Name: 垂直 V 形弯曲力系统: 3D 弹性和刚性矩形矫正线的体外评价 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-24T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 46 s
Description: 了解正畸V形弯曲力系统的三维体外评估方法。该研究通过简化托槽装置分析不同弓丝产生的力学特性，为临床可预测的正畸器械设计提供重要参考依据。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者谨此感谢所有使本研究得以完成的同事，特别是 Aditya Chhibber 博士和 Ravindra Nanda 博士。作者谨向生物动力学 &amp;#38; 康涅狄格大学健康中心生物工程实验室为本项目开发期间提供的设施支持。

1. 实验设置
<ol>
	<li>使用定制的“定位夹具”在OWT的铝制支钉上标记磨牙管和切牙托槽的精确放置位置。</li>
	<li>使用复合材料粘接标准自锁托槽，光照固化40秒。</li>
	<li>将一根0.021 × 0.025英寸的不锈钢（SS）“卵圆形”上颌弓丝插入托槽槽沟中。</li>
	<li>将测试装置放入玻璃腔室中。</li>
	<li>检查是否存在意外的弓丝激活。任何弓丝激活都会自动产生一个力系统，并在计算机屏幕上显示。</li>
	<li>若观察到弓丝激活，则重新调整托槽位置，并重复步骤1.2–1.5。</li>
</ol>
2. 模板弓丝的制备（图4）
<ol>
	<li>将一根弓丝（0.021 × 0.025 SS）放入测试装置中。</li>
	<li>使用永久性记号笔标出以下位置：1）中线，2）切牙托槽&#160;（I）远中紧邻的点，以及 3）磨牙管近中紧邻的点（M）。对弓丝的对侧也进行相同的标记。此即为模板弓丝。</li>
	<li>将带有标记点的弓丝转移至坐标纸上。</li>
	<li>在坐标纸上精确复制该弓丝的形状。 
	注意：此坐标纸可用于确定样本中所有弓丝V形弯曲的位置。</li>
	<li>计算从I到M的弓丝段周长（L）。</li>
	<li>现在，在I到M之间标记11个点，每个点代表一个未来的V形弯曲位置。
	<ol>
		<li>将各点依次标记为a0 至a10。</li>
		<li>确保每个弯曲位置之间的间距相等。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>通过计算每个位置的a/L值，获得各弯曲位置的唯一数值/比值。</li>
</ol>
3. V形弯曲的放置
<ol>
	<li>从样本中取一根新的弓丝。</li>
	<li>将其放置在模板弓丝/坐标纸上，并将十一个弯制位置中的一个对称地转移到弓丝上。</li>
	<li>使用矩形弓丝钳或细丝钳，在两个位置上制作对称的V形弯曲。</li>
	<li>将弓丝放置在玻璃板/平坦平台上，用量角器测量弓丝两端所形成的角度。</li>
	<li>如有必要，调整弓丝末端，使其形成150°的角度。</li>
	<li>对样本中的所有弓丝重复步骤3.1至3.5。</li>
</ol>
4. 测量力系统（图5和图6）
<ol>
	<li>打开数据记录软件程序（参见材料表）。</li>
	<li>创建一个用于保存数据的新文件夹。</li>
	<li>点击“运行”以启动软件。程序将实时显示每个传感器上的三个力分量和三个力矩分量的数值。</li>
	<li>等待约10至15秒，直至数据记录软件中的数值波动停止。确保软件中力系统各分量的曲线图均呈现“平坦”状态。 
	注意：每个传感器上的六项测量值均应接近于零（力值&#60; 1 g，力矩值&#60; 10 g mm）。</li>
	<li>轻柔地将“测试装置”从平台取下。使用Weingart钳将弓丝插入磨牙管中。</li>
	<li>使用牙周探针打开切牙托槽的门。</li>
	<li>抬起弓丝的前部，并将其插入托槽槽沟中。确保弓丝的中线与测试装置的中线对齐。</li>
	<li>将测试装置放回平台，并关闭玻璃腔室的门。</li>
	<li>将温度设定为37 °C。等待一分钟，使玻璃腔室内的温度达到设定值。</li>
	<li>在软件上点击“开始保存”按钮，让软件至少持续保存/传输数据10秒。再次点击“开始保存”按钮以结束数据传输，然后点击“停止”。 
	注意：每个测量周期在10秒内为每个分量（Fx、Fy、Fz、Mx、My 和 Mz）生成100个读数。</li>
	<li>打开包含已保存数据的文档，将数据集复制或导出至自定义设计的数据分析电子表格（参见补充表）。选择正确的V形弯位置编号和特定的弓丝样本，以输入数据。</li>
	<li>对同一弯制位置的10根弓丝重复步骤4.3至4.11。</li>
	<li>随后，将计算出的弓丝均值和标准差复制到另一个电子表格中，以生成数据的图形化表示。</li>
	<li>对所有弯制位置和类型的弓丝重复步骤4.2至4.13。 
	注意：弓丝包括不锈钢（SS）和β-钛合金（ß-Ti），尺寸如下：0.016 × 0.022 英寸、0.017 × 0.025 英寸以及0.019 × 0.025 英寸。</li>
</ol>
5. 误差评估
<ol>
	<li>按照步骤 4.1-4.4 所述运行计算机/软件。</li>
	<li>将“测试装置”从平台取下。</li>
	<li>取一段直径为 0.021 × 0.025 英寸的不锈钢直丝。使用细线钳将钢丝一端弯成一个小钩。将弓丝的自由端从远中侧插入磨牙管中。</li>
	<li>将测试装置重新放回平台。</li>
	<li>在钩上悬挂已知重量（50 g）的砝码，移除所有干扰，使砝码在垂直平面内自由悬挂。关闭玻璃舱门。</li>
	<li>执行步骤 4.10-4.11。</li>
	<li>对切牙托槽重复步骤 5.1-5.6。</li>
	<li>将两个托槽的 Fz 值以及磨牙管的 Mx 值输入为“测量值”。</li>
	<li>现在应用静力平衡方程（见补充文本）计算“预期值”。</li>
</ol>

<ol><li>Burstone, C. J., Koenig, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+systems+from+an+ideal+arch%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod%22%5BJournal%5D)">Force systems from an ideal arch.</a> Am J Orthod. 65 (3), 270-289 (1974).</li>
<li>Koenig, H. A., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+systems+from+an+ideal+arch%3A+Large+deflection+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthod%22%5BJournal%5D)">Force systems from an ideal arch: Large deflection considerations.</a> Angle Orthod. 59 (1), 11-16 (1989).</li>
<li>Burstone, C. J., Koenig, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creative+wire+bending%3A+The+force+system+from+step+and+V+bends%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+and+Dentofac+Orthop%22%5BJournal%5D)">Creative wire bending: The force system from step and V bends.</a> Am J Orthod and Dentofac Orthop. 93 (1), 59-67 (1988).</li>
<li>Ronay, F., Kleinert, W., Melsen, B., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+system+developed+by+V+bends+in+an+elastic+orthodontic+wire%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+and+Dentofac+Orthop%22%5BJournal%5D)">Force system developed by V bends in an elastic orthodontic wire.</a> Am J Orthod and Dentofac Orthop. 96 (4), 295-301 (1989).</li>
<li>Demange, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Equilibrium+situations+in+bend+force+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+and+Dentofac+Orthop%22%5BJournal%5D)">Equilibrium situations in bend force systems.</a> Am J Orthod and Dentofac Orthop. 98 (4), 333-339 (1990).</li>
<li>Isaacson, R. J., Lindauer, S. J., Conley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responses+of+3-dimensional+arch+wires+to+vertical+V+bends%3A+Comparisons+with+existing+2-dimensional+data+in+the+lateral+view%5BTitle%5D)+AND+%22Semin+Orthod%22%5BJournal%5D)">Responses of 3-dimensional arch wires to vertical V bends: Comparisons with existing 2-dimensional data in the lateral view.</a> Semin Orthod. 1 (1), 57-63 (1995).</li>
<li>Upadhyay, M., Shah, R., Peterson, D., Takafumi, A., Yadav, S., Agarwal, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+system+generated+by+elastic+archwires+with+vertical+V+bends%3A+A+three-dimensional+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Orthod%22%5BJournal%5D)">Force system generated by elastic archwires with vertical V bends: A three-dimensional analysis.</a> Eur J Orthod. 39 (2), 202-208 (2017).</li>
<li>Gurgel, J. A., Kerr, S., Powers, J. M., LeCrone, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force-deflection+properties+of+superelastic+nickel-titanium+archwires%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">Force-deflection properties of superelastic nickel-titanium archwires.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 120 (4), 378-382 (2001).</li>
<li>Gurgel, J. A., Kerr, S., Powers, J. M., Pinzan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Torsional+properties+of+commercial+nickel-titanium+wires+during+activation+and+deactivation%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">Torsional properties of commercial nickel-titanium wires during activation and deactivation.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 120 (1), 76-79 (2001).</li>
<li>Hazel, R. J., Rohan, G. J., West, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+relaxation+in+orthodontic+arch+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod%22%5BJournal%5D)">Force relaxation in orthodontic arch wires.</a> Am J Orthod. 86 (5), 396-402 (1984).</li>
<li>Lundgren, D., Owman-Moll, P., Kurol, J., Martensson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accuracy+of+orthodontic+force+and+tooth+movement+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Br+J+Orthod%22%5BJournal%5D)">Accuracy of orthodontic force and tooth movement measurements.</a> Br J Orthod. 23 (3), 241-248 (1996).</li>
<li>Goldberg, A. J., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+evaluation+of+beta+titanium+alloys+for+use+in+orthodontic+appliances%5BTitle%5D)+AND+%22J+Dent+Res%22%5BJournal%5D)">An evaluation of beta titanium alloys for use in orthodontic appliances.</a> J Dent Res. 58 (2), 593-600 (1979).</li>
<li>Kusy, R. P., Whitley, J. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+and+mechanical+characteristics+of+stainless+steel%2C+titanium-molybdenum%2C+and+nickel+titanium+archwires%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">Thermal and mechanical characteristics of stainless steel, titanium-molybdenum, and nickel titanium archwires.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 131 (2), 229-237 (2007).</li>
<li>Kapila, S., Sachdeva, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+properties+and+clinical+applications+of+orthodontic+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">Mechanical properties and clinical applications of orthodontic wires.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 96 (2), 100-109 (1989).</li>
<li>Verstrynge, A., Humbeeck, J. V., Willems, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-vitro+evaluation+of+the+material+characteristics+of+stainless+steel+and+beta-titanium+orthodontic+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">In-vitro evaluation of the material characteristics of stainless steel and beta-titanium orthodontic wires.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 130 (4), 460-470 (2006).</li>
<li>Tominaga, J. Y., Tanaka, M., Koga, Y., Gonzales, C., Kobayashi, M., Yoshida, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+loading+conditions+for+controlled+movement+of+anterior+teeth+in+sliding+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22Angle%22%5BJournal%5D)">Optimal loading conditions for controlled movement of anterior teeth in sliding mechanics.</a> Angle. 79 (6), 1102-1107 (2009).</li>
<li>Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+finite+element+method%3A+A+tool+to+study+orthodontic+tooth+movement%5BTitle%5D)+AND+%22J+Dent+Res%22%5BJournal%5D)">The finite element method: A tool to study orthodontic tooth movement.</a> J Dent Res. 84 (5), 428-433 (2005).</li>
<li>Fotos, P. G., Spyrakos, C. C., Bernard, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthodontic+forces+generated+by+a+simulated+archwire+appliance+evaluated+by+the+finite+element+method%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthod%22%5BJournal%5D)">Orthodontic forces generated by a simulated archwire appliance evaluated by the finite element method.</a> Angle Orthod. 60 (4), 277-282 (1990).</li>
<li>Geramy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alveolar+bone+resorption+and+the+center+of+resistance+modification+%283-D+analysis+by+means+of+the+finite+element+method%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Orthod+Dentofacial+Orthop%22%5BJournal%5D)">Alveolar bone resorption and the center of resistance modification (3-D analysis by means of the finite element method.</a> Am J Orthod Dentofacial Orthop. 117 (4), 399-405 (2000).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

正畸弓丝已通过多种方法进行了研究8,9,10,11。尽管也对其多种力学性能进行了评估，但很少用于分析其将产生的力系12,13,14,15。三点弯曲试验常用于评估正畸弓丝，但通常在无任何弯制的直弓丝上进行。体外评估通常被优化为仅同时观察1至2个变量，这使得结果难以直接适用于临床情况。本研究的重点是通过实验确定在矩形弓丝上、沿托槽间距离不同位置设置的垂直V形曲在2×4矫治装置中所产生的三维力系。该方案与以往分析V形曲力学的方法有显著不同。这是首次建立真实的体外实验装置，利用纳米传感器模拟双托槽-弓丝...

临床正畸治疗的一个重要方面是了解多托槽矫治器所产生的力系统。对潜在生物力学原理的清晰理解有助于实现可预测的治疗效果，并将潜在副作用降至最低1。近年来，正畸领域呈现出一种趋势，即通过托槽位置和设计来增加激活量，从而减少在弓丝上弯制弯曲的操作；然而，全面的正畸治疗仍然需要在弓丝上进行弯制。在不同类型和尺寸的弓丝上施加弯曲，可产生多种多样的力系统，适用于不同类型的牙齿移动。尽管在考虑多颗牙齿时，力系统可能变得相当复杂，但一个有益的起点是采用简单的双托槽系统。
迄今为止，V形弯曲力学主要仅通过数学模型在二阶情况下进行分析1,2,3,4,5 和/或基于计算机的分析/模拟6。这已使我们对弓丝与相邻托槽之间二阶相互作用所涉及的力系有了基本了解（图1。然而，这些方法在运行时需要施加特定的边界条件&#160;模拟结果在实际临床情况下可能并不成立，且可能出现偏差。最近，一种新型 体外 提出了一种涉及力传感器的模型，用于测量三维（3D）力和力矩，该模型不仅评估二阶弓丝-托槽相互作用，还涵盖三阶相互作用7然而，不同类型的弓丝在切牙至磨牙弓丝跨度的不同弯曲位置所产生的力系尚未被评估。此外，该研究仅涉及弹性正畸弓丝的评估，而这类弓丝并非牙齿移动过程中主要使用的弓丝。因此，本研究旨在评估在包含磨牙和切牙托槽的三维设置中，于不同位置放置V形弯曲时，矩形不锈钢弓丝和β-钛弓丝所产生的力系。临床医生在使用特定的弓丝-托槽组合纠正错𬌗畸形时，需要了解施加在牙列上的力系。
本研究所述技术旨在在全部三个空间平面上研究正畸力系统，以模拟临床实际情况。需要明确的是，临床上测量力系统极为困难，因此此类测量必须在体外进行&#160;in vitro。假设在实验室中由V形弯所产生的力系统，若在患者口腔内复制，其效果将相似。为此建立了一套工作流程，用于评估实验装置的配置方式（图2）。
正畸弓丝测试仪（OWT）是由正畸科与生物工程部门合作开发的一种创新产品 &amp;#38; 生物动力学实验室，康涅狄格大学健康中心，法明顿，康涅狄格州，美国图3）。它旨在精确模拟上颌牙齿在口腔内的排列以及部分口内环境，同时测量在三个空间平面上产生的力系统。OWT 的主要机械组件包括数据采集装置（DAQ）、纳米力/扭矩传感器、湿度传感器、温度传感器和一台个人计算机。测试装置置于具有温湿度控制功能的玻璃密闭箱内，以实现对口内环境的部分模拟。DAQ 作为上述三种传感器的接口：&#160;湿度传感器，力/力矩传感器&#160;热敏电阻器&#160;以及传感器位于平台上的测试装置&#160;(图3）。这些设备连接到一个软件程序。该软件是一个用于可视化编程的平台和开发环境，可用于控制多种类型的硬件。本研究选用该软件来实现矫治弓丝测试仪的自动化。
一系列铝制销钉被排列在测试装置上，用以代表上颌牙弓的牙齿。其中代表右侧中切牙和右侧第一磨牙的两个销钉连接至传感器/测力计（S1 和 S2）。测力计是一种机械装置，可测量在三个平面（x-y-z）上施加于其上的力和力矩：Fx、Fy 和 Fz；以及 Mx、My 和 Mz。这些销钉经过系统化定位，以形成特定的牙弓形态。各销钉之间的间距均依据正畸治疗患者中观察到的平均牙冠宽度精确测定并记录。本实验所采用的形态为基于标准模板设计的“卵圆形”牙弓。

<table><tbody><tr><td>力/扭矩&amp;nbsp; 传感器/换能器</td><td>Nano17 F/T 传感器,&amp;nbsp; ATI 工业自动化公司，美国北卡罗来纳州阿普莱克斯</td><td></td><td>OWT 的组成部分</td></tr><tr><td>CHS 系列湿度&amp;nbsp; 传感器单元</td><td>&amp;nbsp; TDK 公司</td><td></td><td>OWT 的组成部分</td></tr><tr><td>温度传感器</td><td>（村田 NTSDXH103FPB30 热敏电阻）村田制作所</td><td></td><td>OWT 的组成部分</td></tr><tr><td>LabVIEW 7.1.&amp;nbsp;</td><td>实验室虚拟仪器工程工作台，版本 7.1</td><td></td><td>软件程序</td></tr><tr><td>自锁托槽&amp;nbsp;</td><td>Empower 系列，美国正畸公司</td><td></td><td>正畸托槽</td></tr><tr><td>不锈钢弓丝</td><td>Ultimate Wireforms 公司，美国康涅狄格州布里斯托尔</td><td></td><td>弓丝</td></tr><tr><td>β-钛合金弓丝</td><td>Ultimate Wireforms 公司，美国康涅狄格州布里斯托尔</td><td></td><td>弓丝</td></tr><tr><td>数据采集设备 (DAQ)</td><td>美国国家仪器公司 (NI) USB 6210</td><td></td><td>OWT 的组成部分</td></tr><tr><td>Ortho Form III（弓形模板）</td><td>3M 口腔护理公司，美国明尼苏达州圣保罗</td><td></td><td>卵圆形弓形</td></tr><tr><td>Weingart 钳</td><td>Hu-Friedy 制造公司，美国伊利诺伊州芝加哥</td><td></td><td>正畸钳</td></tr><tr><td>细丝钳</td><td>Hu-Friedy 制造公司，美国伊利诺伊州芝加哥</td><td></td><td>正畸钳</td></tr></tbody></table>

带有垂直v形弯曲的力系统：三维 体外 评估弹性与刚性矩形弓丝

Force System with Vertical V-Bends: A 3D In Vitro Assessment of Elastic and Rigid Rectangular Archwires

正确认识各种正畸矫治器所产生的力系统，可使临床治疗更加高效且可预测。为评估力系统而将复杂的多托槽矫治装置简化为简单的双托槽系统，是实现这一目标的第一步。然而，目前有关此类正畸生物力学的研究大多局限于二维实验研究、计算机建模/分析或对现有模型的理论推演。本实验方案的目的是设计、构建并验证一种 体外 一种能够测量置于两个托槽之间的带V形弯的弓丝所产生的力与力矩的三维模型。其他目标包括比较不同类型弓丝所产生的力系统，并与以往模型进行对比。为此，模拟了一个代表磨牙与切牙的2×4矫治装置。构建了一套正畸弓丝测试仪（OWT），该装置由两个多轴力传感器（纳米传感器）组成，矫治托槽固定于其上。这些传感器能够测量三维空间中各个平面上的力系统。测试了两种类型的弓丝——不锈钢和β-钛合金，每种包含三种不同尺寸（0.016 × 0.022英寸、0.017 × 0.025英寸和0.019 × 0.025英寸）。每根弓丝在特定位置以预设角度系统地施加一个垂直V形弯。在磨牙与切牙托槽之间的11个不同位置，将相同的V形弯复制到各类弓丝上。这是首次尝试 体外 使用不同弓丝上的V形弯曲来模拟正畸矫治器。

每个传感器在传感器板中心所受到的总力和总力矩由其三个正交分量表示：Fx、Fy 和 Fz 分别表示沿 x 轴、y 轴和 z 轴方向的力；Mx、My 和 Mz 分别表示绕这三个轴的力矩。传感器的初始测量值通过数学方法转换为托架所受的力和力矩值（图7）。
根据原始数据，绘制了一系列图表，显示了相对于各个牙齿坐标系的磨牙（Fzm）和切牙托槽（Fzi）处的垂直力、磨牙托槽处的力矩（近远中倾斜，Mxm），以及切牙托槽处的力矩/转矩（唇舌向倾斜，Mxi）随 a/L 比值的变化关系。a/L 比值表示每个 V 形弯曲在近远中方向上的位置，其中“a”为切牙托槽远中边缘到 V 形弯顶点的距离，“L”...

本文所述方法旨在构建并验证一种 体外 能够测量置于两个托槽之间带有V形弯的不同弓丝所产生的力系统的三维模型。其他目标包括将该力系统与不同类型的弓丝以及既往模型进行比较。

带有垂直V形弯曲的力系统：三维 体外 评估弹性与刚性矩形弓丝

正畸矫治器所产生的力系统的正确理解可使患者的治疗更加高效且可预测。减少……

所述装置将常规临床使用的12个托槽减少至仅两个。这极大地简化了我们对矫治器工作原理的理解，同时也为类似矫治器的测试和改进提供了设计蓝图。本实验解答了与V形弯曲所产生的变异及其力系相关的一些关键问题。当将这些弓丝放置于切牙至磨牙弓形跨度的不同位置时，该主要装置的意义在于有助于设计出具有更可预测力系的正畸矫治器，这在临床层面意味着更可预期的治疗结果。开始此操作时，将一根0.021 × 0.025英寸的不锈钢卵圆形上颌弓丝插入托槽槽沟中。然后，将测试装置放入玻璃室中。检查是否存在意外的弓丝激活情况。对弓丝的任何加力操作都会自动产生一个力系统，并显示在计算机屏幕上。如果观察到弓丝有任何加力，需重新调整托槽位置，并再次检查。为制作模板弓丝，请将一根弓丝放入测试装置中。然后，使用永久性记号笔标示出中线、切牙托槽远端紧邻的一点以及磨牙管近端紧邻的一点。对弓丝的对侧同样进行标记。接下来，将带有标记点的弓丝转移到坐标纸上。在其上精确复制弓丝的形态，该复制品可用于确定样本中所有弓丝V形弯的位置。然后，计算从I点到M点的弓丝段L的周长。接下来，从I点到M点标记11个点，每个点为未来V形弯的位置。将各点依次标记为a0至a10。确保每个弯曲位置之间的间距相等。通过计算每个位置的 a/L 值，为每个弯曲位置获得一个唯一的数值。放置 V 形弯曲时，从样本中取一根新的弓丝，并将其放置在模板坐标纸上。然后，将11个弯曲位置中的一个双侧转移至弓丝上。使用矩形弓丝钳或细丝钳，在弓丝两侧制作对称的V形弯曲。将弓丝放置在平坦的平台上，并用量角器检查弓丝两端所形成的角度。如有必要，调整末端，使形成 150 度的角度。随后，对样本中的所有弓丝重复上述操作。为测量力系统，请打开数据记录软件程序。为待保存的数据创建一个新文件夹。然后，单击“运行”以启动软件。程序将实时显示每个传感器处的三个力和三个力矩值。等待约10至15秒，直至数据记录软件中的波动停止。确保力系统所有分量的图线均呈现为一条水平直线。注意，每个传感器处的全部六项测量值均应显示为可忽略的微小数值。轻轻将测试装置从平台取下。使用Weingart钳将弓丝插入磨牙管中。接着，用牙周探针打开切牙托槽的门。抬起弓丝的前部，将其插入托槽槽沟中。确保弓丝的中线与测试装置的中线对齐。将弓丝放入托槽槽沟后，若因调整需要取下弓丝，则不可再次使用同一根弓丝，必须更换新的弓丝重新插入。随后，将测试装置放回平台，并关闭玻璃室的门。将温度设置为37°C，等待1分钟，使玻璃室内的温度达到平衡。点击软件上的“开始保存”按钮，让软件至少保存和传输数据10秒。再次点击“开始保存”按钮以结束数据传输，然后点击“停止”。注意每个测量周期会在10秒内为每个组件生成100个读数。对特定弯曲位置的10根弓丝重复上述步骤，并对所有弯曲位置和类型的弓丝重复该过程。为了评估误差，打开数据记录的软件程序。创建一个用于保存数据的新文件夹。然后，点击“运行”以启动软件。该程序将实时显示每个传感器上的三个力和三个力矩值。等待大约 10-15 秒，直至数据记录软件中的波动停止。确保软件中力系统所有分量的图形曲线均呈现为一条水平直线。将测试装置从平台取下。使用轻型剪线钳，将一段0.021 × 0.025英寸不锈钢丝的一端弯成一个小钩。从远中侧将弓丝的自由端插入磨牙管中。接下来，将测试装置放回平台。将已知重量的重物挂在挂钩上，并移除任何干扰，使重物在垂直平面内自由悬挂。关闭玻璃腔室的门。单击软件上的“开始保存”按钮，让软件保存并传输数据至少 10 秒。再次单击“开始保存”按钮以结束数据传输，然后单击“停止”。转到包含已保存数据的文档，将数据集导出至自定义设计的数据分析电子表格中，并对切牙托槽重复进行误差评估操作。六种弓丝类型的垂直力均呈现对称且线性的模式。当V形弯曲靠近任一支托时，垂直力增大。当弯曲进一步远离该位置时，垂直力逐渐增加。然而，各个垂直力的方向相反。不锈钢弓丝产生的力系统明显大于β-钛弓丝。令人意外的是，两种弓丝在两个托槽处产生的相对力系统，无论是在弓丝尺寸还是类型方面，都非常相似。相比之下，力矩表现出非线性且不对称的模式。当V形弯曲靠近磨牙管时，Mxi出现平坦化，以及磨牙管处力矩方向在ax/L从0.0到0.2范围内的反转，这在所有弓丝中均相似，可能反映了弓丝-托槽相互作用及托槽方向更本质的特性。两个托槽力矩的比值在所有测试弓丝中均显示出某些特定模式，并可归纳为三种不同的模式。该方法除用于V形弯曲外，还可应用于众多其他临床场景。我们已开始测试其中部分应用场景，近期计划将此类数据直接与相似设置的有限元法（FEM）模拟相结合。该方法将有助于理解并预测患者的临床治疗效果。这将是根据患者需求定制治疗方案的一大重要进步。

force-system-with-vertical-v-bends-3d-vitro-assessment-elastic-rigid

Research

科研

JoVE Journal

Bioengineering

生物工程

垂直 V 形弯曲力系统: 3D 弹性和刚性矩形矫正线的体外评价

本研究旨在模拟动脉壁天然的三层结构。为实现这一目标，采用静电纺丝技术，使用3-1（输入-输出）喷嘴，以及聚己内酯、弹性蛋白和胶原蛋白的混合物。...

三层层电纺丝技术模拟天然动脉结构：基于聚己内酯、弹性蛋白和胶原蛋白的初步研究

静电纺丝支架可在制备后进行加工，以用于组织工程应用。本文介绍了制备复杂结构支架的方法（通过连续纺丝）、制备更厚支架的方法（通过多层叠加并采用热处理或蒸汽退火）、实现无菌性的方法（无菌制备或制备后灭菌），以及获得适宜生物力学性能的方法。...

组织工程用静电纺丝纤维的后期加工处理

在狭窄的动脉弯曲处植入支架后，容易发生涉及支架完全横向断裂及断裂部分线性位移的“IV型”失效。本文介绍了一种用于检测临床相关“IV型”支架失效下游弯曲动脉模型中二次流（涡旋）结构的实验方案。...

180°弯曲动脉测试段中IV型支架失效模型下游二次流动结构的实验研究

本文介绍一种通过三轴点胶系统采用自动直写工艺制备自由悬挂的微米/亚微米级聚合物纤维及“网状”结构的实验方案。...

通过机器人分配系统实现悬浮微米/亚微米级纤维结构的预定三维直写

我们的目标是设计、制造并测试用于捕获内皮细胞的铁磁性支架。对10个支架进行了断裂测试，另10个支架进行了残余磁性测试。最后，对10个支架进行了测试 体外...

用于内皮细胞捕获与滞留的铁磁性裸金属支架

本文介绍了用于手术操作器的柔性单元的设计与制造。该基础模块包含三个柔性流体驱动器，以实现全向弯曲和伸长，以及一个基于颗粒阻塞的机制，以实现刚度控制。同时报道了完整的机械表征结果。...

用于微创手术中软体模块化机器人的弹性单元设计与制造

主动脉瓣反流是一种主动脉瓣心脏疾病。本论文展示了如何利用四维流动磁共振成像评估主动脉瓣反流 体外...

体外 四维血流磁共振成像评估主动脉瓣反流

建立了一组新型的外科辅助快速腭扩张（SARPE）有限元模型，这些模型可通过不同角度的颊侧截骨实现临床所需的扩弓器激活量，以进一步分析上颌半骨块在三维方向上的扩张模式。...

用于评估外科辅助快速腭扩张扩张模式的有限元分析模型

本文介绍了一种利用创新性开口器在小鼠中建立牙髓炎模型的简化方案，并随后进行组织学分析。...

建立用于牙髓炎研究的新型开口器小鼠牙髓暴露模型

本文逐步演示了一种在小鼠上颌模型上可操作的正畸牙齿移动方案。通过每一步骤的详细说明和可视化展示，研究人员可掌握该模型，并稍作修改后应用于自身的实验需求。...

小鼠上颌正畸模型的建立

了解正畸V形弯曲力系统的三维体外评估方法。该研究通过简化托槽装置分析不同弓丝产生的力学特性，为临床可预测的正畸器械设计提供重要参考依据。

带有垂直V形弯曲的力系统：三维体外评估弹性与刚性矩形弓丝

探索更多视频

带有垂直V形弯曲的力系统：三维 体外 评估弹性与刚性矩形弓丝

探索更多视频

带有垂直V形弯曲的力系统：三维体外评估弹性与刚性矩形弓丝