Methodenartikel

Systeem met verticale V-bochten dwingen: een 3D In Vitro beoordeling van elastisch en strakke rechthoekige Archwires

DOI:

10.3791/57339

⸱

24 juli 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

In dit artikel

Samenvatting

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

De methode die hier gepresenteerd is ontworpen te construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de kracht-systeem gegenereerd door verschillende archwires met V-bochten tussen twee haakjes geplaatst. Bijkomende doelstellingen zijn te vergelijken deze kracht systeem met verschillende types van archwires en aan de voorgaande modellen.

Samenvatting

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

Een goed begrip van de kracht-systeem gemaakt door verschillende orthodontische apparaten kan behandeling van patiënten efficiënt en voorspelbaar. Vermindering van de ingewikkelde multi beugel-toestellen naar een eenvoudige twee-beugel-systeem met het oog op kracht systeem evaluatie, zullen de eerste stap in deze richting. Echter, veel van de Orthodontische biomechanica in dit opzicht is beperkt tot 2D experimentele studies, computer modeling/analyse of theoretische extrapolatie van de bestaande modellen. Het doel van dit protocol is te ontwerpen, construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de krachten en momenten gegenereerd door een archwire met een V-bocht tussen twee haakjes geplaatst. Aanvullende doelstellingen zijn het vergelijken van het systeem van de kracht die zijn gegenereerd door verschillende soorten archwires onderling en met vorige modellen. Voor dit doel, heeft een 2 x 4-toestel vertegenwoordigen een molar en een snijtand zijn gesimuleerd. Een orthodontische draad tester (OWT) is opgebouwd uit twee multi-as krachttransductors of laden cellen (nanosensors) waarmee de Orthodontische haken zijn verbonden. De meetcellen zijn geschikt voor het meten van het systeem van kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte. Twee soorten archwires, roestvrij staal en bèta-titanium van drie verschillende maten (0.016 x 0,022 inch, 0.017 x 0,025 inch en 0.019 x 0,025 inch), worden getest. Elke draad ontvangt een enkele verticale V-bocht systematisch geplaatst op een specifieke positie met een vooraf gedefinieerde hoek. Soortgelijke V-bochten zijn gerepliceerd op verschillende archwires op 11 verschillende locaties tussen de molar en snijtand bijlagen. Dit is de eerste keer een poging is gedaan in vitro te simuleren een orthodontische toestel met behulp van V-bochten op verschillende archwires.

Inleiding

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

Een belangrijk aspect van klinische orthodontische behandeling is de kennis van het systeem van de kracht geproduceerd door multibracket apparaten. Een duidelijk begrip van de onderliggende Biomechanische principes kunt u voorspelbare resultaten opleveren en minimaliseren van de potentiële bijwerkingen1. De afgelopen jaren een trend uit de buurt van plaatsen van bochten in archwires door het bouwen van meer activering met beugel positie en design; uitgebreide orthodontische behandeling vereist echter nog steeds plaatsing van bochten in archwires. Bochten, wanneer geplaatst in verschillende soorten en maten van archwires, kunt een breed scala aan force systemen geschikt voor verschillende soorten tand verkeer maken. Hoewel de force-systemen vrij complex worden kunnen wanneer meerdere tanden worden beschouwd, kan een nuttig uitgangspunt een eenvoudige twee-beugel systeem betrekking hebben.

Tot op heden hebben voornamelijk V-bocht mechanica geanalyseerd in de tweede orde alleen gebruik te maken van mathematische modellen1,2,3,4,5 en/of computer gebaseerde analyse/simulaties 6. Dit heeft opgeleverd een basiskennis van het geldende systeem betrokken bij de tweede interactie van de volgorde van de boog draden met aangrenzende haakjes (Figuur 1). Echter, deze methoden leggen bepaalde randvoorwaarden om uit te voeren van de simulaties die misschien niet in de feitelijke klinische situaties waar houden en afwijkingen kunnen optreden. Onlangs, een nieuwe in vitro model waarbij krachttransductors werd voorgesteld voor het meten van drie dimensionale (3D) krachten en momenten gemaakt door evaluatie van niet alleen tweede orde archwire-beugel interacties maar ook in de derde orde7. Het effect van verschillende soorten archwires op het systeem van kracht op verschillende posities van de bocht langs de overspanning van de molaire archwire snijtand was echter niet geëvalueerd. Ook betrokken de studie slechts evaluatie van elastische orthodontische archwires, die niet de primaire archwires op welke tand verkeer plaatsvindt. Dus, het doel van deze studie was om te evalueren van het systeem van de kracht gemaakt door de plaatsing van een V-bocht op verschillende locaties in rechthoekig roestvrij stalen en bèta-titanium archwires in een 3D instellen waarbij de molar en snijtand haken. Clinici moeten weten het systeem van de kracht toegepast op het gebit bij een specifieke combinatie van archwire beugel combinatie wordt gebruikt om een malocclusie vast te stellen.

De beschreven techniek is ontwikkeld om te bestuderen van het systeem van de Orthodontische kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte, het nabootsen van klinische realiteit. Het is om te worden begrepen dat het is uiterst moeilijk te meten van de kracht-systeem klinisch; Daarom moeten dergelijke metingen worden verricht in vitro. Er wordt verondersteld dat de kracht-systeem gemaakt door een V-bocht in het laboratorium zou vergelijkbaar zijn als gerepliceerd in de mond van de patiënt. Een werkstroom is gemaakt om te evalueren hoe de experimentele set-up moet worden geconfigureerd (Figuur 2).

De Orthodontische draad tester (OWT) is een innovatief product ontwikkeld door divisie van orthodontie in samenwerking met de Bioengineering & Biodynamics laboratorium, UConn gezondheid, Farmington, CT, Verenigde Staten (Figuur 3). Het is ontworpen om nauwkeurig na te bootsen de rangschikking van de maxillaire tanden in de mond en sommige intra-orale voorwaarden terwijl het verstrekken van de metingen van het systeem van de kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte gemaakt. De grote mechanische componenten van de OWT zijn een Data acquisitie apparaat (DAQ), nano kracht/koppel sensoren, vocht sensoren, temperatuursensoren en een personal computer. De testen apparatuur wordt geplaatst in een glazen behuizing temperatuur/luchtvochtigheid controles. Dit zorgt voor gedeeltelijke simulatie van het intraoral milieu. De DAQ fungeert als interface voor de drie sensoren: vochtigheid sensor, kracht/moment sensor, thermistor en het testen apparaat met de sensoren die gelegen is op een platform (Figuur 3). Deze zijn gekoppeld aan een softwareprogramma. De software is een platform en een ontwikkelomgeving voor visueel programmeren en moet worden gebruikt voor verschillende soorten hardware. Het werd gekozen voor het automatiseren van de Orthodontische draad tester.

Een reeks van Aluminium haringen zijn gerangschikt op het testen apparaat te vertegenwoordigen de tanden van de maxillaire tandheelkundige boog. Twee van de vertegenwoordiging van de juiste Centrale snijtand en rechts eerste molar pinnen zijn aangesloten op de sensoren/meetcellen (S1 en S2). Een belasting-cel is een mechanisch apparaat dat meten kan de krachten en momenten toegepast in alle de drie vliegtuigen (x-y-z): Fx, Fyen Fz; en Mx, M,yen Mz. De haringen zijn systematisch gepositioneerd om een tandheelkundige boog formulier te maken. Elke peg wordt gescheiden van de andere door een juist geregistreerde meting die wordt berekend op basis van gemiddelde tand breedtes zoals waargenomen bij patiënten die een orthodontische behandeling ondergaan. De vorm gekozen voor het experiment is een 'ovoid' boog formulier gemaakt op basis van een gestandaardiseerde sjabloon.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

1. experimentele opstelling

  1. De exacte positie voor de plaatsing van de molaire buizen en snijtand haken op de Aluminium haringen van de OWT markeren met behulp van een aangepaste 'mal'.
  2. Bond standaard zelf ligating haken met composiet materiaal. Lichte genezen gedurende 40 seconden.
  3. Een 0.021 x 0,025 duimLCD roestvrij staal (SS) 'eivormige' maxillaire archwire invoegen in de beugel "slots".
  4. Plaats het testen apparaat in de glazen zaal.
  5. Controleer voor elke onbedoelde archwire activeren. Elke activering van de archwire maakt automatisch een systeem van kracht, die op het computerscherm worden weergegeven.
  6. Verplaats de haakjes als de activering van elke archwire wordt waargenomen. Herhaal stap 1.2-1.5.

2. de fabricage van een sjabloon-Archwire (Figuur 4)

  1. Plaats een archwire (0.021 x 0,025 SS) in de test apparatuur.
  2. Een permanent marker gebruiken om aan te geven van het volgende: 1) de middellijn, 2) een punt onmiddellijk distale aan de schapen-beugel (I), en 3) een punt onmiddellijk mesial naar de molaire buis (M). Doe hetzelfde voor de contralaterale zijde van de archwire. Dit is de sjabloon boog draad.
  3. De archwire met de aangegeven onderdelen overbrengen in een grafiek papier.
  4. Maak een exacte replica van de archwire op het ruitjespapier.
    Opmerking: Deze grafiek papier kan worden gebruikt om te bepalen van de positie van de V-bocht voor alle archwires van het monster.
  5. Berekenen van de omtrek van de boog draad segment (L) vanaf ik naar M.
  6. Nu, mark 11 punten van I tot M. Elk punt staat een toekomstige V-bocht.
    1. Label elk punt van een0 naar een10.
    2. Zorg ervoor dat elke bocht positie wordt gescheiden van de andere met een gelijk bedrag.
  7. Verkrijgen van een unieke nummer/ratio voor elke positie van de bocht door te berekenen een / L voor elke positie.

3. plaatsing van V-bochten

  1. Neem een nieuwe archwire uit het monster.
  2. Plaats het op de sjabloon archwire/grafiek papier en één van de elf bocht posities bilateraal overbrengen in de archwire.
  3. Gebruik een rechthoekige archwire Tang of een licht draad plier om symmetrische V-bochten op de beide posities.
  4. Plaats de archwire op een glas plaat/flat platform en controleren van de meting van de hoek die de twee uiteinden van de archwire met een gradenboog.
  5. De uiteinden zo nodig zodanig aanpassen dat een hoek van 150° is gemaakt.
  6. Herhaal stap 3.1 tot en met 3.5 voor alle archwires van het monster.

4. meten van de kracht-systeem (figuren 5 en 6)

  1. Open het softwareprogramma voor het opnemen van gegevens (Zie Tabel van materialen).
  2. Maak een nieuwe map voor de gegevens in worden opgeslagen.
  3. Klik op 'uitvoeren' om de software te starten. Het programma zal elk van de drie krachten en de waarden van de drie-moment op elke sensor in real-time weer.
  4. Wacht ongeveer 10-15 seconden voor de schommelingen in de gegevens opnamesoftware te stoppen. Ervoor zorgen dat de regels van de grafiek op de software voor alle onderdelen van de geldende systeem show een 'platte' lijn.
    Opmerking: alle zes metingen op elke sensor zal tonen te verwaarlozen waarden (krachten < 1 g en momenten < 10 g mm).
  5. Het 'testen apparaat' uit het platform zachtjes te verwijderen. Gebruik een tang Weingart invoegen van een archwire in de molaire buizen.
  6. Open de deur van de schapen-beugel met een parodontale scaler.
  7. Til het voorste gedeelte van de archwire en plaatst u deze in de sleuf van de beugel. Zorg ervoor dat de middellijn van de archwire met de middellijn van de test apparatuur samenvalt.
  8. De testen apparatuur terug te keren naar het platform en sluit de deur van de glass-kamer.
  9. De temperatuur instellen bij 37 ° C. Wacht een minuut voor de temperatuur van de kamer van glas aan te passen.
  10. Klik op de knop 'start opslaan' op de software en de software opslaan/overdracht gegevens gedurende ten minste 10 seconden. Klik op de 'start opslaan' knop weer beëindigen van data-overdracht en klik op 'stop'.
    Opmerking: Elke meting cyclus genereert 100 lezingen over de periode van 10 seconden voor elk onderdeel (Fx, Fy, Fz, Mx, M,yen M-z).
  11. Ga naar het document dat de opgeslagen gegevens bevat en kopie/export de gegevensset naar een aangepaste ontworpen gegevens analyse werkblad (Zie Aanvullende tabel). Kies de juiste positienummer van V-bend en het monster van specifieke draad om de gegevens te voegen.
  12. Herhaal stap 4.3 tot 4.11 voor de 10 archwires van die specifieke bend-positie.
  13. Nu, kopieer het berekende gemiddelde en standaardafwijking voor de archwires naar een aparte werkblad maken van een grafische weergave van de gegevens.
  14. Herhaal stap 4.2 tot en met 4.13 voor alle posities van de bocht en soorten archwires.
    Opmerking: De archwires omvatten, roestvrij-staal (SS) en Beta-Titanium (ß-Ti), met de volgende afmetingen: 0.016 x 0,022 inch, 0.017 x 0,025 inch, en 0.019 x 0,025 inch.

5. fout evaluatie

  1. Start de computer/software zoals beschreven in stappen 4.1-4.4
  2. Verwijder het 'testen apparaat' uit het platform.
  3. Het verkrijgen van een rechte lengte 0.021 x 0,025 duimLCD SS draad. Met behulp van een licht draad plier, buig één uiteinde van de draad in een kleine haak. Plaats het vrije uiteinde van de archwire in de molaire buis van de distale zijde.
  4. Plaats het testen apparaat terug op het platform.
  5. Een bekende gewicht (50 g) hechten aan de haak. Laten hangen vrij in het verticale vlak door het verwijderen van elk type van interferentie. Sluit de deur van de glass-kamer.
  6. Voer de stappen uit 4.10-4.11.
  7. Herhaal stap 5.1-5.6 voor de schapen-beugel.
  8. Voer de Fz-waarden voor zowel de haakjes en de Mx voor de molaire buis als 'gemeten waarde.'
  9. Breng nu de vergelijkingen van het evenwicht (Zie Aanvullende tekst) voor het berekenen van de "verwachte waarde."

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

De totaalkracht en totale moment ervaren door elke sensor in het midden van de plaat van de sensor worden vertegenwoordigd door hun drie orthogonale componenten: Fx, Fyen Fz vertegenwoordigen de krachten langs de x-as, y-as en z-as, respectievelijk; en Mx, M,yen Mz vertegenwoordigen de momenten rond de dezelfde assen. De eerste metingen op de sensoren worden wiskundig geconverteerd naar de kracht en moment waarden ervaren d...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Orthodontische archwires zijn bestudeerd in verschillende manieren8,9,10,11. Ze hebben ook geëvalueerd voor verschillende mechanische eigenschappen, maar ze hebben zelden geanalyseerd voor het bepalen van het systeem van de kracht dat ze gaan maken van12,13,14,15. Dri...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

De auteurs wil graag alle collega's die dit werk mogelijk gemaakt, met name Drs. Aditya Chhibber en Ravindra Nanda erkennen. De auteurs bedank de Biodynamics & Bioengineering Lab bij UCONN gezondheid voor de faciliteiten tijdens de ontwikkeling van dit project.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Force/Torque  Sensoren/TransducersNano17 F/T Sensoren,  ATI Industrial Automation, Apex, NC, USAOnderdeel van de OWT
CHS Series Vochtigheid  Sensor Units  TDK CorporationOnderdeel van de OWT
Temperatuursensoren(Murata NTSDXH103FPB30 thermistor) Murata Manufacturing Co., LtdOnderdeel van de OWT
LabVIEW 7.1. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, Version 7.1Software Programma
Zelfsluitende brackets Empower Series, American Orthodontics.Orthodontische Brackets
Roestvrijstalen boogdradenUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTBoogdraden
Beta-Titanium BoogdradenUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTBoogdraden
Data-acquisitie apparaat (DAQ)National Instruments (NI) USB 6210Onderdeel van de OWT
Ortho Form III (Boogvormsjabloon)3M Oral Care, St. Paul, MN, USAOvale boogvorm
Weingart PincetHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILOrthodontisch Pincet
Lichte draad PincetHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILOrthodontisch Pincet

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Testen van orthodontische boogdradenV buigkrachtsysteem3D in vitro modelmulti assige krachttransducersroestvrijstalen boogdradenb tatitaan boogdradenorthodontische draadtesterkrachtmomentmetinginteractie boogdraad bracketV buigpositieanalyse

Gerelateerde artikelen