Tvinge System med vertikale V-svinger: en 3D In Vitro vurdering av elastisk og stive rektangulære Archwires
Summary
Metoden som presenteres her er utformet for å bygge og validere en i vitro 3D modell i stand til å måle styrke systemet generert av forskjellige archwires med V-svinger mellom to parentesene. Ekstra mål er å sammenligne force systemet med ulike archwires og tidligere modeller.
Abstract
En riktig forståelse av force system skapt av ulike ortodontiske apparater kan gjøre behandlingen av pasienter effektiv og forutsigbar. Redusere komplisert multi braketten apparater å en enkel to-brakett system for å styrke systemet evaluering vil være første skritt i denne retningen. Men er mye av ortodontiske biomekanikk i denne forbindelse begrenset til 2D eksperimentelle studier, datamaskin modellering/analyse eller teoretisk ekstrapolering av eksisterende modeller. Målet med denne protokollen er å designe, bygge og validere en i vitro 3D modell i stand til å måle krefter og øyeblikk generert av en archwire med en V-sving plassert mellom to parentesene. Ekstra mål er å sammenligne force systemet generert av ulike typer archwires seg imellom og tidligere modeller. For dette formålet, har en 2 x 4 enhet representerer en jeksel og en helikopteret vært simulert. En ortodontiske wire tester (OWT) er konstruert som består av to multi-aksen kraft transdusere eller Last celler (nanosensors) som ortodontiske klammeparentesene er tilknyttet. Load cellene er i stand til å måle styrke systemet i alle tre plan plass. To typer archwires, rustfritt stål og beta-Titan i tre ulike størrelser (0.016 x 0.022 tommer, 0.017 x 0.025 tommer og 0.019 x 0.025 tommer), testes. Hver ledning mottar en enkelt V-vertikalbue systematisk plassert i en bestemt stilling med en forhåndsdefinert vinkel. Lignende V-svinger replikeres på forskjellige archwires på 11 forskjellige steder mellom jeksel og helikopteret vedleggene. Dette er første gang et forsøk har blitt gjort i vitro simulere et ortodontiske apparat benytter V-svinger på forskjellige archwires.
Introduction
En viktig del av klinisk ortodontiske behandling er kunnskap av kraft produsert av multibracket apparater. En klar forståelse av de underliggende biomekaniske prinsippene kan hjelpe levere forutsigbare resultater og minimere mulige bivirkninger1. De siste årene har sett en trend fra plassere svinger i archwires ved å bygge flere aktivisering med brakett posisjon og design; omfattende ortodontiske behandling krever imidlertid fortsatt plassering av bøyer i archwires. Bend, når den plasseres i ulike typer og størrelser av archwires, kan opprette en rekke kraft systemer egnet for ulike typer tann bevegelse. Selv om kraft systemene kan bli ganske komplisert når flere tenner anses, kan nyttig utgangspunkt innebære en enkel to-brakett-system.
Hittil er V-sving mekanikk primært analysert i andre orden, utnytte matematiske modeller,1,,2,,3,,4,,5 og/eller datamaskin analyse/simulering 6. Dette har gitt en grunnleggende forståelse av makt i andre ordre samhandlingen av bue ledninger med tilstøtende braketter (figur 1). Men metodene innføre visse betingelser for å kjøre simuleringer som ikke kanskje gjelder i faktiske kliniske situasjoner og avvik kan oppstå. Nylig en ny i vitro modell med kraft transdusere ble foreslått for måling av tre-dimensjonale (3D) styrker og øyeblikk opprettet ved å evaluere ikke bare andre ordens archwire-brakett interaksjoner men også i tredje orden7. Men var effekten av ulike typer archwires på kraft systemet på ulike bøy stillinger langs at helikopteret molar archwire ikke vurdert. Studien involverte også bare evaluering av elastisk ortodontiske archwires, som ikke er den primære archwires som bevegelse oppstått. Derfor var målet med denne studien å vurdere kraft systemet laget av plasseringen av en V-sving på forskjellige steder i rektangulære rustfritt stål og beta-Titan archwires i en 3D satt opp som involverer molar og helikopteret parentesene. Klinikere må vite force systemet brukes på dentition når en bestemt kombinasjon av archwire brakett kombinasjonen brukes til å fastsette en malocclusion.
Beskrevet teknikken har blitt utviklet for å studere ortodontiske force systemet i alle tre plan plass, etterligne klinisk virkeligheten. Det er å forstå at det er svært vanskelig å måle styrke systemet klinisk; slik mål må derfor utføres i vitro. Det antas at force system skapt av en V-sving i laboratoriet ville være like om replikert i pasientens munnen. En arbeidsflyt ble opprettet for å evaluere hvordan eksperimentelle satt opp må være konfigurert (figur 2).
Ortodontiske wire testeren (OWT) er et nytt produkt utviklet av delingen av Orthodontics i samarbeid med bioteknologi og Biodynamics laboratorium, UConn helse, Farmington, CT, USA (Figur 3). Det er designet for å etterligne nøyaktig hvordan maxillary tennene i munnen og noen intra muntlig forhold samtidig målinger av force opprettet i alle tre flyene plass. Mekanisk hovedkomponentene i OWT er en Data oppkjøpet enhet (DAQ), nano Force/dreiemoment sensorer, fuktighet sensorer, temperatursensorer og en PC. Testing apparatet plasseres i en glassutførelsen har temperatur/fuktighet kontroller. Dette gir delvis simulering av intraoral miljøet. DAQ fungerer som grensesnittet for tre sensorer: fuktighet sensor, force/øyeblikk sensor, termistor og testing apparatet med sensorer ligger på en plattform (Figur 3). Dette er knyttet til et program. Programvaren er en plattform og et utviklingsmiljø for visuell programmering og brukes til å styre ulike typer maskinvare. Det ble valgt å automatisere ortodontiske wire-tester.
En rekke aluminium knagger ordnes på testing apparatet representerer tennene av maxillary dental buen. To av pinnene representerer en sentral helikopteret og riktig første molar er koblet til sensorer/load cellene (S1 og S2). En belastning celle er en mekanisk enhet som kan måle styrker og øyeblikk bruk i alle tre plan (x-y-z): Fx, Fyog Fz..; og MxMyog Mz. Pinnene er systematisk posisjonert for å skape en dental bue form. Hver pinne er separert fra den andre et nøyaktig registrert mål som beregnes ved hjelp av gjennomsnittlig tann bredder som observert i pasienter som gjennomgår ortodontiske behandling. Formen valgt for eksperimentet er et “ovale” arch skjema opprettet fra en standardisert mal.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ortodontiske archwires har vært studert i forskjellige måter8,9,10,11. De har også vært vurdert for ulike mekaniske egenskaper, men de sjelden er analysert for å bestemme styrken systemet de skal opprette12,13,14,15. Tre-punkts bøying tester er populære for eva…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å anerkjenne alle kolleger som gjorde dette arbeidet mulig, spesielt Dr. Aditya Chhibber og Ravindra Nanda. Forfatterne ønsker å takke Biodynamics & bioteknologi Lab UCONN helse for fasilitetene som tilbys under utviklingen av prosjektet.
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).
