System siłowy z pionowymi łukami w kształcie litery V: ocena 3D in vitro elastycznych i sztywnych prostokątnych łuków
24 lipca 2018
Przedstawiona tutaj metoda ma na celu skonstruowanie i walidację modelu 3D in vitro zdolnego do pomiaru układu siły generowanego przez różne łuki z łukami w kształcie litery V umieszczonymi między dwoma nawiasami. Dodatkowym celem jest porównanie tego układu sił z różnymi typami łuków oraz z poprzednimi modelami.
Opisana aparatura redukuje normalny kliniczny zestaw 12 zamków do zaledwie dwóch. To znacznie upraszcza nasze zrozumienie, jak działa urządzenie. Zapewnia również plan testowania i wprowadzania modyfikacji w podobnych urządzeniach.
Ten eksperyment odpowiada na kilka kluczowych pytań związanych z układem zmienności i siły tworzonym przez zakręty w kształcie litery V. Podczas umieszczania tych pasm w różnych miejscach wzdłuż rozpiętości łuku trzonowca siekacza. Implikacje tego głównego aparatu mają tendencję do tworzenia aparatów ortodontycznych z bardziej przewidywalnym układem sił, co na poziomie klinicznym oznaczałoby bardziej przewidywalne wyniki.
Aby rozpocząć tę procedurę, włóż jajowaty łuk szczękowy SS o wymiarach 0,021 na 0,025 cala w szczeliny zamka. Następnie umieść aparaturę testującą w szklanej komorze. Sprawdź, czy nie ma niezamierzonej aktywacji łuku.
Każda aktywacja łuku automatycznie utworzy system siły, który zostanie wyświetlony na ekranie komputera. Jeśli zaobserwuje się aktywację łuku, zmień położenie wsporników i sprawdź ponownie. Aby wytworzyć łuk wzorcowy, umieść łuk w aparacie testującym.
Następnie użyj markera permanentnego, aby wskazać linię środkową, punkt bezpośrednio dystalny do wspornika siekacza i punkt bezpośrednio mezjalny do rurki trzonowej. Zrób to samo dla przeciwległej strony łuku. Następnie przenieś łuk z zaznaczonymi punktami na papier milimetrowy.
Wykonaj na nim precyzyjną replikę łuku, której można użyć do określenia położenia łuku w kształcie litery V dla wszystkich łuków próbki. Następnie oblicz obwód odcinka łuku L od I do M.Teraz zaznacz 11 punktów od I do M.Każdy punkt to przyszła pozycja zgięcia w kształcie litery V. Oznacz każdy punkt od a0 do a10.
Upewnij się, że każda pozycja zgięcia jest oddzielona od drugiej równą ilością. Uzyskaj unikalny numer dla każdej pozycji gięcia, obliczając a/L dla każdej pozycji. Aby umieścić zagięcia w kształcie litery V, weź nowy łuk z próbki i umieść go na szablonowym papierze milimetrowym.
Następnie przenieś jedną z 11 pozycji gięcia obustronnie na łuk. Użyj prostokątnych szczypiec łukowych lub szczypiec do drutu lekkiego, aby wykonać symetryczne zagięcia w kształcie litery V po obu stronach. Umieść łuk na płaskiej platformie i sprawdź kąt wykonany przez dwa końce łuku za pomocą kątomierza.
W razie potrzeby wyreguluj końce, aby powstał kąt 150 stopni. Następnie powtórz procedury dla wszystkich łuków próbki. Aby zmierzyć system siły, otwórz program do rejestrowania danych.
Utwórz nowy folder dla danych, które mają zostać zapisane. Następnie kliknij przycisk Uruchom, aby uruchomić oprogramowanie. Program wyświetli każdą z trzech sił i trzy wartości momentu na każdym czujniku w czasie rzeczywistym.
Poczekaj około 10 do 15 sekund, aż wahania w oprogramowaniu do rejestrowania danych ustaną. Upewnij się, że linie wykresu dla wszystkich elementów układu sił pokazują płaską linię. Należy pamiętać, że wszystkie sześć pomiarów na każdym czujniku pokaże znikome wartości.
Delikatnie zdejmij aparaturę testującą z platformy. Użyj szczypiec Weingart, aby włożyć łuk do rurek trzonowych. Następnie otwórz drzwi zamka siekacza za pomocą skalera periodontologicznego.
Podnieś przednią część łuku i włóż go do szczelin wspornika. Upewnij się, że linia środkowa łuku pokrywa się z linią środkową aparatury testowej. Po umieszczeniu łuku w szczelinach wspornika, jeśli łuk musi zostać zdjęty w celu dokonania pewnych regulacji, wówczas nie można użyć tego samego łuku i konieczne będzie włożenie nowego łuku.
Następnie włóż aparaturę testującą z powrotem na platformę i zamknij drzwi szklanej komory. Ustaw temperaturę na trzydzieści siedem stopni Celsjusza i poczekaj minutę, aż temperatura szklanej komory się dostosuje. Kliknij przycisk Rozpocznij zapisywanie w oprogramowaniu i zezwól oprogramowaniu na zapisywanie i przesyłanie danych przez co najmniej 10 sekund.
Kliknij ponownie przycisk Rozpocznij zapisywanie, aby zakończyć przesyłanie danych, a następnie kliknij przycisk ZATRZYMAJ. Należy pamiętać, że każdy cykl pomiarowy generuje 100 odczytów w okresie 10 sekund dla każdego komponentu. Powtórz procedury dla 10 łuków o określonej pozycji zgięcia oraz dla wszystkich pozycji gięcia i typów łuków.
Aby ocenić błąd, otwórz program do rejestrowania danych. Utwórz nowy folder dla danych, które mają zostać zapisane. Następnie kliknij przycisk Uruchom, aby uruchomić oprogramowanie.
Program wyświetli każdą z trzech sił i trzy wartości momentu na każdym czujniku w czasie rzeczywistym. Poczekaj około 10-15 sekund, aż wahania w oprogramowaniu do rejestrowania danych ustaną. Upewnij się, że linie wykresu w oprogramowaniu dla wszystkich elementów układu sił pokazują płaską linię.
Zdejmij aparaturę testującą z platformy. Za pomocą szczypiec do drutu lekkiego zegnij jeden koniec prostego drutu SS o wymiarach 0,021 x 0,025 cala w mały haczyk. Włóż wolny koniec łuku do rurki trzonowej od strony dystalnej.
Następnie umieść aparaturę testującą z powrotem na platformie. Przymocuj znany ciężarek do haka i pozwól mu swobodnie zwisać w płaszczyźnie pionowej, usuwając wszelkiego rodzaju zakłócenia. Zamknij drzwi szklanej komory.
Kliknij przycisk Rozpocznij zapisywanie w oprogramowaniu i zezwól oprogramowaniu na zapisywanie i przesyłanie danych przez co najmniej 10 sekund. Kliknij ponownie przycisk Rozpocznij zapisywanie, aby zakończyć przesyłanie danych, a następnie kliknij przycisk ZATRZYMAJ. Przejdź do dokumentu zawierającego zapisane dane, wyeksportuj zestaw danych do specjalnie zaprojektowanego arkusza kalkulacyjnego analizy danych i powtórz procedury oceny błędów dla wspornika siekacza.
Siły pionowe pokazują symetryczny i liniowy wzór dla każdego z sześciu typów drutu. W miarę jak zagięcie w kształcie litery V zbliża się do któregokolwiek ze wsporników, siły pionowe stają się większe. W miarę przesuwania się zagięcia dalej poza ten punkt, siła pionowa stopniowo rośnie.
Kierunki poszczególnych sił pionowych są jednak odwrócone. Łuki ze stali nierdzewnej tworzą znacznie większy układ sił niż łuki tytanowe beta. Co zaskakujące, względny układ sił wytworzony na dwóch wspornikach przez łuki, zarówno pod względem rozmiaru, jak i rodzaju łuku, jest dość podobny.
Natomiast momenty pokazują nieliniowy i asymetryczny wzór. Spłaszczenie Mxi, gdy zagięcia w kształcie litery V są umieszczone blisko rurki trzonowej, a także odwrócenie kierunku momentu w rurce trzonowej z osi / L z 0,0 do 0,2 było podobne dla wszystkich łuków i być może reprezentuje bardziej fundamentalną naturę interakcji wspornika łuku i orientacji wspornika. Stosunek momentu dwóch nawiasów pokazuje pewne specyficzne wzorce obserwowane we wszystkich testowanych łukach i można je pogrupować w trzy odrębne wzory.
Podejście to można wykorzystać w wielu innych scenariuszach klinicznych poza tylko zgięciami w kształcie litery V. Rozpoczęliśmy już testowanie niektórych z nich, a w niedalekiej przyszłości rozważamy bezpośrednią integrację tych danych z symulacjami MES dla podobnych konfiguracji. Takie podejście pomoże w zrozumieniu i przewidywaniu wyników klinicznych u pacjentów.
Będzie to ogromny krok w dostosowywaniu leczenia do potrzeb pacjenta.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia innowacyjny model 3D in vitro, zaprojektowany w celu pomiaru układu sił generowanych przez różne druty łukowe z zagięciami w kształcie litery V umieszczonymi pomiędzy dwoma zamkami. Celem badań jest uproszczenie zrozumienia aparatury ortodontycznej oraz zwiększenie przewidywalności efektów klinicznych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Ortodoncja
- Biomechanika
- Modelowanie in vitro
Wprowadzenie
- Tradycyjne konfiguracje ortodontyczne często wymagają zastosowania wielu zamków, co komplikuje analizę sił.
- Zrozumienie systemów sił jest kluczowe dla skutecznego leczenia ortodontycznego.
- Zgięcia w kształcie litery V w drutach łukowych mogą znacząco wpływać na rozkład sił.
- Niniejsze badanie ma na celu rozwiązanie ograniczeń poprzednich modeli.
Cel badania
- Budowa uproszczonego modelu do analizy sił ortodontycznych.
- Porównanie systemów sił generowanych przez różne druty łukowe.
- Walidacja skuteczności nowego modelu w odniesieniu do istniejących metod.
Zastosowane metody
- Opracowanie modelu 3D in vitro z zredukowaną liczbą bracketów.
- Pomiar układów sił generowanych przez łuki z zagięciami w kształcie litery V.
- Analiza porównawcza różnych typów drutów łukowych.
- Badanie wpływu modelu na projektowanie aparatów ortodontycznych.
Główne wyniki
- Nowy model upraszcza analizę sił ortodontycznych.
- Różne rozmieszczenia zgięć w kształcie litery V istotnie wpływają na rozkład sił.
- Wyniki wskazują na bardziej przewidywalny układ sił przy zastosowaniu nowego aparatu.
- Otrzymane wyniki wspierają opracowanie ulepszonych aparatów ortodontycznych.
Wnioski
- Model 3D stanowi cenne narzędzie w badaniach ortodontycznych.
- Zrozumienie układów sił może prowadzić do lepszych wyników klinicznych.
- Niniejsze badanie kładzie podwaliny pod przyszłe innowacje w projektowaniu aparatów ortodontycznych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa ocena 3D układów sił w ortodontycznych drutach łukowych umożliwia precyzyjną ewaluację zmiennych biomechanicznych, które są kluczowe dla projektowania urządzeń i modelowania predykcyjnego. Podejście to wspiera redukcję ryzyka mechanistycznego oraz standaryzację we wczesnej fazie opracowywania urządzeń, co ułatwia ciągłość translacyjną od etapu laboratoryjnego do zastosowań klinicznych. Metodologia ta stanowi reużywalną platformę do analizy porównawczej zmiennych materiałowych i geometrycznych w systemach ortodontycznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę generowania sił i momentów poprzez izolację kluczowych zmiennych mechanicznych.
- Wspiera walidację funkcjonalną komponentów urządzenia poprzez bezpośredni pomiar parametrów biomechanicznych.
- Zwiększa pewność przewidywań dotyczących wydajności urządzenia poprzez kwantyfikację zmienności układu sił w zależności od materiałów i geometrii.
Przesiewy i opracowanie testów
- Zapewnia zwalidowany układ 3D in vitro do powtarzalnego pomiaru sił i momentów w czasie rzeczywistym.
- Standaryzuje warunki analizy w celu porównawczej oceny różnych typów i konfiguracji drutów łukowych.
- Generuje dane ilościowe odpowiednie do późniejszych procesów modelowania i symulacji.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia zestawienie danych z systemów pomiaru sił in vitro z modelowaniem obliczeniowym (np. symulacjami FEM) w celu uzyskania przekładalności prognostycznej.
- Pozwala na dostosowanie postępów w opracowywaniu prototypów urządzeń do poziomu ryzyka poprzez określenie progów wydajności biomechanicznej.
- Wspiera dostosowanie parametrów urządzeń do indywidualnych potrzeb pacjenta w oparciu o ilościowe mapowanie sił.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta platforma do pomiaru sił 3D integruje się z procesem opracowywania nowych urządzeń, od wczesnego testowania hipotez, przez walidację przedkliniczną, aż po optymalizację opartą na symulacjach.
- Biologia odkrywcza: Ilościowo określa wpływ pozycji zgięcia w kształcie litery V oraz materiału drutu łukowego na generowanie systemu sił, co wspomaga mechanistyczne ograniczanie ryzyka.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe dane dotyczące siły i momentu obrotowego do porównawczej oceny urządzeń.
- Analityka: Zapewnia odczyty siły i momentu obrotowego w sześciu osiach, umożliwiając solidną analizę statystyczną i porównania między różnymi warunkami.
- Badania translacyjne: Łączy pomiary in vitro z modelowaniem komputerowym w celu projektowania urządzeń o charakterze prognostycznym.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy modułową platformę, którą można dostosować do różnorodnych badań nad urządzeniami ortodontycznymi i biomechanicznymi.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w biomechanice urządzeń.
- Wartość operacyjna: Sprzyja standaryzacji, powtarzalności i skalowalności w analizach układów sił.
- Wartość strategiczna: Uzasadnia decyzje o kontynuacji lub przerwaniu prac (go/no-go) oraz optymalizuje alokację zasobów w procesach rozwoju urządzeń.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój potencjalnych urządzeń w oparciu o ilościowe dane biomechaniczne.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu biomechaniki, pomiaru siły oraz analizy danych.
- Wymaga dostępu do wieloosiowych przetworników siły oraz systemów akwizycji danych w czasie rzeczywistym.
- Konieczna jest rygorystyczna standaryzacja konfiguracji testu i przetwarzania danych pomiędzy zespołami.
- Metoda jest dostosowalna do różnych materiałów i geometrii drutów łukowych poprzez modyfikacje protokołu.
- Ograniczenia praktyczne obejmują wrażliwość na pozycjonowanie zamków oraz sposób manipulacji drutem łukowym, co wynika z opisanego protokołu.
Często zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Experimental Set Up
1:31
Fabrication of a Template Archwire and Placement of V-bends
3:14
Measuring the Force System
5:15
Error Evaluation
6:51
Results: Graphical Representation of the Vertical Force and the Moment in the Transverse Plane at Two Brackets
8:08
Conclusion
