לאלץ את המערכת עם V אנכי-כפיפות: הערכה 3D במבחנה של Archwires מלבני גמישה ונוקשה
Summary
השיטה המוצגת כאן נועד לבנות ולאמת במבחנה 3D דגם מסוגל למדוד את מערכת כוח שנוצר על ידי archwires שונים עם V-כפיפות בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות בין מערכת זו כוח עם סוגים שונים של archwires וכדי דגמים קודמים.
Abstract
הבנה נכונה של מערכת הכוח שנוצר על ידי מכשירים אורתודונטים שונים יכולים לעשות טיפול בחולים יעיל וצפוי. הפחתת המכשירים סוגר מרובה מסובך למערכת שני-הכן פשוטה לצורך הערכת מערכת כוח יהיה הצעד הראשון בכיוון הזה. עם זאת, הרבה ביומכניקה אורתודונטי בהקשר זה מוגבל 2D מחקרים ניסיוניים, המחשב דוגמנות/ניתוח או תיאורטי אקסטרפולציה של המודלים הקיימים. המטרה של פרוטוקול זה היא עיצוב, לבנות, לאמת במבחנה דגם התלת-ממד מסוגל למדוד את הכוחות והניח רגעים שנוצרו על-ידי archwire עם עיקול V בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות את מערכת כוח שנוצר על ידי סוגים שונים של archwires בינם לבין עצמם על דגמים קודמים. למטרה זו, יש כבר מדומה מכשיר 2 x 4 המייצגים שן טוחנת שן חותכת. הבוחן חוט אורתודונטי (מצליח) בנוי בהיקף של שני מתמרים חיל ורב ציר או עומס תאים (nanosensors) אשר מחוברים הסוגריים אורתודונטי. התאים עומס מסוגלים למדוד את מערכת כוח כל שלושת המטוסים של שטח. שני סוגים של archwires, פלדת-טיטניום בטא של שלושה גדלים שונים (0.016 x 0.022 אינץ, 0.017 x 0.025 אינץ ו 0.019 x 0.025 אינץ), נבדקים. כל חוט מקבל אחד אנכי V-עיקול באופן שיטתי ממוקמים במיקום ספציפי עם זווית מוגדר מראש. V דומה-כפיפות משוכפלים על archwires שונים במקומות שונים 11 בין הקבצים המצורפים טוחנת, החותכת. זו הפעם הראשונה ניסיון נעשתה במבחנה כדי לדמות מכשיר אורתודונטי ניצול V-עיקולים על archwires שונים.
Introduction
היבט חשוב של טיפול אורטודנטי קליני הוא הידע של מערכת כוח המיוצר על ידי מכשירים multibracket. הבנה ברורה של עקרונות היסוד biomechanical יכול לעזור לספק תוצאות צפויות ולמזער תופעות לוואי פוטנציאליות1. בשנים האחרונות ראינו מגמה הרחק הצבת כפיפות archwires על ידי בניית ההפעלה יותר עם סוגר מיקום ועיצוב; עם זאת, טיפול אורטודנטי מקיפה דורש עדיין המיקום של עיקולים בהתקף archwires. כפיפות, כאשר מניחים סוגים וגדלים של archwires, ניתן ליצור מגוון רחב של מערכות כוח מתאימים עבור סוגים שונים של התנועה השן. למרות מערכות כוח יכול להיות מורכב למדי כאשר השיניים מרובים נחשבים, נקודת התחלה שימושית יכול לכלול מערכת דו-הכן פשוטה.
עד כה, V-בנד מכניקה יש בעיקר נותחו לפי הסדר השני בלבד, ניצול מודלים מתמטיים1,2,3,4,5 ו/או ניתוח/סימולציות מבוססת מחשב 6. זה הניב הבנה בסיסית של מערכת כוח מעורב האינטראקציה סדר שני החוטים קשת בסוגריים סמוכים (איור 1). עם זאת, שיטות אלה להטיל תנאי גבול מסוים על מנת להריץ סימולציות זה אולי לא מחזיקה נכון במצבים קליניים בפועל, סטיות אפשריות. לאחרונה, במבחנה מודל חדש מעורבים כוח מתמרים הוצע למדידת שלושה כוחות תלת-ממדי (3D), רגעים שנוצרו על-ידי הערכת לא רק השני להזמין הסוגר archwire אינטראקציות אלא גם סדר שלישי7. עם זאת, ההשפעה של סוגים שונים של archwires על מערכת כוח שונים ומעמדות בנד לאורך טווח archwire טוחנת החותכת לא הוערך. בנוסף, המחקר מעורב רק הערכה של archwires אורתודונטי אלסטי, אשר אינם archwires הראשית איזו שן תנועה מתרחשת. לכן, מטרת מחקר זה היתה להעריך את מערכת כוח שנוצרו על-ידי הצבת עיקול-V במקומות שונים מלבני פלדת אל-חלד, archwires-טיטניום בטא ב- 3D להגדיר מעורבים הסוגריים טוחנת, החותכת. קלינאים צריך לדעת מערכת כוח שהוחלו על שיניים כאשר שילוב מסוים של שילוב הכן archwire משמש כדי לתקן את ליקוי סגר.
הטכניקה המתוארת פותחה כדי לחקור את מערכת כוח אורתודונטי כל שלושת המטוסים של מרחב, מחקה את המציאות הקלינית. . זה להיות מובן כי זה מאוד קשה למדוד את מערכת כוח קלינית; לכן, מדידות כאלה צריך להתבצע בתוך חוץ גופית. ההנחה היא כי מערכת כוח שנוצרו על-ידי V-עיקול המעבדה יהיה דומה אם משוכפלת לתוך הפה של המטופל. זרימת עבודה נוצר כדי להעריך איך הגדרת הניסוי חייב להיות מוגדר (איור 2).
חוט אורתודונטי הבודק (מצליח) הוא מוצר חדשני שפותח על ידי חלוקה של אורתודונטיה בשיתוף עם בביו-הנדסה & Biodynamics מעבדה, UConn בריאות, בפרמינגטון, CT, ארה ב (איור 3). זה נועד כדי לחקות במדויק את הסידור של השיניים בלסת העליונה בתוך הפה, כמה תנאים אינטרה-אוראלי תוך מתן מידות של מערכת כוח שנוצרו בכל שלושת המטוסים של שטח. המרכיבים העיקריים מכני של חמושים הם נתונים רכישת התקן (DAQ), חיישנים ננו כוח/מומנט, חיישני לחות, חיישני טמפרטורה, מחשב אישי. מנגנון הבדיקה מונחת במארז זכוכית יש בקרת טמפרטורה/לחות. דבר זה מאפשר סימולציה חלקית של הסביבה אוראלית. DAQ משמש הממשק עבור שלושה חיישנים: סנסור לחות, חיישן כוח/רגע, thermistor, מנגנון בדיקה עם חיישנים הממוקם על פלטפורמה (איור 3). אלה מקושרים תוכנה. התוכנה היא פלטפורמה סביבת פיתוח עבור תכנות ויזואלי, והוא משמש כדי לשלוט בסוגים שונים של חומרה. זה נבחר כדי להפוך לאוטומטי הבודק חוט אורתודונטי.
סדרה של אלומיניום יתדות מסודרים על מנגנון בדיקה כדי לייצג את השיניים של קשת השיניים בלסת העליונה. שני היתדות המייצגים את חותכת מיד טוחנת הראשון מחובר חיישנים/טען תאים (S1, S2). תא המטען הוא מכשיר מכני יכול למדוד את הכוחות ואת הרגעים הוחלה על כל שלושת המטוסים (x-y-z): Fx, Fyו- Fz; ו Mx, Myו- Mz. היתדות ממוקמות באופן שיטתי כדי ליצור טופס לקשת שיניים. כל פג מופרד מן האחר על ידי מדידה בדיוק מוקלטות המחושבת באמצעות רוחב ממוצע השן כפי שנצפתה בחולים שעברו טיפול אורטודנטי. הצורה שנבחרה לניסוי היא צורה קשת ‘אובאלית’ נוצר מתבנית סטנדרטית.
Protocol
Representative Results
Discussion
Archwires אורתודונטי נחקרו שונים דרכים8,9,10,11. הם גם הוערכו עבור תכונות מכאניות שונות, אך הן רחוקות נותחו לקביעת מערכת כוח שהם הולכים ליצור12,13,14,15. בדיקות ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להכיר כל העמיתים שעשה עבודה זו אפשרית, במיוחד ד”ר גילת עירון-בהר Chhibber ונאנדה קאדן אטיאס. המחברים רוצה להודות על Biodynamics & מעבדה בביו-הנדסה UCONN לבריאות עבור המתקנים המסופקים במהלך הפיתוח של הפרויקט הזה.
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).
