System mit vertikal V-Kurven zu zwingen: eine 3D In-vitro- Bewertung der elastisch und starr rechteckigen Bögen
24. Juli 2018
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.
Die beschriebene Apparatur reduziert einen normalen klinischen Satz von 12 Brackets auf nur zwei. Dies vereinfacht unser Verständnis der Funktionsweise eines Geräts erheblich. Es bietet auch eine Blaupause zum Testen und Vornehmen von Änderungen an ähnlichen Appliances.
Dieses Experiment beantwortet einige Schlüsselfragen im Zusammenhang mit der Variation und dem Kraftsystem, das durch V-Biegungen erzeugt wird. Wenn diese Bänder an verschiedenen Stellen entlang des Schneidezahnbogens platziert werden, spannt sich der Backenzahnbogen. Die Implikationen dieses wichtigen Geräts tendieren dazu, kieferorthopädische Geräte mit einem besser vorhersehbaren Kraftsystem zu entwickeln, was auf klinischer Ebene vorhersehbarere Ergebnisse implizieren würde.
Um diesen Vorgang zu starten, führen Sie einen 0,021 x 0,025 Zoll großen eiförmigen Oberkieferbogen aus Edelstahl in die Schlitze der Halterung ein. Stellen Sie dann das Prüfgerät in die Glaskammer. Überprüfen Sie, ob ein unbeabsichtigter Drahtbogen aktiviert wurde.
Jede Aktivierung des Bogens erzeugt automatisch ein Kraftsystem, das auf dem Computerbildschirm angezeigt wird. Wenn eine Aktivierung des Bogens beobachtet wird, positionieren Sie die Brackets neu und überprüfen Sie es erneut. Um einen Schablonenbogen herzustellen, legen Sie einen Bogen in die Prüfvorrichtung.
Verwenden Sie dann einen Permanentmarker, um die Mittellinie zu markieren, einen Punkt unmittelbar distal des Schneidezahnbrackets und einen Punkt unmittelbar mesial zum Molarenrohr. Machen Sie dasselbe für die kontralaterale Seite des Bogens. Übertragen Sie als Nächstes den Bogen mit den markierten Punkten auf Millimeterpapier.
Machen Sie darauf eine genaue Nachbildung des Bogens, mit der die Position des V-Bogens für alle Bögen der Probe bestimmt werden kann. Berechnen Sie dann den Umfang des Bogensegments L von I nach M.Markieren Sie nun 11 Punkte von I nach M.Jeder Punkt ist eine zukünftige V-Bogenposition. Beschriften Sie jeden Punkt von a0 bis a10.
Stellen Sie sicher, dass jede Biegeposition gleich stark voneinander getrennt ist. Erhalten Sie eine eindeutige Nummer für jede Biegeposition, indem Sie den A/L für jede Position berechnen. Um die V-Bögen zu platzieren, nehmen Sie einen neuen Bogen aus der Probe und legen Sie ihn auf das Vorlagenmillimeterpapier.
Übertragen Sie dann eine der 11 Biegepositionen bilateral auf den Bogen. Verwenden Sie eine rechteckige Drahtzange oder eine leichte Drahtzange, um symmetrische V-Bögen an beiden Seiten zu machen. Legen Sie den Bogen auf eine ebene Plattform und überprüfen Sie den Winkel der beiden Enden des Bogens mit einem Winkelmesser.
Passen Sie die Enden bei Bedarf so an, dass ein Winkel von 150 Grad entsteht. Wiederholen Sie anschließend die Verfahren für alle Bögen der Probe. Um das Kraftsystem zu messen, öffnen Sie das Softwareprogramm zur Datenaufzeichnung.
Erstellen Sie einen neuen Ordner für die zu speichernden Daten. Klicken Sie dann auf Ausführen, um die Software zu starten. Das Programm zeigt jede der drei Kräfte und drei Momentenwerte an jedem Sensor in Echtzeit an.
Warten Sie etwa 10 bis 15 Sekunden, bis die Schwankungen in der Datenaufzeichnungssoftware aufhören. Stellen Sie sicher, dass die Diagrammlinien für alle Komponenten des Kraftsystems eine flache Linie anzeigen. Beachten Sie, dass alle sechs Messungen an jedem Sensor vernachlässigbare Werte anzeigen.
Entfernen Sie das Prüfgerät vorsichtig von der Plattform. Führen Sie mit einer Weingart-Zange einen Bogen in die Backenzähne ein. Öffnen Sie anschließend die Tür des Schneidezahnbrackets mit einem Parodontalscaler.
Heben Sie den vorderen Teil des Bogens an und führen Sie ihn in die Schlitze der Halterung ein. Stellen Sie sicher, dass die Mittellinie des Bogens mit der Mittellinie des Prüfgeräts übereinstimmt. Wenn der Bogen nach dem Einsetzen des Bogens in die Schlitze der Halterung abgenommen werden muss, um einige Anpassungen vorzunehmen, kann derselbe Bogen nicht verwendet werden und es muss ein neuer Bogen eingesetzt werden.
Stellen Sie anschließend das Prüfgerät wieder auf die Plattform und schließen Sie die Tür der Glaskammer. Stellen Sie die Temperatur auf siebenunddreißig Grad Celsius ein und warten Sie eine Minute, bis sich die Temperatur der Glaskammer angepasst hat. Klicken Sie in der Software auf die Schaltfläche Speichern starten und lassen Sie die Software Daten mindestens 10 Sekunden lang speichern und übertragen.
Klicken Sie erneut auf die Schaltfläche Speichern starten, um die Datenübertragung zu beenden, und klicken Sie dann auf STOPP. Beachten Sie, dass jeder Messzyklus 100 Messwerte über den Zeitraum von 10 Sekunden für jede Komponente generiert. Wiederholen Sie die Verfahren für die 10 Bögen dieser bestimmten Biegeposition sowie für alle Biegepositionen und Arten von Bögen.
Um den Fehler auszuwerten, öffnen Sie das Softwareprogramm zur Datenaufzeichnung. Erstellen Sie einen neuen Ordner für die zu speichernden Daten. Klicken Sie dann auf Ausführen, um die Software zu starten.
Das Programm zeigt jede der drei Kräfte und drei Momentenwerte an jedem Sensor in Echtzeit an. Warten Sie ca. 10-15 Sekunden, bis die Schwankungen in der Datenaufzeichnungssoftware aufhören. Stellen Sie sicher, dass die Diagrammlinien in der Software für alle Komponenten des Kraftsystems eine flache Linie anzeigen.
Entfernen Sie das Prüfgerät von der Plattform. Biegen Sie mit einer Leichtdrahtzange ein Ende einer geraden Länge von einem 0,021 x 0,025 Zoll Edelstahldraht zu einem kleinen Haken. Führen Sie das freie Ende des Bogens von der distalen Seite in das Molarenrohr ein.
Platzieren Sie anschließend das Prüfgerät wieder auf der Plattform. Befestigen Sie ein bekanntes Gewicht am Haken und lassen Sie es frei in der vertikalen Ebene hängen, indem Sie jede Art von Interferenz entfernen. Schließen Sie die Tür der Glaskammer.
Klicken Sie in der Software auf die Schaltfläche Speichern starten und lassen Sie die Software Daten mindestens 10 Sekunden lang speichern und übertragen. Klicken Sie erneut auf die Schaltfläche Speichern starten, um die Datenübertragung zu beenden, und klicken Sie dann auf STOPP. Wechseln Sie zu dem Dokument, das die gespeicherten Daten enthält, exportieren Sie den Datensatz in eine benutzerdefinierte Datenanalysetabelle und wiederholen Sie die Fehlerbewertungsverfahren für die Schneidezahnklammer.
Die vertikalen Kräfte zeigen für jeden der sechs Drahttypen ein symmetrisches und lineares Muster. Je näher die V-Biegung an eine der beiden Halterungen heranrückt, desto höher werden die vertikalen Kräfte. Wenn die Biegung weiter über diesen Punkt hinaus verschoben wird, nimmt die vertikale Kraft allmählich zu.
Die Richtungen der einzelnen Vertikalkräfte sind jedoch umgekehrt. Edelstahl-Bögen erzeugen ein deutlich größeres Kraftsystem als Beta-Titan-Bögen. Überraschenderweise ist das relative Kraftsystem, das an den beiden Klammern durch die Bögen erzeugt wird, sowohl in Bezug auf die Größe als auch auf die Art des Bogens, ziemlich ähnlich.
Im Gegensatz dazu zeigen die Momente ein nichtlineares und asymmetrisches Muster. Die Abflachung von Mxi, wenn V-Bögen in der Nähe des Molarenrohrs platziert werden, sowie die Umkehrung der Momentenrichtung im Molarenrohr von ax/L von 0,0 auf 0,2 war für alle Bögen ähnlich und stellt möglicherweise eine grundlegendere Natur der Wechselwirkung der Bogenhalterung und der Bracketausrichtung dar. Das Verhältnis des Moments der beiden Klammern zeigt einige spezifische Muster, die bei allen getesteten Bögen beobachtet wurden, und kann in drei verschiedene Muster eingeteilt werden.
Dieser Ansatz kann neben V-Bögen auch in zahlreichen anderen klinischen Szenarien eingesetzt werden. Wir haben bereits damit begonnen, einige davon zu testen, und in naher Zukunft prüfen wir, ob wir diese Daten direkt in FEM-Simulationen für ähnliche Aufbauten integrieren können. Dieser Ansatz wird dazu beitragen, die klinischen Ergebnisse bei Patienten zu verstehen und vorherzusagen.
Dies wird ein großer Schritt sein, um die Behandlung an die Bedürfnisse des Patienten anzupassen.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein innovatives in-vitro-3D-Modell vor, das entwickelt wurde, um das Kraftsystem zu messen, das von verschiedenen Drahtbögen mit V-Biegungen erzeugt wird, die zwischen zwei Brackets positioniert sind. Die Forschung zielt darauf ab, das Verständnis von kieferorthopädischen Apparaturen zu vereinfachen und die Vorhersagbarkeit klinischer Ergebnisse zu verbessern.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Kieferorthopädie
- Biomechanik
- In-vitro-Modellierung
Hintergrund
- Herkömmliche kieferorthopädische Apparaturen beinhalten oft mehrere Brackets, was die Kraftanalyse erschwert.
- Das Verständnis von Kraftsystemen ist entscheidend für eine wirksame kieferorthopädische Behandlung.
- V-Biegungen in Bögen können die Kraftverteilung erheblich beeinflussen.
- Diese Studie zielt darauf ab, die Einschränkungen früherer Modelle zu beheben.
Zweck der Studie
- Ein vereinfachtes Modell zur Analyse orthodontischer Kräfte aufzustellen.
- Die durch unterschiedliche Bögen erzeugten Kraftsysteme miteinander zu vergleichen.
- Die Wirksamkeit des neuen Modells im Vergleich zu bestehenden Methoden zu überprüfen.
Verwendete Methoden
- Entwicklung eines 3D-in-vitro-Modells mit reduzierten Bracket-Systemen.
- Messung der von Bögen mit V-Biegungen erzeugten Kraftsysteme.
- Vergleichende Analyse verschiedener Bogen-Typen.
- Überprüfung der Auswirkungen des Modells auf das Design orthopädischer Apparaturen.
Hauptergebnisse
- Das neue Modell vereinfacht die Analyse orthodontischer Kräfte.
- Unterschiedliche Positionen von V-Biegungen beeinflussen die Kraftverteilung erheblich.
- Die Ergebnisse deuten auf ein vorhersagbareres Kraftsystem mit der neuen Vorrichtung hin.
- Die Befunde unterstützen die Entwicklung verbesserter orthodontischer Apparaturen.
Schlussfolgerungen
- Das 3D-Modell stellt ein wertvolles Werkzeug für die kieferorthopädische Forschung dar.
- Das Verständnis von Kraftsystemen kann zu besseren klinischen Ergebnissen führen.
- Diese Studie legt den Grundstein für zukünftige Innovationen im Design kieferorthopädischer Apparaturen.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Die quantitative 3D-Bewertung von Kraftsystemen in kieferorthopädischen Bögen ermöglicht eine präzise Beurteilung biomechanischer Parameter, die für die Geräteentwicklung und die Vorhersagemodellierung entscheidend sind. Dieser Ansatz unterstützt die mechanistische Risikominimierung und Standardisierung in der frühen Entwicklungsphase von Geräten und fördert die translationale Kontinuität von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung. Die Methodik bietet eine wiederverwendbare Plattform zur vergleichenden Analyse von Material- und geometrischen Parametern in kieferorthopädischen Systemen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die systematische Untersuchung der Kraft- und Momentenentwicklung durch die Isolierung zentraler mechanischer Variablen.
- Ermöglicht die funktionelle Validierung von Gerätekomponenten durch direkte Messung biomechanischer Ausgangsgrößen.
- Erleichtert eine vorhersagbare Zuverlässigkeit hinsichtlich der Geräteleistung, indem die Variabilität des Kraftsystems über verschiedene Materialien und Geometrien hinweg quantifiziert wird.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet ein validiertes 3D-in-vitro-System zur reproduzierbaren Echtzeitmessung von Kräften und Momenten.
- Standardisiert die Testbedingungen für den vergleichenden Nachweis verschiedener Bogenzugtypen und -konfigurationen.
- Erzeugt quantitative Ergebnisse, die für nachgeschaltete Modellierungs- und Simulationsabläufe geeignet sind.
Translationale und präklinische Forschung
- Koppelt Daten aus In-vitro-Kraftsystemen mit computerbasierten Modellierungen (z. B. FEM-Simulationen) für eine translationale Vorhersagekraft.
- Ermöglicht die risikoadjustierte Weiterentwicklung von Geräteprototypen durch Klärung biomechanischer Leistungsschwellen.
- Unterstützt die Anpassung von Geräteparametern an patientenspezifische Anforderungen basierend auf quantitativer Kraftkartierung.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese 3D-Kraftmessplattform integriert sich in den Geräteentwicklungsprozess von der frühen Hypothesenprüfung über die präklinische Validierung bis hin zur simulationsbasierten Optimierung.
- Entdeckungsforschung: Quantifiziert den Einfluss der V-Biegungsposition und des Drahtträgermaterials auf die Kraftsystemgenerierung und unterstützt die mechanistische Risikominderung.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative Kraft- und Momentdaten für den vergleichenden Gerätevergleich.
- Analytik: Bietet sechsachsige Kraft- und Momentauslesungen, die eine robuste statistische Analyse und einen Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen ermöglichen.
- Translationale Forschung: Verbindet In-vitro-Messungen mit computergestützter Modellierung für die prädiktive Geräteentwicklung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine modulare Plattform, die an unterschiedliche Studien zu kieferorthopädischen und biomechanischen Geräten angepasst werden kann.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen in der Biomechanik von Vorrichtungen.
- Operationaler Wert: Fördert Standardisierung, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit in Kraftsystemtests.
- Strategischer Wert: Leitet Go/No-Go-Entscheidungen ein und optimiert die Ressourcenallokation in Entwicklungsprozessen für Vorrichtungen.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Gerätekandidaten basierend auf quantitativen biomechanischen Daten.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in Biomechanik, Kraftmessung und Datenanalyse.
- Benötigt Zugang zu mehrachsigen Kraftaufnehmern und Systemen zur Echtzeit-Datenerfassung.
- Setzt eine strenge, übergreifende Standardisierung des Assayaufbaus und der Datenverarbeitung zwischen Teams voraus.
- Kann bei Anpassung des Protokolls auf verschiedene Bogenlagematerialien und -geometrien angewendet werden.
- Zu den praktischen Einschränkungen gehören die Empfindlichkeit gegenüber der Positionierung der Brackets und der Handhabung der Bogenlage, wie durch das Protokoll belegt.
Biopharma-FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Experimental Set Up
1:31
Fabrication of a Template Archwire and Placement of V-bends
3:14
Measuring the Force System
5:15
Error Evaluation
6:51
Results: Graphical Representation of the Vertical Force and the Moment in the Transverse Plane at Two Brackets
8:08
Conclusion
