Tvinga systemet med vertikala V-böjar: en 3D In Vitro -bedömning av elastiska och styva rektangulära Archwires
Summary
Metoden presenteras här är utformad för att konstruera och validera en in vitro- 3D-modellen kan mäta systemets kraft som genereras av olika archwires med V-böjar placeras mellan två konsoler. Ytterligare mål är att jämföra denna kraft system med olika typer av archwires och i tidigare modeller.
Abstract
En riktig förståelse av systemets kraft skapad av olika ortodontiska hjälpmedel kan göra behandling av patienter effektivt och förutsägbart. Att minska komplicerade multi fäste apparaterna till en enkel två-fäste-system för att kraft system utvärdering kommer att vara det första steget i denna riktning. Dock är mycket av ortodontiska biomekanik i detta avseende begränsad till 2D experimentella studier, datorbaserad modellering/analys eller teoretiska extrapolering av befintliga modeller. Syftet med detta protokoll är att designa, konstruera och validera en in vitro- 3D-modellen kan mäta krafterna och stunder som genereras av en archwire med en V-böj placeras mellan två konsoler. Ytterligare mål är att jämföra systemets kraft som genereras av olika typer av archwires sinsemellan och att tidigare modeller. För detta ändamål, har en 2 x 4 apparaten som representerar en molar och en framtand simulerats. En tandreglering tråd testare (OWT) byggs bestående av två fleraxlig kraftgivare eller belastning celler (nanosensorer) som tandreglering fästena är kopplad. Lastcellerna klarar av att mäta systemets kraft i alla de tre planen utrymme. Två typer av archwires, rostfritt stål och beta-Titan i tre olika storlekar (0,016 x 0,022, 0,017 x 0,025 tum och 0,019 x 0,025 tum), testas. Varje tråd får en enda vertikala V-böj systematiskt placerat på en viss position med en fördefinierad vinkel. Liknande V-böjar replikeras på olika archwires på 11 olika platser mellan molar och framtand bilagor. Detta är första gången ett försök har gjorts i vitro att simulera en ortodontisk utnyttja V-böjar på olika archwires.
Introduction
En viktig aspekt av kliniska tandreglering är kunskapen om systemets kraft som produceras av multibracket apparater. En klar förståelse för de bakomliggande biomekaniska principerna kan hjälpa leverera förutsägbara resultat och minimera potentiella biverkningar1. Senaste åren har sett en trend från att placera böjar i archwires genom att bygga mer aktivering med fäste position och design; omfattande tandreglering kräver dock fortfarande placering av böjar i archwires. Böjar, när den placeras i olika typer och storlekar av archwires, kan skapa en mängd olika kraft system lämpar sig för olika typer av tand rörelse. Även om de gällande systemen kan bli ganska komplicerat när flera tänder beaktas, kan en bra utgångspunkt innebära en enkel två-fäste-system.
Hittills har har V-bend mekanik främst analyserats i andra ordningen endast använder matematiska modeller1,2,3,4,5 och/eller datorbaserad analys/simuleringar 6. Detta har gett en grundläggande förståelse av systemets kraft inblandad i andra ordning interaktionen arch sladdar med intilliggande fästen (figur 1). Men dessa metoder införa vissa randvillkor för att köra simuleringar som inte kan hålla sant i faktiska kliniska situationer och avvikelser kan förekomma. Nyligen en ny in vitro- modell som inbegriper kraftgivare föreslogs för att mäta tre dimensionell (3D) krafter och stunder skapade genom att utvärdera inte bara beställa andra archwire-fästet interaktioner men också i den tredje order7. Dock utvärderades effekten av olika typer av archwires på systemets kraft vid olika böj lägen längs framtand molar archwire intervallet inte. I studien deltog också, bara utvärdering av elastisk tandreglering archwires, som inte är den primära archwires på vilken tand rörelse uppstår. Syftet med denna studie var därför att utvärdera i kraft system skapad av placeringen av en V-böj på olika platser i rektangulär rostfritt stål och beta-Titan archwires i en 3D-Ställ in som involverar molar och framtand hakparenteserna. Kliniker måste veta det kraft system som tillämpas på bettet när en specifik kombination av archwire fäste kombination används för att fixa en bettavvikelser.
Den beskrivna tekniken har utvecklats för att studera systemets tandreglering kraft i alla de tre planen utrymme, härma kliniska verkligheten. Det är förstås att det är mycket svårt att mäta systemets kraft kliniskt; Därför har sådana mätningar skall utföras in vitro. Det antas att i kraft system skapad av en V-böj i laboratoriet skulle vara liknande om replikerats i patientens mun. Ett arbetsflöde skapades för att utvärdera hur den experimentella uppsättningen upp har till vara konfigurerat (figur 2).
Ortodontiska tråd testaren (OWT) är en innovativ produkt som utvecklats av avdelningen för Ortodonti i samarbete med bioteknik & BIODYNAMIK laboratorium, UConn hälsa, Farmington, CT, USA (figur 3). Den är utformad att noggrant efterlikna arrangemanget av maxillary tänderna i munnen och vissa intraoral villkor samtidigt som mätningar av kraft systemet skapade i alla de tre planen utrymme. De största mekaniska komponenterna i OWT är en Data förvärv enhet (DAQ), nano kraft/moment givare, fukt sensorer, temperaturgivare och en persondator. Testning apparaturen är placerad i ett glas låda med temperatur/luftfuktighet kontroller. Detta möjliggör partiell simulering av intraorala miljön. DAQ fungerar som gränssnitt för tre sensorer: fuktsensor, kraft/moment givare, termistor och testning apparaten med sensorer ligger på en plattform (figur 3). Dessa är kopplade till ett program. Programvaran är en plattform och en utvecklingsmiljö för visuell programmering och används för att styra olika typer av maskinvara. Det valdes för att automatisera tandreglering tråd testaren.
En serie av aluminium pinnar är ordnade på testning apparaten att representera tänderna av den maxillary tandbågen. Två av pinnarna som företräder just centrala framtand och rätt första molar är anslutna till sensorer/lastceller (S1 och S2). En lastcell är en mekanisk anordning som kan mäta de krafter och moment som tillämpas på det i alla de tre planen (x-y-z): Fx, Fyoch Fz; och MxMyoch Mz. Peggarna är systematiskt placerade för att skapa en dental bågform. Varje peg är skild från den andra genom just inspelade mätning som beräknas med genomsnittliga tand bredder som observerats hos patienter som genomgår tandreglering. Formen valt för experimentet är en ‘äggformade’ arch form som skapats från en standardiserad mall.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ortodontiska archwires har studerats i olika sätt8,9,10,11. De har också utvärderats för olika mekaniska egenskaper, men de har sällan analyserats för att bestämma systemets kraft som de kommer att skapa12,13,14,15. Trepunkts böjande tester är populära för …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill erkänna alla kolleger som har gjort detta arbete möjligt, särskilt Drs. Aditya Chhibber och Ravindra Nanda. Författarna vill tacka de BIODYNAMIK & bioteknik Lab på UCONN hälsa för de anläggningar som under utvecklingen av detta 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).
