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Biology

मैक्सिलरी दांतों के प्रतिरोध के केंद्र का पता लगाने के लिए एक परिमित तत्व दृष्टिकोण

Published: April 8, 2020 doi: 10.3791/60746
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 3,4, 1
1Division of Orthodontics, University of Connecticut Health, 2Private Practice, Miami, FL, 3Department of Biomedical Engineering, University of Connecticut, 4Department of Mechanical Engineering, University of Connecticut

Summary

यह अध्ययन सीमित तत्व मॉडल प्राप्त करने के लिए मैक्सिला और मैक्सिलरी दांतों की कम खुराक वाली त्रि-आयामी शंकु बीम आधारित रोगी छवियों का उपयोग करने के लिए आवश्यक उपकरणों को रेखांकित करता है। इसके बाद इन रोगी मॉडलों का उपयोग सभी अधिकतम दांतों के सीआरई एस का सही पता लगाने के लिए किया जाता है।

Abstract

प्रतिरोध के केंद्र (सीआरईएस)को उम्मीद के मुताबिक दांत आंदोलन के लिए मौलिक संदर्भ बिंदु माना जाता है। दांतों के सीआरई एस का अनुमान लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरीके पारंपरिक रेडियोग्राफिक और भौतिक माप से लेकर मॉडल या शव के नमूनों पर इन विट्रो विश्लेषण तक हैं। मॉडल और एकल दांतों के उच्च खुराक माइक्रो सीटी स्कैन के परिमित तत्व विश्लेषण से जुड़ी तकनीकों ने बहुत वादा दिखाया है, लेकिन नए, कम खुराक और कम रिज़ॉल्यूशन कोन बीम कंप्यूट टोमोग्राफी (सीबीसीटी) छवियों के साथ बहुत कुछ किया गया है। इसके अलावा, केवल कुछ चुनिंदा दांतों (यानी, मैक्सिलरी सेंट्रल चीरा, कैनाइन और पहले मोलर) के लिए सीआरईएस का वर्णन किया गया है; बाकी को काफी हद तक नजरअंदाज कर दिया गया है । सीआरईएस को विस्तार से निर्धारित करने की कार्यप्रणाली का वर्णन करने की भी आवश्यकता है, ताकि इसे दोहराना और निर्माण करना आसान हो जाए।

इस अध्ययन में अधिकतम दांतों के सीआरईएस का पता लगाने के लिए परिमित तत्व मॉडल प्राप्त करने के लिए उपकरण और एक कार्यप्रवाह विकसित करने के लिए नियमित सीबीसीटी रोगी छवियों का इस्तेमाल किया गया । सीबीसीटी वॉल्यूम छवियों को विभाजन द्वारा अधिकतम दांतों के सीआरई एस का निर्धारण करने में प्रासंगिक त्रि-आयामी (3 डी) जैविक संरचनाओं को निकालने के लिए हेरफेर किया गया था। खंडित वस्तुओं को साफ किया गया और 3मैटिक सॉफ्टवेयर के साथ 1 मिमी की अधिकतम बढ़त वाले टेट्राएड्रल (tet4) त्रिकोण बना एक आभासी जाल में परिवर्तित किया गया। मॉडलों को परिमित तत्व विश्लेषण में उपयोग के लिए 1 मिमी की अधिकतम बढ़त लंबाई के साथ टेट्राहेड्रॉन के एक ठोस वॉल्यूमेट्रिक जाल में परिवर्तित किया गया था। इंजीनियरिंग सॉफ्टवेयर, Abaqus, मॉडल ों को एक असेंबली बनाने और सामग्री गुण, बातचीत की स्थिति, सीमा शर्तों और लोड अनुप्रयोगों को सेट करने के लिए पूर्वप्रक्रिया करने के लिए उपयोग किया गया था। भार, जब विश्लेषण किया, प्रणाली पर तनाव और उपभेदों नकली, सीआरईएसका पता लगाने में सहायता । यह अध्ययन दांतों की आवाजाही की सटीक भविष्यवाणी में पहला कदम है।

Introduction

दांत या दांतों के खंड का प्रतिरोध (सीआरईएस)एक मुक्त शरीर के द्रव्यमान के केंद्र के अनुरूप है। यह कठोर निकायों के यांत्रिकी के क्षेत्र से उधार लिया गया शब्द है। जब सीआरईएसपर एक बल लगाया जाता है , तो बल की कार्रवाई की रेखा की दिशा में दांत का अनुवाद1,2होता है । सीआरईएस की स्थिति न केवल दांत की शरीर रचना और गुणों पर निर्भर करती है बल्कि इसके पर्यावरण (जैसे, पीरियोडोन्टल स्नायु, आसपास की हड्डी, आसन्न दांत) पर भी निर्भर करती है। दांत एक संयमित शरीर है, जो इसके सीआरई एस को एक मुक्त शरीर के द्रव्यमान के केंद्र के समान बनाता है। उपकरणों के हेरफेर में, अधिकांश ऑर्थोडोंटिस्ट बल वेक्टर के संबंध को दांत या दांतों के समूह के सीआरई एस में मानते हैं। दरअसल, क्या कोई ऑब्जेक्ट टिपिंग या शारीरिक आंदोलन प्रदर्शित करेगा जब एक ही बल में प्रस्तुत किया जाता है तो मुख्य रूप से ऑब्जेक्ट के सीआरई एस के स्थान और बल वेक्टर और सीआरई एसके बीच की दूरी से निर्धारित किया जाता है। यदि इसकी सटीक भविष्यवाणी की जा सकती है, तो उपचार के परिणामों में बहुत सुधार होगा। इस प्रकार, सीआरई एस का सटीक अनुमान ऑर्थोडोन्टिक दांत आंदोलन की दक्षता को बहुत बढ़ा सकता है।

दशकों से ऑर्थोडोन्टिक फील्ड किसी दिए गए दांत, सेगमेंट या आर्क1,2,3,,,,,4,,5,6,7,8,9,10,11,12के सी,आरईएस के स्थान के बारे में शोध पर पुनर्विचार कर रहा है । हालांकि, ये अध्ययन कई मायनों में उनके दृष्टिकोण में सीमित किया गया है । अधिकांश अध्ययनों ने केवल कुछ दांतों के लिए सीआरई एस निर्धारित किया है, जिससे बहुमत छोड़ दिया गया है। उदाहरण के लिए, मैक्सिलरी सेंट्रल चीरा और मैक्सिलरी चीरा खंड का काफी व्यापक मूल्यांकन किया गया है। दूसरी ओर, मैक्सिलरी कैनाइन और पहले मोलर पर केवल कुछ अध्ययन हैं और शेष दांतों के लिए कोई नहीं है। इसके अलावा, इनमें से कई अध्ययनों ने दांतों के लिए जेनेरिक शारीरिक डेटा, दो आयामी (2डी) रेडियोग्राफ से माप और 2डी चित्र8पर गणना के आधार पर सीआरईएस के स्थान का निर्धारण किया है। इसके अलावा, वर्तमान साहित्य में से कुछ मानव डेटा4,,8के बजाय डेंटीफॉर्म मॉडल के जेनेरिक मॉडल या त्रि-आयामी (3 डी) स्कैन का उपयोग करता है। चूंकि ऑर्थोडोन्टिक्स दांत आंदोलन की योजना बनाने के लिए 3डी तकनीक में बदलाव करते हैं, इसलिए दांत ों के आंदोलन की 3डी, वैज्ञानिक समझ विकसित करने के लिए इस अवधारणा पर फिर से विचार करना महत्वपूर्ण है।

तकनीकी प्रगति के परिणामस्वरूप कम्प्यूटेशनल पावर और मॉडलिंग क्षमताओं में वृद्धि हुई है, अधिक जटिल मॉडल बनाने और अध्ययन करने की क्षमता बढ़ गई है। गणना टोमोग्राफी स्कैनिंग और शंकु-बीम गणना टोमोग्राफी (सीबीसीटी) स्कैनिंग की शुरूआत में 2डी दुनिया से 3डी में मॉडल और गणना ओं को थ्रस्ट किया गया है। कंप्यूटिंग शक्ति और सॉफ्टवेयर जटिलता में एक साथ वृद्धि ने शोधकर्ताओं को दांत, हड्डी, पीरियोडोन्टल स्नायु (पीडीएल) और विभिन्न अन्य संरचनाओं,,7,,,8,9,10,13,914,,15को खंडित करने के लिए उन्नत सॉफ्टवेयर में उपयोग के लिए सटीक शारीरिक मॉडल निकालने के लिए 3 डी रेडियोग्राफ का उपयोग करने की अनुमति दी है। इन खंडित संरचनाओं को इंजीनियरिंग सॉफ्टवेयर में उपयोग के लिए एक आभासी जाल में परिवर्तित किया जा सकता है ताकि किसी सिस्टम की प्रतिक्रिया की गणना की जा सके जब किसी दिए गए बल या विस्थापन को उस पर लागू किया जाता है।

इस अध्ययन में एक विशिष्ट, प्रतिकृति पद्धति का प्रस्ताव है जिसका उपयोग जीवित रोगियों की सीबीसीटी छवियों से प्राप्त मॉडलों पर लागू काल्पनिक ऑर्थोडोन्टिक फोर्स सिस्टम की जांच करने के लिए किया जा सकता है। इस पद्धति का उपयोग करने में, जांचकर्ता तब विभिन्न दांतों के सीआरई एस का अनुमान लगा सकते हैं और दंत संरचनाओं की जैविक आकृति विज्ञान को ध्यान में रख सकते हैं, जैसे दांत शरीर रचना, जड़ों की संख्या और 3 डी अंतरिक्ष में उनके अभिविन्यास, बड़े पैमाने पर वितरण, और पीरियोडोन्टल अटैचमेंट की संरचना। इस प्रक्रिया की एक सामान्य रूपरेखा चित्रा 1में दिखाई गई है । यह सीआरईएसका पता लगाने के लिए 3डी टूथ मॉडल की उत्पादन में शामिल तार्किक प्रक्रिया के लिए पाठक उन्मुख करने के लिए है।

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Protocol

मौखिक और मैक्सिलोफेशियल रेडियोलॉजी (आईआरबी नंबर 17-071S-2) के प्रभाग में आर्काइव सीबीसीटी वॉल्यूम के मूल्यांकन के लिए संस्थागत समीक्षा बोर्ड छूट प्राप्त की गई थी ।

1. वॉल्यूम चयन और मानदंड

  1. सिर और चेहरा16की सीबीसीटी छवि प्राप्त करें ।
  2. दांत संरेखण, लापता दांत, वोक्सल आकार, देखने के क्षेत्र, और छवि की समग्र गुणवत्ता के लिए छवि की जांच करें।
  3. सुनिश्चित करें कि स्वर आकार 350 माइक्रोन (0.35 मिमी) से बड़ा नहीं है।

2. दांतों और हड्डी का विभाजन

  1. विभाजन के लिए सीबीसीटी छवि की कच्ची DICOM फ़ाइलों को नकल सॉफ्टवेयर में लोड करें(चित्रा 2)। इमेज एंड जीटी; क्रॉप प्रोजेक्टपर क्लिक करें . छवि को केवल मैक्सिला और मैक्सिलरी दांतों को शामिल करने के लिए फसल करें।
    नोट: देखने के क्षेत्र में काफी बड़ा मैक्सिला और मैक्सिलरी दांत पर कब्जा होना चाहिए । सुनिश्चित करें कि छवि दांत मुकुट, नाक मंजिल तक कठिन तालु, अधिकतम साइनस, अधिकतम दांतों के चेहरे की सतहों, और कठिन तालू और अधिकतम ट्यूबरोसिटी के पीछे की सीमा भी शामिल है ।
  2. मास्क के लिए टैब पर सही क्लिक करें और छवि के लिए एक नया मुखौटा बनाएं। UL1, UL2, ..., बाईं ओर और UR1, UR2, ..., सही पक्ष के लिए UR7 के लिए UL7 के रूप में मुखौटा का नाम बदलें, ब्याज के दांत के आधार पर ।
  3. नकाबपोश सीबीसीटी छवि पर ब्याज के दांत की पहचान करें (दृश्य देखें)। मुखौटा मिटाने के लिए स्पष्ट मुखौटा उपकरण का उपयोग करें। सॉफ्टवेयर दांतों और हड्डी के बीच अंतर करने में असमर्थ हो सकता है क्योंकि दोनों के ग्रे मूल्य समान हैं।
    नोट: नकल में थ्रेसहोल्डिंग उपकरण दांतों और हड्डी को अलग से सेगमेंट करने में असमर्थ है। इसलिए, विभाजन के लिए एक अलग विधि की आवश्यकता है।
  4. मल्टीपल स्लाइस एडिट टूल (सीटीआरएल + एम) पर क्लिक करें। दृश्य(अक्षीय, कोरोनल,या सजिटल)का चयन करें। मैन्युअल रूप से हाइलाइट करें (यानी, ड्रा) कुछ स्लाइस जैसे आवश्यक समझा जाता है।
    नोट: अधिक स्लाइस हाइलाइट करने से संरचना में अधिक विस्तार होता है।
  5. छोड़े गए स्लाइस के लिए वॉल्यूम भरने और लागू करने के लिए इंटरपोलेट टूल पर क्लिक करें।
  6. मास्क पर राइट-क्लिक करके दांत के लिए 3डी वॉल्यूम जेनरेट करें और 3डी वॉल्यूम की गणना करने के विकल्प का चयन करें।
  7. मैक्सिलरी आर्क के प्रत्येक दांत के लिए चरण 2.2-2.6 दोहराएं।
  8. सभी 3 डी मैक्सिलरी दांत, UL7-UR7 का चयन करें। चौरसाईका चयन करने के लिए सही क्लिक करें । चौरसाई कारक को 0.4 और पुनरावृत्तियों को 4 पर सेट करें।
  9. मास्क के लिएटैब पर अधिकतम हड्डियों को सही-क्लिक करने के लिए। छवि के लिए एक नया मुखौटा बनाएं।
  10. पूर्वनिर्धारित सीमा सेट के लिए ड्रॉप-डाउन मेनू से, कस्टमका चयन करें। पूरी अधिकतम हड्डी को शामिल करने के लिए सीमा मूल्य समायोजित करें। दहलीज लागू करने से पहले भरें छेद बॉक्स की जांच करना सुनिश्चित करें।
    नोट: कॉर्टिकल हड्डी में ‧1 मिमी के छोटे छेद स्वीकार्य हैं, क्योंकि उन्हें बाद के चरणों में आसानी से हटाया जा सकता है।
  11. मास्क में दिखाई देने वाले बड़े छेद को भरने के लिए गतिशील क्षेत्र बढ़ते उपकरण पर क्लिक करें। मल्टीपल लेयर बॉक्स का चयन करने के अलावा उपकरण के लिए लक्ष्य के रूप में अधिकतम हड्डी मास्क का चयन करें। न्यूनतम के लिए 50 और अधिकतम मूल्यों के लिए 150 का उपयोग करें। कॉर्टिकल हड्डी के उन क्षेत्रों पर क्लिक करते समय नियंत्रण कुंजी को नीचे रखें जिन्हें मुखौटा में हाइलाइट नहीं किया गया था।
  12. चिकनी मुखौटा समारोह के लिए अधिकतम हड्डी मुखौटा पर सही क्लिक करें। सबसे अच्छा परिणाम के लिए इस कदम 3x दोहराएं।
  13. मास्क पर राइट-क्लिक करके मैक्सिला के लिए 3डी वॉल्यूम जेनरेट करें और 3डी वॉल्यूम की गणना करने के विकल्प का चयन करें।
  14. 3डी मैक्सिलरी बोन का चयन करें। चौरसाई का चयन करने के लिए सही क्लिक करें। चौरसाई कारक को ~ 0.4 और पुनरावृत्तियों को 4 पर सेट करें।
  15. रैपका चयन करने के लिए 3डी मैक्सिलरी बोन और राइट-क्लिक का चयन करें। सबसे छोटी विस्तार के लिए 0.2 मिमी और गैप क्लोजिंग दूरी के लिए 1 मिमी सेट करें। प्रोटेक्ट पतली दीवारों विकल्प की जांच करें। प्रेस ठीक है।
  16. 3 डी मैक्सिलरी बोन "मैक्सिला" का नाम बदलें।

3. सफाई और जाल

  1. 3डी ऑब्जेक्ट्स और कॉपी(सीटीआरएल + सी)का चयन करें।
  2. 3matic सॉफ्टवेयर खोलें, और चयनित 3 डी ऑब्जेक्ट्स(सीटीआरएल + वी)पेस्ट करें। वे ऑब्जेक्ट ट्री और 3डी संरचना(चित्रा 3)के रूप में 3मैटिक के कार्य क्षेत्र में दिखाई देंगे।
  3. टूल बार से फिक्स टैब पर क्लिक करें और स्मूथ ऑप्शन का इस्तेमाल करें। संचालन बॉक्स के तहत वांछित 3D ऑब्जेक्ट (एस) या संस्थाओं का चयन करें और डिफ़ॉल्ट मापदंडों को लागू करें।
  4. टूल बार से फिनिश टैब पर क्लिक करें और स्थानीय स्मूदिंग विकल्प का उपयोग करें। संचालन बॉक्स के तहत वांछित 3 डी ऑब्जेक्ट (एस) या संस्थाओं का चयन करें। वांछित क्षेत्रों को मैन्युअल रूप से चिकना करने के लिए कर्सर का उपयोग करें।
  5. दांतों को डुप्लिकेट करें। वस्तु पेड़ पर सभी दांतों का चयन करें, सही क्लिक करें, और डुप्लिकेटका चयन करें।
  6. सभी डुप्लिकेट दांत,समूह का चयन करें, और फ़ोल्डर "समूह 1" का नाम लें। मूल सेट विश्लेषण के लिए अंतिम दांत के रूप में काम करेगा।
  7. ग्रुप 1 में डुप्लिकेट दांतों के लिए कर्व मॉड्यूल और क्रिएट कर्व ऑप्शन पर क्लिक करें । मैन्युअल रूप से सभी डुप्लिकेट दांतों के लिए सीमेंटोनेमल जंक्शन (सीईजे) के चारों ओर एक वक्र आकर्षित करें।
  8. स्मूथ वक्र विकल्प के तहत वक्र, समोच्चऔर सीमा संस्थाओं का चयन करें।
  9. ताज और जड़ सतहों को घटता विकल्प द्वारा स्प्लिट सतहों का चयन करके और 3डी ऑब्जेक्ट पर बाएं क्लिक करके अपने हिस्से में अलग करें।
  10. सीईजे में दांत को जड़ और मुकुट में विभाजित करके दांत की जड़ संरचना से पीडीएल उत्पन्न करें।
    1. ग्रुप 2 के रूप में ग्रुप 1 (चरण 3.6 में उत्पन्न) से 3डी ऑब्जेक्ट्स को डुप्लिकेट करें। समूह 2 के लिए, ऑब्जेक्ट ट्री बॉक्स में, ऑब्जेक्टपर क्लिक करें। सतह सूची से ताज की सतह को हटा दें। समूह 2 में सभी वस्तुओं के लिए यह कदम करें।
    2. ग्रुप 2 के लिए डिजाइन मॉड्यूल एंड जीटीएंड खोखलेपर क्लिक करें । वांछित पैरामीटर(तालिका 1)लागू करें।
    3. फिक्स मॉड्यूल और gt; फिक्स जादूगरपर क्लिक करें । अलग-अलग हिस्सों पर क्लिक करें, अपडेट करें और दिए गए निर्देशों का पालन करें।
    4. सभी भागों के लिए चरण 3.10.3 दोहराएं। समूह 2 में सभी भागों को "UL1_PDL" से "UL7_PDL" और "UR1_PDL" को "UR7_PDL" के रूप में बदलें।
  11. समूह 1 में, ऑब्जेक्ट ट्री बॉक्स से, ऑब्जेक्टपर क्लिक करें। सतह सूची से जड़ सतह को हटा दें।
  12. फिल होल नॉर्मल ऑप्शन चुनें और कंटूर का चयन करें। खराब कंटूर पर क्लिक करें और आवेदन करें। पूरी जगह भर दी जाएगी।
  13. डिजाइन मॉड्यूल और जीटी; लोकल ऑफसेट का चयन करें और पूरे ताज की सतह का चयन करें। निम्नलिखित विकल्पों की जांच करें: दिशा (बाहरी चुनें), ऑफसेट दूरी (0.5 चुनें), और कम दूरी (2.0 चुनें)। आवेदन करें।
  14. दोहराएं चरण 3.13।
  15. अधिकतम चाप के प्रत्येक दांत के लिए चरण 3.11-3.14 दोहराएं।
  16. रेमेश(चित्रा 3)
    1. रेमेश मॉड्यूल और जीटी पर क्लिक करें, ऑब्जेक्ट ट्री से नॉन-कई गुना असेंबली और मेन एंटिटी >Maxilla बनाएं । 3.4 (मूल दांत) से सभी वस्तुओं के लिए एक दूसरे के टुकड़े इकाई का चयन करें और आवेदनका चयन करें ।
    2. रेमेश मॉड्यूलपर क्लिक करें । गैर-कई गुना विधानसभा को विभाजित करें।
    3. समूह 1 से सभी वस्तुओं के रूप में एक दूसरे के रूप में एक दूसरे के रूप में एक दूसरे के टुकड़े इकाई का उपयोग कर चरण 3.16.1-3.16.2 दोहराएंऔर लागू करें ।
    4. एक वैकल्पिक कदम के रूप में, यदि आवश्यक हो, तो फिनिश मॉड्यूल और जीटी; ट्रिम एंड जीटी; एंटिटी एंड जीटी; मैक्सिलाका चयन करें। अतिरिक्त संरचना (यानी, शोर) का चयन करें और लागू करें।
    5. फिक्स मॉड्यूल और जीटी; फिक्स जादूगर और gt; Maxilla > Updateपर क्लिक करें । दिए गए निर्देशों का पालन करें।
    6. ग्रुप 2 और आवेदन करने से सभी वस्तुओं के रूप में एक दूसरे को काटने वाली इकाई का उपयोग करके चरण 3.16.1 दोहराएं।
    7. रेमेश मॉड्यूल एंड जीटी; अनुकूली रेमेशपर क्लिक करें । 3.16.6 से सभी एक दूसरे के साथ छेड़छाड़ करने वाली संस्थाओं का चयन करें और आवेदन करें।
    8. रेमेश मॉड्यूल एंड जीटी; स्प्लिट नॉन-कई विधानसभापर क्लिक करें ।
    9. रेमेश मॉड्यूल और जीटी पर क्लिक करें, ऑब्जेक्ट ट्री से ग्रुप 2 से नॉन-कई गुना असेंबली एंड जीटी; मेन एंटिटी एंड जीटी; इंडिविजुअल ऑब्जेक्ट (पीडीएल) बनाएं । चरण 3.4 (उस दांत के प्रकार के अनुरूप) से संबंधित ऑब्जेक्ट का चयन करें और आवेदन करें।
    10. क्लिक करें रेमेश मॉड्यूल और सार्जेंट; अनुकूली रेमेश। 3.16.9 से एक दूसरे के टुकड़े इकाई का चयन करें और लागू करें।
    11. क्लिक करें रेमेश मॉड्यूल एंड जीटी; स्प्लिट नॉन-कई गुना असेंबली.
    12. प्रत्येक दांत के लिए चरण 3.16.9-3.16.11 दोहराएं।
  17. रेमेश मॉड्यूल एंड जीटी; क्वालिटी रिस्पेंडिंग कम त्रिकोण परक्लिक करें . वस्तु पेड़ में सभी संस्थाओं (यानी, दांत, पीडीएल, और मैक्सिला) का चयन करें और लागू करें।
  18. क्लिक करें रेमेश मॉड्यूल और जीटी; वॉल्यूम मेश और चुनिंदा एंटिटी बनाएं. मेष मापदंडोंका चयन करें ।
  19. सभी संस्थाओं (यानी, दांत, पीडीएल और मैक्सिला) के लिए चरण 3.18 दोहराएं।
  20. मैन्युअल रूप से इनपुट (.inp) फ़ाइलों को 3मैटिक से Abaqus(चित्रा 4)में निर्यात करें।

4. परिमित तत्व विश्लेषण

नोट: सभी कस्टम पायथन स्क्रिप्ट पूरक अनुलग्नकों में पाए जा सकते हैं। वे Abaqus में मैक्रो प्रबंधक समारोह का उपयोग कर उत्पन्न किया गया है ।

  1. प्रीप्रोसेसिंग सेटअप
    1. Abaqus खोलें और मानक मॉडलका चयन करें । फाइल एंड जीटी पर क्लिक करें वर्क डायरेक्टरी सेट करें और फाइल स्टोरेज के लिए लोकेशन चुनें।
    2. फाइल एंड जीटी पर क्लिक करें स्क्रिप्ट चलाएं और Model_setup_Part1.py का चयन करें
    3. मॉडल निर्देशिका में Abaqus पर लोड करने के लिए फ़ाइल पथ निर्दिष्ट .inp फ़ाइलें।
    4. मॉडल्स एंड टेविडेंस एंड जीटी; पार्ट्स एंड जीटी; मैक्सिला एंड जीटी एंड साइट्सपर क्लिक करें ।
    5. संवाद बॉक्स "UL1 _socket" में सतह का नाम दें।
    6. सतह के क्षेत्र का चयन के तहत कोण सेचुनें । कोण के रूप में "15" जोड़ें।
    7. सुनिश्चित करें कि सॉकेट के सभी क्षेत्रों का चयन किया गया है। प्रेस किया जब पूरा हो गया ।
    8. अलग-अलग कुर्सियां के लिए चरण 4.1.4-4.1.7 दोहराएं।
    9. मॉडल्स एंड जीटी; सिमुलेशन एंड पार्ट्सपर क्लिक करें । फिर UL1 > सतहोंका चयन करें । सतह "UL1" का नाम दें।
    10. सतह के क्षेत्र का चयन करें "व्यक्तिगत रूप से" के लिए चुनते हैं। स्क्रीन पर दांत का चयन करें और कियाप्रेस ।
    11. सभी दांतों के लिए चरण 4.1.9-4.1.10 दोहराएं।
    12. मॉडल्स एंड जीटी; सिमुलेशन एंड पार्ट्सपर क्लिक करें । इसके बाद UL1_PDL और सतहोंका चयन करें । सतह को "UL1_PDL_inner" नाम दें।
    13. सतह के क्षेत्र का चयन के तहत कोण सेचुनें । कोण के रूप में "15" जोड़ें।
      नोट: यदि अंतिम सिमुलेशन के दौरान कोई त्रुटि पाई जाती है, तो कोण को कम करें और सतह का पुनर्चयन करें।
    14. सुनिश्चित करें कि पीडीएल के पूरे भीतरी सतह क्षेत्र का चयन किया गया है। प्रेस किया जब पूरा हो गया ।
    15. UL1_PDL और सतहों काचयन करें । सतह को "UL1_PDL_outer" नाम दें।
    16. सतह के क्षेत्र का चयन के तहत कोण सेचुनें । कोण के रूप में "15" जोड़ें।
      नोट: यदि अंतिम सिमुलेशन के दौरान कोई त्रुटि पाई जाती है, तो कोण को कम करें और सतह का पुनर्चयन करें।
    17. सुनिश्चित करें कि पीडीएल के पूरे बाहरी सतह क्षेत्र का चयन किया गया है। प्रेस किया जब पूरा हो गया ।
    18. सभी पीडीएलएस के लिए चरण 4.1.13-4.1.19 दोहराएं।
    19. फ़ाइल पर क्लिक करें और स्क्रिप्ट चलाएं और Model_setup_Part2.py का चयन करें
    20. मॉडल्स एंड जीटी; सिमुलेशन एंड जीटीएंड बीसीपर क्लिक करें । BC_allनाम, तो प्रारंभिकके रूप में कदम का चयन करें । श्रेणी के तहत, "यांत्रिक" का चयन करें, और "चयनित चरण के प्रकार" के तहत "विस्थापन/रोटेशन" का चयन करें । प्रेस जारी रखें।
    21. सीमा शर्त के लिए चुनिंदा क्षेत्रों के तहत कोण सेचयन करें । कोण के रूप में "15" जोड़ें। सेट बनाएं। 14 दांतों के लिए अलग-अलग कुर्सियां चुनें। प्रेस किया।
      नोट: यह तत्काल दांत आंदोलन अनुकरण करने में मदद की।
    22. मॉडल्स एंड जीटी एंड सिमुलेशन एंड जीटी; असेंबली एंड जीटी एंड जीटी एंड सेट्पएंड जीटी पर क्लिक करें । सेट "U1_y_force" का नाम।
    23. सेट के लिए नोड्स का चयन करें व्यक्तिगत रूप सेचुनें।
      नोट: एक न्यूटन केंद्रित बल या तो सकारात्मक वाई दिशा (एक डिस्टलाइजेशन बल अनुकरण) या सकारात्मक जेड दिशा (एक घुसपैठ बल अनुकरण) में एक बेतरतीब ढंग से चयनित दांत नोड पर लागू किया गया था ।
    24. ऊपरी केंद्रीय चीरा (U1) की buccal सतह पर मुकुट के केंद्र में एक नोड का चयन करें और कियाप्रेस ।
    25. सेट और जीटी परक्लिक करें. सेट "U1_z_force" का नाम।
    26. दोहराएं कदम 4.1.23-4.1.24।
    27. सभी दांतों के लिए चरण 4.1.22-4.1.26 दोहराएं।
      नोट: 4.1.25 के रूप में एक विशेष दांत के लिए एक सेट उत्पन्न होने से पहले, उस दांत के लिए उदाहरण और gt; फिर से शुरू करने के लिए जाएं।
  2. मॉडल की स्थापना
    1. मॉडल्स एंड सिमुलेशन एंड जीटी; असेंबली एंड टेस्सपर क्लिक करें । सभी उदाहरणों का चयन करें और फिर से शुरूक्लिक करें ।
    2. टूल्स एंड जीटी; क्वेरी एंड जीटी; पॉइंट/नोडपर क्लिक करें । बेतरतीब ढंग से चयनित केंद्रीय चीरा के केंद्र में एक नोड का चयन करें और किया प्रेस किया।
    3. पृष्ठ के नीचे कमांड सेंटर के नीचे, चरण 4.2.2 में चयनित नोड के एक्स, वाई और जेड निर्देशांक को कॉपी करें।
    4. वर्टिकल टूल बार के तहत अनुवाद उदाहरण का चयन करें और स्क्रीन पर पूरी असेंबली (यानी, सभी उदाहरणों) का चयन करें। प्रेस किया।
    5. अनुवाद वेक्टर बॉक्स के लिए एक स्टार्ट पॉइंट का चयन करें, प्रतिस्थापित निर्देशांक को चरण 4.2.3 में चिपकाएं या एक्स, वाई और जेड मूल्यों में प्रवेश करें। क्लिक करें दर्ज करें।
    6. अनुवाद वेक्टर के लिए एक अंतिम बिंदु का चयन करें या X, वाई, जेड दर्ज करें:निर्देशांक "0.0", "0.0", और "0.0" दर्ज करें। क्लिक करें दर्ज करें।
    7. उदाहरण की स्थिति केलिए, ठीकप्रेस ।
    8. टूल्स एंड जीटी; क्वेरी एंड जीटी; पॉइंट/नोड पर क्लिक करें और केंद्र के छेदक के मिडलाइन के ऊपर सीधे नोड का चयन करें । कियादर्ज करें ।
    9. पृष्ठ के नीचे कमांड सेंटर के नीचे, चरण 4.2.8 में चयनित नोड के एक्स, वाई और जेड निर्देशांक को कॉपी करें।
    10. वर्टिकल टूल बार के तहत अनुवाद उदाहरण का चयन करें और स्क्रीन पर पूरी असेंबली (यानी, सभी उदाहरणों) का चयन करें। कियादर्ज करें ।
    11. अनुवाद वेक्टर के लिए एक स्टार्ट पॉइंट का चयन करें - या एक्स, वाई, जेड बॉक्स दर्ज करें में कॉपी किए गए निर्देशांक चिपकाएं। क्लिक करें दर्ज करें।
    12. अनुवाद वेक्टर के लिए एक अंतिम बिंदु का चयन करें - या X, वाई, जेड दर्ज करें:चरण 4.2.9 में कॉपी किए गए निर्देशांक डालें। एक्स समन्वय को 0.0 में बदलें। क्लिक करें दर्ज करें।
    13. उदाहरण की स्थिति केलिए, ठीकप्रेस ।
    14. फ़ाइल एंड जीटी; रन स्क्रिप्ट पर क्लिक करें और Model_setup_Part3.pyका चयन करें । सामग्री गुणों को डालें या बदलें।
    15. मॉडल्स एंड जीटीएंडसिमुलेशन एंड जीटी; मैटेरियल्स और क्लिक करें बोन/पीडीएल/टूथपर क्लिक करें । ऊतक विशिष्ट गुण डालें।
    16. फ़ाइल एंड जीटी; रन स्क्रिप्ट पर क्लिक करें और Functions.pyचुनें।
  3. मॉडल प्रसंस्करण
    1. फ़ाइल एंड जीटी; रन स्क्रिप्ट पर क्लिक करें और Job_submission.pyचुनें ।
      नोट: जॉब मॉड्यूल वह जगह है जहां उपयोगकर्ता मॉडल पर एक या अधिक कार्रवाई करता है, और जॉब मैनेजर वह जगह है जहां मॉडल विश्लेषण शुरू किया जाता है, प्रगति दिखाई जाती है, और पूरा होना नोट किया जाता है।
    2. सभी को दबानेशीर्षक वाले संवाद बॉक्स में बाधाओं (मॉडल ों के तहत सिमुलेशन एंड जीटी; बाधाओं)के आधार पर दांतों के पक्षों (एल या आर) दर्ज करें । प्रेस ठीक है।
    3. जॉब सबमिशन शीर्षक वाले संवाद बॉक्स में निर्दिष्ट दांत/दांतों के लिए विश्लेषण चलाने के लिए "वाई" दर्ज करें । प्रेस ठीक है।
    4. विश्लेषण के लिए निर्देश शीर्षक संवाद बॉक्स में बल आवेदन निर्दिष्ट करने के लिए "वाई" दर्ज करें । प्रेस ठीक है।
  4. सी आरईएस अनुमान के लिए पोस्ट प्रोसेसिंग
    1. फ़ाइल चुनें और जीटी; रन स्क्रिप्ट और gt;Bulk_process.py।
    2. संवाद बॉक्स में कई नौकरियों का विश्लेषण शीर्षक निर्दिष्ट दांत के लिए "वाई" दर्ज करें/ प्रेस ठीक है।
    3. विश्लेषण के लिए निर्देश शीर्षक संवाद बॉक्स में बल आवेदन निर्दिष्ट करने के लिए "वाई" दर्ज करें । प्रेस ठीक है।
    4. जाओ इनपुट शीर्षक वाले संवाद बॉक्स में विशिष्ट टूथ नंबर दर्ज करें जैसा कि नामित उदाहरण (जैसे, यूएल 1 या यूएल5, आदि) को रेखांकित किया गया है। प्रेस ठीक है।
    5. कमांड बॉक्स में पॉइंट और अनुमानित स्थान के बारे में बल के लिए निर्देशांक की जांच करें। यदि वे समान नहीं हैं, तो चरण 4.3.1-4.4.4 दोहराएं।
      नोट: प्रत्येक चरण के लिए नौकरियों के चलने के बाद, पायथन में बनाया गया एक उपयोगकर्ता-परिभाषित एल्गोरिदम को प्रतिक्रिया बल प्रणाली और लोड एप्लिकेशन के परिणामस्वरूप बनाए गए बाद के क्षणों का विश्लेषण करने के लिए Abaqus इंटरफ़ेस के भीतर चलाया गया था। एल्गोरिदम स्वचालित रूप से लोड लागू करने के लिए एक नया नोड स्थान सुझाता है ताकि बल प्रणाली के भीतर लगभग शून्य परिमाण का क्षण बनाया जा सके। यह एक पुनरावृत्ति प्रक्रिया में आय, जब तक नोड स्थान जो शून्य के निकटतम क्षण बनाता है जब एक बल के माध्यम से लागू किया जाता है या अनुमानित होता है। एल्गोरिदम को चर्चा अनुभाग में विस्तार से वर्णित किया गया है।

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Representative Results

प्रक्रिया अनुभाग (चरण 2) में वर्णित विभाजन और मैनुअल रूपरेखा को सत्यापित करने के लिए, एक अधिकतम पहले मोलर को सूखी खोपड़ी से निकाला गया था, और एक सीबीसीटी छवि ली गई थी। छवि प्रसंस्करण और संपादन सॉफ्टवेयर नकल मैन्युअल रूप से दांत रूपरेखा के रूप में कदम 2 में वर्णित के लिए इस्तेमाल किया गया था । बाद में, मेशिंग किया गया, खंडित मॉडलों को 3matic सॉफ्टवेयर के साथ साफ किया गया, और उन्हें विश्लेषण के लिए Abaqus में आयात किया गया। हमें दांत के एफई मॉडल पर बने रैखिक और वॉल्यूमेट्रिक मापन और प्रयोगशाला में मापा गया वास्तविक दांत(पूरक दस्तावेज 4)में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं मिला।

किसी वस्तु के सीआरई एस का निर्धारण करने में उपयोगकर्ता-परिभाषित एल्गोरिदम की वैधता को सत्यापित करने के लिए, एक म्यान के भीतर संलग्न बीम के एक सरलीकृत मॉडल का उपयोग स्क्रिप्ट निर्माण(चित्रा 5ए)के प्रारंभिक चरणों में किया गया था। इस्पात encasement विस्थापन की स्वतंत्रता के तीन डिग्री के लिए विवश किया गया था, और बीम पर नोड्स/ बल आवेदन के लिए नोड्स यादृच्छिक रूप से चुने गए थे, और समाधान एकाग्र होने तक उपनियमित को एक पुनरावृत्ति फैशन में लागू किया गया था। सरलीकृत मॉडल में, 30 इकाइयों की लंबाई और 10 इकाइयों की चौड़ाई म्यान में संलग्न की गई थी। परिभाषित एल्गोरिदम और इसकी गणना का पालन करके, मॉडल बीम के सीआरई एस की भविष्यवाणी की गई थी(चित्रा 5बी)। यह सैद्धांतिक गणना से सहमत था (पूरक दस्तावेज़ 3देखें)। इस प्रकार, उपयोगकर्ता-परिभाषित एल्गोरिदम की वैधता को इस सरलीकृत मॉडल में विकसित और सत्यापित किया गया था और बाद में मैक्सिलरी दांतों के सीआरई एस के निर्धारण के लिए लागू किया गया था।

तालिका 2 संरचनाओं को सौंपे गए भौतिक गुणों को दिखाती है। पीडीएल और हड्डी के भौतिक गुणों के मॉडलिंग में अंतर एक दांत के सीआरई एस के अंतिम स्थान को प्रभावित कर सकता है। फाइबर ओरिएंटेशन से संबंधित पीडीएल एनीसोट्रोपी, पॉइसन के अनुपात में अंतर, लोडिंग पैटर्न और परिमाण भी एक फर्क कर सकते हैं। पीडीएल को ओग्डेन मॉडल (μ1= 0.07277, α1 = 16.95703, D1 = 3 x10-7)22,,23के अनुसार nonlinear, हाइपरलेस्टिक गुण सौंपे गए थे। विशिष्ट घनत्व भी हड्डी के लिए = 1.85 ग्राम/सेमी3 सौंपा गया; 2.02 ग्राम/3 और पीडीएल के लिए 1 जी/सेमी3 (यानी, पानी का घनत्व, क्योंकि पीडीएल ज्यादातर पानी के शामिल है)24,25।

बल वैक्टर को मानकीकृत करने और सीआरईएसकी स्थिति का पता लगाने के लिए, एक कार्टेशियन समन्वय प्रणाली का निर्माण (एक्स-वाई-जेड) किया गया था और निम्नलिखित झुकाव द्वारा परिभाषित किया गया था: वाई-एक्सिस (एंटेरोपोस्टरीया या labiolingual axis) सकारात्मक दिशा में पीछे के हिस्से के साथ मिडपालियल सीवन के साथ उन्मुख, सकारात्मक दिशा में मॉडल के बेहतर या गिंगिवल हिस्से के साथ ऊर्ध्वाधर दिशा (सुपरियो-अवर या ऑक्सीलोसो-गिंगिवल एक्सिस) में जेड-एक्सिस, और सकारात्मक दिशा में बुककल भाग के साथ ट्रांसवर्स दिशा (बुककोलिनगुअल धुरी) में एक्स-एक्सिस(चित्र 6)।

यह समन्वय प्रणाली दो तरीकों से लागू की गई थी: 1) एक्स-वाई विमान में अंतर-क्षोक और अंतर-मोलर चौड़ाई को विभाजित करने वाली लाइन पर स्थित तीक्ष्ण पपिला के नीचे केंद्रीय चीरों के चेहरे की सतहों के बीच स्थित इसकी उत्पत्ति (ओ) के साथ एक वैश्विक समन्वय प्रणाली स्थापित की गई थी; 2) हर दांत के लिए एक मूल 'आर' के साथ स्थानीय समन्वय प्रणाली का निर्माण किया गया था। हर दांत के लिए विशिष्ट 'आर' बिंदु को ताज की बुकल सतह पर ज्यामितीय केंद्र के रूप में परिभाषित किया गया था। इस साइट को लगभग निकटतम स्थान के लिए चुना गया था जहां एक ऑपरेटर ऑर्थोडोन्टिक बलों को लागू करने के लिए एक ब्रैकेट जगह दे सकता है। प्रतिनिधि परिणाम चित्र 7में दिखाए जाते हैं ।

वैश्विक और स्थानीय समन्वय प्रणालियों के सापेक्ष स्थित सीआरई एस तालिका 3 और तालिका 4में दिखाया गया है। एक्स समन्वय के साथ प्राप्त सीआरई एस के स्थान जब वाई और जेड निर्देशांक के साथ एक बल प्रणाली लागू की गई थी एक दूसरे से अलग थे(तालिका 5)। हालांकि, औसत अंतर छोटा था (0.88 ± 0.54 मिमी)।

Figure 1
चित्रा 1: डिजाइन फ्लो चार्ट। सीआरईएसका पता लगाने के लिए तीन कदम कार्यप्रवाह । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: नकल सॉफ्टवेयर का लेआउट सभी तीन विचारों (एक्स-वाई-जेड) में और एक वॉल्यूमेट्रिक मॉडल के रूप में अधिकतम दांत प्रदर्शित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: 3मैटिक सॉफ्टवेयर के गैर-कई गुना असेंबली का उपयोग करते हुए पीरियोडोन्टल स्नायु (पीडीएल) पैदा करने के लिए शामिल कदम। रेमेश मॉड्यूल(ए)गैर-कई गुना असेंबली बनाएं,(बी)मैक्सिला को मुख्य इकाई के रूप में सेट किया गया है,(सी)पीडीएल को एक दूसरे के रूप में सेट किया गया है,(डी)अनुकूली रेमेश,(ई)मैक्सिला और पीडीएल को विभाजित करता है,(एफ)मुख्य इकाई के रूप में पीडीएल के लिए चरणबी-एफ का पालन करें और चयनित दांत को एक इंटरसेटिंग इकाई के रूप में,(जीजाल की मात्रा बनाएं)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: Abaqus सॉफ्टवेयर लेआउट। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: स्टील बीम का सरलीकृत मॉडल। (क)परिभाषित एल्गोरिदम की सटीकता का परीक्षण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले स्टील म्यान में संलग्न बीम। (ख)परिभाषित एल्गोरिदम द्वारा भविष्यवाणी की गई संलग्न बीम के सीआरई एस का स्थान। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: प्रत्येक दांत के लिए मूल के वैश्विक बिंदु (ओ) और मूल के स्थानीय बिंदु (आर) के सापेक्ष सीआरईएस अनुमान के लिए समन्वय प्रणाली। यह मैक्सिलरी सेकंड प्रीमोलर के लिए एक उदाहरण है। इस विधि का उपयोग मेहराब में हर दांत के लिए किया गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: मैक्सिलरी दांतों के सीआरई एस का त्रि-आयामी प्रतिनिधित्व। (A)सेंट्रल चीरा। (ख)पार्श्व चीरा। (ग)कैनाइन। (D)पहला प्रीमोलर। (ई)दूसरा प्रीमोलर। (एफ)पहला मोलर। (जी)दूसरा मोलर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

खोखले प्रकार: दोनों (बाहर और अंदर)
दूरी 0.2
सबसे छोटा विस्तार: 0.05
कम करना: जाँच
सीमा पर सफाई: जाँच
सफाई कारक: 1.1

तालिका 1: खोखले उपकरण पैरामीटर।

संरचना लोचदार मॉड्यूलस (एमपीए) पॉइसन का अनुपात विशिष्ट घनत्व (जी/सेमी3)
दांत 17000 0.3 2.02
हड्डी 17000 0.3 1.85
Pdl 0.05 टेक्स्ट देखें 1

तालिका 2: परिमित तत्व मॉडल के भौतिक गुण।

दांत संख्या दांतकी लंबाई रूट लेंथ एक्स Y Z
यूएल1 25.2 15.1 3.4 11.0 12.9
UL2 26.0 16.8 8.8 13.2 14.3
यूएल3 29.1 19.5 15.1 18.0 15.6
यूएल4 23.8 15.7 18.4 21.5 10.6
यूएल5 24.8 18.2 20.9 28.2 10.1
यूएल6 22.0 16.4 25.8 38.7 11.6
यूएल7 21.4 15.0 27.4 43.2 11.4
यूआर 1 24.9 14.6 -4.6 10.8 13.2
यूआर 2 26.3 16.7 -9.9 13.0 13.6
यूआर 3 30.9 21.1 -15.6 17.7 14.2
यूआर 4 22.9 16.7 -19.0 21.9 9.2
UR5 23.4 16.7 -21.1 29.4 8.8
यूआर 6 22.2 16.3 -23.9 39.6 9.8
यूआर 7 20.8 15.9 -21.7 47.0 10.4

तालिका 3: वैश्विक बिंदु ओ के संबंध में मैक्सिलरी दांतों के सीआरई एस का त्रि-आयामी (एक्स-वाई-जेड) स्थान।

दांत संख्या दांतकी लंबाई रूट लेंथ एक्स Y Z
यूएल1 25.2 15.1 -1.1 10.9 9.4
UL2 26.0 16.8 -5.5 9.4 10.4
यूएल3 29.1 19.5 -5.7 9.3 13.2
यूएल4 23.8 15.7 -6.4 5.7 9.0
यूएल5 24.8 18.2 -6.7 7.0 9.5
यूएल6 22.0 16.4 -6.9 8.3 10.4
यूएल7 21.4 15.0 -8.6 3.3 7.3
यूआर 1 24.9 14.6 0.5 10.8 11.1
यूआर 2 26.3 16.7 5.0 10.3 9.3
यूआर 3 30.9 21.1 5.7 8.5 12.0
यूआर 4 22.9 16.7 5.3 5.3 9.3
UR5 23.4 16.7 5.3 6.5 9.1
यूआर 6 22.2 16.3 5.6 7.8 10.1
यूआर 7 20.8 15.9 9.5 4.3 8.6

तालिका 4: प्रत्येक दांत के लिए एक स्थानीय बिंदु आर के संबंध में मैक्सिलरीदांतों के सी आर का त्रि-आयामी (एक्स-वाई-जेड) स्थान जिसका सीआरईएस का मूल्यांकन किया जा रहा है। यहां, आर ताज की बुकल सतह का ज्यामितीय केंद्र है।

दांत संख्या Fy Fz अंतर
यूएल1 -1.36 -0.80 0.56
UL2 -5.73 -5.23 0.5
यूएल3 -6.00 -5.45 0.55
यूएल4 -6.11 -6.65 0.54
यूएल5 -5.95 -7.40 1.46
यूएल6 -6.18 -7.67 1.49
यूआर 1 0.36 0.67 0.31
यूआर 2 5.23 4.77 0.46
यूआर 3 5.93 5.38 0.55
यूआर 4 4.57 6.01 1.44
UR5 5.88 4.69 1.91
यूआर 6 5.19 5.98 0.79

तालिका 5: एक्स-एक्सिस के साथ प्रतिरोध की स्थिति के केंद्र में भिन्नता जब वाई-(एफवाई) और जेड (एफजेड) -कुल्हाड़ियों के साथ बल लागू किया जाता है।

पूरक दस्तावेज़ 1: एफईए के लिए उपयोग किए गए एल्गोरिदम की पायथन स्क्रिप्ट। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

पूरक दस्तावेज़ 2: बल प्रणाली के विश्लेषण का अवलोकन। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

पूरक दस्तावेज़ 3: एक म्यान में संलग्न एक साधारण बीम के द्रव्यमान के केंद्र का सैद्धांतिक अनुमान। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

पूरक दस्तावेज़ 4: निकाले गए मैक्सिलरी पहले मोलर का एक परिमित तत्व मॉडल। कृपया इस फ़ाइल को देखने के लिए यहां क्लिक करें (डाउनलोड करने के लिए सही क्लिक करें)।

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Discussion

यह अध्ययन रोगियों की सीबीसीटी छवियों से प्राप्त अधिकतम दांतों के मॉडलों के परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) के लिए एक सुसंगत कार्यप्रवाह स्थापित करने के लिए उपकरणों का एक सेट दिखाता है ताकि उनके सीआरईएसका निर्धारण किया जा सके। चिकित्सक के लिए, अधिकतम दांतों के सीआरई एस का एक स्पष्ट और सीधा नक्शा दांत आंदोलनों की योजना बनाने और दुष्प्रभावों की भविष्यवाणी करने के लिए एक अमूल्य नैदानिक उपकरण होगा। परिमित तत्व विधि (फेम) को,197317में दंत जैव यांत्रिक अनुसंधान में पेश किया गया था, और तब से अल्वेलर समर्थन संरचनाओं6,7,788,99,10,,11,,12में तनाव और तनाव क्षेत्रों का विश्लेषण करने के लिए लागू किया गया है। जैसा कि कार्यप्रवाह(चित्रा 1)में उल्लिखित चरणों की संख्या से प्रमाणित है, परिमित तत्व मॉडल बनाना एक जटिल कार्य है। इसलिए कार्यप्रणाली के कुछ पहलुओं को सरल बनाना पड़ा।

सबसे पहले, केवल अल्वेलर सॉकेट में दांतों की आवाजाही को यह मानते हुए माना जाता था कि अल्वेलर हड्डी का अवशोषण और अपोजिशन नहीं होता था। इस प्रकार के विस्थापन को प्राथमिक4 या तात्कालिक दांत आंदोलन18कहा जाता है । यह देखा गया है कि पीडीएल तात्कालिक दांत विस्थापन में एक महत्वपूर्ण इकाई है। दांतों के मूवमेंट15के लिए पीडीएल के तनावको परिभाषित करने के लिए हड्डी और दांतों को यथोचित रूप से कठोर माना जा सकता है । इसलिए, इस अध्ययन के लिए तनाव वितरण दांत सॉकेट के भीतर विवश था। बनाएं सीमा शर्त उपकरण उपयोगकर्ता को मॉडल के लिए सीमा शर्तें निर्धारित करने या बाधाओं को लागू करने की अनुमति देता है। चयनित बिंदुओं को यह सुनिश्चित करने के लिए स्वतंत्रता की शून्य डिग्री सौंपी जाती है कि मॉडल उस क्षेत्र में कठोर रहता है। नतीजतन, हड्डी विरूपण की गणना और पिछले अध्ययनों में किए गए विकृत अल्वेलर हड्डी के ठोस तत्वों को पुनर्जीवित करने के लिए विश्लेषण समय19,20को समाप्त कर दिया गया था।

दूसरा, छवि संकल्प को मध्यम स्तर पर रखने का प्रयास किया गया । सीबीसीटी इमेज वोक्सल का आकार 0.27 मिमी था। यह न केवल विकिरण खुराक को न्यूनतम रखा गया था बल्कि टेट्राएड्रल तत्वों के लिए वैश्विक कठोरता मैट्रिक्स को कोडांतरण करने के लिए कम्प्यूटेशनल बोझ को भी कम करता था। हालांकि, नकारात्मक पक्ष यह था कि सीबीसीटी संकल्प सही और स्पष्ट रूप से स्कैन पर पीडीएल पर कब्जा करने के लिए अपर्याप्त था । यह काफी हद तक था क्योंकि औसत पीडीएल मोटाई लगभग 0.15 मिमी-0.38 मिमी (औसत: 0.2 मिमी)21 और छवि वोक्सल आकार 0.27 मिमी था। सीबीसीटी स्कैन के साथ इस कमी ने दो मुद्दे बनाए: 1) पीडीएल को अपने आप खंडित नहीं किया जा सका; और 2) दोनों के बीच एक अलग ग्रे मूल्य परिवर्तन की कमी के कारण थ्रेसहोल्डिंग का उपयोग करके हड्डी और दांतों को सेगमेंट करना संभव नहीं था। नतीजतन, सॉफ्टवेयर दांतों और हड्डी के बीच अंतर करने में असमर्थ था क्योंकि ग्रे मूल्य समान थे। दूसरे शब्दों में, नकल दांत और हड्डी को अलग से सेगमेंट करने में असमर्थ थी। इसलिए, विभाजन की एक अलग विधि विकसित की गई थी। नकल में बढ़ रहे या विभाजित उपकरण जैसे कई उपकरणों के प्रयास के बाद, यह निर्धारित किया गया था कि दांतों को खंडित करने का सबसे अच्छा तरीका सीबीसीटी के प्रत्येक टुकड़े पर दांत संरचना को मैन्युअल रूप से हाइलाइट करके था। यहां मल्टीपल स्लाइस एडिट टूल ने दक्षता लाभ की पेशकश की। हर स्लाइस को मैन्युअल रूप से हाइलाइट करने के बजाय, उपयोगकर्ता को केवल कुछ स्लाइस को हाइलाइट करना होता है। इस कारण से, यह दांतों को सेगमेंट करने के लिए सबसे अच्छी विधि थी, क्योंकि यह लगातार तरीके से दांतों की शरीर रचना विज्ञान की अच्छी छवियों को प्राप्त करने में सबसे बड़ी सटीकता प्रदान करता है।

क्योंकि सीबीसीटी छवियों के कम संकल्प के कारण पीडीएल को खंडित करने में असमर्थ था, इसलिए दांत की जड़ संरचना से पीडीएल विकसित करना आवश्यक था। यह CEJ में जड़ और मुकुट में दांत बंटवारे की आवश्यकता है । एक बार बड़े हो जाने के बाद, निर्मित पीडीएल अनिवार्य रूप से एक दूसरे के समानांतर दो सतहों 0.2 मिमी अलग था, जहां एक सतह हड्डी के साथ अंतरंग संपर्क में थी और जड़ के साथ अन्य। यह महत्वपूर्ण था कि सतहों को परिमित तत्व विश्लेषण में एक साथ बांधा गया था ताकि पीडीएल के माध्यम से दांत में जोड़े गए लोड को हड्डी में प्रचारित किया जा सके। इंजीनियरिंग सॉफ्टवेयर ने उन मॉडलों को अस्वीकार कर दिया जिनकी सतहें बहुत दूर थीं या बहुत अधिक छेड़छाड़ की गई थीं, क्योंकि इससे सतहों को असंभव और अमान्य कर दिया गया था।

तीसरा, सभी मॉडल सतहों को अपेक्षाकृत चिकनी और छोटी सतह स्थलाकृति से मुक्त रखा गया था जो समग्र मॉडल विश्लेषण के लिए महत्वहीन है, जैसे कि बुककल कॉर्टिकल सतह से अतिरिक्त हड्डी का प्रक्षेपण। शरीर रचना विज्ञान के अनुमानों पर ठीक तत्व ठीक शरीर रचना विज्ञान के जटिल क्षेत्रों में तत्वों के आकार को कम करके अंतिम मॉडल के जाल में अनावश्यक जटिलता जोड़ते हैं, जिससे मॉडल में तत्वों की संख्या में वृद्धि होती है। छोटे और अधिक असंख्य तत्व अंतिम परिमित तत्व विश्लेषण में कंप्यूटिंग प्रयास को बढ़ाते हैं।

सीआरई एस के स्थानों जब बल वाई और जेड दिशाओं में लागू किया गया था अलग थे, एक्स दिशा के साथ उनके स्थान में मतभेदों का प्रतिनिधित्व किया । हालांकि, अंतर छोटा था(तालिका 5)और चिकित्सकीय और सांख्यिकीय रूप से तुच्छ था। इसलिए, एक दिशा में गणना की गई सीआरई एस के स्थान का उपयोग दूसरे के लिए किया जा सकता है। पिछले काम से यह भी पता चला है कि जब सीआरईएस के लिए एक भी बिंदु का मूल्यांकन किया जाता है तो10,26,27को नहीं देखा जाता है । इसलिए, यह सुझाव दिया गया है कि एक निश्चित सीआरईएस होने के बजाय एक बेहतर शब्दावली "प्रतिरोध का त्रिज्या" हो सकती है। इस अंतर को रूट मॉर्फोलॉजी, सीमा शर्तों, सामग्री गुणों और लोड एप्लिकेशन के बिंदु जैसे कई कारकों के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

कस्टम एल्गोरिदम का उपयोग करके फोर्स सिस्टम का विश्लेषण
दांत के सीआरई एस का पता लगाने के लिए गणितीय अवधारणाओं, सैद्धांतिक व्युत्पन्न, और कंप्यूटर सिमुलेशन को पहले27,,28,,29,,30के विस्तार से वर्णित किया गया है। लागू विभिन्न भारों द्वारा बनाई गई बल प्रणालियों का विश्लेषण करने और दांतों के लिए सीआरई एस की भविष्यवाणी करने के लिए, एक कस्टम एल्गोरिदम लिखा गया था और Abaqus के भीतर चला गया था (पूरक कोडिंग फ़ाइलें देखें)। यह एल्गोरिदम पायथन का उपयोग करके लिखा गया था, इनपुट के रूप में एफईए सॉफ्टवेयर आउटपुट डेटाबेस (.ओडीबी फ़ाइल) से डेटा स्वीकार करता है, डेटा को संसाधित करता है, और लागू लोड द्वारा सिस्टम में बनाए गए क्षणों के लिए मूल्य प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, यह नोड स्थानों का अनुमान लगाता है जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम के भीतर कम क्षण की पीढ़ी होती है। यह उपयोगकर्ता को एक ही स्थान पर अनुमान एकाग्र होने तक एक पुनरावृत्ति फैशन में सिमुलेशन चलाने की अनुमति देता है।

एल्गोरिदम प्रत्येक चरण में लागू लोड के परिणामस्वरूप प्रत्येक नोड पर नोडल निर्देशांक, प्रत्येक नोड के कुल विस्थापन और प्रतिक्रिया बलों तक पहुंचता है। मूल लोड एप्लिकेशन और विपरीत दिशा में प्रतिक्रिया बलों के रूप में एक ही दिशा में प्रतिक्रिया बलों सिमुलेशन के दौरान दांत पर अभिनय कुल बल वैक्टर निर्धारित करने के लिए प्रणाली में नोड्स में से प्रत्येक पर अभिव्यक्त कर रहे हैं । परिणामस्वरूप क्षणों प्रत्येक नोड पर प्रत्येक प्रतिक्रिया बल के लिए बल आवेदन के बिंदु के संबंध में गणना कर रहे है और यह भी प्रतिक्रिया बलों के रूप में एक ही फैशन में अभिव्यक्त कर रहे हैं । इस प्रकार, मूल लोड एप्लिकेशन के रूप में एक ही दिशा में एक समग्र बल वेक्टर और बल आवेदन के बिंदु के बारे में उस बल वेक्टर द्वारा बनाए गए परिणामस्वरूप पल की गणना की जाती है, साथ ही विपरीत दिशा में बल वेक्टर और इसके परिणामस्वरूप पल की गणना की जाती है। क्योंकि प्रणाली स्थिर संतुलन में है, सभी ताकतों और क्षणों का योग शून्य के बराबर है । हालांकि, प्रतिक्रिया बलों और इस फैशन में क्षणों के टूटने प्रभावी स्थानों की गणना के लिए अनुमति देता है, जहां इन कुल बलों प्रणाली में धुरी अंक के रूप में कार्य करते हैं, और इन धुरी अंक के बीच केंद्र बिंदु बल आवेदन के एक बिंदु है कि सीआरईएसके करीब है की एक सन्निकटन प्रदान करता है ।

इन गणनाओं को करने के लिए, परिणामी क्षणों की भयावहता को धुरी बिंदुसे बल आवेदन के बिंदु तक दूरी (आर वेक्टर) की भयावहता देने के लिए अपने संबंधित बलों की भयावहता से विभाजित किया जाता है। आर वेक्टर की दिशा पल और बल वैक्टर के एक क्रॉस उत्पाद के माध्यम से निर्धारित की जाती है, जहां सभी को एक दूसरे के लिए ऑर्थोगोनल होना चाहिए, और यूनिट वेक्टर क्रॉस उत्पाद की भयावहता से विभाजित होकर निर्धारित किया जाता है। यूनिट वेक्टर आर को आर वेक्टर की भयावहता से गुणा किया जाता है जो पहले बल आवेदन के मूल बिंदु के सापेक्ष प्रत्येक धुरी बिंदु के निर्देशांक के 3डी स्थान में समग्र अनुमान पैदा करने के लिए गणना करता था। इन दोनों वेक्टर के बीच का मध्य बिंदु निम्नलिखित पुनरावृत्ति में बल आवेदन के अगले बिंदु के स्थान के लिए अनुमान प्रदान करता है। पूरक दस्तावेज 2में अतिरिक्त जानकारी संलग्न है ।

सीआरईएस का अनुमान तब निर्धारित किया जाता है जब सिस्टम में परिणामी क्षण लगभग शून्य हो जाते हैं। वर्तमान अध्ययन के लिए, यह दृढ़ संकल्प गणना क्षणों के सबसे कम सकारात्मक और नकारात्मक एक्स-घटकों को खोजने और दोनों के औसत से किया जाता है। नोड्स के बेतरतीब ढंग से उत्पन्न स्थान और किसी भी दो नोड्स (0.5 मिमी) के बीच अंतर्निहित दूरी के कारण, एक स्थान ढूंढना मुश्किल है जहां एक सटीक शून्य क्षण उत्पन्न होता है(तालिका 5)।

सीमाओं
हमारे सर्वोत्तम प्रयासों के बावजूद, इस अध्ययन की कुछ सीमाएं हैं। सबसे पहले, क्योंकि पीडीएल सीबीसीटी पर कल्पना नहीं की जा सकती थी, इसे अपने आप खंडित नहीं किया जा सकता था और दांत की जड़ सतह से 0.2 मिमी की समान मोटाई पर उत्पन्न किया गया था। परिमित तत्व अध्ययनों से पता चला है कि वर्दी बनाम गैर-समान मॉडलिंग एफईए के परिणाम को प्रभावित करती है, और यह कि गैर-समान मॉडलिंगबेहतर 30,,31है। दूसरा, एक सटीक मॉडल बनाने के लिए कदमों की संख्या लंबी थी। यह कितनी जल्दी मॉडल बनाया जा सकता है, जो मामले के आधार पर एक मामले पर रोगियों के लिए व्यक्तिगत उपचार की योजना के लिए इन उपकरणों का उपयोग करने की संभावना को सीमित के संदर्भ में एक सीमा है । इसके अतिरिक्त, इन मॉडलों को उत्पन्न करने के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर महंगा है और एक शैक्षिक संस्थान या एक बड़े व्यवसाय में उपलब्ध संसाधनों तक सीमित है। इसके अलावा, एक बार मॉडल बनाए जाने के बाद, FEA को चलाने के लिए बहुत शक्तिशाली कंप्यूटिंग आवश्यक थी। इस प्रकार, यह विधि एक व्यवहार्य उपचार योजना उपकरण नहीं हो सकती जब तक कि आवश्यक प्रौद्योगिकी व्यापक रूप से उपलब्ध न हो।

भविष्य के अनुसंधान इन मॉडलों का उपयोग करने के लिए अधिकतम दांत ों पर परिमित तत्व विश्लेषण करने के लिए चाप और दांतों के समूहों के लिए सीआरई एस निर्धारित करने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए, विशेष रूप से दांतों के उन समूहों को आम तौर पर ऑर्थोडोन्टिक्स में हेरफेर, जैसे एक निष्कर्षण मामले में पूर्वकाल खंड या खुले काटने के रोगियों में घुसपैठ के लिए एक पीछे खंड घुसपैठ । एक बार सीआरईएस इन मॉडलों के लिए निर्धारित हो जाने के बाद, मौजूदा डेटा में जोड़ने के लिए अतिरिक्त सीबीसीटी छवियों से अतिरिक्त मॉडल विकसित किए जाने चाहिए। सीआरईएस स्थानों के पर्याप्त डेटा पूल के साथ, सीआरई एस की सामान्य स्थिति को इंगित करने के लिए हीट मैप उत्पन्न किए जा सकते हैं जो चिकित्सकों के लिए एक अमूल्य संदर्भ के रूप में काम कर सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इस परियोजना का समर्थन करने के लिए चार्ल्स बर्टोन फाउंडेशन पुरस्कार को स्वीकार करना चाहते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-matic software Materialise, Leuven, Belgium. Cleaning and meshing
Abaqus/CAE software, version 2017 Dassault Systèmes Simulia Corp., Johnston, RI, USA. Finite Element Analysis
Mimics software, version 17.0 Materialise, Leuven, Belgium. Segmentation of teeth and bone

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जीव विज्ञान अंक 158 ऑर्थोडोन्टिक्स प्रतिरोध का केंद्र मैक्सिलरी दांत त्रि-आयामी शंकु बीम गणना टोमोग्राफी नकल 3matic परिमित तत्व विश्लेषण
मैक्सिलरी दांतों के प्रतिरोध के केंद्र का पता लगाने के लिए एक परिमित तत्व दृष्टिकोण
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Luu, B., Cronauer, E. A., Gandhi, V., Kaplan, J., Pierce, D. M., Upadhyay, M. A Finite Element Approach for Locating the Center of Resistance of Maxillary Teeth. J. Vis. Exp. (158), e60746, doi:10.3791/60746 (2020).

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