Name: Uma abordagem de elemento finito para localizar o Centro de Resistência dos Dentes Maxilais (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-04-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 50 s
Description: Aprenda a localizar o centro de resistência de dentes maxilares usando modelagem de elementos finitos e imagens de tomografia computadorizada cone beam. Este método padronizado facilita pesquisas futuras em ortodontia e biomecânica dentária.

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Os autores gostariam de reconhecer o Prêmio Charles Burstone Foundation por apoiar o projeto.

<ol><li>Smith, R. J., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanics+of+tooth+movement%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Mechanics of tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics. 85 (4), 294-307 (1984).</li>
<li>Christiansen, R. L., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Centers+of+rotation+within+the+periodontal+space%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Centers of rotation within the periodontal space.</a> American Journal of Orthodontics. 55 (4), 353-369 (1969).</li>
<li>Tanne, K., Nagataki, T., Inoue, Y., Sakuda, M., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+of+initial+tooth+displacements+associated+with+various+root+lengths+and+alveolar+bone+heights%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Patterns of initial tooth displacements associated with various root lengths and alveolar bone heights.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 100 (1), 66-71 (1991).</li>
<li>Burstone, C. J., Pryputniewicz, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holographic+determination+of+centers+of+rotation+produced+by+orthodontic+forces%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Holographic determination of centers of rotation produced by orthodontic forces.</a> American Journal of Orthodontics. 77 (4), 396-409 (1980).</li>
<li>Dermaut, L. R., Kleutghen, J. P., De Clerck, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+determination+of+the+Cres+of+the+upper+first+molar+in+a+macerated%2C+dry+human+skull+submitted+to+horizontal+headgear+traction%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Experimental determination of the Cres of the upper first molar in a macerated, dry human skull submitted to horizontal headgear traction.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 90 (1), 29-36 (1986).</li>
<li>Tanne, K., Sakuda, M., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+finite+element+analysis+for+stress+in+the+periodontal+tissue+by+orthodontic+forces%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue by orthodontic forces.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 92 (6), 499-505 (1987).</li>
<li>Meyer, B. N., Chen, J., Katona, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Does+the+Cres+depend+on+the+direction+of+tooth+movement%3F%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Does the Cres depend on the direction of tooth movement?</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 137 (3), 354-361 (2010).</li>
<li>Kojima, Y., Fukui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+finite+element+simulation+of+initial+movement%2C+orthodontic+movement%2C+and+the+centre+of+resistance+of+the+maxillary+teeth+connected+with+an+archwire%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">A finite element simulation of initial movement, orthodontic movement, and the centre of resistance of the maxillary teeth connected with an archwire.</a> European Journal of Orthodontics. 36 (3), 255-261 (2014).</li>
<li>Reimann, S., Keilig, L., Jäger, A., Bourauel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+finite-element+investigation+of+the+position+of+the+centre+of+resistance+of+the+upper+incisors%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Biomechanical finite-element investigation of the position of the centre of resistance of the upper incisors.</a> European Journal of Orthodontics. 29 (3), 219-224 (2007).</li>
<li>Viecilli, R. F., Budiman, A., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Axes+of+resistance+for+tooth+movement%3A+Does+the+Cres+exist+in+3-dimensional+space%3F%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Axes of resistance for tooth movement: Does the Cres exist in 3-dimensional space?</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 143 (2), 163-172 (2013).</li>
<li>Ammar, H. H., Ngan, P., Crout, R. J., Mucino, V. H., Mukdadi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+modeling+and+finite+element+analysis+in+treatment+planning+for+orthodontic+tooth+movement%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional modeling and finite element analysis in treatment planning for orthodontic tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (1), 59-71 (2011).</li>
<li>Sia, S., Koga, Y., Yoshida, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determining+the+center+of+resistance+of+maxillary+anterior+teeth+subjected+to+retraction+forces+in+sliding+mechanics.+An+in+vivo+study%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Determining the center of resistance of maxillary anterior teeth subjected to retraction forces in sliding mechanics. An in vivo study.</a> Angle Orthodontics. 77 (6), 999-1003 (2007).</li>
<li>Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moment-to-force+ratio%2C+center+of+rotation%2C+and+force+level%3A+a+finite+element+study+predicting+their+interdependency+for+simulated+orthodontic+loading+regimens%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: a finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (5), 681-689 (2008).</li>
<li>Tominaga, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+play+between+bracket+and+archwire+on+anterior+tooth+movement+in+sliding+mechanics%3A+A+three-dimensional+finite+element+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Dental+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Effect of play between bracket and archwire on anterior tooth movement in sliding mechanics: A three-dimensional finite element study.</a> Journal of Dental Biomechanics. 3, 1758736012461269(2012).</li>
<li>Cai, Y., Yang, X., He, B., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+method+analysis+of+the+periodontal+ligament+in+mandibular+canine+movement+with+transparent+tooth+correction+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Oral+Health%22%5BJournal%5D)">Finite element method analysis of the periodontal ligament in mandibular canine movement with transparent tooth correction treatment.</a> BMC Oral Health. 15 (106), (2015).</li>
<li>Pauwels, R., Araki, K., Siewerdsen, J. H., Thongvigitmanee, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technical+aspects+of+dental+CBCT%3A+state+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Dentomaxillofacial+Radiology%22%5BJournal%5D)">Technical aspects of dental CBCT: state of the art.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 44 (1), 20140224(2015).</li>
<li>Farah, J. W., Craig, R. G., Sikarskie, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoelastic+and+finite+element+stress+analysis+of+a+restored+axisymmetric+first+molar%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Photoelastic and finite element stress analysis of a restored axisymmetric first molar.</a> Journal of Biomechanics. 6 (5), 511-520 (1973).</li>
<li>van Driel, W. D., van Leeuwen, E. J., Von den Hoff, J. W., Maltha, J. C., Kuijpers-Jagtman, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-dependent+mechanical+behavior+of+the+periodontal+ligament%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+H%3A+Journal+of+Engineering+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Time-dependent mechanical behavior of the periodontal ligament.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 214 (5), 497-504 (2000).</li>
<li>Bourauel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+orthodontic+tooth+movements.+A+comparison+of+numerical+models%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Orofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Simulation of orthodontic tooth movements. A comparison of numerical models.</a> Journal of Orofacial Orthopedics. 60 (2), 136-151 (1999).</li>
<li>Schneider, J., Geiger, M., Sander, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+experiments+on+longtime+orthodontic+tooth+movement%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Numerical experiments on longtime orthodontic tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 121 (3), 257-265 (2002).</li>
<li>Ten Cate, A. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTen+Cate%2C+AR+%22Oral+histology%2C+development%2C+structure+and+function+%285th+ed%29%22">Oral histology, development, structure and function (5th ed)</a>. , St. Louis Mosby. (1998).</li>
<li>McCormack, S. W., Witzel, U., Watson, P. J., Fagan, M. J., Gröning, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Biomechanical+Function+of+Periodontal+Ligament+Fibres+in+Orthodontic+Tooth+Movement%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The Biomechanical Function of Periodontal Ligament Fibres in Orthodontic Tooth Movement.</a> PLoS One. 9 (7), e102387(2014).</li>
<li>Huang, H., Tang, W., Yan, B., Wu, B., Cao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+responses+of+the+periodontal+ligament+based+on+an+exponential+hyperelastic+model%3A+a+combined+experimental+and+finite+element+method%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Methods+in+Biomechanics+and+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Mechanical responses of the periodontal ligament based on an exponential hyperelastic model: a combined experimental and finite element method.</a> Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19 (2), 188-198 (2016).</li>
<li>Yang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+device+for+measuring+density+of+jaw+bones%5BTitle%5D)+AND+%22Dentomaxillofacial+Radiology%22%5BJournal%5D)">A new device for measuring density of jaw bones.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 31 (5), 313-316 (2002).</li>
<li>Gradl, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+density+measurement+of+mineralized+tissue+with+grating-based+X-ray+phase+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Mass density measurement of mineralized tissue with grating-based X-ray phase tomography.</a> PLoS One. 11 (12), e01677979(2016).</li>
<li>Jiang, F., Kula, K., Chen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+the+location+of+the+center+of+resistance+of+canines%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthodontics%22%5BJournal%5D)">Estimating the location of the center of resistance of canines.</a> Angle Orthodontics. 86 (3), 365-371 (2016).</li>
<li>Nyashin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Center+of+resistance+and+center+of+rotation+of+a+tooth%3A+experimental+determination%2C+computer+simulation+and+the+effect+of+tissue+nonlinearity%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Methods+in+Biomechanics+and+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Center of resistance and center of rotation of a tooth: experimental determination, computer simulation and the effect of tissue nonlinearity.</a> Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19, 229-239 (2016).</li>
<li>Toms, S. R., Eberhardt, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+nonlinear+finite+element+analysis+of+the+periodontal+ligament+under+orthodontic+tooth+loading%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">A nonlinear finite element analysis of the periodontal ligament under orthodontic tooth loading.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 123 (6), 657-665 (2003).</li>
<li>Osipenko, M. A., Nyashin, M. Y., Nyashin, Y. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Centre+of+resistance+and+centre+of+rotation+of+a+tooth%3A+the+definitions%2C+conditions+of+existence%2C+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Russian+Journal+of+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">Centre of resistance and centre of rotation of a tooth: the definitions, conditions of existence, properties.</a> Russian Journal of Biomechanics. 3 (1), 5-15 (1999).</li>
<li>Dathe, H., Nägerl, H., Dietmar, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+caveat+concerning+center+of+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Dental+Biomechanics%22%5BJournal%5D)">A caveat concerning center of resistance.</a> Journal of Dental Biomechanics. 4, 1758736013499770(2013).</li>
<li>Hohmann, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+different+modeling+strategies+for+the+periodontal+ligament+on+finite+element+simulation+results%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Orthodontics+and+Dentofacial+Orthopedics%22%5BJournal%5D)">Influence of different modeling strategies for the periodontal ligament on finite element simulation results.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (6), 775-783 (2011).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para revelar.

Este estudo mostra um conjunto de ferramentas para estabelecer um fluxo de trabalho consistente para análise de elementos finitos (FEA) de modelos de dentes maxileares derivados de imagens CBCT de pacientes para determinar suaRESC . Para o médico, um mapa claro e direto do CRES dos dentes maxilos seria uma ferramenta clínica inestimável para planejar os movimentos dentários e prever efeitos colaterais. O método de elemento finito (FEM) foi introduzido em pesquisa biomecânica dentária em 1973<sup cla...

O centro de resistência (CRES)de um dente ou segmento de dentes é análogo ao centro de massa de um corpo livre. É um termo emprestado do campo da mecânica de corpos rígidos. Quando uma única força é aplicada no CRES, a tradução do dente na direção da linha de ação da força ocorre1,2. A posição do CRES depende não apenas da anatomia e propriedades do dente, mas também de seu ambiente (por exemplo, ligamento periodontal, osso circundante, dentes adjacentes). O dente é um corpo contido, tornando seu CRES semelhante ao centro de massa de um corpo livre. Na manipulação de aparelhos, a maioria dos ortodontistas considera a relação do vetor de força com o CRES de um dente ou um grupo de dentes. De fato, se um objeto exibirá inclinação ou movimento corporal quando submetido a uma única força é determinado principalmente pela localização do CRES do objeto e a distância entre o vetor de força e o CRES. Se isso puder ser previsto com precisão, os resultados do tratamento serão muito melhorados. Assim, uma estimativa precisa de CRES pode aumentar muito a eficiência do movimento do dente ortodôntico.
Durante décadas, o campo ortodôntico vem revisitando pesquisas sobre a localização do CRES de um determinado dente, segmento ou arco1,,2,,3,,44,5,,6,,7,,88,99,10,,11,,12. No entanto, esses estudos têm sido limitados em sua abordagem de muitas maneiras. A maioria dos estudos determinou o CRES para apenas alguns dentes, deixando de fora a maioria. Por exemplo, o incisivo central maxilo e o segmento do incisivo maxilo foram avaliados extensivamente. Por outro lado, há apenas alguns estudos sobre o canino maxilar e o primeiro molar e nenhum para os dentes restantes. Além disso, muitos desses estudos determinaram a localização do CRES com base em dados anatômicos genéricos para dentes, medidas de radiografias bidimensionais (2D) e cálculos em desenhos 2D8. Além disso, algumas das literaturas atuais utilizam modelos genéricos ou escaneamentos tridimensionais (3D) de modelos dentiformes em vez de dados humanos4,8. À medida que a ortodontia se transforma em tecnologia 3D para o planejamento do movimento dentário, é crucial revisitar esse conceito para desenvolver uma compreensão científica 3D do movimento dentário.
Com os avanços tecnológicos resultando em maior poder computacional e capacidades de modelagem, a capacidade de criar e estudar modelos mais complexos aumentou. A introdução da tomografia computadorizada e da tomografia computadorizada de cone-feixe (CBCT) tem modelos de impulso e cálculos do mundo 2D em 3D. Aumentos simultâneos no poder da computação e na complexidade do software permitiram aos pesquisadores usar radiografias 3D para extrair modelos anatômicos precisos para uso em software avançado para segmentar os dentes, osso, ligamento periodontal (PDL), e várias outras estruturas7,88,9,,10,,13,,14,,15. Essas estruturas segmentadas podem ser convertidas em uma malha virtual para uso em software de engenharia para calcular a resposta de um sistema quando uma determinada força ou deslocamento é aplicado a ele.
Este estudo propõe uma metodologia específica e replicável que pode ser utilizada para examinar sistemas hipotéticos de força ortodôntica aplicados em modelos derivados de imagens CBCT de pacientes vivos. Ao utilizar essa metodologia, os pesquisadores podem então estimar o CRES de vários dentes e levar em consideração a morfologia biológica das estruturas dentárias, como anatomia dentária, número de raízes e sua orientação em espaço 3D, distribuição de massa e estrutura de anexos periodontais. Um esboço geral deste processo é mostrado na Figura 1. Isto é para orientar o leitor para o processo lógico envolvido na geração de modelos dentários 3D para localização do CRES.

<table><tbody><tr><td>Software 3-matic</td><td>Materialise, Lovaina, Bélgica.</td><td></td><td>Limpeza e malha</td></tr><tr><td>do software Abaqus/CAE, versão 2017</td><td>Dassault Syst&egrave; mes Simulia Corp., Johnston, RI, EUA.</td><td></td><td>Software de imitação de análise de elementos finitos</td></tr><tr><td>, versão 17.0</td><td>Materialise, Leuven, Bélgica.</td><td></td><td>Segmentação de dentes e osso</td></tr></tbody></table>

uma abordagem de elemento finito para localizar o centro de resistência dos dentes maxilais

A Finite Element Approach for Locating the Center of Resistance of Maxillary Teeth

O centro de resistência (CRES) é considerado como o ponto de referência fundamental para o movimento dentário previsível. Os métodos utilizados para estimar o CRES dos dentes variam desde medidas radiográficas e físicas tradicionais até análises in vitro em modelos ou amostras de cadáveres. Técnicas que envolvem a análise de elementos finitos de micro-tomografias de alta dose de modelos e dentes únicos têm mostrado muita promessa, mas pouco tem sido feito com imagens mais recentes, de baixa dose e de baixa resolução de tomografia computadorizada de feixe de cone (CBCT). Além disso, o CRES para apenas alguns dentes selecionados (ou seja, incisivo central maxilar, canino e primeiro molar) foram descritos; o resto foram largamente ignorados. Há também a necessidade de descrever a metodologia de determinação da CRES em detalhes, para que se torne fácil de replicar e construir.
Este estudo utilizou imagens rotineiras de pacientes cbct para o desenvolvimento de ferramentas e um fluxo de trabalho para obter modelos de elementos finitos para localizar o CRES dos dentes maxilos. As imagens de volume CBCT foram manipuladas para extrair estruturas biológicas tridimensionais (3D) relevantes na determinação do CRES dos dentes maxilos por segmentação. Os objetos segmentados foram limpos e convertidos em uma malha virtual composta por triângulos tetraédricos (tet4) com comprimento máximo de borda de 1 mm com software 3matic. Os modelos foram ainda convertidos em uma malha volumétrica sólida de tetraedros com um comprimento máximo de borda de 1 mm para uso na análise de elementos finitos. O software de engenharia, Abaqus, foi usado para pré-processar os modelos para criar um conjunto e definir propriedades de materiais, condições de interação, condições de limite e aplicações de carga. As cargas, quando analisadas, simularam as tensões e tensões no sistema, auxiliando na localização do CRES. Este estudo é o primeiro passo na previsão precisa do movimento dentário.

Para verificar a segmentação e o delineamento manual descritos na seção Procedimentos (etapa 2), foi extraído um primeiro molar maxilar de um crânio seco e uma imagem CBCT. O software de processamento e edição de imagens Mimics foi usado para delinear manualmente o dente conforme descrito na etapa 2. Posteriormente, foram realizados os modelos segmentados com software 3matic, sendo importados para Abaqus para análise. Não encontramos diferença significativa nas medidas lineares e volumétr...

Este estudo descreve as ferramentas necessárias para utilizar imagens de pacientes baseadas em feixe de cone tridimensional de baixa dose de pacientes da maxila e dos dentes maxileares para obter modelos de elementos finitos. Esses modelos de pacientes são então usados para localizar com precisão o CRES de todos os dentes maxilares.

Uma abordagem de elemento finito para localizar o Centro de Resistência dos Dentes Maxilais

The center of resistance (CRES) is regarded as the fundamental reference point for predictable tooth movement. The methods used to estimate the CRES of ...

Agora, esta é a primeira vez que um trabalho foi feito que apresenta um guia passo-a-passo sobre como descobrir o centro da resistência. E isso é muito importante porque qualquer pesquisa que pretenda construir sobre ela não precisa agora voltar para a prancheta de desenho, tipo de reinventar a roda novamente, e depois seguir em frente. E tira uma enorme quantidade de fardo de qualquer pesquisa que pretenda construir sobre este conceito de centro de resistência.Este método passo a passo capacitará a comunidade científica a obter uma localização 3D do centro de massa para um dente ou um conjunto de dentes de forma padronizada. Esta técnica pode ser aplicada tanto maxilar quanto dentição mandibular. Seria interessante aplicar este conceito a um movimento dentário complexo similar com montagem multi-suporte.Para segmentação dos dentes e ossos, carregue os arquivos DICOM brutos da imagem de tomografia computadorizada do feixe de cone em um programa de software de imagem médica apropriado, e corte a imagem para incluir apenas os dentes e ossos de interesse. Clique com o botão direito do mouse na guia para Máscara e crie uma nova máscara para a imagem. Clique na ferramenta Várias fatias e selecione a exibição axial, coronal ou sagittal.Destaque manualmente algumas das fatias conforme necessário e selecione a ferramenta Interpolate para preencher o volume das fatias ignoradas. Em seguida, clique em Aplicar e clique com o botão direito do mouse na máscara para gerar o volume 3D para o dente. Quando um volume 3D tiver sido gerado para cada dente de interesse, selecione todos os dentes 3D e clique com o botão direito do mouse para selecionar Suavização.Para segmentar os ossos, clique com o botão direito do mouse na guia para Máscara e crie uma nova máscara para a imagem. Para preencher os grandes orifícios visíveis na máscara, clique na ferramenta Crescimento da Região Dinâmica. Em seguida, clique com o botão direito do mouse na máscara para gerar o volume 3D para o osso.Para limpeza e malha das imagens, abra um programa de software de otimização de dados apropriado e cole nos objetos 3D selecionados. Para os dentes duplicados no grupo um, clique no Módulo curva e na opção Criar curva, e desenhe manualmente uma curva em torno da junção de cementoenamel para todos os dentes duplicados. Duplicar os objetos 3D do grupo um para gerar os objetos para o grupo dois e, na caixa Árvore de Objeto, clique em Objeto.Da lista Surface, exclua a superfície da coroa para cada objeto no grupo dois e clique em Design Module e Hollow para aplicar os parâmetros desejados. No grupo um, da caixa Árvore de Objetos, clique em Objeto e exclua a superfície raiz de cada objeto de grupo. Selecione a opção Preencher orifício Normal e clique em Adicionar contorno e aplicar.Todo o espaço será preenchido. Selecione o Módulo de Design e o Deslocamento Local e selecione toda a superfície da coroa. Verifique o design e as opções de distância de deslocamento e diminuição da distância e clique em Aplicar.No Módulo Remesh, crie montagem não-coletora, entidade principal e maxila da árvore de objetos e selecione entidade de interseção para todos os objetos. Em seguida, divida a montagem não-coletora. Divida o conjunto não múltiplo mais duas vezes usando uma entidade intersetorial como todos os objetos do grupo um e todos os objetos do grupo dois e clique em Aplicar após cada divisão.Clique em Adaptive Remesh e selecione todas as entidades intersetoriais e clique em Aplicar. Em seguida, clique em Split Non-Manifold Assembly. Clique em Criar montagem não-coletora, entidade principal e objeto individual do grupo dois da árvore de objeto e selecione Entidade Interseccionária e selecione Respectivo objeto correspondente ao tipo de dente.Clique em Adaptive Remesh e selecione a Entidade Intersetorial. Em seguida, clique em Criar conjunto não-múltiplo. Para gerar uma largura uniforme de 0,2 milímetros do ligamento periodontal utilizando a técnica não-coletora, é fundamental seguir a mesma ordem para as entidades principais e intersetoriais como demonstrado.Quando cada dente tiver sido processado como demonstrado, clique em Criar malha de volume e selecione os parâmetros de malha. Em Ábaco, clique em Arquivo e Executar script e selecione Model_setup_Part1.py. Clique em Simulação, Peças, Maxila e Superfícies.Digite o nome da superfície e selecione a região da superfície, selecione Por Ângulo e defina 15 como o ângulo. Clique em Simulação e Peças e selecione UL1 e Superfícies. Nomeie a superfície UL1.Em Selecionar a região da superfície, selecione Individualmente, selecione o dente na tela e clique em Fazer. Quando todas as superfícies dentárias tiverem sido processadas, clique em Modelos, Simulação e Peças e selecione UL1_PDL e Superfícies. Diga o nome da superfície UL1_PDL_Inner.Em Selecione a Região da Superfície, selecione Por Ângulo e digite 15 como o ângulo. Selecione UL1_PDL e Superfícies e nomeie a superfície UL1_PDL_Outer. Em Selecionar a região da superfície, selecione Por Ângulo e defina 15 como o ângulo.Quando todos os ligamentos periodontais tiverem sido processados, clique em File and Run Script e selecione Model_setup_Part2.py. Clique em Simulação e BCs. Digite BC Tudo para o nome e defina a etapa como inicial.Clique em Simulação, Montagem, Conjuntos e nomeie o conjunto U1_y_force. Selecione um nó no centro da coroa na superfície da fivela do incisivo central superior e, em Selecione os nódulos para o Conjunto, selecione Individualmente. Em seguida, clique em Conjuntos e Criar conjunto e nomeie o conjunto U1_z_force.Para configurar o modelo, clique em Arquivo e Executar script e selecione Model_setup_Part3.py. Em seguida, clique em Arquivo e Executar script e selecione Functions.py. Para processar o modelo, clique em Arquivo e Executar script e selecione Job_submission.py.Na caixa de diálogo Suprimir Tudo, digite os lados dos dentes com base nas restrições e clique em Ok. Na caixa de diálogo De envio de trabalho, digite Y para executar a análise para o dente ou dentes especificados e clique em Ok. Em seguida, na caixa de diálogo Directions for Analysis, digite Y para especificar o aplicativo de força e clique em Ok.Para estimar o centro de resistência, selecione Arquivo, Script de execução e Bulk_process.py. Na caixa de diálogo Analisar vários trabalhos, digite Y para o dente ou dentes especificados e clique em Ok. Na caixa de diálogo Directions for Analysis, digite Y para especificar o aplicativo force e clique em Ok.Na caixa de diálogo Obter entrada, digite o número dentário específico conforme descrito nas instâncias nomeadas e clique em Ok. Em seguida, verifique as coordenadas para o Force About Point e Localização Estimada na caixa de comando. Para verificar a segmentação e o delineamento manual como demonstrado, um primeiro molar maxilar foi extraído de um crânio seco e uma imagem de tomografia computadorizada de feixe de cone foi tirada.A malha foi então realizada. Não foram observadas diferenças significativas nas medidas lineares e volumétricas feitas no modelo de elemento finito do dente e do dente real, conforme medido em laboratório. Para verificar a validade do algoritmo definido pelo usuário na determinação do centro de resistência de um objeto, um modelo simplificado de um feixe envolto dentro de uma bainha pode ser usado nos estágios iniciais da criação do script.Seguindo o algoritmo definido e seus cálculos, o centro de resistência do feixe modelo pode ser previsto. Aqui, podem ser observadas as propriedades materiais atribuídas às estruturas. Diferenças na modelagem das propriedades materiais do ligamento periodontal e do osso podem afetar a localização final do centro de resistência de um dente.Para padronizar os vetores de força e localizar a posição do centro de resistência, um sistema de coordenadas cartesiano pode ser construído pelas orientações X, Y e Z, conforme indicado. O ponto R específico para cada dente é definido como o centro geométrico na superfície da fivela da coroa e é escolhido para aproximar o local mais próximo em que um operador pode colocar um suporte para aplicar forças ortodônticas. Nesta análise representativa, os locais do centro de resistência obtidos ao longo da coordenada X quando um sistema de força foi aplicado ao longo das coordenadas Y e Z foram diferentes, mas as diferenças médias foram pequenas.As análises de elementos finitos podem ser muito tediosas para novos usuários. Tenha cuidado para ser paciente e metódico nas primeiras vezes que você executar as etapas de pré-processamento. Então essa pesquisa é uma pesquisa de fundação.Algumas das aplicações disso podem ser prever o movimento dentário, que é muito, muito crucial para as empresas que trabalham no campo dos alinhadores. Pode ser usado para descobrir o centro de resistência de muitos dentes, segmentos de dentes, etc, os efeitos colaterais que são gerados durante o movimento dos dentes, e muito, muito importante talvez em descobrir como acelerar o movimento dos dentes.

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Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

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