Summary
Bu çalışma, sonlu eleman modelleri elde etmek için maksilla ve maksiller dişlerin düşük doz üç boyutlu koni ışın tabanlı hasta görüntülerini kullanmak için gerekli araçları özetlerir. Bu hasta modelleri daha sonra doğru tüm maksiller dişlerin CRES bulmak için kullanılır.
Abstract
Direnç merkezi (CRES)öngörülebilir diş hareketi için temel referans noktası olarak kabul edilir. Dişlerin CRES'ini tahmin etmek için kullanılan yöntemler, geleneksel radyografik ve fiziksel ölçümlerden modeller de veya kadavra örnekleri üzerinde in vitro analizine kadar değişmektedir. Modellerin ve tek dişlerin yüksek doz mikro-CT taramalarının sonlu eleman analizini içeren teknikler çok fazla umut vaat etmiştir, ancak daha yeni, düşük dozlu ve düşük çözünürlüklü koni ışını bilgisayarlı tomografi (CBCT) görüntüleri ile çok az şey yapılmıştır. Ayrıca, sadece birkaç seçilmiş dişler için CRES (yani, maksiller merkezi kesici diş, köpek ve ilk azı dişleri) tanımlanmıştır; geri kalanı büyük ölçüde göz ardı edilmiştir. CRES'i ayrıntılı olarak belirleme metodolojisini açıklamak da gerekir, böylece çoğaltılması ve üzerine inşa etmek kolaylaşır.
Bu çalışmada, maksiller dişlerin CRES'ini bulmak için sonlu eleman modelleri elde etmek için aletler ve iş akışı geliştirmek için rutin CBCT hasta görüntüleri kullanılmıştır. CBCT hacim görüntüleri segmentasyon ile maksiller dişlerin CRES belirlenmesinde ilgili üç boyutlu (3D) biyolojik yapıları ayıklamak için manipüle edildi. Parçalı nesneler temizlendi ve 3matic yazılım ile maksimum kenar uzunluğu 1 mm olan dört yüzlü (tet4) üçgenler oluşan sanal bir örgü dönüştürüldü. Modeller, sonlu elemanlar analizinde kullanılmak üzere maksimum kenar uzunluğu 1 mm olan katı hacimsel bir dörtyüzlü örgüye dönüştürüldü. Mühendislik yazılımı, Abaqus, bir derleme oluşturmak ve malzeme özellikleri, etkileşim koşulları, sınır koşulları ve yükleme uygulamaları ayarlamak için modelleri önişlemek için kullanılmıştır. Yükler, analiz edildiğinde, cRESyerini yardımcı, sistem üzerinde stres ve suşları simüle . Bu çalışma diş hareketinin doğru tahmin ilk adımıdır.
Introduction
Bir dişin veya diş segmentinin direnç merkezi (CRES)serbest bir cinin kütle merkezine benzer. Katı cisimlerin mekaniği alanından ödünç alınan bir terimdir. CRES'detek bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin etki hattı yönünde dişin çevirisi1,2oluşur. CRES'in konumu sadece dişin anatomisine ve özelliklerine değil, aynı zamanda çevresine de bağlıdır (örn. periodontal ligament, çevreleyen kemik, komşu dişler). Diş, cRES'ini serbest bir bedenin kütle merkezine benzeterek ölçülü bir cisimdir. Cihazların manipülasyon, çoğu ortodontists bir diş veya diş bir grup CRES kuvvet vektör ü arasındaki ilişkiyi düşünün. Gerçekten de, bir cismin tek bir kuvvete gönderildiğinde devrilme veya bedensel hareket gösterip göstermeyeceği esas olarak cismin CRES'inin konumu ve kuvvet vektörü ile CRESarasındaki mesafe ile belirlenir. Bu doğru tahmin edilebilir, tedavi sonuçları büyük ölçüde iyileşmiş olacaktır. Böylece, CRES doğru bir tahmin büyük ölçüde ortodontik diş hareketinin verimliliğini artırabilir.
On yıllardır, ortodontik alan belirli bir diş, segment veya kemer1,2,3,4,5,6,7,,8,9,10,11,12CRES konumu ile ilgili araştırma revisiting olmuştur. Ancak, bu çalışmalar birçok yönden yaklaşımları sınırlı olmuştur. Çoğu çalışma, cres sadece birkaç diş için, çoğunluğu dışarıda bırakarak belirledik. Örneğin, maksiller santral kesici ve maksiller kesici parça oldukça kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Öte yandan, maksiller köpek ve ilk azı dişleri ve kalan dişler için hiçbiri üzerinde sadece birkaç çalışma vardır. Ayrıca, bu çalışmaların çoğu dişler için genel anatomik verilere dayalı CRES yerini belirledik, iki boyutlu ölçümler (2D) radyografiler, ve 2D çizimler üzerinde hesaplamalar8. Buna ek olarak, bazı mevcut literatür de jenerik modelleri veya insan verileri4,8yerine dentiform modellerin üç boyutlu (3D) taramaları kullanır. Ortodonti diş hareketini planlamak için 3D teknolojiye kayırken, diş hareketinin bilimsel bir 3Boyutlu anlayışını geliştirmek için bu kavramı yeniden gözden geçirmek çok önemlidir.
Hesaplama gücünün ve modelleme yeteneklerinin artmasıyla sonuçlanan teknolojik gelişmelerle, daha karmaşık modeller oluşturma ve inceleme becerisi artmıştır. Bilgisayarlı tomografi tarama ve koni-Kiriş bilgisayarlı tomografi (CBCT) tarama giriş 3D dünyadan itme modelleri ve hesaplamalar vardır. Bilgisayar gücü ve yazılım karmaşıklığı eşzamanlı artışlar araştırmacılar diş segmenti gelişmiş yazılım, kemik, periodontal ligament (PDL) ve çeşitli diğer yapılar7,8,9,,10,13,14,15kullanılmak üzere doğru anatomik modeller ayıklamak için 3D radyografi kullanmak için izin verdi. Bu parçalı yapılar, belirli bir kuvvet veya yer değiştirme uygulandığında bir sistemin yanıtını hesaplamak için mühendislik yazılımında kullanılmak üzere sanal bir kafese dönüştürülebilir.
Bu çalışma, canlı hastaların CBCT görüntülerinden elde edilen modellere uygulanan varsayımsal ortodontik kuvvet sistemlerini incelemek için kullanılabilen özel, çoğaltılabilir bir metodoloji önermektedir. Bu metodolojiyi kullanarak, araştırmacılar daha sonra çeşitli dişlerin CRES tahmin ve diş anatomisi, kök sayısı ve 3D alanda bunların yönelimi, kitle dağılımı ve periodontal ekleri yapısı gibi diş yapılarının biyolojik morfolojisi dikkate alabilir. Bu işlemin genel bir anahat Şekil 1gösterilir. Bu, cRESbulmak için 3D diş modellerinin üretimi dahil mantıksal süreç okuyucu yönlendirmek için.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Oral ve Maksillofasiyal Radyoloji Bölümü'nde (IRB No. 17-071S-2) arşivlenmiş CBCT hacimlerinin değerlendirilmesi için kurumsal inceleme kurulu muafiyeti elde edilmiştir.
1. Hacim seçimi ve kriterler
- Baş ve yüz16bir CBCT görüntü edinin.
- Diş hizalaması, eksik dişler, voksel boyutu, görüş alanı ve görüntünün genel kalitesi için görüntüyü inceleyin.
- Voxel boyutunun 350 μm'den (0,35 mm) büyük olmadığından emin olun.
2. Diş ve kemiğin segmentasyonu
- CBCT görüntüsünün ham DICOM dosyalarını segmentasyon için Mimics yazılımınayükleyin( Şekil 2 ). Resim > Kırpma Projesi'nitıklatın. Görüntüyü sadece maksilla ve maksiller dişleri içerecek şekilde kırpın.
NOT: Görüş alanı maksilla ve maksiller dişleri yakalamak için yeterince büyük olmalıdır. Görüntü diş taçları, burun tabanına kadar sert damak, maksiller sinüsler, maksiller dişlerin yüz yüzeyleri ve sert damak ve maksiller tüberküloz arka ölçüde içerdiğinden emin olun. - Maske sekmesine sağ tıklayın ve resim için Yeni Maske oluşturun. Maskeyi sol taraf için UL1, UL2, ..., UL7 ve sağ taraf için UR1, UR2, ..., UR7 olarak yeniden adlandırın.
- Maskeli CBCT görüntüsündeki ilgi dişlerini belirleyin (görünümlere bakın). Maskeyi silmek için Maskeyi Temizle aracını kullanın. Yazılım, dişler ve kemik arasında ayrım yapamayabilir, çünkü ikisinin gri değerleri benzerdir.
NOT: Mimics'teki eşik alet, dişleri ve kemiği ayrı ayrı bölemiyor. Bu nedenle, segmentasyon için farklı bir yöntem gereklidir. - Çoklu Dilim Düzenleme aracına (Ctrl + M) tıklayın. Görünümü seçin(Aksiyel, Koronal, veya Sagittal). Gerekli görüldüğü şekilde bazı dilimleri el ile vurgulayın (örneğin, çizin).
NOT: Daha fazla dilim vurgulamak yapıya daha fazla ayrıntı ekler. - Atlanan dilimlerin hacmini doldurmak ve uygulamak için Enterpolasyon aracını tıklatın.
- Maskeye sağ tıklayarak ve 3B hacmi hesaplama seçeneğini seçerek diş için 3B hacmi oluşturun.
- Maksiller kemerin her dişi için 2.2-2.6 adımlarını tekrarlayın.
- Tüm 3D maksiller dişleri seçin, UL7-UR7. Düzgünleme'yiseçmek için sağ tıklatın. Yumuşatma faktörlerini 0,4 ve yinelemeleri 4 olarak ayarlayın.
- Maksiller kemikleri segmente etmek için Maskesekmesine sağ tıklayın. Görüntü için yeni bir maske oluşturun.
- Önceden tanımlanmış eşik kümeleri için açılır menüden Özel'iseçin. Eşik değerini tam maksiller kemiği içerecek şekilde ayarlayın. Eşiği uygulamadan önce Dolgu Delikleri kutusunu kontrol ettiğinizden emin olun.
NOT: Kortikal kemikteki ≤1 mm'lik küçük delikler kabul edilebilir, çünkü daha sonraki aşamalarda kolayca çıkarılabilirler. - Maskede görünen büyük delikleri doldurmak için Dinamik Bölge Yetiştirme Aracı'nı tıklatın. Çoklu Katman kutusunu seçmenin yanı sıra aracın hedefi olarak maksiller kemik maskesini seçin. Min için 50 ve Max değerleri için 150 kullanın. Maskede vurgulanmayan kortikal kemik bölgelerine tıklarken Kontrol tuşunu basılı tutun.
- Pürüzsüz Maske fonksiyonu için maksiller kemik maskesine sağ tıklayın. En iyi sonuçlar için bu adımı 3x tekrarlayın.
- Maskeye sağ tıklayarak ve 3B hacmi hesaplama seçeneğini seçerek maksilla için 3B hacmi oluşturun.
- 3D maksiller kemiği seçin. Düzgünlenme seçeneğini seçmek için sağ tıklatın. Yumuşatma faktörlerini ~0,4'e, yinelemeleri 4'e ayarlayın.
- 3B maksiller kemiği seçin ve Sargı'yıseçmek için sağ tıklatın. En küçük ayrıntı için 0,2 mm ve boşluğun kapanma mesafesi için 1 mm'yi ayarlayın. İnce Duvarları Koru seçeneğini kontrol edin. Tamam tuşunabasın.
- 3D maksiller kemiğin adını "Maxilla" olarak değiştirin.
3. Temizlik ve meshleme
- 3B nesneleri seçin ve kopyalayın(Ctrl + C).
- 3matic yazılımı açın ve seçili 3B nesneleri(Ctrl + V)yapıştırın. 3D yapı olarak 3matic nesne ağacı ve çalışma alanında görünürler (Şekil 3).
- Araç çubuğundan Düzelt sekmesini tıklatın ve Düzle seçeneğini kullanın. İşlemler kutusunun altında istenilen 3B nesne(ler) veya varlıkları seçin ve varsayılan parametreleri uygulayın.
- Araç çubuğundan Bitiş sekmesini tıklatın ve Yerel Düzleştir seçeneğini kullanın. İşlem kutusu altında istediğiniz 3B nesne(ler) veya varlıkları seçin. İstenilen bölgeleri el ile düzeltmek için imleci kullanın.
- Dişleri kopyala. Nesne ağacında tüm dişleri seçin, sağ tıklayın ve Kopyala'yıseçin.
- Tüm Yinelenen Dişler'iseçin , gruplayın ve klasörü "grup 1" olarak adlandırın. Orijinal set analiz için son dişler olarak hizmet verecek.
- Grup 1'deki yinelenen dişler için Eğri Modülü ve Eğri Oluştur seçeneğini tıklatın. El ile tüm çoğaltılmış dişler için sementoenamel kavşak (CEJ) etrafında bir eğri çizin.
- Düzgün Eğri seçeneği altında Eğri, Konturve Kenarlık varlıklarını seçin.
- Eğrilere göre Bölünmüş Yüzeyler'i seçerek ve seçilecek 3B nesneye sol tıklayarak taç ve kök yüzeylerini kendi bölümlerine ayırın.
- CEJ'de dişin kök ve taç olarak bölünmesiyle dişin kök yapısından PDL oluşturun.
- Grup 1'deki (adım 3.6'da oluşturulan) 3B nesneleri grup 2 olarak çoğaltın. Grup 2 için, nesne ağacı kutusunda, Nesne'yetıklayın. Yüzey listesinden taç yüzeyini silin. Grup 2'deki tüm nesneler için bu adımı gerçekleştirin.
- Grup 2 için Tasarım Modülü > Hollow'atıklayın. İstenilen parametreleri uygulayın (Tablo 1).
- Fix Modülü > Düzeltme Sihirbazı'natıklayın. Tek tek parçalara tıklayın, güncelleyin ve verilen yönergeleri izleyin.
- Tüm parçalar için adım 3.10.3'u tekrarlayın. Grup 2'deki tüm bölümleri "UL1_PDL UL7_PDL" ve "UR1_PDL" ile "UR7_PDL" olarak yeniden adlandırın.
- Grup 1'de, nesne ağacı kutusundan Nesne'yetıklayın. Yüzey listesinden kök yüzeyini silin.
- Dolgu Deliği Normal seçeneğini seçin ve konturu seçin. Bad Contour tıklayın ve uygulayın. Tüm alan dolacak.
- Tasarım Modülü > Yerel Ofset'i ve taç yüzeyinin tamamını seçin. Aşağıdaki seçenekleri kontrol edin: Yön (dış seçil), Ofset Mesafesi (0,5'i seçin) ve Azalan Mesafe (2,0'ı seçin). Uygula.
- Adımı 3.13'te tekrarlayın.
- Maksiller kemerin her dişi için 3.11-3.14 adımlarını tekrarlayın.
- Remesh (Şekil 3)
- Nesne ağacından Remesh Modülü > Manifold Olmayan Derleme > Ana Varlık > Maxilla'yı tıklatın. 3.4 'den (orijinal dişler) tüm nesneler için kesişen varlığı seçin ve Uygula'yıseçin.
- Remesh Modülü'netıklayın. Manifoldu olmayan montajı bölün.
- Grup 1 ve Uygula'daki tüm nesneler olarak kesişen bir varlığı kullanarak 3.16.1-3.16.2 adımlarını yineleyin.
- İsteğe bağlı bir adım olarak, yalnızca gerekirse, Bitiş Modülü > Kırpma > Varlık > Maxilla'yıseçin. Fazla yapıyı seçin (örn. gürültü) ve Uygula.
- Modülü Düzelt > Düzeltme Sihirbazı > Maxilla > Update'etıklayın. Verilen talimatları izleyin.
- Grup 2 ve Uygula'daki tüm nesneler olarak kesişen bir varlığı kullanarak 3.16.1 adımlarını yineleyin.
- Remesh Modülü > Adaptif Remesh'etıklayın. 3.16.6'dan kesişen tüm varlıkları seçin ve uygulayın.
- Remesh Modülü > Split Non-manifold Assembly'itıklatın.
- Nesne ağacından Grup 2'den Yeniden Mesh Modülü > Manifold olmayan Derleme > Ana Varlık > Bireysel Nesne (PDL) oluştur'u tıklatın. Kesişen Varlık > 3.4 adımından Ilgili Nesneyi seçin (bu diş tipine karşılık gelir) ve Uygula.
- Remesh Modülü > Adaptif Remesh'etıklayın. Kesişen varlığı 3.16.9'dan seçin ve uygula.
- Remesh Modülü > Split Non-manifold Assembly'itıklatın.
- Her diş için 3.16.9-3.16.11 adımlarını tekrarlayın.
- Remesh Modülü > Kalite Koruma Üçgenleri Azalt'seçeneğini tıklayın. Nesne ağacında tüm varlıkları seçin (örneğin, dişler, PDL'ler ve Maxilla) ve Uygula.
- Yeniden Mesh Modülü > Birim Örgü Oluştur > Varlık Seç'itıklatın. Kafes Parametreleri'niseçin.
- Tüm varlıklar (örneğin, dişler, PDL'ler ve Maxilla) için 3.18 adımlarını tekrarlayın.
- 3Matic'ten Abaqus'a giriş(.inp) dosyalarını el ile dışa aktarın(Şekil 4).
4. Sonlu elemanlar analizi
NOT: Tüm özel Python komut dosyaları ek eklerde bulunabilir. Bunlar Abaqus makro yöneticisi işlevi kullanılarak oluşturulmuştur.
- Ön işleme kurulumu
- Abaqus'u açın ve Standart Model'iseçin. Dosya > İş Dizini Ayarla > Dosya Depolama için Konum Seçin.
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'ı tıklatın ve Model_setup_Part1.py'yi seçin
- Model Dizininde .inp dosyalarını Abaqus'a yüklemek için dosya yolunu belirtin.
- Modeller > Simülasyon > Parçalar > Maxilla > Yüzeyleretıklayın.
- İletişim kutusundaki yüzeyi "UL1 _socket" olarak adlandırın.
- Yüzeyin Bölgesini Seç'in altında Açıya göreseçin. Açı olarak "15" ekleyin.
- Soketin tüm alanlarının seçildiğinden emin olun. Tamamlandığında Bitti tuşuna basın.
- Tek tek soketler için 4.1.4-4.1.7 adımlarını tekrarlayın.
- Modeller > Simülasyon > Parçalara tıklayın. Ardından UL1 > Yüzeyler'iseçin. Yüzeye "UL1" adını vereb edin.
- Surface Bölgesini Seçin altında "Tek tek" seçeneğini belirleyin. Ekrandaki diş seçin ve Bittituşuna basın.
- Tüm dişler için 4.1.9-4.1.10 adımlarını tekrarlayın.
- Modeller > Simülasyon > Parçalara tıklayın. Sonra UL1_PDL > Yüzeyler'iseçin. Yüzeye "UL1_PDL_inner" adını söyle.
- Yüzeyin Bölgesini Seç'in altında Açıya göreseçin. Açı olarak "15" ekleyin.
NOT: Son simülasyon sırasında bir hata bulunursa, açıyı azaltın ve yüzeyi yeniden seçin. - PDL'nin tüm iç yüzey alanının seçildiğinden emin olun. Tamamlandığında Bitti tuşuna basın.
- UL1_PDL > Yüzeyler'iseçin. Yüzeye "UL1_PDL_outer" adını söyle.
- Yüzeyin Bölgesini Seç'in altında Açıya göreseçin. Açı olarak "15" ekleyin.
NOT: Son simülasyon sırasında bir hata bulunursa, açıyı azaltın ve yüzeyi yeniden seçin. - PDL'nin tüm dış yüzey alanının seçildiğinden emin olun. Tamamlandığında Bitti tuşuna basın.
- Tüm PDL'ler için 4.1.13-4.1.19 adımlarını yineleyin.
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'a tıklayın ve Model_setup_Part2.py'yi seçin
- Modeller > Simülasyon > BC'leretıklayın. Ad BC_all,sonra Baş olarak Adım'ı seçin. Kategori altında "Mekanik"ü seçin ve "Seçili Adım Türleri" altında "Yer Değiştirme/Döndürme" seçeneğini belirleyin. Continuetuşuna basın.
- Sınır Koşulu için Bölgeleri Seç'in Altında Açıya Göreseçin. Açı olarak "15" ekleyin. Oluştur Kümesi'nidenetleyin. 14 diş için ayrı ayrı soketler seçin. Basın Bitti.
NOT: Bu anlık diş hareketi simüle yardımcı oldu. - Modeller > Simülasyon > Montaj > Kümeler > Set Oluştur'a tıklayın. Sete "U1_y_force" adını vereb.
- Set düğümlerini seç'te Tek tekseçin.
NOT: Bir Newton konsantre kuvvet imiş gibi seçilmiş bir diş düğümüne pozitif Y yönünde (distalizasyon kuvveti simüle) veya pozitif Z yönünde (müdahaleci bir kuvvetin benzetilmesi) uygulanmıştır. - Üst merkezi kesici fırının (U1) bukcal yüzeyinde taç merkezinde bir düğüm seçin ve Bittituşuna basın.
- Ayarlar > Oluştur Kümesi'nitıklatın. Sete "U1_z_force" adını vereb.
- Adımları 4.1.23-4.1.24'ün tekrarlayın.
- Tüm dişler için 4.1.22-4.1.26 adımlarını tekrarlayın.
NOT: Belirli bir diş için 4.1.25'te olduğu gibi bir küme oluşturulmadan önce, örnek > O diş için özgeçmiş'e gidin.
- Model kurulumu
- Modeller > Simülasyon > Montaj > Örneklere tıklayın. Tüm Örnekler'i seçin ve Devam'ıtıklatın.
- Araçlar > Sorgula > Nokta/Düğüm'etıklayın. Rasgele seçilmiş merkezi kesici fırının ortasında bir düğüm seçin ve Bittituşuna basın.
- Sayfanın altındaki komut merkezinin altında, adım 4.2.2'de seçilen düğümün X, Y ve Z koordinatlarını kopyalayın.
- Dikey araç çubuğunun altında Örnek'i Çevir'i seçin ve ekrandaki tüm derlemeyi (örn. tüm örnekler) seçin. Basın Bitti.
- Çeviri Vektörü kutusu için Başlangıç Noktası Seç'te, kopyalanan koordinatları adım 4.2.3'e yapıştırın veya X, Y ve Z değerlerini girin. Enter'utıklatın.
- Çeviri Vektörü için Bir Bitiş Noktası seçin veya X,Y,Z girin: "0.0", "0.0" ve "0.0" koordinatlarını girin. Enter'utıklatın.
- Örnek Konumuiçin Tamamtuşuna basın.
- Araçlar > Sorgu > Nokta/Düğüm'e tıklayın ve orta satırın hemen üzerinde bir düğüm seçin. Bittigirin.
- Sayfanın altındaki komut merkezinin altında, adım 4.2.8'de seçilen düğümün X, Y ve Z koordinatlarını kopyalayın.
- Dikey araç çubuğunun altında Örnek'i Çevir'i seçin ve ekrandaki tüm derlemeyi (örn. tüm örnekler) seçin. Bittigirin.
- Kopyalanan koordinatları Çeviri Vektörü için Başlangıç Noktası Seç'e yapıştırın veya X,Y,Z kutusuna girin. Enter'utıklatın.
- Çeviri Vektörü için Bir Bitiş Noktası Seçin veya X,Y,Z girin: 4.2.9 adımda kopyalanan koordinatları ekleyin. X koordinatını 0.0 olarak değiştirin. Enter'utıklatın.
- Örnek Konumuiçin Tamamtuşuna basın.
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'a tıklayın ve Model_setup_Part3.py'yiseçin. Malzeme özelliklerini ekleyin veya değiştirin.
- Modeller > Simülasyon > Malzemeler'e tıklayın ve Kemik/PDL/Diş'etıklayın. Dokuya özgü özellikler yerleştirin.
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'a tıklayın ve Functions.pyseçin.
- Modelin işlenmesi
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'a tıklayın ve Job_submission.py'yiseçin.
NOT: İş modülü, kullanıcının model üzerinde bir veya daha fazla eylem ayarladığı ve iş yöneticisinin model çözümlemesi başlatıldığı, ilerleme gösterildiği ve tamamlanma kaydedildiği yerdir. - Tümlerini Bastırbaşlıklı iletişim kutusunda, kısıtlamalara göre dişlerin kenarlarını (L veya R) girin (Modeller > Simülasyon > KısıtlamalarAltında). Tamam tuşunabasın.
- İş Gönderimi başlıklı iletişim kutusunda belirtilen diş/dişlerin analizini çalıştırmak için "Y" girin. Tamam tuşunabasın.
- Analiz Için Yol tarifi başlıklı iletişim kutusunda kuvvet uygulamasını belirtmek için "Y" girin. Tamam tuşunabasın.
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır'a tıklayın ve Job_submission.py'yiseçin.
- C RES tahmini için işleme sonrası
- Dosya > Komut Dosyalarını Çalıştır > Bulk_process.py'yiseçin.
- Birden Çok İşi Çözümle başlıklı iletişim kutusunda belirtilen diş/dişler için "Y" girin. Tamam tuşunabasın.
- Analiz Için Yol tarifi başlıklı iletişim kutusunda kuvvet uygulamasını belirtmek için "Y" girin. Tamam tuşunabasın.
- Giriş Yap başlıklı iletişim kutusunda, Örnekler (örneğin, UL1 veya UL5, vb.) ana hatlarıyla belirtildiği gibi Belirli Diş Numarasını girin. Tamam tuşunabasın.
- Komuta kutusundaki Kuvvet Noktası ve Tahmini Konum koordinatlarını denetleyin. Bunlar benzer değilse, 4.3.1-4.4.4 adımlarını yineleyin.
NOT: Her adımiçin işler çalıştırıldıktan sonra, python oluşturulan kullanıcı tanımlı bir algoritma abaqus arabirimi içinde reaksiyon kuvvet sistemi ve yük uygulaması sonucu oluşturulan sonraki anları analiz etmek için çalıştırıldı. Algoritma otomatik olarak yük uygulamak için yeni bir düğüm konumu önerir, kuvvet sistemi içinde sıfıra yakın büyüklükte bir an oluşturulur. Bu, bir kuvvet bulunduğunda veya tahmin edildiğinde sıfıra en yakın anı oluşturan düğüm konumuna kadar yinelemeli bir işlemle devam eder. Algoritma Tartışma bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
İşlemler bölümünde (adım 2) açıklandığı şekilde segmentasyon ve manuel anahat doğrulamak için, kuru bir kafatasından maksiller ilk azı azı çıkarıldı ve cbct görüntüsü alındı. Görüntü işleme ve düzenleme yazılımı Mimics, 2. Daha sonra meshleme yapıldı, segmentli modeller 3matic yazılımla temizlendi ve analiz için Abaqus'a ithal edildi. Dişlerin FE modeli nde yapılan doğrusal ve hacimsel ölçümlerde ve laboratuvarda ölçülen gerçek dişte anlamlı bir fark bulamadık(Ek Belge 4).
Bir nesnenin CRES'ini belirlerken kullanıcı tarafından tanımlanan algoritmanın geçerliliğini doğrulamak için, komut dosyası oluşturmanın ilk aşamalarında kılıf içinde bulunan bir ışının basitleştirilmiş bir modeli kullanılmıştır (Şekil 5A). Çelik kaplılık üç derecelik yer değiştirme özgürlüğüyle sınırlandırılmıştı ve Kiriş/kılıf arabirimindeki düğümler birbirine bağlandı. Kuvvet uygulaması için düğümler rasgele seçildi ve alt yordam çözüm birleşene kadar yinelemeli bir şekilde uygulandı. Basitleştirilmiş modelde, 30 birim uzunluğunda ve 10 birim genişliğinde kılıf kaplandı. Tanımlanan algoritma ve hesaplamaları izleyerek, model ışınının CRES 'i tahmin edilmiştir (Şekil 5B). Bu teorik hesaplamalar ile kabul (Ek Belge 3bakınız). Böylece, kullanıcı tanımlı algoritmanın geçerliliği bu basitleştirilmiş modelde geliştirilmiş ve doğrulanmış ve daha sonra maksiller dişlerin CRES belirlenmesi için uygulanmıştır.
Tablo 2 yapılara atanan malzeme özelliklerini gösterir. PDL ve kemiğin malzeme özelliklerinin modellemesindeki farklılıklar bir dişin CRES'inin son yerini etkileyebilir. Lif oryantasyonuile ilgili PDL aisotropi, Poisson oranındaki farklılıklar, yükleme şekilleri ve büyüklüğü de fark yaratabilir. PDL'ye Ogden modeline göre doğrusal olmayan hiperelastik özellikler verildi (μ1 = 0.07277, α1 = 16.95703, D1 = 3 x 10-7)22,23. Spesifik yoğunluklar da kemik için = 1.85 g/cm3 olarak atanmıştır; Dişler için 2,02 g/cm3; ve PDL için 1 g/cm3 (yani, su yoğunluğu, PDL çoğunlukla su oluşur çünkü)24,25.
Kuvvet vektörlerini standartlaştırmak ve CRES'inkonumunu bulmak için kartezyen koordinat sistemi (X-Y-Z) inşa edilmiş ve aşağıdaki yönelimlerle tanımlanmıştır: Pozitif yönde arka kısmı ile midatal sütür boyunca doğrulanmış Y ekseni (anteroposterior veya labiolingual eksen), Dikey yönde Z ekseni (süperio-inferior veya oklüz-dişeti ekseni) pozitif yönde modelin üstün veya dişeti kısmı ile, ve x ekseni enine yönde (buccolingual eksen) pozitif yönde bukcal kısmı ile(Şekil 6).
Bu koordinat sistemi iki şekilde uygulanmıştır: 1) X-Y düzleminde inter-insor ve inter-molar genişlikleri ikiye bölünmüş bir çizgi üzerinde bulunan kesi papilla altında merkezi kesici dişlerin yüz yüzeyleri arasında yer alan kökeni (O) ile küresel bir koordinat sistemi kurulmuştur; 2) Yerel koordinat sistemleri her diş için bir kökenli 'R' ile inşa edilmiştir. Her diş için özel 'R' noktası, tacın bukcal yüzeyindeki geometrik merkez olarak tanımlanmıştır. Bu site, bir operatörün ortodontik kuvvetler uygulamak için bir braket yerleştirebileceği en yakın konumu belirlemek üzere seçilmiştir. Temsil sonuçları Şekil 7'degösterilmiştir.
Küresel ve yerel koordinat sistemlerine göre bulunan CRES Tablo 3 ve Tablo 4'tegösterilmiştir. Y ve Z koordinatları boyunca bir kuvvet sistemi uygulandığında X koordinatı boyunca elde edilen CRES konumları birbirinden farklıydı(Tablo 5). Ancak ortalama fark küçüktü (0.88 ± 0.54 mm).
Şekil 1: Tasarım akış şeması. CRES'ibulmak için üç aşamalı iş akışı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Üç görünümde (X-Y-Z) ve hacimsel bir model olarak maksiller dişleri görüntüleyen Mimics yazılımının düzeni. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Periodontal ligament (PDL) 3matic yazılımın manifold olmayan montaj ını kullanan üretim adımları. Remesh Modülü (A) Manifold olmayan montaj oluşturun, (B) Maxilla ana varlık olarak ayarlanır, (C) PDL kesişen varlık olarak ayarlanır, (D) Adaptif Remesh, (E) Maxilla ve PDL bölme, (F) Ana varlık olarak PDL için B-F ve kesişen bir varlık olarak seçilen diş b-F izleyin, (G) Hacim örgü oluşturun. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Abaqus yazılım düzeni. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Çelik kirişin basitleştirilmiş modeli. (A) Tanımlanan algoritmanın doğruluğunu test etmek için kullanılan çelik kılıfa sarılmış kiriş. (B) Tanımlanan algoritmalar tarafından öngörüldüğü şekilde kaplanmış ışının CRES'lerinin yeri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: CRES tahmininin koordinat sistemi, her diş için küresel bir başlangıç noktası (O) ve yerel menşe noktası (R) göredir. Bu maksiller ikinci premolar için bir örnektir. Bu yöntem kemerher diş için kullanılmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Maksiller dişlerin CRES üç boyutlu gösterimi. (A) Merkezi kesici dişler. (B) Yanal kesici diş. (C) Kan. (D) İlk premolar. (E) İkinci premolar. (F) İlk azı azı. (G) İkinci azı azı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| İçi Boş Tip: | Her ikisi de (Dış ve İç) |
| Mesafe | 0.2 |
| En Küçük Ayrıntı: | 0.05 |
| Azaltmak: | Kontrol |
| Sınırda temizleme: | Kontrol |
| Temizleme faktörü: | 1.1 |
Tablo 1: İçi boş takım parametreleri.
| Yapısı | Elastik modül (MPa) | Poisson oranı | Özgül yoğunluk (g/cm3) |
| Diş | 17000 | 0.3 | 2.02 |
| Kemik | 17000 | 0.3 | 1.85 |
| Pdl | 0.05 | Metne bakın | 1 |
Tablo 2: Sonlu elemanlar modelinin malzeme özellikleri.
| Diş Numarası | Diş uzunluğu | Kök Uzunluğu | X | Y | Z |
| UL1 | 25.2 | 15.1 | 3.4 | 11.0 | 12.9 |
| UL2 | 26.0 | 16.8 | 8.8 | 13.2 | 14.3 |
| UL3 | 29.1 | 19.5 | 15.1 | 18.0 | 15.6 |
| UL4 | 23.8 | 15.7 | 18.4 | 21.5 | 10.6 |
| UL5 | 24.8 | 18.2 | 20.9 | 28.2 | 10.1 |
| UL6 | 22.0 | 16.4 | 25.8 | 38.7 | 11.6 |
| UL7 | 21.4 | 15.0 | 27.4 | 43.2 | 11.4 |
| UR1 | 24.9 | 14.6 | -4.6 | 10.8 | 13.2 |
| UR2 | 26.3 | 16.7 | -9.9 | 13.0 | 13.6 |
| UR3 | 30.9 | 21.1 | -15.6 | 17.7 | 14.2 |
| UR4 | 22.9 | 16.7 | -19.0 | 21.9 | 9.2 |
| UR5 | 23.4 | 16.7 | -21.1 | 29.4 | 8.8 |
| UR6 | 22.2 | 16.3 | -23.9 | 39.6 | 9.8 |
| UR7 | 20.8 | 15.9 | -21.7 | 47.0 | 10.4 |
Tablo 3: Küresel o noktasına göre maksiller dişlerin CRES'inin üç boyutlu (X-Y-Z) konumu.
| Diş Numarası | Diş uzunluğu | Kök Uzunluğu | X | Y | Z |
| UL1 | 25.2 | 15.1 | -1.1 | 10.9 | 9.4 |
| UL2 | 26.0 | 16.8 | -5.5 | 9.4 | 10.4 |
| UL3 | 29.1 | 19.5 | -5.7 | 9.3 | 13.2 |
| UL4 | 23.8 | 15.7 | -6.4 | 5.7 | 9.0 |
| UL5 | 24.8 | 18.2 | -6.7 | 7.0 | 9.5 |
| UL6 | 22.0 | 16.4 | -6.9 | 8.3 | 10.4 |
| UL7 | 21.4 | 15.0 | -8.6 | 3.3 | 7.3 |
| UR1 | 24.9 | 14.6 | 0.5 | 10.8 | 11.1 |
| UR2 | 26.3 | 16.7 | 5.0 | 10.3 | 9.3 |
| UR3 | 30.9 | 21.1 | 5.7 | 8.5 | 12.0 |
| UR4 | 22.9 | 16.7 | 5.3 | 5.3 | 9.3 |
| UR5 | 23.4 | 16.7 | 5.3 | 6.5 | 9.1 |
| UR6 | 22.2 | 16.3 | 5.6 | 7.8 | 10.1 |
| UR7 | 20.8 | 15.9 | 9.5 | 4.3 | 8.6 |
Tablo 4: C RES'i değerlendirilmekte olan her diş için yerel bir r noktasına göre maksillerRES dişlerin CRES'inin üç boyutlu (X-Y-Z) konumu. Burada, R taç bukcal yüzeyingeometrik merkezidir.
| Diş Numarası | Fy | Fz | Fark |
| UL1 | -1.36 | -0.80 | 0.56 |
| UL2 | -5.73 | -5.23 | 0.5 |
| UL3 | -6.00 | -5.45 | 0.55 |
| UL4 | -6.11 | -6.65 | 0.54 |
| UL5 | -5.95 | -7.40 | 1.46 |
| UL6 | -6.18 | -7.67 | 1.49 |
| UR1 | 0.36 | 0.67 | 0.31 |
| UR2 | 5.23 | 4.77 | 0.46 |
| UR3 | 5.93 | 5.38 | 0.55 |
| UR4 | 4.57 | 6.01 | 1.44 |
| UR5 | 5.88 | 4.69 | 1.91 |
| UR6 | 5.19 | 5.98 | 0.79 |
Tablo 5: Y-(Fy) ve Z (Fz)-eksenleri boyunca kuvvet uygulandığında X ekseni boyunca direnç pozisyonunun merkezindeki değişim.
Ek Belge 1: FEA için kullanılan algoritmaların Python komut dosyaları. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Ek Belge 2: Kuvvet sisteminin analizine genel bakış. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Ek Belge 3: Bir kılıfa kaplanmış basit bir Kirişin kütle merkezinin teorik tahmini. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Ek Belge 4: Çıkarılan maksiller ilk azı azının sonlu eleman modeli. Bu dosyayı görüntülemek için lütfen buraya tıklayın (İndirmek için sağ tıklatın).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışma, hastaların CRES'lerinibelirlemek için hastaların CBCT görüntülerinden elde edilen maksiller diş modellerinin sonlu elemananalizi (FEA) için tutarlı bir iş akışı oluşturmak için bir takım araçlar göstermektedir. Klinisyen için, maksiller dişlerin CRES açık ve basit bir harita diş hareketleri planlamak ve yan etkileri tahmin paha biçilmez bir klinik araç olacaktır. Sonlu elemanlar yöntemi (FEM) diş biyomekanik araştırma tanıtıldı1973 17, ve o zamandan beri alveoler destek yapılarında stres ve gerinim alanları analiz etmek için uygulanmıştır6,7,8,9,10,11,12. İş akışında(Şekil 1)özetlenen adım sayısının da gösterdiği gibi, sonlu elemanmodelleri oluşturmak karmaşık bir görevdir. Bu nedenle, metodolojinin bazı yönleri basitleştirilmiş olması gerekiyordu.
İlk olarak, alveoler kemiğin rezorpsiyon ve apozisyonunun oluşmadığı varsayarak sadece alveoler soketteki diş hareketi düşünüldü. Bu tür deplasmanlar primer4 veya anlık diş hareketi18olarak adlandırılır. PDL'nin anlık diş deplasmanında kritik bir varlık olduğu gözlenmiştir. Kemik ve dişlerin diş hareketi için PDL gerilmelerini tanımlamak için sert olduğu makul bir şekilde varsayılabilir15. Bu nedenle, bu çalışma için stres dağılımı diş soketi içinde kısıtlandı. Sınır Koşulu Oluştur aracı, kullanıcının model için sınır koşulları ayarlamasına veya kısıtlamalar uygulamasına olanak tanır. Seçilen noktalara, modelin o alanda katı kalmasını sağlamak için sıfır serbestlik derecesi atanır. Sonuç olarak, kemik deformasyonu hesaplanması ve önceki çalışmalarda yapılan deforme alveoler kemiğin katı elemanlarının yeniden meshlenmesi için analiz süresi,19,20ortadan kaldırıldı .
İkinci olarak, görüntü çözünürlüğünü orta düzeyde tutma girişimi yapıldı. CBCT görüntü voxel boyutu 0.27 mm idi. Bu sadece radyasyon dozajını minimumda tutmakla kalmadı, aynı zamanda dört yüzlü elemanlar için küresel sertlik matrisinin montajı için hesaplama yükünü de azalttı. Ancak, dezavantajı CBCT çözünürlüğü doğru ve belirgin taramaları PDL yakalamak için yetersiz olmasıdır. Bunun nedeni büyük ölçüde ortalama PDL kalınlığının 0,15 mm-0,38 mm (ortalama: 0,2 mm)21 ve görüntü voxel boyutunun 0,27 mm olmasıdır. CBCT taramaları ile bu eksiklik iki sorun yarattı: 1) PDL kendi başına segmente olamazdı; 2) Kemik ve dişlerin eşik kullanılarak parçalanması, ikisi arasında belirgin bir gri değer değişikliği olmaması nedeniyle mümkün değildi. Sonuç olarak, gri değerler benzer olduğu için yazılım dişler ve kemik arasında ayrım yapamadı. Başka bir deyişle, Mimics dişleri ve kemiği ayrı ayrı bölemedi. Bu nedenle farklı bir segmentasyon yöntemi geliştirilmiştir. Mimics'te büyüyen veya bölünmüş alet gibi çok sayıda alet denildikten sonra, dişleri segmente etmenin en iyi yolunun CBCT'nin her dilimindeki diş yapısını elle vurgulamak olduğu belirlenmiştir. Burada Çoklu Dilim Düzenleme Aracı verimlilik avantajı sundu. Kullanıcının her dilimi el ile vurgulamak yerine yalnızca bazı dilimleri vurgulaması gerekiyor. Bu nedenle, tutarlı bir şekilde diş anatomisi iyi görüntüler elde etmek için en büyük doğruluk sağlanan gibi, dişleri segmente için en iyi yöntem oldu.
Mimics, CBCT görüntülerinin düşük çözünürlüğü nedeniyle PDL'yi segmente alamadığı için, PDL'yi dişin kök yapısından büyütmek gerekiyordu. Bu cej de kök ve taç içine diş bölünmesi gerekli. Bir kez büyüdü, inşa PDL aslında birbirine paralel iki yüzey aralıklı 0.2 mm aralıklı, bir yüzey kemik ve kök ile diğer temas oldu. Sonlu elemanlar analizinde yüzeylerin birbirine bağlanması çok önemliydi, böylece bir dişe eklenen bir yük PDL yoluyla kemiğe doğru yayılırdı. Mühendislik yazılımı, yüzeyleri birbirinden çok uzak olan veya çok fazla kesişen modelleri reddetti, çünkü bu yüzeyleri birbirine bağlamayı imkansız hale getirdi ve FEA modelini geçersiz kıldı.
Üçüncü olarak, tüm model yüzeyleri nispeten düzgün ve genel model analizi için önemsiz küçük yüzey topografyası ücretsiz tutuldu, bukkal kortikal yüzey kapalı ekstra kemik projeksiyonu gibi. Anatomi projeksiyonları üzerinde ince elemanları ince anatomi karmaşık alanlarda elemanların boyutunu azaltarak son modelin örgü gereksiz komplikasyon eklemek, bu nedenle modelde elemanların sayısını artırarak. Daha küçük ve daha çok sayıda eleman, sonlu sonlu elemanlar analizinde bilgi işlem çabasını artırır.
CRES'in Y ve Z yönünde kuvvet uygulandığı nda konumları farklıydı ve X yönü boyunca konumlarındaki farklılıklarla temsil edildi. Ancak, fark küçüktü(Tablo 5) ve klinik olarak istatistiksel olarak önemsizdi. Bu nedenle, bir yönde hesaplanan CRES konumu diğeri için kullanılabilir. Önceki çalışmalar da 3D değerlendirildiğinde CRES için tek bir nokta gözlenmediğini göstermiştir10,26,27. Bu nedenle, kesin bir CRES'e sahip olmak yerine daha iyi bir terminolojinin "direnç yarıçapı" olabileceği ileri sürülmüştür. Bu fark, kök morfolojisi, sınır koşulları, malzeme özellikleri ve yük uygulaması noktası gibi bir dizi etkene bağlanabilir.
Özel Algoritmalar Kullanarak Kuvvet Sistemlerinin Analizi
Matematiksel kavramlar, teorik türevleri ve bir dişin CRES bulmak için bilgisayar simülasyonları daha önce ayrıntılı olarak açıklanmıştır27,28,29,30. Uygulanan çeşitli yüklertarafından oluşturulan kuvvet sistemlerini analiz etmek ve dişler için CRES'i tahmin etmek için, Abaqus içinde özel bir algoritma yazıldı ve çalıştırıldı (ek kodlama dosyalarına bakın). Bu algoritma Python kullanılarak yazılmış, FEA yazılım çıktı veritabanından (.odb dosyası) verileri giriş olarak kabul eder, verileri işler ve uygulanan yük tarafından sistemde oluşturulan anlar için değerler sağlar. Ayrıca, sistem içinde daha düşük bir anın oluşmasına neden olan düğüm konumlarını tahmin eder. Bu, tahminler tek bir konuma yakınsayana kadar kullanıcının simülasyonu yinelemeli bir şekilde çalıştırmasını sağlar.
Algoritma nodal koordinatlara, her düğümün toplam yer değiştirmesine ve her adımda uygulanan yükün bir sonucu olarak her düğümdeki tepki kuvvetlerine erişir. Orijinal yük uygulamasıyla aynı yöndeki reaksiyon kuvvetleri ve ters yöndeki reaksiyon kuvvetleri, simülasyon sırasında diş üzerinde hareket eden toplam kuvvet vektörlerini belirlemek için sistemdeki düğümlerin her birinde toplanır. Elde edilen momentler, her düğümdeki her bir tepkime kuvveti için kuvvet uygulaması noktasına göre hesaplanır ve aynı şekilde reaksiyon kuvvetleriyle aynı şekilde özetlenir. Böylece, orijinal yük uygulaması ile aynı yönde bir toplam kuvvet vektörü ve kuvvet uygulaması noktası hakkında o kuvvet vektörü tarafından oluşturulan an, aynı zamanda ters yöndeki kuvvet vektörü ve ortaya çıkan moment hesaplanır. Sistem statik dengede olduğundan, tüm kuvvetler ve momentlerin toplamı sıfıra eşittir. Ancak, bu şekilde tepki kuvvetleri ve momentlerin dökümü, bu toplam kuvvetlerin sistemde pivot noktaları olarak hareket ettiği etkili konumların hesaplanmasına olanak sağlar ve bu pivot noktalar arasındaki merkez nokta CRES'edaha yakın bir kuvvet uygulaması noktasının yaklaşık olarak hesaplanmasını sağlar.
Bu hesaplamaları yapabilmek için, ortaya çıkan momentlerin büyüklüğü, pivot noktalarından kuvvet uygulaması noktasına kadar olan uzaklık (R vektörü) büyüklüğünü vermek için ilgili kuvvetlerinin büyüklüğüne bölünür. R vektörünün yönü, an ve kuvvet vektörlerinin çapraz çarpımı ile belirlenir ve burada hepsi birbirine ortogonal olmalıdır ve birim vektör çapraz ürünün büyüklüğüne bölünerek belirlenir. R birimi, her pivot noktasının koordinatlarının 3B uzayında, orijinal kuvvet uygulaması noktasına göre genel tahmini sağlamak için daha önce hesaplanan R vektörünün büyüklüğüyle çarpılır. Bu iki vektör arasındaki orta nokta, aşağıdaki yinelemede bir sonraki kuvvet noktası uygulamasının konumu için tahmin sağlar. Ek Belge 2'yeek bilgiler eklenmiştir.
CRES'in tahmini, sistemde ortaya çıkan anların yaklaşık sıfıra eklenmesiyle belirlenir. Mevcut çalışma için, bu belirleme hesaplanan anların en düşük pozitif ve negatif X bileşenlerini bularak ve iki sinin ortalaması ile yapılır. Düğümlerin rasgele oluşturulan konumu ve herhangi bir iki düğüm (0,5 mm) arasındaki doğal uzaklık nedeniyle, kesin bir sıfır momentin indiği bir yer bulmak zordur(Tablo 5).
Sınırlama
Tüm çabalarımıza rağmen, bu çalışmanın bazı sınırlamaları vardır. İlk olarak, PDL CBCT üzerinde görselleştirilemedi çünkü, kendi başına segmente olamazdı ve 0.2 mm. Sonlu elemançalışmaları tek tip ve üniformasız modelleme FEA sonucunu etkilediğini göstermiştir ve üniformasız modellemeüstün,olduğunu göstermiştir 0.2 mm. Dişin kök yüzeyindenoluşturuldu. İkinci olarak, doğru bir model oluşturmak için adım sayısı uzundu. Bu, modellerin ne kadar hızlı yapılacağı açılabilirve bu araştırımların hastalar için bir vaka bazında kullanım planları için kullanılabilir. Ayrıca, bu modelleri oluşturmak için gerekli yazılım pahalı ve bir eğitim kurumu veya büyük bir iş mevcut kaynakları ile sınırlıdır. Ayrıca, modeller yapıldıktan sonra, FEA çalıştırmak için çok güçlü bir bilgisayar gerekliydi. Bu nedenle, gerekli teknoloji yaygın olarak kullanılabilir olana kadar bu yöntem uygulanabilir bir tedavi planlama aracı olamaz.
Gelecekteki araştırmalar, kemer ve diş grupları için CRES belirlemek için maksiller dişler üzerinde sonlu eleman analizleri yapmak için bu modelleri kullanarak odaklanmalıdır, özellikle bu dişlerin grupları genellikle ortodonti manipüle, bir ekstraksiyon durumda ön segment veya açık ısırık hastalarında izinsiz giriş için bir posterior segment gibi. Bu modeller için CRES belirlendikten sonra, varolan verilere eklemek için ek CBCT görüntülerinden ek modeller geliştirilmelidir. CRES konumlarının yeterli veri havuzu ile, ısı haritaları klinisyenler için paha biçilmez bir referans olarak hizmet verebilir CRES genel bir konumunu belirtmek için oluşturulabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Yazarlar projeyi desteklemek için Charles Burstone Vakfı Ödülü kabul etmek istiyorum.
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 |
References
- Smith, R. J., Burstone, C. J. Mechanics of tooth movement. American Journal of Orthodontics. 85 (4), 294-307 (1984).
- Christiansen, R. L., Burstone, C. J. Centers of rotation within the periodontal space. American Journal of Orthodontics. 55 (4), 353-369 (1969).
- Tanne, K., Nagataki, T., Inoue, Y., Sakuda, M., Burstone, C. J. Patterns of initial tooth displacements associated with various root lengths and alveolar bone heights. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 100 (1), 66-71 (1991).
- Burstone, C. J., Pryputniewicz, R. J. Holographic determination of centers of rotation produced by orthodontic forces. American Journal of Orthodontics. 77 (4), 396-409 (1980).
- Dermaut, L. R., Kleutghen, J. P., De Clerck, H. J. Experimental determination of the Cres of the upper first molar in a macerated, dry human skull submitted to horizontal headgear traction. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 90 (1), 29-36 (1986).
- Tanne, K., Sakuda, M., Burstone, C. J. Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue by orthodontic forces. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 92 (6), 499-505 (1987).
- Meyer, B. N., Chen, J., Katona, T. R. Does the Cres depend on the direction of tooth movement? American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 137 (3), 354-361 (2010).
- Kojima, Y., Fukui, H. A finite element simulation of initial movement, orthodontic movement, and the centre of resistance of the maxillary teeth connected with an archwire. European Journal of Orthodontics. 36 (3), 255-261 (2014).
- Reimann, S., Keilig, L., Jäger, A., Bourauel, C. Biomechanical finite-element investigation of the position of the centre of resistance of the upper incisors. European Journal of Orthodontics. 29 (3), 219-224 (2007).
- Viecilli, R. F., Budiman, A., Burstone, C. J. Axes of resistance for tooth movement: Does the Cres exist in 3-dimensional space? American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 143 (2), 163-172 (2013).
- Ammar, H. H., Ngan, P., Crout, R. J., Mucino, V. H., Mukdadi, O. M. Three-dimensional modeling and finite element analysis in treatment planning for orthodontic tooth movement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (1), 59-71 (2011).
- Sia, S., Koga, Y., Yoshida, N. Determining the center of resistance of maxillary anterior teeth subjected to retraction forces in sliding mechanics. An in vivo study. Angle Orthodontics. 77 (6), 999-1003 (2007).
- Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: a finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (5), 681-689 (2008).
- Tominaga, J. Y., et al. Effect of play between bracket and archwire on anterior tooth movement in sliding mechanics: A three-dimensional finite element study. Journal of Dental Biomechanics. 3, 1758736012461269 (2012).
- Cai, Y., Yang, X., He, B., Yao, J. Finite element method analysis of the periodontal ligament in mandibular canine movement with transparent tooth correction treatment. BMC Oral Health. 15 (106), (2015).
- Pauwels, R., Araki, K., Siewerdsen, J. H., Thongvigitmanee, S. S. Technical aspects of dental CBCT: state of the art. Dentomaxillofacial Radiology. 44 (1), 20140224 (2015).
- Farah, J. W., Craig, R. G., Sikarskie, D. L. Photoelastic and finite element stress analysis of a restored axisymmetric first molar. Journal of Biomechanics. 6 (5), 511-520 (1973).
- van Driel, W. D., van Leeuwen, E. J., Von den Hoff, J. W., Maltha, J. C., Kuijpers-Jagtman, A. M. Time-dependent mechanical behavior of the periodontal ligament. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 214 (5), 497-504 (2000).
- Bourauel, C., et al. Simulation of orthodontic tooth movements. A comparison of numerical models. Journal of Orofacial Orthopedics. 60 (2), 136-151 (1999).
- Schneider, J., Geiger, M., Sander, F. G. Numerical experiments on longtime orthodontic tooth movement. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 121 (3), 257-265 (2002).
- Ten Cate, A. R. Oral histology, development, structure and function (5th ed). , St. Louis Mosby. (1998).
- McCormack, S. W., Witzel, U., Watson, P. J., Fagan, M. J., Gröning, F. The Biomechanical Function of Periodontal Ligament Fibres in Orthodontic Tooth Movement. PLoS One. 9 (7), e102387 (2014).
- Huang, H., Tang, W., Yan, B., Wu, B., Cao, D. Mechanical responses of the periodontal ligament based on an exponential hyperelastic model: a combined experimental and finite element method. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19 (2), 188-198 (2016).
- Yang, J. A new device for measuring density of jaw bones. Dentomaxillofacial Radiology. 31 (5), 313-316 (2002).
- Gradl, R., et al. Mass density measurement of mineralized tissue with grating-based X-ray phase tomography. PLoS One. 11 (12), e01677979 (2016).
- Jiang, F., Kula, K., Chen, J. Estimating the location of the center of resistance of canines. Angle Orthodontics. 86 (3), 365-371 (2016).
- Nyashin, Y., et al. Center of resistance and center of rotation of a tooth: experimental determination, computer simulation and the effect of tissue nonlinearity. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19, 229-239 (2016).
- Toms, S. R., Eberhardt, A. W. A nonlinear finite element analysis of the periodontal ligament under orthodontic tooth loading. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 123 (6), 657-665 (2003).
- Osipenko, M. A., Nyashin, M. Y., Nyashin, Y. I. Centre of resistance and centre of rotation of a tooth: the definitions, conditions of existence, properties. Russian Journal of Biomechanics. 3 (1), 5-15 (1999).
- Dathe, H., Nägerl, H., Dietmar, K. M. A caveat concerning center of resistance. Journal of Dental Biomechanics. 4, 1758736013499770 (2013).
- Hohmann, A., et al. Influence of different modeling strategies for the periodontal ligament on finite element simulation results. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (6), 775-783 (2011).
