この研究では、有限要素モデルを得るために上顎歯と上顎歯の低用量3次元コーンビームベースの患者画像を利用するために必要なツールを概説する。これらの患者モデルは、すべての上顎歯のCRESを正確に見つけるために使用されます。
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この記事について
サマリー
要約
抵抗の中心(CRES)は、予測可能な歯の動きのための基本的な基準点とみなされます。歯のCRESを推定するために使用される方法は、従来の放射線および物理的測定からモデルまたは死体標本のインビトロ分析まで多岐にわたります。モデルと単一歯の高用量マイクロCTスキャンの有限要素分析を含む技術は多くの約束を示しているが、新しい低用量で低解像度のコーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)画像ではほとんど行われていない。また、CRESは、いくつかの選択された歯(すなわち、上顎中央切歯、イヌ、および第1モル)に対して記載されている。残りはほとんど無視されています。また、CRESを決定する方法を詳細に記述して、複製や構築が容易になる必要もあります。
本研究では、ツールの開発に日常的なCBCT患者画像を用い、上顎歯のCRESを見つけるための有限要素モデルを取得するワークフローを用いた。CBCTの体積画像を操作して、上顎歯のCRESを分節によって決定する際に関連する3次元(3D)生物学的構造を抽出した。セグメント化されたオブジェクトは、3maticソフトウェアで、最大エッジ長1mmの四面体(tet4)三角形で構成された仮想メッシュに、除去され、変換されました。モデルはさらに有限要素解析で使用するために1mmの最大エッジ長を持つ四面体の固体容積メッシュに変換された。エンジニアリングソフトウェアAbaqusは、モデルを前処理してアセンブリを作成し、材料特性、相互作用条件、境界条件、および負荷アプリケーションを設定するために使用されました。荷重を解析すると、システムの応力と歪みをシミュレートし、CRESを見つけるのに役立つ。この研究は、歯の動きを正確に予測する第一歩です。
概要
歯または歯のセグメントの抵抗の中心(CRES)は、自由な体の質量の中心に類似しています。剛体の力学の分野から借用される用語です。CRESで単一の力が加えられると、力の作用線の方向に歯の移動が11,22で起こる。CRESの位置は、歯の解剖学および特性だけでなく、その環境(例えば、歯周靭帯、周囲の骨、隣接する歯)にも依存する。歯は拘束されたボディであり、CRESは自由な体の塊の中心に似ています。家電製品の操作では、ほとんどの矯正歯科医は、歯または歯のグループのCRESに対する力ベクトルの関係を考慮する。実際、物体が単一の力に投入されたときに転倒または身体運動を表示するかどうかは、主に物体のCRESの位置と力ベクトルとCRESとの距離によって決定される。これを正確に予測できれば、治療結果が大幅に改善されます。したがって、CRESの正確な推定は、歯列矯正歯の運動の効率を大幅に高めることができます。
,何十年もの間、歯列矯正場は、与えられた歯、セグメント、またはアーチ,,,,,<....
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プロトコル
口腔および顎顔面放射線学部門(IRB 17-071S-2)にアーカイブされたCBCT量を評価するための制度審査委員会の免除が得られた。
1. ボリュームの選択と基準
- 頭部と顔16のCBCT画像を取得する。
- 歯の整列、欠損歯、ボクセルサイズ、視野、画像全体の品質について画像を調べます。
- ボクセルサイズが350 μm(0.35 mm)を超えていないことを確認します。
2. 歯と骨のセグメンテーション
- CBCTイメージの生のDICOMファイルを、セグメンテーション用のMimicsソフトウェアにロードします(図2)。[イメージ] > [プロジェクトのトリミング] をクリックします。上顎歯と上顎歯のみを含むように画像をトリミングします。
注: 視野は、上顎歯と上顎歯をキャプチャするのに十分な大きさである必要があります。画像には、歯冠、鼻底までの硬口蓋、上顎洞、上顎歯の顔面、硬口蓋および上顎結節の後部範囲が含まれていることを確認してください。 - マスクのタブを右クリックし、画像の新しいマスクを作成します。マスクの....
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結果
手順の項(ステップ2)で説明したセグメンテーションとマニュアルのアウトラインを検証するために、乾いた頭蓋骨から上顎第1モルを抽出し、CBCT画像を撮影した。画像処理および編集ソフトウェア Mimics は、ステップ 2 で説明したように歯を手動でアウトライン化するために使用されました。その後、メッシュ作成が実行され、セグメント化されたモデルは 3matic ソフトウェアでクリーニングされ、分析のために Abaqus にインポートされました。歯のFEモデルと実際の歯の測定で行われた直線測定と体積測定に有意な差は見つかりませんでした (補足文書 4)。
オブジェクトの CRESを決定する際にユーザ定義アルゴリズムの妥当性を検証するために、シース内に包まれたビームの簡易モデルをスクリプト作成の初期段階で使用した(図5A)。
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ディスカッション
この研究は、患者のCBCT画像から派生した上顎歯のモデルの有限要素解析(FEA)の一貫したワークフローを確立するための一連のツールを示し、患者のCRESを決定する。臨床医にとって、上顎歯のCRESの明確で簡単な地図は、歯の動きを計画し、副作用を予測するための非常に貴重な臨床ツールであろう。有限要素法(FEM)は1973年17年に歯科生体力学的研究で導入され、それ以来、歯槽支持構造66、7、8、9、10、11、12の応力およびひずみ場を解析するために適用された。,7,8,9,10,11,12
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開示事項
著者らは開示するものは何もない。
謝辞
著者らは、このプロジェクトを支援したチャールズ・バーストン財団賞を認めたいと考えています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3-matic software | Materialise、ルーヴェン、ベルギー。 | ||
| Abaqus/CAEソフトウェアのクリーニングとメッシュ作成、バージョン2017 | Dassault Systèmes Simulia Corp.、米国ロードアイランド州ジョンストン。 | Finite Element Analysis | |
| Mimicsソフトウェア、バージョン17.0 | Materialise、ルーヴェン、ベルギー。 | 歯と骨のセグメンテーション |
参考文献
- Smith, R. J., Burstone, C. J. Mechanics of tooth movement. American Journal of Orthodontics. 85 (4), 294-307 (1984).
- Christiansen, R. L., Burstone, C. J. Centers of rotation within the periodontal space. American Journal of Orthodontics. 55 (4), 353-369 (1969).
- T....
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再版と許可
