Tvinge System med lodrette V-bøjninger: en 3D In vitro- vurdering af elastisk og stive rektangulære Archwires
Summary
Den metode, der præsenteres her er designet til at konstruere og validere en in vitro- 3D-model i stand til at måle kraft genereres af systemet ved forskellige archwires med V-bøjninger placeret mellem to beslag. Yderligere mål er at sammenligne denne kraft system med forskellige typer af archwires og til tidligere modeller.
Abstract
En korrekt forståelse af det gældende system lavet af forskellige Ortodontisk apparater kan gøre behandlingen af patienter, effektive og forudsigelige. At reducere de komplicerede multi beslag apparater til en simpel to-beslag system til kraft system evaluering vil være det første skridt i denne retning. Men meget af Ortodontisk biomekanik i denne henseende er begrænset til 2D eksperimentelle undersøgelser, computer-modellering/analyse eller teoretisk ekstrapolering af eksisterende modeller. Formålet med denne protokol er at designe, konstruerer og validerer en in vitro- 3D-model i stand til at måle kræfter og øjeblikke genereret af en archwire med en V-bend placeret mellem to beslag. Yderligere mål er at sammenligne det gældende system genereret af forskellige typer af archwires indbyrdes og til tidligere modeller. Til dette formål, er blevet simuleret en 2 x 4 apparat der repræsenterer en kindtand og en chopper. En tandregulering wire tester (venner på Netlog.) er konstrueret bestående af to multi-akse kraft transducere eller load celler (sensorer) som de tandregulering beslag er knyttet. Load celler er i stand til målesystem kraft i alle tre planer på plads. To typer af archwires, rustfrit stål og beta-titanium i tre forskellige størrelser (0.016 x 0,022 tommer, 0.017 x 0,025 tommer og 0.019 x 0,025 tommer), er testet. Hver ledning modtager en enkelt lodret V-bend systematisk placeres på en bestemt position med en foruddefineret vinkel. Lignende V-bøjninger replikeres på forskellige archwires på 11 forskellige steder mellem de molære og chopper vedhæftede filer. Det er første gang, har været forsøgt til in vitro- til at simulere en tandregulering appliance udnytter V-bøjninger på forskellige archwires.
Introduction
Et vigtigt aspekt af kliniske tandregulering er viden om det gældende system produceret af multibracket apparater. En klar forståelse af de underliggende biomekaniske principper kan hjælpe med at levere forudsigelige resultater og minimere potentielle bivirkninger1. De seneste år har set en tendens fra markedsføring bøjninger i archwires ved at bygge flere aktivering med beslag holdning og design; omfattende tandregulering kræver imidlertid stadig placeringen af bøjninger i archwires. Bøjninger, når de placeres i forskellige typer og størrelser af archwires, kan oprette en bred vifte af gældende systemer velegnet til forskellige typer af tand bevægelse. Selv om de gældende systemer kan blive ret kompliceret, når flere tænder anses, kan et nyttigt udgangspunkt indebærer en simpel to-beslag system.
Til dato, har V-bend mekanik primært analyseret i den anden ordre kun, udnytte matematiske modeller1,2,3,4,5 og/eller computer-baseret analyse/simuleringer 6. dette har givet en grundlæggende forståelse af det gældende system involveret i den anden ordre interaktion arch ledningerne med tilstødende beslagene (figur 1). Men disse metoder indføre visse randbetingelser for at køre simuleringer, der ikke måske holder stik i faktiske kliniske situationer og afvigelser kan forekomme. For nylig en ny in vitro- model med kraft transducere blev foreslået til måling af tre-dimensionelle (3D) styrker og øjeblikke lavet af evaluering ikke kun andet bestille archwire-beslag interaktioner men også i den tredje ordre7. Men effekten af forskellige typer af archwires på force system på forskellige bøje stillinger langs chopper kindtand archwire spændvidde blev ikke evalueret. Også, undersøgelsen kun involveret evaluering af elastisk Ortodontisk archwires, som ikke er den primære archwires, på hvilken tand bevægelse opstår. Derfor, formålet med denne undersøgelse var at evaluere force system skabt af placeringen af en V-bend på forskellige steder i rektangulære rustfri og beta-titanium archwires i en 3D-oprettet involverer de molære og chopper parentes. Klinikere skal kende kraft systemet anvendes på tandsæt når en bestemt kombination af archwire beslag kombination bruges til at lave en malocclusion.
Den beskrevne teknik er udviklet for at studere Ortodontisk force system i alle tre planer plads, efterligne kliniske virkelighed. Det må forstås, at det er yderst vanskeligt at måle kraft systemet klinisk; sådanne målinger skal derfor gennemføres in vitro. Det antages, at det gældende system lavet af en V-bøje i laboratoriet ville være lignende hvis replikeres i patientens mund. En arbejdsproces er oprettet til at evaluere hvordan den eksperimentelle nedsat må være konfigureret (figur 2).
Tandregulering wire tester (venner på Netlog.) er et innovativt produkt udviklet af Division af Ortodonti i samarbejde med bioteknologi & Biodynamics laboratorium, UConn sundhed, Farmington, CT, USA (figur 3). Det er designet til nøjagtigt efterligne arrangement af de maksillære tænder i munden og nogle intra orale betingelser samtidig målinger af force systemet oprettet i alle tre planer på plads. De store mekaniske komponenter af venner på Netlog er en Data erhvervelse enhed (DAQ), nano kraft/drejningsmoment sensorer, fugt sensorer, temperatursensorer og en personlig computer. Den testapparater placeres i et glas kabinet har temperatur/fugtighed kontrol. Dette giver mulighed for delvis simulering af intraorale miljø. DAQ fungerer som interface til de tre sensorer: fugtighed sensor, kraft/øjeblik sensor, termistor og testapparater med sensorer beliggende på en platform (figur 3). Disse er knyttet til et program. Softwaren er en platform og et udviklingsmiljø for visuel programmering og bruges til at styre forskellige former for hardware. Det blev valgt at automatisere Ortodontisk wire testeren.
En serie af aluminium pløkker er arrangeret på testapparater at repræsentere tænderne af den maksillære dental arch. To af pindene der repræsenterer lige centrale chopper og rigtige første kindtand er tilsluttet sensorer/load celler (S1 og S2). En vejecelle er en mekanisk anordning, der kan måle de kræfter og øjeblikke anvendes i alle de tre fly (x-y-z): Fx, Fyog Fz; og MxMyog Mz. Pindene placeres systematisk for at oprette en dental arch form. Hver pind er adskilt fra den anden af en netop indspillet måling, der beregnes ved hjælp af gennemsnitlige tand bredder som observeret i patienter, der gennemgår tandregulering. Figuren valgt for eksperimentet er en ‘æggeformet’ arch form oprettet fra en standardiseret skabelon.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ortodontisk archwires er blevet undersøgt i forskellige måder8,9,10,11. De er også blevet evalueret for forskellige mekaniske egenskaber, men de er sjældent blevet analyseret for bestemmelse af det gældende system de vil oprette12,13,14,15. Tre-punkts bøjning te…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke alle kolleger, der har muliggjort dette arbejde, især Drs. Aditya Chhibber og Ravindra Nanda. Forfatterne vil gerne takke Biodynamics & bioteknologi Lab på UCONN sundhed for de faciliteter under udviklingen af dette projekt.
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).
