snijtand bijlagen. Dit is de eerste keer een poging is gedaan in vitro te simuleren een orthodontische toestel met behulp van V-bochten op verschillende archwires.
Introduction
Een belangrijk aspect van klinische orthodontische behandeling is de kennis van het systeem van de kracht geproduceerd door multibracket apparaten. Een duidelijk begrip van de onderliggende Biomechanische principes kunt u voorspelbare resultaten opleveren en minimaliseren van de potentiële bijwerkingen1. De afgelopen jaren een trend uit de buurt van plaatsen van bochten in archwires door het bouwen van meer activering met beugel positie en design; uitgebreide orthodontische behandeling vereist echter nog steeds plaatsing van bochten in archwires. Bochten, wanneer geplaatst in verschillende soorten en maten van archwires, kunt een breed scala aan force systemen geschikt voor verschillende soorten tand verkeer maken. Hoewel de force-systemen vrij complex worden kunnen wanneer meerdere tanden worden beschouwd, kan een nuttig uitgangspunt een eenvoudige twee-beugel systeem betrekking hebben.
Tot op heden hebben voornamelijk V-bocht mechanica geanalyseerd in de tweede orde alleen gebruik te maken van mathematische modellen1,2,3,4,5 en/of computer gebaseerde analyse/simulaties 6. Dit heeft opgeleverd een basiskennis van het geldende systeem betrokken bij de tweede interactie van de volgorde van de boog draden met aangrenzende haakjes (Figuur 1). Echter, deze methoden leggen bepaalde randvoorwaarden om uit te voeren van de simulaties die misschien niet in de feitelijke klinische situaties waar houden en afwijkingen kunnen optreden. Onlangs, een nieuwe in vitro model waarbij krachttransductors werd voorgesteld voor het meten van drie dimensionale (3D) krachten en momenten gemaakt door evaluatie van niet alleen tweede orde archwire-beugel interacties maar ook in de derde orde7. Het effect van verschillende soorten archwires op het systeem van kracht op verschillende posities van de bocht langs de overspanning van de molaire archwire snijtand was echter niet geëvalueerd. Ook betrokken de studie slechts evaluatie van elastische orthodontische archwires, die niet de primaire archwires op welke tand verkeer plaatsvindt. Dus, het doel van deze studie was om te evalueren van het systeem van de kracht gemaakt door de plaatsing van een V-bocht op verschillende locaties in rechthoekig roestvrij stalen en bèta-titanium archwires in een 3D instellen waarbij de molar en snijtand haken. Clinici moeten weten het systeem van de kracht toegepast op het gebit bij een specifieke combinatie van archwire beugel combinatie wordt gebruikt om een malocclusie vast te stellen.
De beschreven techniek is ontwikkeld om te bestuderen van het systeem van de Orthodontische kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte, het nabootsen van klinische realiteit. Het is om te worden begrepen dat het is uiterst moeilijk te meten van de kracht-systeem klinisch; Daarom moeten dergelijke metingen worden verricht in vitro. Er wordt verondersteld dat de kracht-systeem gemaakt door een V-bocht in het laboratorium zou vergelijkbaar zijn als gerepliceerd in de mond van de patiënt. Een werkstroom is gemaakt om te evalueren hoe de experimentele set-up moet worden geconfigureerd (Figuur 2).
De Orthodontische draad tester (OWT) is een innovatief product ontwikkeld door divisie van orthodontie in samenwerking met de Bioengineering & Biodynamics laboratorium, UConn gezondheid, Farmington, CT, Verenigde Staten (Figuur 3). Het is ontworpen om nauwkeurig na te bootsen de rangschikking van de maxillaire tanden in de mond en sommige intra-orale voorwaarden terwijl het verstrekken van de metingen van het systeem van de kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte gemaakt. De grote mechanische componenten van de OWT zijn een Data acquisitie apparaat (DAQ), nano kracht/koppel sensoren, vocht sensoren, temperatuursensoren en een personal computer. De testen apparatuur wordt geplaatst in een glazen behuizing temperatuur/luchtvochtigheid controles. Dit zorgt voor gedeeltelijke simulatie van het intraoral milieu. De DAQ fungeert als interface voor de drie sensoren: vochtigheid sensor, kracht/moment sensor, thermistor en het testen apparaat met de sensoren die gelegen is op een platform (Figuur 3). Deze zijn gekoppeld aan een softwareprogramma. De software is een platform en een ontwikkelomgeving voor visueel programmeren en moet worden gebruikt voor verschillende soorten hardware. Het werd gekozen voor het automatiseren van de Orthodontische draad tester.
Een reeks van Aluminium haringen zijn gerangschikt op het testen apparaat te vertegenwoordigen de tanden van de maxillaire tandheelkundige boog. Twee van de vertegenwoordiging van de juiste Centrale snijtand en rechts eerste molar pinnen zijn aangesloten op de sensoren/meetcellen (S1 en S2). Een belasting-cel is een mechanisch apparaat dat meten kan de krachten en momenten toegepast in alle de drie vliegtuigen (x-y-z): Fx, Fyen Fz; en Mx, M,yen Mz. De haringen zijn systematisch gepositioneerd om een tandheelkundige boog formulier te maken. Elke peg wordt gescheiden van de andere door een juist geregistreerde meting die wordt berekend op basis van gemiddelde tand breedtes zoals waargenomen bij patiënten die een orthodontische behandeling ondergaan. De vorm gekozen voor het experiment is een ‘ovoid’ boog formulier gemaakt op basis van een gestandaardiseerde sjabloon.
Protocol
Representative Results
Discussion
Orthodontische archwires zijn bestudeerd in verschillende manieren8,9,10,11. Ze hebben ook geëvalueerd voor verschillende mechanische eigenschappen, maar ze hebben zelden geanalyseerd voor het bepalen van het systeem van de kracht dat ze gaan maken van12,13,14,15. Dr…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs wil graag alle collega’s die dit werk mogelijk gemaakt, met name Drs. Aditya Chhibber en Ravindra Nanda erkennen. De auteurs bedank de Biodynamics & Bioengineering Lab bij UCONN gezondheid voor de faciliteiten tijdens de ontwikkeling van dit project.
Materials
| Force/Torque Sensors/Transducers | Nano17 F/T Sensors, ATI Industrial Automation, Apex, NC, USA | Part of the OWT | |
| CHS Series Humidity Sensor Units | TDK Corporation | Part of the OWT | |
| Temperature sensors | (Murata NTSDXH103FPB30 thermistor) Murata Manufacturing Co., Ltd | Part of the OWT | |
| LabVIEW 7.1. | Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, Version 7.1 | Software Program | |
| Self-Ligating brackets | Empower Series, American Orthodontics. | Orthodontic Brackets | |
| Stainless steel archwires | Ultimate Wireforms, Inc. in Bristol, CT | Archwires | |
| Beta-Titanium Archwires | Ultimate Wireforms, Inc. in Bristol, CT | Archwires | |
| Data acquisition device (DAQ) | National Instruments (NI) USB 6210 | Part of the OWT | |
| Ortho Form III (Archform template) | 3M Oral Care, St. Paul, MN, USA | Ovoid arch form | |
| Weingart Plier | Hu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, IL | Orthodontic Plier | |
| Light wire Plier | Hu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, IL | Orthodontic Plier |
Referencias
- Burstone, C. J., Koenig, H. A. Force systems from an ideal arch. Am J Orthod. 65 (3), 270-289 (1974).
- Koenig, H. A., Burstone, C. J. Force systems from an ideal arch: Large deflection considerations. Angle Orthod. 59 (1), 11-16 (1989).
- Burstone, C. J., Koenig, H. A. Creative wire bending: The force system from step and V bends. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 93 (1), 59-67 (1988).
- Ronay, F., Kleinert, W., Melsen, B., Burstone, C. J. Force system developed by V bends in an elastic orthodontic wire. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 96 (4), 295-301 (1989).
- Demange, C. Equilibrium situations in bend force systems. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 98 (4), 333-339 (1990).
- Isaacson, R. J., Lindauer, S. J., Conley, P. Responses of 3-dimensional arch wires to vertical V bends: Comparisons with existing 2-dimensional data in the lateral view. Semin Orthod. 1 (1), 57-63 (1995).
- Upadhyay, M., Shah, R., Peterson, D., Takafumi, A., Yadav, S., Agarwal, S. Force system generated by elastic archwires with vertical V bends: A three-dimensional analysis. Eur J Orthod. 39 (2), 202-208 (2017).
- Gurgel, J. A., Kerr, S., Powers, J. M., LeCrone, V. Force-deflection properties of superelastic nickel-titanium archwires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 120 (4), 378-382 (2001).
- Gurgel, J. A., Kerr, S., Powers, J. M., Pinzan, A. Torsional properties of commercial nickel-titanium wires during activation and deactivation. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 120 (1), 76-79 (2001).
- Hazel, R. J., Rohan, G. J., West, V. C. Force relaxation in orthodontic arch wires. Am J Orthod. 86 (5), 396-402 (1984).
- Lundgren, D., Owman-Moll, P., Kurol, J., Martensson, B. Accuracy of orthodontic force and tooth movement measurements. Br J Orthod. 23 (3), 241-248 (1996).
- Goldberg, A. J., Burstone, C. J. An evaluation of beta titanium alloys for use in orthodontic appliances. J Dent Res. 58 (2), 593-600 (1979).
- Kusy, R. P., Whitley, J. Q. Thermal and mechanical characteristics of stainless steel, titanium-molybdenum, and nickel titanium archwires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 131 (2), 229-237 (2007).
- Kapila, S., Sachdeva, R. Mechanical properties and clinical applications of orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 96 (2), 100-109 (1989).
- Verstrynge, A., Humbeeck, J. V., Willems, G. In-vitro evaluation of the material characteristics of stainless steel and beta-titanium orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 130 (4), 460-470 (2006).
- Tominaga, J. Y., Tanaka, M., Koga, Y., Gonzales, C., Kobayashi, M., Yoshida, N. Optimal loading conditions for controlled movement of anterior teeth in sliding mechanics. Angle. 79 (6), 1102-1107 (2009).
- Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. The finite element method: A tool to study orthodontic tooth movement. J Dent Res. 84 (5), 428-433 (2005).
- Fotos, P. G., Spyrakos, C. C., Bernard, D. O. Orthodontic forces generated by a simulated archwire appliance evaluated by the finite element method. Angle Orthod. 60 (4), 277-282 (1990).
- Geramy, A. Alveolar bone resorption and the center of resistance modification (3-D analysis by means of the finite element method. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 117 (4), 399-405 (2000).
