To badanie przedstawia niezbędne narzędzia do wykorzystania niskodawkowych, trójwymiarowych obrazów zębów szczęki i szczęki pacjenta opartych na wiązce stożków w celu uzyskania modeli elementów skończonych. Te modele pacjenta są następnie wykorzystywane do dokładnego zlokalizowania CRES wszystkich zębów szczęki.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Metoda elementów skończonych do lokalizacji środka oporu zębów szczęki
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Środek oporu (CRES) jest uważany za podstawowy punkt odniesienia dla przewidywalnego ruchu zębów. Metody stosowane do szacowania CRES zębów obejmują zarówno tradycyjne pomiary radiograficzne i fizyczne, jak i analizę in vitro na modelach lub próbkach zwłok. Techniki obejmujące analizę metodą elementów skończonych w wysokodawkowych skanach mikro-CT modeli i pojedynczych zębów okazały się bardzo obiecujące, ale niewiele zrobiono z nowszymi, niskodawkowymi i niskorozdzielczymi obrazami tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT). Opisano równieżC RES tylko dla kilku wybranych zębów (tj. siekacza środkowego szczęki, kła i pierwszego zęba trzonowego); Reszta została w dużej mierze zignorowana. Konieczne jest również szczegółowe opisanie metodyki wyznaczania CRES, tak aby stała się ona łatwa do powielania i rozbudowywania.
W tym badaniu wykorzystano rutynowe obrazy pacjentów z CBCT do opracowania narzędzi i przepływu pracy w celu uzyskania modeli elementów skończonych do lokalizacjiC RES zębów szczęki. Obrazy objętościowe CBCT zostały zmanipulowane w celu wyodrębnienia trójwymiarowych (3D) struktur biologicznych istotnych dla określeniaC RES zębów szczęki poprzez segmentację. Segmentowane obiekty zostały oczyszczone i przekształcone w wirtualną siatkę składającą się z trójkątów czworościennych (tet4) o maksymalnej długości krawędzi 1 mm za pomocą oprogramowania 3matic. Modele zostały następnie przekształcone w bryłową siatkę objętościową czworościanów o maksymalnej długości krawędzi 1 mm do wykorzystania w analizie elementów skończonych. Oprogramowanie inżynierskie Abaqus zostało wykorzystane do wstępnego przetworzenia modeli w celu utworzenia zespołu i ustawienia właściwości materiału, warunków interakcji, warunków brzegowych i zastosowań obciążeń. Obciążenia, podczas analizy, symulowały naprężenia i odkształcenia w systemie, pomagając w lokalizacji CRES. Badanie to jest pierwszym krokiem w dokładnym przewidywaniu ruchu zębów.
Wprowadzenie
Środek oporu (CRES) zęba lub segmentu zębów jest analogiczny do środka masy ciała swobodnego. Jest to termin zapożyczony z dziedziny mechaniki ciał sztywnych. Gdy pojedyncza siła jest przykładana do CRES, następuje przesunięcie zęba w kierunku linii działania siły1,2. PołożenieC RES zależy nie tylko od anatomii i właściwości zęba, ale także od jego otoczenia (np. więzadła przyzębia, otaczającej kości, zębów sąsiednich). Ząb jest ciałem skrępowanym, co sprawia, że jego CRES jest podobny do środka masy ciała wolnego. W manipulacji aparatami większość ortodontów bierze pod uwagę związek wektora siły z CRES zęba lub grupy zębów. Rzeczywiście, to, czy obiekt będzie wykazywał przechylenie lub ruch ciała, gdy zostanie poddany działaniu pojedynczej siły, zależy głównie od położenia CRES obiektu i odległości między wektorem siły a CRES. Jeśli uda się to dokładnie przewidzieć, wyniki leczenia ulegną znacznej poprawie. Tak więc dokładne oszacowanie CRES może znacznie zwiększyć efektywność ortodontycznego ruchu zębów.
Przez dziesięciolecia dziedzina ortodoncji powracała do badań dotyczących lokalizacjiC RES danego zęba, segmentu lub łuku1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Jednak podejście do tych badań było pod wieloma względami ograniczone. Większość badań określiła CRES tylko dla kilku zębów, pomijając większość. Na przykład siekacz centralny szczęki i segment siekacza szczęki zostały dość szeroko ocenione. Z drugiej strony istnieje tylko kilka badań dotyczących kłów szczęki i pierwszego zęba trzonowego oraz brak badań dotyczących pozostałych zębów. Ponadto wiele z tych badań określiło lokalizacjęC RES na podstawie ogólnych danych anatomicznych dla zębów, pomiarów z dwuwymiarowych (2D) zdjęć rentgenowskich i obliczeń na rysunkach 2D8. Ponadto w części obecnej literatury używa się modeli ogólnych lub trójwymiarowych (3D) skanów modeli zębowych, a nie danych ludzkich4,8. Ponieważ ortodoncja przechodzi na technologię 3D do planowania ruchu zębów, ważne jest, aby ponownie przyjrzeć się tej koncepcji, aby rozwinąć naukowe zrozumienie ruchu zębów w 3D.
Dzięki postępowi technologicznemu, który skutkuje zwiększoną mocą obliczeniową i możliwościami modelowania, zwiększyła się możliwość tworzenia i badania bardziej złożonych modeli. Wprowadzenie tomografii komputerowej i tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT) przeniosło modele i obliczenia ze świata 2D do 3D. Jednoczesny wzrost mocy obliczeniowej i złożoności oprogramowania pozwolił naukowcom na wykorzystanie zdjęć rentgenowskich 3D do wyodrębnienia dokładnych modeli anatomicznych do wykorzystania w zaawansowanym oprogramowaniu do segmentacji zębów, kości, więzadeł przyzębia (PDL) i różnych innych struktur7,8,9,10,13,14,15. Te segmentowane struktury mogą być przekształcone w wirtualną siatkę do wykorzystania w oprogramowaniu inżynierskim do obliczenia reakcji systemu na przyłożenie do niego danej siły lub przemieszczenia.
To badanie proponuje specyficzną, powtarzalną metodologię, która może być wykorzystana do zbadania hipotetycznych ortodontycznych układów siły stosowanych na modelach pochodzących z obrazów CBCT żywych pacjentów. Korzystając z tej metodologii, badacze mogą następnie oszacować CRES różnych zębów i wziąć pod uwagę biologiczną morfologię struktur zębowych, takich jak anatomia zębów, liczba korzeni i ich orientacja w przestrzeni 3D, rozkład masy i struktura przyczepów przyzębia. Ogólny zarys tego procesu przedstawiono na rysunku 1. Ma to na celu zorientowanie czytelnika w logicznym procesie związanym z generowaniem modeli zębów 3D w celu zlokalizowania CRES.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Uzyskano zwolnienie od instytucjonalnej komisji rewizyjnej na ocenę tomów CBCT zarchiwizowanych w Zakładzie Radiologii Jamy Ustnej i Szczękowo-Twarzowej (IRB nr 17-071S-2).
1. Wybór objętości i kryteria
- Uzyskaj obraz CBCT głowy i twarzy16.
- Sprawdź obraz pod kątem wyrównania zębów, brakujących zębów, rozmiaru wokseli, pola widzenia i ogólnej jakości obrazu.
- Upewnij się, że rozmiar woksela nie jest większy niż 350 μm (0,35 mm).
2. Segmentacja zębów i kości
- Załaduj surowe pliki DICOM obrazu CBCT do oprogramowania Mimics w celu segmentacji (Rysunek 2). Kliknij pozycję Obraz > Przytnij projekt. Przytnij obraz tak, aby zawierał tylko zęby szczęki i szczęki.
UWAGA: Pole widzenia powinno być na tyle duże, aby uchwycić zęby szczęki i szczęki. Upewnij się, że obraz obejmuje korony zębów, podniebienie twarde aż do dna nosa, zatoki szczękowe, powierzchnie twarzowe zębów szczęki oraz tylny zakres podniebienia twardego i guzowatości szczęki. - Kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę Maska i utwórz nową maskę dla obrazu. Zmień nazwę maski na UL1, UL2, ..., UL7 dla lewej strony i UR1, UR2, ..., UR7 dla prawej strony, w zależności od interesującego Cię zęba.
- Zidentyfikuj interesujący Cię ząb na zamaskowanym obrazie CBCT (patrz widoki). Użyj narzędzia Wyczyść maskę, aby wymazać maskę. Oprogramowanie może nie być w stanie odróżnić zębów od kości, ponieważ wartości szarości tych dwóch elementów są podobne.
UWAGA: Narzędzie do progowania w aplikacji Mimics nie jest w stanie oddzielnie podzielić zębów i kości. W związku z tym wymagana jest inna metoda segmentacji. - Kliknij narzędzie Edycja wielu plasterków (Ctrl + M). Wybierz widok (osiowy, czołowy lub strzałkowy). Ręcznie zaznacz (tj. narysuj) niektóre plasterki, jeśli uznasz to za konieczne.
UWAGA: Wyróżnienie większej liczby plasterków powoduje dodanie większej ilości szczegółów do struktury. - Kliknij narzędzie Interpolacja, aby wypełnić objętość pominiętych plasterków i zastosować je.
- Wygeneruj objętość 3D dla zęba, klikając maskę prawym przyciskiem myszy i wybierając opcję obliczenia objętości 3D.
- Powtórz kroki 2.2-2.6 dla każdego zęba łuku szczękowego.
- Zaznacz wszystkie zęby szczęki 3D, UL7-UR7. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać opcję Wygładzanie. Ustaw współczynnik wygładzania na 0,4, a iteracje na 4.
- Aby podzielić kości szczęki na segmenty, kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę Maska. Utwórz nową maskę dla obrazu.
- Z menu rozwijanego dla wstępnie zdefiniowanych zestawów progów wybierz opcję Niestandardowy. Dostosuj wartość progową, aby uwzględnić całą kość szczęki. Pamiętaj, aby zaznaczyć pole Wypełnij otwory przed zastosowaniem progu.
UWAGA: Dopuszczalne są małe otwory o średnicy ≤1 mm w kości korowej, ponieważ można je łatwo usunąć w późniejszych etapach. - Kliknij narzędzie do dynamicznego powiększania regionów, aby wypełnić duże widoczne w masce. Zaznacz maskę kości szczęki jako cel dla narzędzia, a także zaznacz pole Wielowarstwowe. Użyj 50 dla wartości Min i 150 dla wartości Max. Przytrzymaj Control podczas klikania na obszary kości korowej, które nie zostały podświetlone w masce.
- Kliknij prawym przyciskiem myszy maskę kości szczęki, aby uzyskać funkcję Smooth Mask. Powtórz ten krok 3 razy, aby uzyskać najlepsze rezultaty.
- Wygeneruj objętość 3D dla szczęki, klikając maskę prawym przyciskiem myszy i wybierając opcję obliczenia objętości 3D.
- Wybierz kość szczęki 3D. Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać wygładzanie. Ustaw współczynnik wygładzania na ~0,4, a iteracje na 4.
- Wybierz kość szczęki 3D i kliknij prawym przyciskiem myszy, aby wybrać opcję Zawijaj. Ustaw 0,2 mm dla najmniejszego detalu i 1 mm dla odległości zamykania szczeliny. Zaznacz opcję Chroń cienkie ścianki. Naciśnij przycisk OK.
- Zmień nazwę kości szczęki 3D na Maxilla.
3. Czyszczenie i tworzenie siatki
- Zaznacz obiekty 3D i skopiuj je (Ctrl + C).
- Otwórz oprogramowanie 3matic i wklej (Ctrl + V) wybrane obiekty 3D. Pojawią się one w drzewie obiektów i obszarze roboczym 3matic jako struktura 3D (Rysunek 3).
- Kliknij kartę Napraw na pasku narzędzi i użyj opcji Gładkie. W polu Operacje wybierz żądane obiekty lub elementy 3D i zastosuj parametry domyślne.
- Kliknij kartę Zakończ na pasku narzędzi i użyj opcji Wygładzanie lokalne. W polu Operacje wybierz żądane obiekty lub elementy 3D. Użyj kursora, aby ręcznie wygładzić żądane obszary.
- Zduplikuj zęby. W drzewie obiektów zaznacz wszystkie zęby, kliknij prawym przyciskiem myszy i wybierz Duplikuj.
- Zaznacz opcję Wszystkie zduplikowane zęby, pogrupuj i nazwij folder "grupa 1". Oryginalny zestaw posłuży jako ostateczne zęby do analizy.
- Dla zduplikowanych zębów w grupie 1 kliknij Moduł krzywej i opcję Utwórz krzywą. Ręcznie narysuj krzywą wokół połączenia cementowo-szkliwnego (CEJ) dla wszystkich zduplikowanych zębów.
- Wybierz elementy Krzywa, Kontur i Obramowanie w obszarze opcji Gładka krzywa.
- Rozdziel powierzchnie korony i korzenia na osobne części, wybierając opcję Podziel powierzchnie według krzywych i klikając lewym przyciskiem myszy obiekt 3D, aby wybrać.
- Wygeneruj PDL ze struktury korzenia zęba, dzieląc ząb na korzeń i koronę w CEJ.
- Zduplikuj obiekty 3D z grupy 1 (wygenerowane w kroku 3.6) jako grupę 2. Dla grupy 2, w polu drzewa obiektów, kliknij Obiekt. Z listy powierzchni usuń powierzchnię korony. Wykonaj ten krok dla wszystkich obiektów w grupie 2.
- W przypadku grupy 2 kliknij Design Module > Hollow. Zastosuj żądane parametry (tabela 1).
- Kliknij Moduł naprawy > Kreator naprawy. Kliknij poszczególne części, zaktualizuj i postępuj zgodnie z podanymi wskazówkami.
- Powtórz krok 3.10.3 dla wszystkich części. Zmień nazwy wszystkich części w grupie 2 z "UL1_PDL" na "UL7_PDL" i "UR1_PDL" na "UR7_PDL".
- W grupie 1, w polu drzewa obiektów, kliknij Obiekt. Z listy powierzchni usuń powierzchnię główną.
- Wybierz opcję Wypełnij otwór normalny i wybierz kontur. Kliknij Zły kontur i zastosuj. Cała przestrzeń zostanie wypełniona.
- Wybierz moduł Projekt > Odsunięcie lokalne i wybierz całą powierzchnię korony. Sprawdź następujące opcje: Kierunek (wybierz zewnętrzny), Odległość odsunięcia (wybierz 0,5) i Malejąca odległość (wybierz 2,0). Złóż wniosek.
- Powtórz krok 3.13.
- Powtórz kroki 3.11-3.14 dla każdego zęba łuku szczękowego.
- Remesh (Rysunek 3)
- Kliknij moduł Remesh > Utwórz zespół bez kolektora > Element główny > Szczęka z drzewa obiektów. Wybrać przecinający się element dla wszystkich obiektów z 3.4 (oryginalne zęby) i wybrać Zastosuj.
- Kliknij moduł Remesh. Podziel zespół bez kolektora.
- Powtórz kroki 3.16.1-3.16.2, używając przecinającego się elementu jako wszystkich obiektów z grupy 1 i Zastosuj.
- Jako opcjonalny krok, tylko jeśli jest to wymagane, wybierz Moduł Zakończ > Przytnij > Element > Szczęka. Wybierz nadmiarową strukturę (np. szum) i Zastosuj.
- Kliknij Kreator napraw moduł > napraw > Maxilla > Update. Postępuj zgodnie z podanymi wskazówkami.
- Powtórz krok 3.16.1, używając przecinającego się elementu jako wszystkich obiektów z grupy 2 i Zastosuj.
- Kliknij moduł Remesh > Adaptacyjne Remesh. Wybierz wszystkie przecinające się elementy z 3.16.6 i Zastosuj.
- Kliknij moduł Remesh > Podziel zespół bez kolektora.
- Kliknij moduł Remesh > Utwórz zespół nierozmaity > Element główny > Pojedynczy obiekt (PDL) z grupy 2 w drzewie obiektów. Wybierz przecinający się element > Wybierz odpowiedni obiekt z kroku 3.4 (odpowiadający temu typowi zęba) i zastosuj.
- Kliknij opcję Remesh Module (Moduł siatki) > Adaptive Remesh. Wybierz przecinającą się jednostkę z 3.16.9 i Zastosuj.
- Kliknij opcję Zmień siatkę modułu> Podziel zespół nierozdzielający.
- Powtórz kroki 3.16.9-3.16.11 dla każdego zęba.
- Kliknij moduł Remesh > Zachowanie jakości Zmniejsz trójkąty. W drzewie obiektów zaznacz wszystkie elementy (tj. zęby, PDL i szczękę) i Zastosuj.
- Kliknij przycisk Zmień moduł siatki> Utwórz siatkę woluminów > wybierz jednostkę. Wybierz opcję Parametry siatki.
- Powtórz krok 3.18 dla wszystkich jednostek (tj. zębów, PDL i szczęki).
- Ręcznie wyeksportuj pliki wejściowe (.inp) z 3Matic do Abaqus (Rysunek 4).
4. Analiza metodą elementów skończonych
UWAGA: Wszystkie niestandardowe skrypty Pythona można znaleźć w dodatkowych załącznikach. Zostały one wygenerowane za pomocą funkcji menedżera makr w Abaqus.
- Konfiguracja przetwarzania wstępnego
- Otwórz program Abaqus i wybierz opcję Model standardowy. Kliknij przycisk Plik> ustaw katalog roboczy > wybierz lokalizację przechowywania plików.
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Model_setup_Part1.py
- W katalogu modelu określ ścieżkę do pliku, aby załadować pliki .inp w programie Abaqus.
- Kliknij Modele > Symulacja > Części > Szczęka > powierzchnie.
- Nazwij powierzchnię w oknie dialogowym "UL1 _socket".
- W obszarze Wybierz obszar powierzchni wybierz opcję Według kąta. Dodaj "15" jako kąt.
- Upewnij się, że wszystkie obszary gniazda są zaznaczone. Po zakończeniu naciśnij Gotowe.
- Powtórz kroki 4.1.4-4.1.7 dla poszczególnych gniazd.
- Kliknij Modele > Symulacja > części. Następnie wybierz UL1 > Powierzchnie. Nazwij powierzchnię "UL1".
- W obszarze Wybierz region powierzchni wybierz opcję "Indywidualnie". Wybierz ząb na ekranie i naciśnij Gotowe.
- Powtórz kroki 4.1.9-4.1.10 dla wszystkich zębów.
- Kliknij Modele > Symulacja > części. Następnie wybierz opcję UL1_PDL > Surfaces. Nazwij powierzchnię "UL1_PDL_inner".
- W obszarze Wybierz obszar powierzchni wybierz opcję Według kąta. Dodaj "15" jako kąt.
UWAGA: Jeśli podczas końcowej symulacji zostanie znaleziony błąd, zmniejsz kąt i ponownie wybierz powierzchnię. - Upewnij się, że zaznaczona jest cała wewnętrzna powierzchnia PDL. Po zakończeniu naciśnij Gotowe.
- Wybierz opcję UL1_PDL > Surfaces. Nazwij powierzchnię "UL1_PDL_outer".
- W obszarze Wybierz obszar powierzchni wybierz opcję Według kąta. Dodaj "15" jako kąt.
UWAGA: Jeśli podczas końcowej symulacji zostanie znaleziony błąd, zmniejsz kąt i ponownie wybierz powierzchnię. - Upewnij się, że zaznaczona jest cała zewnętrzna powierzchnia PDL. Po zakończeniu naciśnij Gotowe.
- Powtórz kroki 4.1.13-4.1.19 dla wszystkich bibliotek PDL.
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Model_setup_Part2.py
- Kliknij Modele > Symulacja > BCs. Nazwij BC_all, a następnie wybierz opcję Krok jako inicjał. W kategorii wybierz "Mechaniczny", a w sekcji "Typy wybranego kroku" wybierz "Przemieszczenie/Obrót". Naciśnij przycisk Kontynuuj.
- W obszarze Wybierz regiony dla warunku brzegowego wybierz opcję Według kąta. Dodaj "15" jako kąt. Zaznacz opcję Utwórz zestaw. Wybierz indywidualne gniazda dla 14 zębów. Naciśnij Gotowe.
UWAGA: Pomogło to symulować natychmiastowy ruch zębów. - Kliknij Modele > Simulation > Zestawy > złożeń > Utwórz zestaw. Nazwij zestaw "U1_y_force".
- W polu Wybierz węzły zestawu wybierz opcję Indywidualnie.
UWAGA: Skoncentrowana siła o wartości jednego Newtona została przyłożona do losowo wybranego węzła zęba w dodatnim kierunku Y (symulując siłę dystalizacji) lub dodatnim kierunku Z (symulując siłę intruzyjną). - Wybierz węzeł w środku korony na powierzchni policzkowej górnego środkowego siekacza (U1) i naciśnij Gotowe.
- Kliknij przycisk Zestawy > Utwórz zestaw. Nazwij zestaw "U1_z_force".
- Powtórz kroki 4.1.23-4.1.24.
- Powtórz kroki 4.1.22-4.1.26 dla wszystkich zębów.
UWAGA: Zanim zestaw zostanie wygenerowany dla konkretnego zęba, jak w 4.1.25, przejdź do Instancji > Wznów dla tego zęba.
- Konfiguracja modelu
- Kliknij Modele > Symulacja > Złożeniu > Instancje. Wybierz opcję Wszystkie instancje i kliknij przycisk Wznów.
- Kliknij Narzędzia > zapytanie > punkt/węzeł. Wybierz węzeł w środku losowo wybranego siekacza środkowego i naciśnij Gotowe.
- W centrum dowodzenia u dołu strony skopiuj współrzędne X, Y i Z węzła wybranego w kroku 4.2.2.
- Na pionowym pasku narzędzi wybierz opcję Przekształć wystąpienie i zaznacz cały zespół (tj. wszystkie wystąpienia) na ekranie. Naciśnij Gotowe.
- W polu Wybierz punkt początkowy wektora translacji wklej współrzędne skopiowane w kroku 4.2.3 lub wprowadź wartości X, Y i Z. Kliknij Enter.
- W obszarze Wybierz punkt końcowy wektora translacji lub wprowadź X,Y,Z: wprowadź współrzędne "0.0", "0.0" i "0.0". Kliknij Enter.
- W polu Position of Instance (Pozycja instancji) naciśnij przycisk OK.
- Kliknij Narzędzia > Zapytanie > punkt/węzeł i wybierz węzeł bezpośrednio nad linią środkową środkowych siekaczy. Wprowadź Gotowe.
- W centrum dowodzenia u dołu strony skopiuj współrzędne X, Y i Z węzła wybranego w kroku 4.2.8.
- Na pionowym pasku narzędzi wybierz opcję Przekształć wystąpienie i zaznacz cały zespół (tj. wszystkie wystąpienia) na ekranie. Wprowadź Gotowe.
- Wklej skopiowane współrzędne w polu Wybierz punkt początkowy dla wektora translacji - lub wprowadź X,Y,Z. Kliknij Enter.
- W obszarze Wybierz punkt końcowy wektora translacji - lub wprowadź X,Y,Z: wstaw współrzędne skopiowane w kroku 4.2.9. Zmień współrzędną X na 0,0. Kliknij Enter.
- W polu Position of Instance (Pozycja instancji) naciśnij przycisk OK.
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Model_setup_Part3.py. Wstawianie lub zmienianie właściwości materiału.
- Kliknij Modele > Simulation > Materiały, a następnie kliknij Kość/PDL/Ząb. Wstaw właściwości specyficzne dla tkanki.
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Functions.py.
- Przetwarzanie modelu
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Job_submission.py.
UWAGA: Moduł zadania to miejsce, w którym użytkownik konfiguruje jedną lub więcej akcji na modelu, a menedżer zadań to miejsce, w którym rozpoczyna się analiza modelu, wyświetlany jest postęp i odnotowywane jest ukończenie. - W oknie dialogowym zatytułowanym Wygasz wszystko wprowadź boki (L lub R) zębów na podstawie wiązań (w obszarze Modele > Symulacja > Wiązania). Naciśnij przycisk OK.
- W oknie dialogowym zatytułowanym Przesyłanie zadania wprowadź "Y", aby uruchomić analizę dla określonego zęba/zębów. Naciśnij przycisk OK.
- W oknie dialogowym zatytułowanym Wskazówki do analizy wprowadź "Y", aby określić zastosowanie siły. Naciśnij przycisk OK.
- Kliknij Plik > Uruchom skrypt i wybierz Job_submission.py.
- Przetwarzanie końcowe w celu oszacowania C RES
- Wybierz pozycję Plik > uruchom skrypt > Bulk_process.py.
- W oknie dialogowym zatytułowanym Analizuj wiele zadań wprowadź "Y" dla określonego zęba/zębów. Naciśnij przycisk OK.
- W oknie dialogowym zatytułowanym Kierunki analizy wprowadź "Y", aby określić przyłożenie siły. Naciśnij przycisk OK.
- W oknie dialogowym zatytułowanym Pobierz dane wejściowe wprowadź określony numer zęba zgodnie z opisem o nazwie Instancje (np. UL1 lub UL5 itp.). Naciśnij przycisk OK.
- Sprawdź współrzędne punktu Siła względem punktu i Szacowanego położenia w polu poleceń. Jeśli nie są podobne, powtórz kroki 4.3.1-4.4.4.
UWAGA: Po uruchomieniu zadań dla każdego kroku, w interfejsie Abaqus uruchamiany był zdefiniowany przez użytkownika algorytm stworzony w Pythonie w celu analizy układu siły reakcji i kolejnych momentów powstałych w wyniku przyłożenia obciążenia. Algorytm automatycznie sugeruje nowe położenie węzła w celu przyłożenia obciążenia w taki sposób, że w układzie sił powstaje moment o wielkości bliskiej zeru. Przebiega to w procesie iteracyjnym, aż do znalezienia lub oszacowania położenia węzła, który tworzy moment najbliższy zeru, gdy działa przez niego siła. Algorytm jest szczegółowo opisany w sekcji Dyskusja.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Aby zweryfikować segmentację i ręczne obrysowywanie opisane w sekcji Procedury (krok 2), z suchej czaszki wyekstrahowano pierwszego zęba trzonowego górnego i wykonano obraz CBCT. Do ręcznego obrysowania zęba, zgodnie z opisem w kroku 2, wykorzystano oprogramowanie do przetwarzania i edycji obrazów Mimics. Następnie wykonano triangulację (meshing), oczyszczono posegmentowane modele za pomocą oprogramowania 3matic, a następnie zaimportowano je do programu Abaqus w celu przeprowadzenia anali...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Niniejsze badanie przedstawia zestaw narzędzi do ustanowienia spójnego przepływu pracy dla analizy elementów skończonych (MES) modeli zębów szczęki pochodzących z obrazów CBCT pacjentów w celu określenia ichC RES. Dla klinicysty jasna i prosta mapaC RES zębów szczęki byłaby nieocenionym narzędziem klinicznym do planowania ruchów zębów i przewidywania skutków ubocznych. Metoda elementów skończonych (MES) została wprowadzona do badań biomechanicznych w stomatologii w 1973 roku17
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy pragną podziękować Fundacji Charlesa Burstone'a za wsparcie projektu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Oprogramowanie 3-matic | Materialise, Leuven, Belgia. | Oprogramowanie do czyszczenia i tworzenia siatek | |
| Abaqus/CAE, wersja 2017 | Dassault Systè mes Simulia Corp., Johnston, RI, Stany Zjednoczone. | Oprogramowanie do analizy metodą elementów skończonych | |
| Mimics, wersja 17.0 | Materialise, Leuven, Belgia. | Segmentacja zębów i kości |
Bibliografia
- 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).
- Tanne, K., Nagataki, T., Inoue, Y., Sakuda, M., Burstone, C. J. Patterns of initial tooth displacements associated with various root lengths and alveolar bone heights. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 100 (1), 66-71 (1991).
- Burstone, C. J., Pryputniewicz, R. J. Holographic determination of centers of rotation produced by orthodontic forces. American Journal of Orthodontics. 77 (4), 396-409 (1980).
- Dermaut, L. R., Kleutghen, J. P., De Clerck, H. J. Experimental determination of the Cres of the upper first molar in a macerated, dry human skull submitted to horizontal headgear traction. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 90 (1), 29-36 (1986).
- Tanne, K., Sakuda, M., Burstone, C. J. Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue by orthodontic forces. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 92 (6), 499-505 (1987).
- Meyer, B. N., Chen, J., Katona, T. R. Does the Cres depend on the direction of tooth movement? American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 137 (3), 354-361 (2010).
- Kojima, Y., Fukui, H. A finite element simulation of initial movement, orthodontic movement, and the centre of resistance of the maxillary teeth connected with an archwire. European Journal of Orthodontics. 36 (3), 255-261 (2014).
- Reimann, S., Keilig, L., Jäger, A., Bourauel, C. Biomechanical finite-element investigation of the position of the centre of resistance of the upper incisors. European Journal of Orthodontics. 29 (3), 219-224 (2007).
- Viecilli, R. F., Budiman, A., Burstone, C. J. Axes of resistance for tooth movement: Does the Cres exist in 3-dimensional space? American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 143 (2), 163-172 (2013).
- Ammar, H. H., Ngan, P., Crout, R. J., Mucino, V. H., Mukdadi, O. M. Three-dimensional modeling and finite element analysis in treatment planning for orthodontic tooth movement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (1), 59-71 (2011).
- Sia, S., Koga, Y., Yoshida, N. Determining the center of resistance of maxillary anterior teeth subjected to retraction forces in sliding mechanics. An in vivo study. Angle Orthodontics. 77 (6), 999-1003 (2007).
- Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: a finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (5), 681-689 (2008).
- Tominaga, J. Y., et al. Effect of play between bracket and archwire on anterior tooth movement in sliding mechanics: A three-dimensional finite element study. Journal of Dental Biomechanics. 3, 1758736012461269(2012).
- Cai, Y., Yang, X., He, B., Yao, J. Finite element method analysis of the periodontal ligament in mandibular canine movement with transparent tooth correction treatment. BMC Oral Health. 15 (106), (2015).
- Pauwels, R., Araki, K., Siewerdsen, J. H., Thongvigitmanee, S. S. Technical aspects of dental CBCT: state of the art. Dentomaxillofacial Radiology. 44 (1), 20140224(2015).
- Farah, J. W., Craig, R. G., Sikarskie, D. L. Photoelastic and finite element stress analysis of a restored axisymmetric first molar. Journal of Biomechanics. 6 (5), 511-520 (1973).
- van Driel, W. D., van Leeuwen, E. J., Von den Hoff, J. W., Maltha, J. C., Kuijpers-Jagtman, A. M. Time-dependent mechanical behavior of the periodontal ligament. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 214 (5), 497-504 (2000).
- Bourauel, C., et al. Simulation of orthodontic tooth movements. A comparison of numerical models. Journal of Orofacial Orthopedics. 60 (2), 136-151 (1999).
- Schneider, J., Geiger, M., Sander, F. G. Numerical experiments on longtime orthodontic tooth movement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 121 (3), 257-265 (2002).
- Ten Cate, A. R. Oral histology, development, structure and function (5th ed). , St. Louis Mosby. (1998).
- McCormack, S. W., Witzel, U., Watson, P. J., Fagan, M. J., Gröning, F. The Biomechanical Function of Periodontal Ligament Fibres in Orthodontic Tooth Movement. PLoS One. 9 (7), e102387(2014).
- Huang, H., Tang, W., Yan, B., Wu, B., Cao, D. Mechanical responses of the periodontal ligament based on an exponential hyperelastic model: a combined experimental and finite element method. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19 (2), 188-198 (2016).
- Yang, J. A new device for measuring density of jaw bones. Dentomaxillofacial Radiology. 31 (5), 313-316 (2002).
- Gradl, R., et al. Mass density measurement of mineralized tissue with grating-based X-ray phase tomography. PLoS One. 11 (12), e01677979(2016).
- Jiang, F., Kula, K., Chen, J. Estimating the location of the center of resistance of canines. Angle Orthodontics. 86 (3), 365-371 (2016).
- Nyashin, Y., et al. Center of resistance and center of rotation of a tooth: experimental determination, computer simulation and the effect of tissue nonlinearity. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19, 229-239 (2016).
- Toms, S. R., Eberhardt, A. W. A nonlinear finite element analysis of the periodontal ligament under orthodontic tooth loading. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 123 (6), 657-665 (2003).
- Osipenko, M. A., Nyashin, M. Y., Nyashin, Y. I. Centre of resistance and centre of rotation of a tooth: the definitions, conditions of existence, properties. Russian Journal of Biomechanics. 3 (1), 5-15 (1999).
- Dathe, H., Nägerl, H., Dietmar, K. M. A caveat concerning center of resistance. Journal of Dental Biomechanics. 4, 1758736013499770(2013).
- Hohmann, A., et al. Influence of different modeling strategies for the periodontal ligament on finite element simulation results. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (6), 775-783 (2011).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
