Methodenartikel

System mit vertikal V-Kurven zu zwingen: eine 3D In-vitro- Bewertung der elastisch und starr rechteckigen Bögen

DOI:

10.3791/57339

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24. Juli 2018

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1Division of Orthodontics, University of Connecticut Health, 2Private Practice, 3Department of Orthodontics, University of Melbourne, 4Department of Orthodontics, University of Nebraska Medical Center, 5Department of Craniofacial Sciences, University of Connecticut Health, 6Biomedical Engineering, University of Hartford, 7Department of Mechanical Engineering, College of Engineering and Engineering Technology, Northern Illinois University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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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.

Zusammenfassung

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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.

Einleitung

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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.

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Protokoll

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1. Versuchsaufbau

  1. Markieren Sie die genaue Position für die Platzierung von molaren Rohren und Schneidezahn Klammern auf die Aluminium-Stöpsel von der OWT mit einem angepassten "Jig".
  2. Bond-Standard selbst Ligation Klammern mit composite-Material. 40 Sekunden lichthärten.
  3. Legen Sie eine 0,021 x 0,025-Zoll Edelstahl (SS) "eiförmige" maxillaris bracketslot in die Schlitze der Halterung.
  4. Ort der Prüfung Apparat in der Glas-Kammer.
  5. Überprüfen Sie für jede unbeabsichtigte bracketslot Aktivierung. Jede Aktivierung der bracketslot erstellt automatisch eine Kraft-System, das auf dem Computerbildschirm angezeigt wird.
  6. Positionieren Sie die Klammern, wenn jede bracketslot Aktivierung beobachtet wird. Wiederholen Sie die Schritte 1.2-1.5.

2. Herstellung von einer Vorlage Bracketslot (Abbildung 4)

  1. Legen Sie einen Bogen (0,021 x 0,025 SS) in den Tests Apparat.
  2. Einen permanenten-Marker zu verwenden, um Folgendes anzugeben: (1) der Mittellinie, (2) einem Punkt unmittelbar distal der Schneidezahn-Halterung (I) und (3) einen Punkt sofort mesial der molaren Rohr (M). Machen Sie dasselbe auf der kontralateralen Seite des der bracketslot. Dies ist die Vorlage drahtbogen.
  3. Übertragen Sie der Bogen mit den markierten Punkten auf einem Millimeterpapier.
  4. Machen Sie eine genaue Nachbildung der Bogen auf dem Millimeterpapier.
    Hinweis: Diese Zeichenpapier mit Maßeinteilung kann verwendet werden, um die Position der V-Kurve für alle Bögen der Probe bestimmen.
  5. Berechnen Sie den Umfang des drahtbogen Segments (L) von I bis M.
  6. Markieren Sie nun, 11 Punkte von I, M. Jeder Punkt ist eine spätere Position V-Kurve.
    1. Beschriften Sie jeden Punkt von0 bis10.
    2. Stellen Sie sicher, dass jede Kurve Position um den gleichen Betrag vom anderen getrennt ist.
  7. Erhalten Sie eine einzigartige Zahl/Verhältnis für jede Kurve Position durch die Berechnung einer / L für jede Position.

3. Platzierung der V-Kurven

  1. Nehmen Sie einen neuen Bogen aus der Probe.
  2. Legen Sie es auf die Vorlage bracketslot/Zeichenpapier mit Maßeinteilung und übertragen Sie eines der elf Biegepositionen bilateral auf den Bogen.
  3. Verwenden Sie eine rechteckige bracketslot Zange oder ein Kabel Zange, um symmetrische V-Kurven an den beiden Positionen zu machen.
  4. Legen Sie den Bogen auf ein Glas Platte/flache Plattform und überprüfen Sie die Messung des Winkels von den beiden Enden des metallbogens mit einem Winkelmesser gemacht.
  5. Einstellen Sie die enden bei Bedarf so, dass ein Winkel von 150° erstellt wird.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5 für alle Bögen der Probe.

(4) Messsystem die Kraft (Abb. 5 und 6)

  1. Öffnen Sie das Software-Programm zur Erfassung von Daten (siehe Tabelle der Materialien).
  2. Erstellen Sie einen neuen Ordner für die Daten in gespeichert werden.
  3. Klicken Sie auf "ausführen", um die Software zu starten. Das Programm wird jedes der drei Kräfte und drei aktuelle Werte bei jeder Sensor in Echtzeit anzeigen.
  4. Warten Sie ca. 10-15 Sekunden für die Schwankungen im Data-recording Software zu stoppen. Sicherstellen Sie, dass die Grafik-Linien auf die Software für alle Komponenten der Kraft System Show "flache" Linie.
    Hinweis: alle sechs Messungen an jeder Sensor zeigen vernachlässigbare Werte (Kräfte < 1 g und Momente < 10 g mm).
  5. Entfernen Sie vorsichtig die "Test-Apparat" von der Plattform. Verwenden Sie ein Weingart Zange, um einen Bogen in die molaren Röhrchen einfügen.
  6. Öffnen Sie die Tür der Schneidezahn Halterung mit einer parodontalen Scaler.
  7. Heben Sie den vorderen Teil der bracketslot und fügen Sie es in die Halterung Slot. Stellen Sie sicher, dass die Mittellinie der Bogen mit der Mittellinie des Tests Apparates zusammenfällt.
  8. Der Test Apparat auf die Plattform zurück und schließen Sie die Tür der Kammer Glas.
  9. Stellen Sie die Temperatur bei 37 ° C. Warten Sie eine Minute, bis die Temperatur der Kammer Glas anpassen.
  10. Klicken Sie auf die Software auf "sparen" und lassen Sie die Software speichern/Übermittlung von Daten für mindestens 10 Sekunden. Klicken Sie auf "sparen" erneut, um die Datenübertragung zu beenden, dann klicken Sie auf "beenden".
    Hinweis: Jeder Messzyklus erzeugt 100 Lesungen im 10-Sekunden-Zeitraum für die einzelnen Komponenten (FX, FyFZ, MX, M,yund M-Z).
  11. Gehen Sie zu dem Dokument mit den gespeicherten Daten und kopieren/Export den Datensatz mit einem benutzerdefinierten gestaltete Daten Analyse Arbeitsblatt (siehe Ergänzende Tabelle). Wählen Sie die richtige Positionsnummer V-Kurve und die spezifischen Draht-Probe die Daten eingefügt werden sollen.
  12. Wiederholen Sie die Schritte 4,3 bis 4.11 für 10 Bögen dieser bestimmten Kurve Stellung.
  13. Nun kopieren Sie die berechnete Mittel und Standardabweichungen für die Bögen in eine separate Tabelle um eine grafische Darstellung der Daten zu erstellen.
  14. Wiederholen Sie die Schritte 4.2 bis 4.13 für alle Biegepositionen und Arten von Bögen.
    Hinweis: Die Bögen sind aus Edelstahl (SS) und Beta-Titan (ß-Ti), mit folgenden Größen: 0,016 x 0,022 Zoll, 0,017 x 0,025 Zoll und 0,019 x 0,025 Zoll.

5. die Fehlerauswertung

  1. Starten Sie die Computer/Software wie 4.1-4.4 beschrieben
  2. Die "Test-Apparat" von der Plattform zu entfernen.
  3. Erhalten Sie treppenlänge 0,021 x 0,025-Zoll SS Draht. Verwenden ein Kabel-Zange, biegen Sie ein Ende des Drahtes in einem kleinen Haken. Legen Sie das freie Ende der bracketslot in das molare Rohr von der distalen Seite.
  4. Legen Sie den Test Apparat zurück auf die Plattform.
  5. Befestigen Sie ein bekanntes Gewicht (50 g) an den Haken. Lassen Sie es frei in der vertikalen Ebene hängen, durch jede Art von Störungen zu entfernen. Schließen Sie die Tür der Kammer Glas.
  6. Führen Sie die Schritte 4.10-4.11.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 der Schneidezahn-Halterung.
  8. Geben Sie die Fz-Werte für die Klammern und Mx für die molare Röhre als "Messwert."
  9. Jetzt gelten die Gleichungen des Gleichgewichts (siehe Ergänzungstext) zur Berechnung der "Erwartungswert".

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Ergebnisse

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Die Gesamtkraft und Gesamtmoment von jedem Sensor in der Mitte des die Sensorplatte erlebt werden durch ihre drei orthogonalen Komponenten dargestellt: FX, Fyund FZ vertritt die Kräfte entlang der x-Achse, die y-Achse und die z-Achse, bzw.; und MX, M,yund MZ vertritt die Momente um die gleiche Achsen. Die ersten Messungen an die Sensoren sind mathematisch in der Kraft- und Werte erfahren durch die Halterung (

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Diskussion

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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-B...

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Kraft/Drehmoment  Sensoren/WandlerNano17 F/T Sensoren  ATI Industrial Automation, Apex, NC, USATeil der OWT
CHS-Serie Feuchte  Sensoreinheiten  TDK CorporationTeil der OWT
Temperatursensoren(Murata NTSDXH103FPB30 Thermistor) Murata Manufacturing Co., LtdTeil der OWT
LabVIEW 7.1.Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, Version 7.1Softwareprogramm
Selbstligierende Brackets Empower Series, Amerikanische Kieferorthopädie.Kieferorthopädische Brackets
Edelstahl-BögenUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTBögen
Beta-Titan-BögenUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTBögen Datenerfassungsgerät
(DAQ)National Instruments (NI) USB 6210Teil des OWT
Ortho Form III (Archform-Vorlage)3M Oral Care, St. Paul, MN, USAEiförmige Bogenform
Weingart ZangeHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILKieferorthopädische Zange
Leichte DrahtzangeHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILKieferorthopädische Zange

Referenzen

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