System mit vertikal V-Kurven zu zwingen: eine 3D In-vitro- Bewertung der elastisch und starr rechteckigen Bögen
Summary
Die hier vorgestellte Methode soll zu konstruieren und ein in-vitro- 3D Modell des Messsystems durch verschiedene Bögen mit V-Kurven zwischen zwei Klammern erzeugt Kraft fähig zu validieren. Weitere Ziele sind, diese Kraft-System mit verschiedenen Arten von Bögen und zu früheren Modellen zu vergleichen.
Abstract
Ein richtiges Verständnis des geltenden Systems erstellt von verschiedenen kieferorthopädischen Geräten kann Patienten effizient und vorhersehbar machen. Reduzierung der komplizierten Multi-Halterung Geräte um eine einfache zwei-Bracket-System zum Zwecke der Kraft Systembewertung wird der erste Schritt in diese Richtung sein. Allerdings ist ein Großteil der kieferorthopädischen Biomechanik in dieser Hinsicht auf 2D experimentelle Studien, Modellierung/Computeranalyse oder theoretische Extrapolation der vorhandenen Modelle beschränkt. Das Ziel dieses Protokolls ist zu entwerfen, zu konstruieren und Validieren einer in-vitro- 3D Modell zur Messung der Kräfte und Momente erzeugt durch einen Bogen mit einer V-Kurve zwischen zwei Klammern platziert. Weitere Ziele sind das Kraft-System erzeugt durch verschiedene Arten von Bögen untereinander und zu den Vorgängermodellen vergleichen. Zu diesem Zweck wurde eine Vertretung ein Backenzahn und ein Schneidezahn 2 x 4-Gerät simuliert. Eine kieferorthopädische Draht-Tester (OWT) wird konstruiert, bestehend aus zwei Multi-Achs-Kraftaufnehmern oder Last Zellen (Nanosensoren) an der kieferorthopädischen Brackets befestigt sind. Die Wägezellen sind in der Lage, die Kraft-Messsystem auf allen drei Ebenen des Raumes. Zwei Arten von Bögen, Edelstahl- und Beta-Titan in drei unterschiedlichen Größen (0,016 x 0,022 Zoll, 0,017 x 0,025 und 0,019 x 0,025 Zoll), werden getestet. Jeder Draht erhält eine einzelne vertikale V-Biegung systematisch an einer bestimmten Position mit einem vordefinierten Winkel platziert. Ähnliche V-Kurven werden auf verschiedenen Bögen an 11 verschiedenen Orten zwischen der molaren und Schneidezahn Anhänge repliziert. Dies ist das erste Mal ein Versuch in Vitro wurde unternommen um eine kieferorthopädische Gerät unter Verwendung V-Kurven auf verschiedenen Bögen zu simulieren.
Introduction
Ein wichtiger Aspekt der klinischen kieferorthopädischen Behandlung ist das Wissen um die Kraft-System von multibracket-Geräte produziert. Ein klares Verständnis der zugrunde liegenden biomechanischen Prinzipien kann helfen, vorhersagbare Ergebnisse zu liefern und zu minimieren potentielle Nebenwirkungen1. Den letzten Jahren haben einen Trend Weg von der Platzierung Biegungen in Bögen durch den Bau weitere Aktivierung mit Halterung Position und Design gesehen; umfassende kieferorthopädische Behandlung erfordert jedoch noch Platzierung von Biegungen in Bögen. Kurven, wenn in verschiedenen Arten und Größen von Bögen, können eine Vielzahl von Kraft-Systeme geeignet für verschiedene Arten von zahnbewegungen erstellen. Obgleich die Kraft-Systeme sehr komplex werden können, wenn mehrere Zähne gelten, kann ein hilfreicher Ausgangspunkt ein einfache zwei-Bracket-System betreffen.
Bisher wurden V-Kurve Mechanik vor allem in der zweiten Ordnung nur, unter Verwendung mathematischer Modelle1,2,3,4,5 und/oder computergestützte Analyse/Simulationen analysiert 6. ergab dies ein grundlegendes Verständnis des geltenden Systems beteiligt die zweite Bestellung Interaktion der Bogen Drähte mit angrenzenden Klammern (Abbildung 1). Doch diese Methoden erheben, bestimmte Randbedingungen um die Simulationen ausführen, die nicht im tatsächlichen klinischen Situationen zutreffen könnte und Abweichungen auftreten. Kürzlich ein neues in-vitro- Modell mit Kraftaufnehmer wurde vorgeschlagen, für die Messung von drei dreidimensionale (3D) Kräfte und Momente geschaffen durch die Auswertung nicht nur zweiter Ordnung bracketslot-Halterung Interaktionen sondern auch in der dritten Ordnung7. Allerdings war die Wirkung der verschiedenen Arten von Bögen auf dem Kraft-System bei verschiedenen Biegepositionen entlang der Schneidezahn molare bracketslot Spanne nicht ausgewertet. Auch, beteiligt die Studie nur Bewertung der elastischen orthodontische Bögen, die nicht die primäre Bögen sind auf dem, die Zahn Bewegung auftritt. Daher war das Ziel dieser Studie, die Kraft-System erstellt durch die Platzierung einer V-Biegung an verschiedenen Standorten in rechteckige Edelstahl und Beta-Titan Bögen in einem 3D eingerichtet, an denen die molaren und Schneidezahn Klammern zu bewerten. Ärzte müssen wissen, dass die Kraft-System angewendet auf das Gebiss, wenn eine spezifische Kombination von bracketslot Halterung Kombination verwendet wird, um eine Zahnfehlstellung beheben.
Die beschriebene Technik wurde entwickelt, um die kieferorthopädische Kraft-System in allen drei Ebenen des Raumes, klinische Realität imitiert zu studieren. Es soll verstanden werden, dass es extrem schwierig, das Kraft-System klinisch zu messen; Daher müssen solche Messungen in Vitrodurchgeführt werden. Es wird angenommen, dass die Kraft-System erstellt von einer V-Kurve im Labor ähnlich wäre, wenn in den Mund des Patienten wiederholt. Ein Workflow erstellt wurde, um zu bewerten wie die experimentelle Einrichtung muss konfiguriert (Abbildung 2).
Die kieferorthopädische Draht-Tester (OWT) ist ein innovatives Produkt entwickelt von Abteilung für Kieferorthopädie in Zusammenarbeit mit dem Bioengineering & Biodynamik Labor, UConn Gesundheit, Farmington, CT, USA (Abbildung 3). Es soll die Anordnung der Oberkiefer Zähne in den Mund und einige Intra-oralen Bedingungen gleichzeitig Messungen des geltenden Systems erstellt auf allen drei Ebenen des Raumes genau nachahmen. Die wichtigsten mechanischen Komponenten der OWT sind ein Datenerfassungsgerät (DAQ), Nano-Kraft/Drehmoment-Sensoren Feuchtesensoren, Temperatursensoren und einem Personal Computer. Den Test Apparat wird in ein Glas Gehäuse mit Temperatur/Luftfeuchte Kontrollen platziert. Dies ermöglicht eine partielle Simulation der intraoralen Umgebung. Die DAQ dient als Schnittstelle für die drei Sensoren: Feuchte-Sensor, Kraft/Moment Sensor, Thermistor und den Test Apparat mit den Sensoren befindet sich auf einer Plattform (Abbildung 3). Ein Softwareprogramm verbunden sind. Die Software ist eine Plattform und eine Entwicklungsumgebung für visuelle Programmierung und wird verwendet, um verschiedene Arten von Hardware zu steuern. Es wurde gewählt, um die kieferorthopädische Draht-Tester zu automatisieren.
Eine Reihe von Aluminium Heringe auf den Test Apparat, die Zähne des Oberkiefer-Zahnbogens vertreten angeordnet sind. Zwei der Vertretung der Recht zentralen Schneidezahn und rechts erster Molar Stifte sind mit Sensoren/Wägezellen (S1 und S2) verbunden. Eine Wägezelle ist eine mechanische Vorrichtung, die die Kräfte und Momente, die angewendet auf allen drei Ebenen (X-y-Z) messen kann: FX, Fyund FZ; und MX, M,yund M-Z. Die Stifte sind systematisch aufgestellt, um eine zahnärztliche Bogenform zu erstellen. Jeder Stift ist vom anderen durch eine gerade aufgezeichneten Messung getrennt, die berechnet wird mit durchschnittlichen Zahn breiten wie bei Patienten, die eine kieferorthopädische Behandlung beobachtet. Die Form für das Experiment gewählt ist eine “eiförmige” Bogenform aus einer standardisierten Vorlage erstellt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Orthodontische Bögen sind in verschiedenen Arten8,9,10,11untersucht worden. Wurden sie auch für verschiedene mechanische Eigenschaften bewertet, aber sie sind selten zur Bestimmung der Kraft-System, das sie gehen, um12,13,14,15erstellen analysiert worden. Drei-Punkt…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten alle Kolleginnen und Kollegen, die diese Arbeit ermöglicht, vor allem die Doktoren Aditya Chhibber und Ravindra Nanda anerkennen. Die Autoren möchten die Biodynamik & Bioengineering Lab bei UCONN Gesundheit für die Einrichtungen bei der Entwicklung dieses Projektes danken.
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 |
Riferimenti
- 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).
