Summary
Il metodo qui presentato è progettato per costruire e validare un in vitro modello 3D in grado di misurare la forza del sistema generato da dispositivi diversi con V-curve tra due staffe. Ulteriori obiettivi sono per confrontare questo sistema di forza con diversi tipi di archi e ai modelli precedenti.
Abstract
Una corretta comprensione del sistema forza creato da vari apparecchi ortodontici può rendere il trattamento dei pazienti efficiente e prevedibile. Riducendo gli apparecchi complicati multi-staffa ad un semplice sistema di due-staffa ai fini della valutazione del sistema di forza sarà il primo passo in questa direzione. Tuttavia, gran parte della biomeccanica ortodontica a questo proposito è limitata agli studi sperimentali 2D, modellazione/analisi computerizzata o estrapolazione teorica dei modelli esistenti. L'obiettivo del presente protocollo è quello di progettare, costruire e validare un in vitro modello 3D in grado di misurare le forze e momenti generati da un arco con un V-bend messo tra due parentesi. Ulteriori obiettivi sono per confrontare la forza del sistema generato da diversi tipi di dispositivi tra di loro e ai modelli precedenti. Per questo scopo, è stato simulato un apparecchio di 2 x 4 che rappresenta un molare e un incisivo. Un tester di filo ortodontico (OWT) è costruito che consiste di due trasduttori di forza multi-asse o celle di carico (nanosensori) a cui sono collegate le staffe ortodontiche. Le celle di carico sono in grado di misurare la forza del sistema in tutti i tre piani dello spazio. Due tipi di archi, in acciaio inox e beta-titanio di tre diverse dimensioni (0.016 x 0,022, 0,017 x 0.025 e 0,019 x 0,025 pollici), sono testati. Ogni filo riceve un singolo verticale V-bend sistematicamente collocato in una posizione specifica con un angolo predefinito. V-curve simili vengono replicate su diversi dispositivi in 11 diverse aree tra gli allegati di molare e incisivo. Questa è la prima volta in vitro è stato effettuato un tentativo di simulare un apparecchio ortodontico che utilizzano V-si piega su diversi dispositivi.
Introduction
Un aspetto importante del trattamento ortodontico clinico è la conoscenza del sistema forza prodotta dagli apparecchi multibrackets. Una chiara comprensione dei principi biomeccanici sottostanti può aiutare a fornire risultati prevedibili e ridurre al minimo i potenziali effetti collaterali1. Anni recenti hanno visto una tendenza ad abbandonare immissione curve in archi di costruzione più attivazione con staffa posizione e design; Tuttavia, il trattamento ortodontico completo richiede ancora collocamento di curve in archi. Curve, quando sono immessi in diverse tipologie e dimensioni di archi, possono creare una vasta gamma di sistemi di forza adatto a diversi tipi di movimento del dente. Anche se i sistemi di forza possono diventare abbastanza complessi quando i denti multipli sono considerati, un utile punto di partenza può coinvolgere un semplice sistema di due-staffa.
Ad oggi, V-piegatura meccanica principalmente è stati analizzati nel secondo ordine solo, utilizzando modelli matematici1,2,3,4,5 e/o analisi/simulazioni basate su computer 6. questo ha dato una conoscenza di base del sistema forza coinvolto nell'interazione secondo ordine dei fili arco con staffe adiacente (Figura 1). Tuttavia, questi metodi di impongono determinate condizioni al contorno per eseguire simulazioni che potrebbero non valere in situazioni cliniche reali e potrebbero verificarsi deviazioni. Recentemente, è stato proposto un nuovo modello in vitro che coinvolgono i trasduttori di forza per misurare tre tridimensionale (3D) le forze e momenti create valutando non solo di secondo ordine interazioni archwire-staffa ma anche nel terzo ordine7. Tuttavia, non è stato valutato l'effetto di diversi tipi di archi sulla forza del sistema alle varie posizioni di piegatura lungo la campata di molare archwire incisivo. Inoltre, lo studio ha coinvolto solo valutazione dei dispositivi ortodontici elastico, che non sono il primario archi sul quale dente si verifica il movimento. Pertanto, lo scopo di questo studio era di valutare la forza del sistema creato dalla collocazione di un V-bend alle posizioni differenti in rettangolare in acciaio inox e beta-titanio archi in un 3D impostare che coinvolgono le staffe di molare e incisivo. I clinici devono conoscere il sistema della forza applicato sulla dentatura quando una specifica combinazione di combinazione staffa archwire viene utilizzato per risolvere una malocclusione.
La tecnica descritta è stata sviluppata per studiare il sistema ortodontico forza in tutti i tre piani dello spazio, che imita la realtà clinica. Deve essere capito che è estremamente difficile misurare la forza del sistema clinicamente; Pertanto, tali misure devono essere effettuate in vitro. Si presume che il sistema di forza creato da un V-bend in laboratorio sarebbe simile se replicato nella bocca del paziente. Un flusso di lavoro è stato creato per valutare come l'allestimento sperimentale deve essere configurato (Figura 2).
Il filo ortodontico tester (OWT) è un prodotto innovativo sviluppato da divisione di ortodonzia in collaborazione con la bioingegneria & biodinamica Laboratory, UConn salute, Farmington, CT, Stati Uniti (Figura 3). È progettato per simulare con precisione la disposizione dei denti maxillary all'interno della bocca e alcune condizioni intra-orale mentre fornendo misurazioni della forza del sistema creato in tutti e tre i piani dello spazio. I principali componenti meccanici del OWT sono un dispositivo di acquisizione dati (DAQ), sensori di forza/coppia nano, sensori di umidità, sensori di temperatura e un personal computer. L'apparato di test viene posizionato in un contenitore di vetro con controlli di temperatura/umidità. Questo consente per la simulazione parziale dell'ambiente intraorale. Il DAQ funge da interfaccia per i tre sensori: sensore di umidità, sensore di forza/momento, termistore e apparato di test con i sensori situati su una piattaforma (Figura 3). Questi sono legati a un programma software. Il software è una piattaforma e un ambiente di sviluppo per la programmazione visuale e viene utilizzato per controllare diversi tipi di hardware. È stato scelto per automatizzare il tester di filo ortodontico.
Una serie di pioli di alluminio sono disposti sull'apparecchiatura di test per rappresentare i denti dell'arcata dentaria mascellare. Due delle spine che rappresentano l'incisivo centrale di destra e il primo molare di destra sono collegati alle celle di carico/sensori (S1 e S2). Una cella di carico è un dispositivo meccanico che consente di misurare le forze ed i momenti applicati in tutti i tre piani (x-y-z): FxFye Fz; e Mx, M,ye M.z. I pioli sono sistematicamente posizionati per creare una forma ad arco dentale. Ogni piolo è separata da altra da una misura precisamente registrata che viene calcolata utilizzando larghezze di dente medio come osservato nei pazienti sottoposti a trattamento ortodontico. La forma scelta per l'esperimento è una forma di arco 'ovoidale' creata da un modello standardizzato.
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Protocol
1. organizzazione sperimentale
- Contrassegnare la posizione esatta per il posizionamento di tubi molari e incisivo staffe sui picchetti di alluminio della OWT utilizzando un personalizzato 'jig'.
- Standard di Bond auto-ortodontici con materiale composito. Fotopolimerizzare per 40 secondi.
- Inserire un 0,021 x 0,025 pollici in acciaio inox (SS) 'ovoidale' mascellare archwire negli slot staffa.
- Posizionare l'apparecchio difficile nella camera di vetro.
- Verifica per qualsiasi attivazione involontaria archwire. Qualsiasi attivazione del archwire creerà automaticamente un sistema di forze, che verrà visualizzato sullo schermo del computer.
- Se qualsiasi attivazione archwire è osservata, riposizionare le staffe. Ripetere i passaggi da 1.2-1.5.
2. fabbricazione di usare un Template (Figura 4)
- Posizionare un archwire (0.021 x 0.025 SS) nell'apparecchiatura di collaudo.
- Utilizzare un pennarello indelebile per indicare quanto segue: 1) la linea mediana, 2) un punto immediatamente distale alla staffa incisivo (I) e 3) un punto immediatamente mesiale al tubo molare (M). Fare lo stesso per l'arto controlaterale del filo ortodontico. Questo è l'arco di modello.
- Trasferire il archwire con i punti segnati in una carta millimetrata.
- Effettuare una precisa replica del archwire sul foglio grafico.
Nota: Questa carta millimetrata può essere utilizzata per determinare la posizione della curva V-per tutti i dispositivi del campione. - Calcolare il perimetro del segmento di arco (L) da I a M.
- Ora, mark 11 punti da I a M. Ogni punto è una futura posizione di V-bend.
- Etichettare ogni punto da0 a10.
- Assicurarsi che ogni posizione di piegatura è separato dagli altri da una pari quantità.
- Ottenere un rapporto/numero univoco per ogni posizione di piegatura calcolando un / L per ogni posizione.
3. collocazione del V-si piega
- Prendere un nuovo archwire dal campione.
- Posizionarlo sul foglio modello archwire/grafico e trasferire una delle posizioni di undici piegatura bilateralmente al filo ortodontico.
- Utilizzare una pinza archwire rettangolare o una pinza filo di luce per rendere simmetriche V-curve ad entrambe le posizioni.
- Posizionare il filo ortodontico su una piattaforma di lastra/piatto di vetro e verificare la misura dell'angolo fatto dalle due estremità dell'arco con un goniometro.
- Regolare le estremità se necessario in modo da creare un angolo di 150°.
- Ripetere i passaggi da 3.1 al 3.5 per tutti i dispositivi del campione.
4. misurare la forza del sistema (figure 5 e 6)
- Aprire il programma software per la registrazione di dati (Vedi Tabella materiali).
- Creare una nuova cartella per i dati deve essere salvato in.
- Fare clic su 'Esegui' per avviare il software. Il programma visualizzerà ciascuna delle tre forze e momento di tre valori in ogni sensore in tempo reale.
- Attendere circa 10-15 secondi per le fluttuazioni nel software per interrompere la registrazione dei dati. Garantire che le linee del grafico sul software per tutti i componenti dello spettacolo sistema forza una linea 'piatta'.
Nota: tutte le sei misurazioni presso ogni sensore mostrerà valori trascurabili (forces < 1 g e momenti < 10 g mm). - Rimuovere delicatamente apparato test dalla piattaforma. Con una pinza di Weingart per infilare un archwire i tubi molari.
- Aprire la porta della staffa dell'incisivo con uno scaler parodontale.
- Sollevare la parte anteriore dell'arco e inserirla nello slot della staffa. Assicurarsi che la linea mediana del archwire coincide con la linea mediana dell'apparato di test.
- Restituire l'apparecchio difficile alla piattaforma e chiudere la porta della camera di vetro.
- Impostare la temperatura a 37 ° C. Attendere un minuto per la temperatura della camera vetro regolare.
- Fare clic sul pulsante 'avvia salvataggio' sul software e consentire al software di salvataggio/trasferimento dati per almeno 10 secondi. Fare clic sul pulsante 'avvia salvataggio' nuovamente per terminare il trasferimento dei dati, quindi fare clic su 'stop'.
Nota: Ogni ciclo di misura genera 100 letture durante il periodo di 10 secondi per ogni componente (Fx, Fy, Fz, Mx, M,ye Mz). - Vai al documento contenente i dati salvati e copia/esportare il set di dati di un foglio di calcolo di analisi dati personalizzati progettati (Vedi Tabella supplementare). Scegliere il corretto numero di posizione di V-bend e il campione di filo specifico per inserire i dati.
- Ripetere i passaggi da 4.3 a 4.11 per le 10 archi di tale posizione di piegatura specifico.
- Ora, copiare i mezzi calcolati e le deviazioni standard per i dispositivi ad un calcolo separato per creare una rappresentazione grafica dei dati.
- Ripetere i passaggi da 4.2 a 4,13 per tutti i tipi di archi e posizioni di piegatura.
Nota: I dispositivi includono, in acciaio inossidabile (SS) e Beta-titanio (ß-Ti), con le seguenti dimensioni: 0.016 x 0,022, 0,017 x 0,025 pollici e 0,019 x 0,025 pollici.
5. errore valutazione
- Eseguire il software come descritto ai punti 4.1-4.4
- Rimuovere apparato test dalla piattaforma.
- Ottenere un filo di SS 0,021 x 0,025 pollici lunghezza diritta. Utilizzando una pinza di filo di luce, piegare un'estremità del filo in un piccolo gancio. Inserire l'estremità libera dell'arco del tubo molare dal lato distale.
- Posizionare l'apparecchio difficile indietro sulla piattaforma.
- Attaccare un peso noto (50 g) al gancio. È consigliabile lasciarlo oscillare liberamente nel piano verticale rimuovendo qualsiasi tipo di interferenza. Chiudere la porta della camera di vetro.
- Seguire i passaggi 4.10-4.11.
- Ripetere i passaggi da 5.1-5.6 per la staffa dell'incisivo.
- Immettere i valori di Fz per le staffe e il Mx per tubo molare come 'valore misurato'.
- Ora applicare le equazioni di equilibrio (Vedi Testo supplementare) per calcolare il 'valore atteso'.
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Representative Results
La forza totale e totale momento vissuto da ogni sensore al centro della piastra sensori sono rappresentati da loro tre componenti ortogonali: FxFye Fz che rappresenta le forze lungo l'asse x, asse y e asse z, rispettivamente; e Mx, M,ye Mz che rappresenta i momenti intorno all'asse stesso. Le misurazioni iniziali presso i sensori vengono convertite matematicamente i valori di forza e momento esperti dalla staffa (Figura 7).
Una serie di grafici visualizzati la forza verticale al molare (Fzm) e staffe di incisivo (Fzho), momento (mesiodistal ribaltamento) alla staffa del molare (Mxm) e momento/coppia (labio-linguale ribaltamento) alla staffa di incisivo (Mxho ) contro l'un / L rapporto in relazione al sistema di coordinate di ciascun dente sono stati creati dai dati grezzi. L'un / L rapporto rappresenta la posizione di mesiodistal di ogni V-bend, dove 'a' è la distanza tra il bordo distale della staffa incisivo e l'apice della V-curva, e 'L' la distanza tra il bordo mesiale del tubo molare e il bordo distale dell'incisivo staffa m easured lungo il filo ortodontico (37 mm). Un un / L rapporto pari a 0.0 0 mm (37 mm) rappresenta una curva adiacente alla staffa incisivo e ogni curva successiva (un / L = 0.1, 0.2, ecc.) è distanziati 3,7 mm dalla curva precedente termina con un / L = 1.0 (37 mm/37 mm), che rappresenta una curva adiacente alla staffa molare. La direzione della forza del sistema è indicata da un segno negativo/positivo. I grafici sono raggruppati per tipo di filo e dalla dimensione (Figura 9 e 10). Ogni punto sui grafici, rappresentano il valore medio di dieci dispositivi simili, e le barre di errore rappresentano una deviazione standard sopra e sotto questa media. Un punto vicino all'asse orizzontale (sopra o sotto) indica una forza o un momento di bassa magnitudo, e un punto più lontano sull'asse orizzontale (sopra o sotto) indica una forza o un momento con una magnitudo superiore.
Le forze verticali (FZ) mostrano modello simmetrica e lineare per ciascuno dei tipi sei filo (Figura 8). Più vicino il V-bend o staffa, superiore sono le forze verticali. La curva viene spostata lontano le staffe, verso il centro, la grandezza di FZ diminuisce fino a un certo punto è raggiunto dove entrambe le forze sono circa zero (zona neutra). Come la curva viene spostata più lontano di là di questo punto, FZ aumenta progressivamente. Tuttavia, le direzioni delle forze individuali (FZm e FZi) sono invertite. Quantitativamente, SS archi creato un sistema di forze significativamente maggiore rispetto a ß-Ti archi. Inoltre, maggiore dimensione archi creano sistemi più grandi di forza. Sorprendentemente, il sistema di forza relativa creato presso le due staffe da archi, sia in termini di dimensioni e tipo di arco è abbastanza simile.
Al contrario, i momenti (MX) mostrano un modello non-lineare e asimmetrico (Figura 9). L'appiattimento di MXi quando V-curve sono collocate vicino al tubo molare (unax/l rapporto > 0,6), così come l'inversione della direzione di momento in tubo molare (rosso) da unx/l di 0,0-0,2, era simile per tutti i dispositivi e forse rappresenta un carattere più fondamentale di orientamento di interazione e staffa archwire-staffa (secondo ordine vs terzo ordine). Il rapporto del momento presso le due staffe mostrano alcuni specifici modelli osservati attraverso tutti i dispositivi testati (Figura 10). Curve che sono collocate vicino l'incisivo (un / L 0.0-0.3 per ß-Ti e 0.0-0.2 per SS) erano entrambi i momenti nella stessa direzione (Mxho/Mxm > 0). Da un / L di 0.3-0.6 per ß-Ti e un / L di 0.3-0.4 per SS, i momenti sono stati opposti in direzione (Mxho/Mxm < 0) (zona neutra). Si piega ad un / L pari a 0,6 o superiore non ha creato un momento significativo presso l'incisivo (≈0 g mm) ma un momento di enorme è stato generato in tubo molare (Mxho/Mxm≈0).
Quantitativamente, ancora una volta come con le forze verticali, la grandezza del momento generato dalla SS archwire era statisticamente e clinicamente superiore a quelli generati da dispositivi di ß-Ti, entrambi con rispetto per l'un / L i rapporti e le dimensioni dell'arco fili.
La percentuale di errore è stato calcolato con la seguente equazione:
0.5% è stato calcolato l'errore % per pesi minori di 50 g è stato trovato per essere il 5% e per pesi da 50 a 500 g.
La zona neutra (uguale e contrarie momenti flettenti) è stata trovata presso un / rapporti di L di 0.3-0.4 per ß-Ti e 0.4-0.5 per archi di SS. A queste posizioni di piegatura specifico, le forze verticali sono minime con i momenti che agiscono sull'incisivo e staffe molare di fronte in direzione. Basato sull'un / rapporti di L la forza del sistema creato da un V-bend tra un molare e incisivo staffa possono essere classificati in tre diverse categorie (Figura 11).
Figura 1 : Sistema creato da due staffe collineari nel secondo ordine forza. L è la distanza tra le due staffe; una è la posizione della V-curva dalla staffa A; FA e FB sono le forze verticali create a staffa A e B, rispettivamente; MA è l'attimo in A; MB è il momento a staffa B. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2 : Flusso di lavoro. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3 : Il filo ortodontico Tester (OWT). A: Testers, B: piattaforma, Cdi misurazione: monitorare la temperatura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4 : Rappresentazione schematica delle posizioni curvatura tra i due allegati. Ogni puntino blu è una posizione di piegatura e rappresenta la distanza 'a' misurata dalla staffa incisivo lungo il filo ortodontico. Ci saranno 11 differenti valori per 'a' in incrementi di 3,7 mm. (cioè punto blu è separato dal puntino blu adiacente di 3,7 mm). L è la lunghezza del perimetro misurata dalla superficie distale della staffa dell'incisivo alla superficie distale del tubo molare lungo il filo ortodontico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5 : Archwire inserito e tenuto dalle staffe su pioli di alluminio collegati ai sensori. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6 : Al programma visualizzazione i dati grezzi (nelle caselle blu e rossi) ottenuti dai due sensori (S1 e S2) collegato al incisivo e staffe molare. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7 : Le coordinate X-Y-Z e loro orientamento rispetto L'OWT. X: piano trasversale; Y: piano orizzontale; Z: piano verticale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8 : Rappresentazione grafica della forza verticale (Fz) presso le due staffe. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9 : Rappresentazione grafica del momento sul piano trasversale (Mx) presso le due staffe. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10 : Sistema di forza relativa attraverso archwire diversi tipi e dimensioni rappresentati tramite il rapporto tra i momenti [Mx(i)/Mx(m)]. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 11 : Tre distinti forzare sistemi da una curva di V. Ogni area rappresenta un sistema unico di F/M. L'area ombreggiata 'blu' Mostra l'un / rapporti di L con simile relativa forza sistemi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Forza del sistema | Molar(m) | Incisor(i) |
| FZ (+) | Invadente | Invadente |
| FZ (-) | Estrusive | Estrusive |
| MX (+) * | Suggerimento mesiale | Suggerimento facciale/labiali |
| MX (-) * | Punta distale | Palatale/linguale punta |
| * Tutte le misurazioni sono state fatte alla staffa di | ||
Tabella 1: Convenzioni di segno e direzione della forza del sistema.
Supplemental Figura 1: grafici di equilibrio per il momento intorno asse x (Mx). Nota: I grafici sono solo confrontando la grandezza dei momenti. La direzione per Mx(m) + Mx(i) e Fz(m) o Fz(i) x D will sempre essere fronte a vicenda. Pertanto, ΣMx= 0 (Vedi testo supplementare). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Testo supplementare. Clicca qui per il download di questo file.
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Discussion
Dispositivi ortodontici sono stati studiati in vari modi8,9,10,11. Essi inoltre sono stati valutati per le varie proprietà meccaniche, ma raramente sono stati analizzati per determinare la forza del sistema che hanno intenzione di creare12,13,14,15. Prove di flessione di tre punti sono popolari per la valutazione ortodontica archi; Tuttavia, essi vengono generalmente eseguite su fili dritti privo di eventuali curve. Le valutazioni in vitro sono generalmente ottimizzate per cercare solo 1 o 2 variabili in un momento che non consente i risultati di essere facilmente adattabile a una situazione clinica. Il fuoco di questa ricerca era di determinare sperimentalmente il 3D forzare sistemi prodotti da V-piega verticale collocati in diversi punti lungo la distanza per in archi rettangolare impegnato come un apparecchio di 2 x 4. Questo protocollo differisce considerevolmente dai precedenti metodi di analisi meccanica V-bend. È la prima volta che un effettivo in vitro istituito è stato creato utilizzando nanosensori che imita il funzionamento di una geometria di due-staffa-archwire piuttosto che basarsi su modelli di computer o metodi agli elementi finiti. Questo modello meccanico misura non solo momenti flettenti (secondo interazioni di staffa metallica ordine) ma anche torsionale momenti (terzo filo ordine staffa interazioni). Condizioni al contorno non sono imposti. In altre parole, gli studi precedenti hanno mai rappresentati la curvatura dell'arco come si va dal molare alle staffe dell'incisivo. A causa di questa curva, l'incisivo e il molare staffe non sono posizionati in aereo stesso, né sono hanno orientato il parallelo ad uno altro. Questa disposizione può aggiungere complessità per le analisi dei sistemi di forza, che li rende clinicamente più rilevanti di quelli che coinvolgono solo due staffe identiche disposte in linea retta e sono parallelo3,4.
Il funzionamento dei sensori e i dati di output può essere facilmente influenzato da fattori come errori dal dispositivo, sensibilità del sensore, surriscaldamento del OWT, errore umano nell'attivazione di filo, piegatura, legatura, forma, filo improprio posizionamento, disattivazione della filo prima inserimento finale, deformazione del filo ortodontico, ecc. , pertanto, è importante prendere misure ripetute con nuovi dispositivi e convalidare i dati applicando le leggi dell'equilibrio. Inoltre, solo pochi dispositivi devono essere inseriti per la misurazione in modo da evitare il surriscaldamento della OWT.
Ogni posizione di piegatura è separata da altra da solo 3,7 mm. Pertanto, posizionamento accurato delle V-curve lungo il filo ortodontico è anche importante. Deviazioni di minore entità nella posizione desiderata potrebbero alterare radicalmente il sistema di forza registrato. Un personalizzato progettato carta millimetrata contenente il modello archwire con V-bend posizioni aiuta a raggiungere la precisione desiderata. Staffa improprio posizionamento sui pioli di alluminio potrebbe anche fare lo stesso. Di conseguenza, maschere su misura di precisione sono utilizzati per ottenere la posizione della staffa se c'è un errore di vincolo.
In caso di una staffa ottenendo debonded durante la sperimentazione, una nuova staffa deve essere posizionata con precisione torna nello stesso punto. Personalizzato progettati gighe possono aiutare a localizzare il punto desiderato. Dispositivi passivi senza eventuali curve dovrà essere utilizzato per assicurare che il posizionamento della staffa è corretto. In caso contrario, dovrà essere rebracketed. È fondamentale non per riutilizzare la staffa debonded come c'è una probabilità aumentata di deformazione di staffa.
Uno svantaggio dell'approccio attuale è che sono stati utilizzati solo due sensori. L'aggiunta di ulteriori sensori permetterà lo studio di sistemi più complessi di forza, ad esempio quelli che includono tre o più staffe disposte ad arco. Un altro potenziale svantaggio è l'impossibilità di simulare l'ambiente orale. Fattori quali temperatura, saliva, occlusione e molti altri potrebbero influenzare i sistemi di forza prodotti. Tuttavia, a questo punto non è possibile misurare contemporaneamente il sistema della forza e il movimento del dente osservati a livello clinico.
Computer di modellazione e simulazioni che coinvolgono l'uso di analisi agli elementi finiti (FEM) è una zona rapidamente emergente impiegato nella decodifica la biomeccanica di vari apparecchi ortodontici16,17,18, 19. Tuttavia, un prerequisito per convalidare questi metodi è un'incorporazione precisa delle interazioni complesse archwire-staffa e ipotesi di mantenere al minimo. L'interazione archwire-staffa sia nell'ordine secondo e terzo ordine sono in gran parte sconosciuti, potenzialmente limitare la precisione di questi programmi. Per rendere meglio le simulazioni al computer, è importante prima capire il sistema della forza che è presente in varie situazioni cliniche, generare un consistente database biomeccanico e poi fare un modello di computer basato su questo set di dati. In altre parole, meglio modellazione e previsione richiederà effettiva sperimentazione come previsto dal presente protocollo.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori si desidera ringraziare tutti i colleghi che hanno reso questo lavoro possibile, soprattutto d. ssa Aditya Chhibber e Ravindra Nanda. Gli autori vorrei ringraziare la biodinamica & laboratorio di Bioingegneria presso UCONN salute per i servizi offerti durante lo sviluppo di questo progetto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Force/Torque Sensors/Transducers | Nano17 F/T Sensors, ATI Industrial Automation, Apex, NC, USA | Part of the OWT | |
| CHS Series Humidity Sensor Units | TDK Corporation | Part of the OWT | |
| Temperature sensors | (Murata NTSDXH103FPB30 thermistor) Murata Manufacturing Co., Ltd | Part of the OWT | |
| LabVIEW 7.1. | Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, Version 7.1 | Software Program | |
| Self-Ligating brackets | Empower Series, American Orthodontics. | Orthodontic Brackets | |
| Stainless steel archwires | Ultimate Wireforms, Inc. in Bristol, CT | Archwires | |
| Beta-Titanium Archwires | Ultimate Wireforms, Inc. in Bristol, CT | Archwires | |
| Data acquisition device (DAQ) | National Instruments (NI) USB 6210 | Part of the OWT | |
| Ortho Form III (Archform template) | 3M Oral Care, St. Paul, MN, USA | Ovoid arch form | |
| Weingart Plier | Hu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, IL | Orthodontic Plier | |
| Light wire Plier | Hu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, IL | Orthodontic Plier |
References
- Burstone, C. J., Koenig, H. A. Force systems from an ideal arch. Am J Orthod. 65 (3), 270-289 (1974).
- Koenig, H. A., Burstone, C. J. Force systems from an ideal arch: Large deflection considerations. Angle Orthod. 59 (1), 11-16 (1989).
- 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).
- 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).
- Demange, C. Equilibrium situations in bend force systems. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 98 (4), 333-339 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hazel, R. J., Rohan, G. J., West, V. C. Force relaxation in orthodontic arch wires. Am J Orthod. 86 (5), 396-402 (1984).
- 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).
- 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).
- 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).
- Kapila, S., Sachdeva, R. Mechanical properties and clinical applications of orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 96 (2), 100-109 (1989).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
