Article de méthode

Forcer le système V-coude Vertical : une évaluation 3D In Vitro des arcs rectangulaire élastiques et rigides

DOI :

10.3791/57339

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24 juillet 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

Dans cet article

Résumé

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

La méthode présentée ici est conçue pour construire et valider un in vitro modèle 3D capable de mesurer le système de force généré par différents arcs avec V-coudes entre deux parenthèses. Les objectifs additionnels sont à comparer ce système force avec différents types d’arcs et aux modèles précédents.

Résumé

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

Une bonne compréhension du système force créée par divers appareils orthodontiques peut faire le traitement des patients efficace et prévisible. Réduction des appareils multi support compliqués pour un système simple de deux-support aux fins de l’évaluation du système force sera la première étape dans cette direction. Cependant, une grande partie de la biomécanique orthodontique à cet égard est limitée à des études expérimentales 2D, modélisation/analyse par ordinateur ou extrapolation théorique des modèles existants. Ce protocole vise à concevoir, construire et valider un in vitro modèle 3D capable de mesurer les forces et moments générés par un arc métallique avec un coude en V placés entre crochets. Les objectifs additionnels sont à comparer le système de force générée par différents types d’arcs entre eux et aux modèles précédents. À cet effet, un appareil de 2 x 4 représentant une molaire et une incisive a été simulé. Un testeur de fil orthodontique (OWT) est construit, composé de deux capteurs de force de multi-axes ou load cells (nano-capteurs) à laquelle sont attachés les brackets orthodontiques. Les cellules de charge sont capables de mesurer le système de force dans les trois plans de l’espace. Deux types d’arcs, en acier inoxydable et bêta-titane de trois tailles différentes (0,016 x 0,022 pouce, 0,017 x 0,025 pouce et 0,019 x 0,025 pouces), sont mis à l’essai. Chaque fil reçoit une V-courbure verticale unique systématiquement placée à une position spécifique avec un angle prédéfini. V-coudes similaires sont répliquées sur différents arcs sur 11 sites différents entre les attaches de la molaire et incisive. C’est la première fois on a essayé en vitro pour simuler un appareil orthodontique utilisant V-coudes sur différents arcs.

Introduction

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Un aspect important du traitement orthodontique clinique est la connaissance du système force produite par les appareils multibracket. Une compréhension claire des principes biomécaniques sous-jacents peut aider à livrer des résultats prévisibles et minimiser les éventuels effets secondaires1. Ces dernières années ont vu une tendance loin de placer des coudes en arcs en construisant plus d’activation avec la position du support et de la conception ; Toutefois, un traitement orthodontique complet nécessite encore de placement des coudes en arcs. Coudes, lorsqu’il est placé dans différents types et tailles d’arcs, peut créer une grande variété de systèmes de force approprié pour différents types de mouvement de la dent. Bien que les systèmes de la force peuvent devenir assez complexes lorsque plusieurs dents sont considérés, un bon point de départ peut impliquer un simple système de support en deux.

A ce jour, V-pliage mécanique ont principalement été analysée dans le deuxième ordre seulement, utilisant des modèles mathématiques1,2,3,4,5 et/ou analyse/simulations sur ordinateur 6. cela a donné une compréhension de base du système force impliqué dans l’interaction d’ordre seconde des fils arch avec supports adjacents (Figure 1). Cependant, ces méthodes imposent certaines conditions aux limites afin d’effectuer des simulations qui ne pourraient pas vrai dans les situations cliniques réelles et les écarts peuvent se produire. Récemment, un nouveau modèle in vitro impliquant des capteurs de force a été proposé pour la mesure des trois dimensions (3D) forces et moments créés en évaluant non seulement second ordre mais aussi des interactions arc-support du troisième ordre7. Cependant, l’effet de différents types d’arcs sur le système de force à diverses positions de courbure le long de la durée d’arc molaires incisives n’a pas été évaluée. En outre, l’étude a porté seulement évaluation des arcs orthodontiques élastique, qui ne sont pas les arcs primaire sur lequel dent mouvement se produit. Par conséquent, le but de cette étude était d’évaluer le système de force créé par la mise en place d’un V-virage à différents endroits en inox rectangulaire et arcs de bêta-titane dans un 3D mis en place concernant les supports molaire et incisive. Les cliniciens doivent connaître le système de la force appliqué sur la dentition lorsqu’une combinaison spécifique de combinaison de support arc métallique est utilisé pour corriger une malocclusion.

La technique décrite a été développée pour étudier le système de force orthodontique à tous les trois plans de l’espace, imitant la réalité clinique. Il est entendu qu’il est extrêmement difficile de mesurer la force système cliniquement ; donc, ces mesures doivent être effectués in vitro. On suppose que le système de force créé par un coude en V en laboratoire seraient similaire si elles sont répliquées dans la bouche du patient. Un flux de travail a été créé afin d’évaluer comment le montage expérimental doit être configuré (Figure 2).

Le testeur de fil orthodontique (OWT) est un produit innovant développé par la Division d’orthodontie en collaboration avec le génie biologique & la biodynamie Laboratory, UConn santé, Farmington, CT, USA (Figure 3). Il est conçu pour reproduire fidèlement l’arrangement des dents maxillaires au sein de la bouche et quelques conditions intra-buccaux tout en offrant des mesures du système force créé dans toutes les trois plans de l’espace. Les principaux composants mécaniques de la OWT sont un matériel d’acquisition de données (DAQ), capteurs de Force/couple de nano, capteurs d’humidité, capteurs de température et un ordinateur personnel. L’appareil d’essai est placé dans une enceinte de verre ayant des contrôles de température/humidité. Cela permet pour la simulation partielle de l’environnement intra-buccale. L’acquisition de données sert d’interface pour les trois capteurs : capteur d’humidité, capteurs de force/moment, thermistance et l’appareil d’essai avec les capteurs situés sur une plate-forme (Figure 3). Elles sont liées à un logiciel. Le logiciel est une plate-forme et un environnement de développement pour la programmation visuelle et est utilisé pour contrôler les différents types de matériels. Il a été choisi pour automatiser le testeur de fil orthodontique.

Une série de piquets en aluminium sont disposées sur l’appareil d’essai pour représenter les dents de l’arcade maxillaire. Deux des chevilles représentant l’incisive centrale droite et droite première molaire sont reliés à des capteurs/pesons (S1 et S2). Un capteur est un dispositif mécanique qui permet de mesurer les forces et moments appliqués dans les trois plans (x-y-z) : Fx, Fyetzde F ; Mx, M,yet Mz. Les chevilles sont systématiquement placés pour créer une forme d’arche dentaire. Chaque cheville est séparé de l’autre par une mesure précisément enregistrée qui est calculée à l’aide de dents moyennes largeurs, tel qu’observé chez les patients subissant un traitement orthodontique. La forme choisie pour l’expérience est une forme d’arche « ovoïde » créée à partir d’un modèle normalisé.

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Protocole

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

1. expérimental

  1. Marquer la position exacte pour le placement des tubes molaires et supports incisive sur les supports en aluminium de la OWT en utilisant un « jig » sur mesure.
  2. Norme de liaison auto ligaturant entre parenthèses avec un matériau composite. Photopolymériser pendant 40 secondes.
  3. Insérez un arc métallique maxillaire « ovoïde » 0,021 x 0,025 pouces en acier inoxydable (SS) dans les fentes du support.
  4. Placer l’appareil d’essai dans la chambre de verre.
  5. Vérifier pour toute activation involontaire d’arc. Toute mise en fonction de l’arc créera automatiquement un système de force, qui sera affiché sur l’écran de l’ordinateur.
  6. Repositionner les supports si toute activation de l’arc est observée. Répétez les étapes 1,2 à 1,5.

2. fabrication d’un arc de modèle (Figure 4)

  1. Placer un arc (0,021 x 0,025 SS) dans l’appareil d’essai.
  2. Utilisez un marqueur permanent pour indiquer ce qui suit : 1) la ligne médiane, 2) un point immédiatement distal au support incisive (I) et 3) un point immédiatement mésial au tube molaire (M). Faites de même pour le côté controlatéral de l’arc. Il s’agit de fil du modèle.
  3. Transférer l’arc avec les points marqués sur un papier millimétré.
  4. Faire une réplique exacte de l’arc sur le papier millimétré.
    Remarque : Ce papier de graphique peut être utilisé pour déterminer la position du V-coude pour tous les arcs de l’échantillon.
  5. Calculer le périmètre du segment arc (L) d’I à M.
  6. Maintenant, marquer 11 points d’I à M. Chaque point est une future position V-bend.
    1. Étiquetez chaque point de0 à10.
    2. Assurez-vous que chaque position de pliage est séparée de l’autre, d’un montant égal.
  7. Obtenir un nombre/pourcentage unique pour chaque position de pliage en calculant un / L pour chaque poste.

3. mise en place de V-coudes

  1. Prendre un nouvel arc de l’échantillon.
  2. Placez-la sur le papier modèle arc/et une des positions onze pliage transfert bilatéral à l’arc.
  3. Utilisez une pince arc métallique rectangulaire ou une pince à fil de la lampe pour faire des virages V symétrique aux deux positions.
  4. Placer l’arc sur une plate-forme de dalle/plat de verre et vérifier la mesure de l’angle fait par les deux extrémités de l’arc avec un rapporteur d’angles.
  5. Ajuster les extrémités si nécessaire pour que soit créé un angle de 150°.
  6. Répétez les étapes 3.1 à 3.5 pour tous les arcs de l’échantillon.

4. mesure le système de Force (Figures 5 et 6)

  1. Ouvrez le logiciel pour l’enregistrement de données (voir la Table des matières).
  2. Créez un nouveau dossier pour les données à enregistrer dans.
  3. Cliquez sur « Exécuter » pour démarrer le logiciel. Le programme affiche chacune des valeurs de trois moments et trois forces à chaque capteur en temps réel.
  4. Attendez environ 10-15 secondes pour les fluctuations dans le logiciel d’enregistrement de données. S’assurer que les lignes du graphique sur le logiciel pour tous les composants de l’émission de système de force une ligne « à plat ».
    Remarque : tous les six mesures à chaque capteur indique des valeurs négligeables (forces < 1 g et moments < g 10 mm).
  5. Retirer doucement le « appareil d’essai » de la plate-forme. Utilisez une pince de Weingart pour insérer un arc dans les tubes molaires.
  6. Ouvrir la porte du support incisive avec un mesureur parodontal.
  7. Soulever la partie antérieure de l’arc et l’insérer dans la fente du support. Assurez-vous que la ligne médiane de l’arc coïncide avec la ligne médiane de l’appareil d’essai.
  8. Retourner l’appareil d’essai à la plate-forme et fermer la porte de la chambre de verre.
  9. Réglez la température à 37 ° C. Attendez une minute pour que la température de la chambre de verre pour ajuster.
  10. Cliquez sur le bouton « Démarrer la sauvegarde » sur le logiciel et permet au logiciel de sauvegarde/transfert de données pendant au moins 10 secondes. Cliquez sur le bouton « commencer à épargner » à nouveau pour terminer le transfert de données, puis cliquez sur « arrêter ».
    Remarque : Chaque cycle de mesure génère 100 lectures au cours de la période de 10 secondes pour chaque composant (Fx, Fy, Fz, M,x, Myet Mz).
  11. Allez dans le document contenant les données sauvegardées et copie/exporter l’ensemble de données dans un tableur de l’analyse des données personnalisées conçues (voir Tableau supplémentaire). Choisir le bon numéro de position V-coude et l’échantillon de fil spécifique pour insérer les données.
  12. Répétez les étapes 4.3 à 4.11 pour les 10 arcs de cette position de pliage spécifique.
  13. Maintenant, copiez les moyens calculés et les écarts-types pour les arcs d’une feuille de calcul distincte pour créer une représentation graphique des données.
  14. Répétez les étapes 4.2 à 4,13 pour tous les types d’arcs et positions de pliage.
    Remarque : Les arcs comprennent, en acier inoxydable (SS) et bêta-titane (ß-Ti), avec les dimensions suivantes : 0,016 x 0,022 pouce 0,017 x 0,025 pouce et 0,019 x 0,025 pouces.

5. évaluation de l’erreur

  1. Lancez l’ordinateur/logiciel comme décrit aux points 4.1 à 4.4
  2. Retirer les « appareils de tests » de la plate-forme.
  3. Obtenir un fil de SS de 0,021 x 0,025 pouces de longueur droite. À l’aide d’une pince de fil de la lampe, pliez une extrémité du fil dans un petit crochet. Insérez l’extrémité libre de l’arc dans le tube molaire du côté distal.
  4. Remettez l’appareil d’essai sur la plate-forme.
  5. Attacher un poids connu (50 g) au crochet. Laissez-les pendre librement dans le plan vertical, en supprimant tout type d’ingérence. Fermer la porte de la chambre de verre.
  6. Suivez les étapes 4.10-4.11.
  7. Répétez les étapes 5.1 à 5.6 pour le support de l’incisive.
  8. Entrez les valeurs de Fz pour les supports et Mx pour le tube molaire comme « valeur mesurée ».
  9. Maintenant, appliquez les équations d’équilibre (voir Texte complémentaire) pour calculer la « valeur attendue ».

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Résultats

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La force totale et le moment total vécue par chaque capteur au centre de la plaque du capteur sont représentés par leurs trois composantes orthogonales : Fx, Fyet Fz représentant les forces le long de l’axe x, axe y et z, respectivement ; Mx, M,yet Mz représentant les moments autour des mêmes axes. Les mesures initiales à des capteurs sont converties mathématiquement les valeurs de force et moment expérimentés par la bride ...

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Discussion

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

Les arcs orthodontiques ont été étudiés dans diverses manières8,9,10,11. Ils ont également été évalués pour des propriétés mécaniques différentes, mais elles ont rarement été analysés pour déterminer le système de force, qu'ils vont créer12,13,14,15. Essais de flexion...

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Déclarations de divulgation

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

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

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

Les auteurs tiennent à remercier tous les collègues qui ont rendu ce travail possible, en particulier les Drs Aditya Chhibber et Ravindra Nanda. Les auteurs tiennent à remercier la biodynamie & laboratoire de bio-ingénierie à UCONN santé pour les installations fournies lors de l’élaboration de ce projet.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Force/Couple  ; Capteurs/TransducteursNano17 Capteurs F/T,  ; ATI Industrial Automation, Apex, NC, USAFait partie de la série OWT
CHS Humidité  ; Unités de capteurs  ; TDK Corporationfait partie de l’OWT
Capteurs de température(thermistance Murata NTSDXH103FPB30) Murata Manufacturing Co., LtdFait partie de l’OWT
LabVIEW 7.1.Atelier virtuel d’ingénierie d’instrumentation de laboratoire, version 7.1logiciel
Brackets auto-ligaturants  ;Série Empower, American Orthodontics.Supports orthodontiques
Archwires en acier inoxydableUltimate Wireforms, Inc. à Bristol, CTArchwires Archwires
bêta-titaneUltimate Wireforms, Inc. à Bristol, CTArchwires
Dispositif d’acquisition de données (DAQ)National Instruments (NI) USB 6210Fait partie de l’OWT
Ortho Form III (modèle Archform)3M Oral Care, St. Paul, MN, États-UnisForme d’arc ovoïde
Weingart PinceHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILPince orthodontique
Pince à fil légerHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILPince orthodontique
du

Références

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