Artículo de método

Sistema Vertical V-se dobla la fuerza: una evaluación 3D In Vitro de arcos rectangulares rígidos y elásticos

DOI:

10.3791/57339

⸱

24 de julio de 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

En este artículo

Resumen

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

El método presentado aquí está diseñado para construir y validar un en vitro modelo 3D capaz de medir el sistema de fuerza generado por diferentes arcos con curvas en V colocado entre dos soportes. Objetivos adicionales son comparar este sistema de fuerza con diferentes tipos de arcos y a los modelos anteriores.

Resumen

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

Una comprensión adecuada del sistema de fuerza creado por varios aparatos de ortodoncia puede hacer el tratamiento de los pacientes eficaz y predecible. Reducción de los aparatos de multi-soporte complicados a un simple sistema de soporte de dos con el propósito de la evaluación del sistema de fuerza será el primer paso en esta dirección. Sin embargo, gran parte de la biomecánica ortodóncica en este sentido se limita a estudios experimentales 2D, modelado y análisis de la computadora o extrapolación teórica de los modelos existentes. El objetivo de este protocolo es diseñar, construir y validar un en vitro modelo 3D capaz de medir las fuerzas y momentos generados por un arco con una doblez en V colocaron entre dos soportes. Objetivos adicionales son comparar el sistema de fuerza generado por diferentes tipos de arcos entre sí mismos y a los modelos anteriores. Para ello, se ha simulado un aparato de 2 x 4 representación de una muela y un incisivo. Un probador de alambre ortodóntico (OWT) está construido que consta de dos transductores de fuerza de varios ejes o carga de las células (nanosensores) al que se unen los brackets de ortodoncia. Las células de carga son capaces de medir el sistema de fuerza en los tres planos del espacio. Se analizan dos tipos de arcos de alambre, acero inoxidable y titanio beta de tres tamaños diferentes (0.016 x 0.022 pulgadas, 0.017 x 0.025 pulgadas y 0.019 x 0.025 pulgadas). Cada conductor recibe una sola vertical V-bend sistemáticamente colocado en una posición específica con un ángulo predefinido. V-curvas similares se replican en diferentes arcos en 11 lugares diferentes entre el molar y el incisivo adjuntos. Esta es la primera vez que se ha intentado en vitro para simular una aplicación ortodóntica utilizando curvas en V de diversos arcos.

Introducción

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

Un aspecto importante del tratamiento ortodóncico es el conocimiento del sistema de fuerza producido por aparatos multibracket. Una comprensión clara de los principios biomecánicos subyacentes puede ayudar a obtener resultados predecibles y minimizar los posibles efectos secundarios1. Últimos años han visto una tendencia de colocar curvas en arcos con la construcción de mayor activación con la posición de soporte y diseño; sin embargo, el tratamiento ortodóncico todavía requiere colocación de curvas en arcos. Curvas, cuando se coloca en diversos tipos y tamaños de arcos, pueden crear una amplia variedad de sistemas de fuerza adecuada para diferentes tipos de movimiento dentario. Aunque los sistemas de fuerza pueden llegar a ser bastante complejos cuando se consideran múltiples dientes, un útil punto de partida puede implicar un sistema de soporte de dos simple.

Hasta la fecha, V-bend mecánica principalmente ha sido analizada en la segunda orden, utilizando modelos matemáticos1,2,3,4,5 o análisis de simulaciones basadas en computadora 6. esto ha producido una comprensión básica del sistema de fuerza en la segunda interacción del orden de los alambres del arco con los soportes adyacentes (figura 1). Sin embargo, estos métodos imponen ciertas condiciones de límite para ejecutar las simulaciones que no pueden ser verdaderas en situaciones clínicas reales y podrían ocurrir desviaciones. Recientemente, un en vitro modelo nuevo con transductores de fuerza fue propuesto para la medición de tres dimensiones (3D) fuerzas y momentos creados por evaluar no sólo segunda orden interacciones arco soporte sino también en el tercer orden7. Sin embargo, no se evaluó el efecto de diferentes tipos de arcos en el sistema de fuerza en varias posiciones de la curva a lo largo de la duración del arco molar incisivo. Además, el estudio sólo incluyó evaluación de arcos ortodoncia elástica, que no son los arcos primarios en que diente se produce movimiento. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar el sistema de fuerza creado por la colocación de un V-bend en diversas localizaciones en rectangular de acero inoxidable y arcos de titanio beta en un 3D configurar que implican los soportes molar e incisivo. Los clínicos necesitan conocer el sistema de fuerza aplicado en la dentición, cuando una combinación específica de la combinación de soporte de arco se utiliza para corregir una maloclusión.

La técnica descrita se ha desarrollado para estudiar el sistema de la fuerza ortodóncica en los tres planos del espacio, imitando la realidad clínica. Debe entenderse que es extremadamente difícil de medir el sistema de fuerza clínicamente; por lo tanto, tales medidas tienen que llevarse a cabo in vitro. Se supone que el sistema de fuerza creado por una curva en forma de V en el laboratorio sería similar si replicado en la boca del paciente. Se creó un flujo de trabajo para evaluar cómo la configuración experimental tiene que estar configurado (figura 2).

El probador de alambre ortodóntico (OWT) es un producto innovador desarrollado por la división de Ortodoncia en colaboración con la bioingeniería y laboratorio de biodinámica, salud de Connecticut, Farmington, CT, Estados Unidos (figura 3). Está diseñado para imitar con precisión la disposición de los dientes maxilares dentro de la boca y algunas condiciones intraorales mientras que proporciona mediciones del sistema de fuerza en los tres planos del espacio. Los principales componentes mecánicos de la OTT están un dispositivo de adquisición de datos (DAQ), nano sensores de fuerza/torsión, sensores de humedad, sensores de temperatura y un ordenador personal. El aparato de ensayo se coloca en una caja de vidrio con controles de temperatura y humedad. Esto permite una simulación parcial del ambiente intraoral. El DAQ sirve como interfaz para los tres sensores: sensor de humedad, sensor de fuerza/momento, termistor y el aparato de pruebas con los sensores situados sobre una plataforma (figura 3). Estos están vinculados a un programa de software. El software es una plataforma y un entorno de desarrollo para programación visual y se utiliza para controlar diferentes tipos de hardware. Se optó por automatizar el probador de alambre ortodóntico.

Una serie de clavijas de aluminio se disponen en el aparato de prueba para representar los dientes de la arcada maxilar. Dos de las espigas que representa la incisivo central derecha y derecha primer molar están conectadas a las células de carga de sensores (S1 y S2). Una célula de carga es un dispositivo mecánico que puede medir las fuerzas y momentos aplicadas a él en los tres planos (x-y-z): Fx, Fyy Fz; y Mx, Myy Mz. Las clavijas se colocan sistemáticamente para crear una forma de arco dental. Cada clavija se separa de otro por una medida precisamente grabada que se calcula mediante promedio dientes anchos como se observa en pacientes sometidos a tratamiento de ortodoncia. La forma elegida para el experimento es una forma de arco 'ovoide' creada a partir de una plantilla estandarizada.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

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

1. experimental configuración

  1. Marque la posición exacta para la colocación de los tubos molares y brackets de incisivos en las clavijas de aluminio de la OTT usando una 'plantilla' modificado para requisitos particulares.
  2. Adherir brackets autoligables estándar con material compuesto. Fotopolimerizar por 40 segundos.
  3. Inserte un arco maxilar 'ovoide' 0.021 x 0.025 pulgadas de acero inoxidable (SS) en las ranuras del soporte.
  4. Coloque el aparato de prueba en la cámara de vidrio.
  5. Busque cualquier activación accidental del arco. Cualquier activación del arco de alambre creará automáticamente un sistema de fuerza, que se mostrará en la pantalla del ordenador.
  6. Vuelva a colocar los soportes si se observa cualquier activación de arco. Repita los pasos 1.2-1.5.

2. fabricación de un arco de la plantilla (figura 4)

  1. Coloque un arco de alambre (0.021 x 0.025 SS) en el aparato de prueba.
  2. Utilice un marcador permanente para indicar lo siguiente: 1) la línea media, 2) un punto inmediatamente distal al soporte de incisivos (I) y 3) un punto inmediatamente mesial al tubo del molar (M). Hacer lo mismo con el lado contralateral del arco de alambre. Este es el alambre del arco de plantilla.
  3. Transferir el arco con los puntos marcados a un papel gráfico.
  4. Hacer una réplica exacta del arco de alambre en el papel de gráfico.
    Nota: Este documento gráfico puede utilizarse para determinar la posición de la curva de V para los arcos de la muestra.
  5. Calcular el perímetro del segmento de arco (L) de I a M.
  6. Ahora, marca 11 puntos de I a M. Cada punto es un futuro V-bend.
    1. Etiqueta de cada punto de0 a10.
    2. Asegúrese de que cada posición de la curva se separa de otro por una cantidad igual.
  7. Obtener una relación número única para cada posición de la curva calculando un / L para cada posición.

3. colocación de curvas en V

  1. Tome un arco nuevo de la muestra.
  2. Coloque en el papel de arco/gráfico de la plantilla y una de las posiciones de la once curva transferir bilateralmente en el arco.
  3. Utilizar una pinza de alambre rectangular o una pinza de alambre ligero para hacer curvas en V simétrica en las posiciones de ambos.
  4. Colocar el arco en una plataforma de losa plana de vidrio y comprobar la medida del ángulo hecho por los dos extremos del arco de alambre con un transportador.
  5. Ajustar los extremos si es necesario para que se crea un ángulo de 150°.
  6. Repita los pasos 3.1 a 3.5 en todos los arcos de la muestra.

4. medición del sistema de fuerza (figuras 5 y 6)

  1. Abrir el programa de software para la grabación de datos (véase Tabla de materiales).
  2. Crear una nueva carpeta para los datos a guardar en.
  3. Haga clic en 'ejecutar' para iniciar el software. El programa mostrará cada una de las tres fuerzas y momento de tres valores en cada sensor en tiempo real.
  4. Espere aproximadamente 10-15 segundos para que las fluctuaciones en software para detener la grabación de datos. Asegúrese de que las líneas de gráfico en el software para todos los componentes de la demostración de sistema de fuerza una línea 'plana'.
    Nota: todas las seis medidas a cada sensor mostrará valores insignificantes (fuerzas < 1 g y momentos < 10 g mm).
  5. Retire con cuidado el aparato de' prueba' de la plataforma. Utilizar una pinza de Weingart para insertar un arco en los tubos molares.
  6. Abrir la puerta del soporte de la incisivo con un escalador periodontal.
  7. Levante la porción anterior del arco de alambre e inserte en la ranura del soporte. Asegúrese de que la línea media del arco de alambre coincide con la línea media del aparato de prueba.
  8. Devuelva el aparato de prueba a la plataforma y cierre la puerta de la cámara de vidrio.
  9. Ajustar la temperatura a 37 ° C. Espere un minuto para que la temperatura de la cámara de vidrio para ajustar.
  10. Haga clic en el botón 'comenzar a ahorrar' en el software y permitir que el software guardar o transferir datos durante al menos 10 segundos. Haga clic en el botón 'comenzar a ahorrar' otra vez para terminar la transferencia de datos, a continuación, haga clic en 'stop'.
    Nota: Cada ciclo de medición genera 100 lecturas durante el período de 10 segundos para cada componente (Fx, Fy, Fz, Mx, Myy Mz).
  11. Ir al documento que contiene los datos guardados y copia/exportación del conjunto de datos a una hoja de cálculo de análisis de datos diseño personalizado (ver Tabla suplementaria). Elija el número correcto de la posición de V-bend y la muestra de alambre específico para insertar los datos.
  12. Repita los pasos 4.3 a 4.11 para las 10 arcos de esa posición específica de la curva.
  13. Ahora, copie los medios calculados y desviaciones estándar para los arcos en una hoja de cálculo independiente para crear una representación gráfica de los datos.
  14. Repita los pasos del 4.2 al 4.13 para todas las posiciones de plegado y tipos de arcos.
    Nota: Los arcos incluyen, acero inoxidable (SS) y Titanio Beta (ß-Ti), con los siguientes tamaños: 0.016 x 0.022 pulgadas y pulgadas de 0.017 x 0.025 0.019 x 0.025 pulgadas.

5. error evaluación

  1. Funcionamiento del computadora y software como se describe en los pasos 4.1-4.4
  2. Quitar el aparato de' prueba' de la plataforma.
  3. Obtener un alambre de los SS 0.021 x 0.025 pulgadas longitud recta. Con una pinza de alambre ligero, doble un extremo del hilo en un pequeño gancho. Inserte el extremo libre del arco de alambre en el tubo del molar del lado distal.
  4. Coloque el aparato de prueba en la plataforma.
  5. Coloque un peso conocido (50 g) en el gancho. Dejarlo suelto en el plano vertical mediante la eliminación de cualquier tipo de interferencia. Cierre la puerta de la cámara de vidrio.
  6. Siga los pasos 4.10-4.11.
  7. Repita los pasos 5.1-5.6 para el soporte de la incisivo.
  8. Introduzca los valores de Fz para los soportes y los Mx para el tubo del molar como 'medida'.
  9. Ahora se aplican las ecuaciones de equilibrio (véase Texto suplementario) para calcular el 'valor esperado'.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

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

La fuerza total y el momento total experimentado por cada sensor en el centro de la placa del sensor están representados por sus tres componentes ortogonales: Fx, Fyy Fz que representa las fuerzas a lo largo del eje x, eje y y z, respectivamente; y Mx, Myy Mz que representan los momentos alrededor de los mismos ejes. Las mediciones iniciales en los sensores se convierten matemáticamente los valores de fuerza y momento exper...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

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

Arcos ortodoncicos han sido estudiados en diversas maneras8,9,10,11. También han sido evaluados para diferentes propiedades mecánicas, pero rara vez han sido analizadas para determinar el sistema de fuerza que van a crear12,13,14,15. Pruebas de flexión de tres puntos ...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

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

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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

Los autores desean reconocer a todos los colegas que hicieron este trabajo posible, especialmente los doctores Aditya Chhibber y Ravindra Nanda. Los autores desean agradecer a la biodinámica y laboratorio de Bioingeniería en UCONN Health de las instalaciones durante el desarrollo de este proyecto.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Fuerza/Torque  Sensores/Transductores,Nano17, Sensores F/T,  ATI Industrial Automation, Apex, NC, EE. UUParte de la serie OWT
CHS Humedad  Unidades de sensores  TDK CorporationParte de OWT
Sensores de temperatura(Murata NTSDXH103FPB30 termistor) Murata Manufacturing Co., LtdParte de OWT
LabVIEW 7.1. Banco de trabajo de ingeniería de instrumentación virtual de laboratorio, versión 7.1Programa
de software Brackets de autoligado Serie Empower, Ortodoncia Americana.Brackets ortodónticos
Arcos de acero inoxidableUltimate Wireforms, Inc. en Bristol, CTArcos
Arcos de beta-titanioArchwires, Inc. en Bristol, CTArcos Dispositivo
adquisición de datos (DAQ)National Instruments (NI) USB 6210Parte de la OWT
Ortho Form III (plantilla de Archform)3M Oral Care, St. Paul, MN, EE. UU.Forma de arco ovoide
Alicate de WeingartHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILAlicate de ortodoncia Alicate
alambre ligeroHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILAlicate de ortodoncia
. de de

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Burstone, C. J., Koenig, H. A. Force systems from an ideal arch. Am J Orthod. 65 (3), 270-289 (1974).
  2. Koenig, H. A., Burstone, C. J. Force systems from an ideal arch: Large deflection considerations. Angle Orthod. 59 (1), 11-16 (1989).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Demange, C. Equilibrium situations in bend force systems. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 98 (4), 333-339 (1990).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Hazel, R. J., Rohan, G. J., West, V. C. Force relaxation in orthodontic arch wires. Am J Orthod. 86 (5), 396-402 (1984).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Kapila, S., Sachdeva, R. Mechanical properties and clinical applications of orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 96 (2), 100-109 (1989).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE

Solicitar permiso

Etiquetas

Pruebas de arcos ortod nticossistema de fuerza de flexi n en Vmodelo in vitro 3Dtransductores de fuerza multiaxialesarcos de acero inoxidablearcos de beta titanioprobador de alambres ortod nticosmedici n de momento de fuerzainteracci n arco bracketan lisis de la posici n de flexi n en V

Artículos relacionados