לאלץ את המערכת עם V אנכי-כפיפות: הערכה 3D במבחנה של Archwires מלבני גמישה ונוקשה

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

השיטה המוצגת כאן נועד לבנות ולאמת במבחנה 3D דגם מסוגל למדוד את מערכת כוח שנוצר על ידי archwires שונים עם V-כפיפות בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות בין מערכת זו כוח עם סוגים שונים של archwires וכדי דגמים קודמים.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Upadhyay, M., Shah, R., Agarwal, S., Vishwanath, M., Chen, P. J., Asaki, T., Peterson, D. Force System with Vertical V-Bends: A 3D In Vitro Assessment of Elastic and Rigid Rectangular Archwires. J. Vis. Exp. (137), e57339, doi:10.3791/57339 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

הבנה נכונה של מערכת הכוח שנוצר על ידי מכשירים אורתודונטים שונים יכולים לעשות טיפול בחולים יעיל וצפוי. הפחתת המכשירים סוגר מרובה מסובך למערכת שני-הכן פשוטה לצורך הערכת מערכת כוח יהיה הצעד הראשון בכיוון הזה. עם זאת, הרבה ביומכניקה אורתודונטי בהקשר זה מוגבל 2D מחקרים ניסיוניים, המחשב דוגמנות/ניתוח או תיאורטי אקסטרפולציה של המודלים הקיימים. המטרה של פרוטוקול זה היא עיצוב, לבנות, לאמת במבחנה דגם התלת-ממד מסוגל למדוד את הכוחות והניח רגעים שנוצרו על-ידי archwire עם עיקול V בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות את מערכת כוח שנוצר על ידי סוגים שונים של archwires בינם לבין עצמם על דגמים קודמים. למטרה זו, יש כבר מדומה מכשיר 2 x 4 המייצגים שן טוחנת שן חותכת. הבוחן חוט אורתודונטי (מצליח) בנוי בהיקף של שני מתמרים חיל ורב ציר או עומס תאים (nanosensors) אשר מחוברים הסוגריים אורתודונטי. התאים עומס מסוגלים למדוד את מערכת כוח כל שלושת המטוסים של שטח. שני סוגים של archwires, פלדת-טיטניום בטא של שלושה גדלים שונים (0.016 x 0.022 אינץ, 0.017 x 0.025 אינץ ו 0.019 x 0.025 אינץ), נבדקים. כל חוט מקבל אחד אנכי V-עיקול באופן שיטתי ממוקמים במיקום ספציפי עם זווית מוגדר מראש. V דומה-כפיפות משוכפלים על archwires שונים במקומות שונים 11 בין הקבצים המצורפים טוחנת, החותכת. זו הפעם הראשונה ניסיון נעשתה במבחנה כדי לדמות מכשיר אורתודונטי ניצול V-עיקולים על archwires שונים.

Introduction

היבט חשוב של טיפול אורטודנטי קליני הוא הידע של מערכת כוח המיוצר על ידי מכשירים multibracket. הבנה ברורה של עקרונות היסוד biomechanical יכול לעזור לספק תוצאות צפויות ולמזער תופעות לוואי פוטנציאליות1. בשנים האחרונות ראינו מגמה הרחק הצבת כפיפות archwires על ידי בניית ההפעלה יותר עם סוגר מיקום ועיצוב; עם זאת, טיפול אורטודנטי מקיפה דורש עדיין המיקום של עיקולים בהתקף archwires. כפיפות, כאשר מניחים סוגים וגדלים של archwires, ניתן ליצור מגוון רחב של מערכות כוח מתאימים עבור סוגים שונים של התנועה השן. למרות מערכות כוח יכול להיות מורכב למדי כאשר השיניים מרובים נחשבים, נקודת התחלה שימושית יכול לכלול מערכת דו-הכן פשוטה.

עד כה, V-בנד מכניקה יש בעיקר נותחו לפי הסדר השני בלבד, ניצול מודלים מתמטיים1,2,3,4,5 ו/או ניתוח/סימולציות מבוססת מחשב 6. זה הניב הבנה בסיסית של מערכת כוח מעורב האינטראקציה סדר שני החוטים קשת בסוגריים סמוכים (איור 1). עם זאת, שיטות אלה להטיל תנאי גבול מסוים על מנת להריץ סימולציות זה אולי לא מחזיקה נכון במצבים קליניים בפועל, סטיות אפשריות. לאחרונה, במבחנה מודל חדש מעורבים כוח מתמרים הוצע למדידת שלושה כוחות תלת-ממדי (3D), רגעים שנוצרו על-ידי הערכת לא רק השני להזמין הסוגר archwire אינטראקציות אלא גם סדר שלישי7. עם זאת, ההשפעה של סוגים שונים של archwires על מערכת כוח שונים ומעמדות בנד לאורך טווח archwire טוחנת החותכת לא הוערך. בנוסף, המחקר מעורב רק הערכה של archwires אורתודונטי אלסטי, אשר אינם archwires הראשית איזו שן תנועה מתרחשת. לכן, מטרת מחקר זה היתה להעריך את מערכת כוח שנוצרו על-ידי הצבת עיקול-V במקומות שונים מלבני פלדת אל-חלד, archwires-טיטניום בטא ב- 3D להגדיר מעורבים הסוגריים טוחנת, החותכת. קלינאים צריך לדעת מערכת כוח שהוחלו על שיניים כאשר שילוב מסוים של שילוב הכן archwire משמש כדי לתקן את ליקוי סגר.

הטכניקה המתוארת פותחה כדי לחקור את מערכת כוח אורתודונטי כל שלושת המטוסים של מרחב, מחקה את המציאות הקלינית. . זה להיות מובן כי זה מאוד קשה למדוד את מערכת כוח קלינית; לכן, מדידות כאלה צריך להתבצע בתוך חוץ גופית. ההנחה היא כי מערכת כוח שנוצרו על-ידי V-עיקול המעבדה יהיה דומה אם משוכפלת לתוך הפה של המטופל. זרימת עבודה נוצר כדי להעריך איך הגדרת הניסוי חייב להיות מוגדר (איור 2).

חוט אורתודונטי הבודק (מצליח) הוא מוצר חדשני שפותח על ידי חלוקה של אורתודונטיה בשיתוף עם בביו-הנדסה & Biodynamics מעבדה, UConn בריאות, בפרמינגטון, CT, ארה ב (איור 3). זה נועד כדי לחקות במדויק את הסידור של השיניים בלסת העליונה בתוך הפה, כמה תנאים אינטרה-אוראלי תוך מתן מידות של מערכת כוח שנוצרו בכל שלושת המטוסים של שטח. המרכיבים העיקריים מכני של חמושים הם נתונים רכישת התקן (DAQ), חיישנים ננו כוח/מומנט, חיישני לחות, חיישני טמפרטורה, מחשב אישי. מנגנון הבדיקה מונחת במארז זכוכית יש בקרת טמפרטורה/לחות. דבר זה מאפשר סימולציה חלקית של הסביבה אוראלית. DAQ משמש הממשק עבור שלושה חיישנים: סנסור לחות, חיישן כוח/רגע, thermistor, מנגנון בדיקה עם חיישנים הממוקם על פלטפורמה (איור 3). אלה מקושרים תוכנה. התוכנה היא פלטפורמה סביבת פיתוח עבור תכנות ויזואלי, והוא משמש כדי לשלוט בסוגים שונים של חומרה. זה נבחר כדי להפוך לאוטומטי הבודק חוט אורתודונטי.

סדרה של אלומיניום יתדות מסודרים על מנגנון בדיקה כדי לייצג את השיניים של קשת השיניים בלסת העליונה. שני היתדות המייצגים את חותכת מיד טוחנת הראשון מחובר חיישנים/טען תאים (S1, S2). תא המטען הוא מכשיר מכני יכול למדוד את הכוחות ואת הרגעים הוחלה על כל שלושת המטוסים (x-y-z): Fx, Fyו- Fz; ו Mx, Myו- Mz. היתדות ממוקמות באופן שיטתי כדי ליצור טופס לקשת שיניים. כל פג מופרד מן האחר על ידי מדידה בדיוק מוקלטות המחושבת באמצעות רוחב ממוצע השן כפי שנצפתה בחולים שעברו טיפול אורטודנטי. הצורה שנבחרה לניסוי היא צורה קשת 'אובאלית' נוצר מתבנית סטנדרטית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הגדרת הניסוי

  1. לסמן את המיקום המדויק את המיקום של צינורות טוחנת, החותכת מרובעים על יתדות אלומיניום חמושים על-ידי שימוש מותאם אישית 'ג'יג'.
  2. תקן בונד עצמית נבדק מרובעים עם חומר מרוכב. אור מרפא 40 שניות.
  3. הכנס 0.021 x 0.025 אינץ נירוסטה (הה) 'אובאלית' בלסת העליונה archwire חריצי הכן.
  4. מקם את המנגנון הבדיקה בתא זכוכית.
  5. הסימון עבור כל הפעלה archwire לא מכוונות. בכל הפעלה של archwire ייצור באופן אוטומטי מערכת כוח, אשר יוצג על מסך המחשב.
  6. למקם מחדש את כני אם נצפית בכל הפעלה archwire. חזור על שלבים 1.2-1.5.

2. ייצור של Archwire התבנית (איור 4)

  1. המקום של archwire (0.021 x 0.025 SS) במנגנון הבדיקה.
  2. להשתמש בסמן קבוע כדי לציין את הדברים הבאים: 1). האמצע, 2) נקודת מיד דיסטלי בתושבת החותכת (I), ונקודת 3) מיד mesial את הצינור טוחנת (ז). עושה אותו הדבר על הצד contralateral של archwire זהו החוט לקשת תבנית.
  3. להעביר את archwire עם הנקודות המסומנות נייר גרף.
  4. לעשות העתק מדויק של archwire על הנייר גרף.
    הערה: נייר גרף זה יכול לשמש כדי לקבוע את המיקום של העיקול-V עבור archwires כל המדגם.
  5. חישוב היקף חוט קשת הקטע (L) מן מ'.
  6. עכשיו, לסמן נקודות אני 11 מ'. כל נקודה היא עמדה V-בנד בעתיד.
    1. תווית כל נקודה מ-0 עד10.
    2. ודא כי לכל תפקיד בנד מופרד מן האחר שווה.
  7. להשיג מספר/יחס ייחודי לכל תפקיד עיקול על ידי חישוב / L לכל תפקיד.

3. המיקום של V-עיקולים

  1. קח archwire חדש מדגם.
  2. למקם אותו על הנייר archwire/גרף תבנית ולהעביר באחד המיקומים בנד 11 בשני הצדדים archwire.
  3. להשתמש plier archwire מלבנית או plier חוט אור לעשות V-כפיפות סימטרית-בשני המיקומים.
  4. מניחים את archwire על משטח שטוח/לוח זכוכית וסמנו את המדידה של הזווית שנעשו על ידי שני הקצוות של archwire עם מד-זווית.
  5. להתאים את הקצוות במידת הצורך כך נוצרת זווית של 150 מעלות.
  6. חזור על הצעדים 3.1-3.5 archwires כל המדגם.

4. מדידת מערכת כוח (דמויות 5 ו- 6)

  1. פתח את התוכנית תוכנה להקלטת הנתונים (ראה טבלה של חומרים).
  2. צור תיקיה חדשה עבור הנתונים יישמרו ב-.
  3. לחץ על 'הפעלה' כדי להפעיל את התוכנה. התוכנית תציג כל אחד שלושת הכוחות והערכים שלוש-רגע-כל חיישן בזמן אמת.
  4. להמתין כ 10-15 שניות תנודות בנתונים הקלטה תוכנה כדי לעצור. ודא הקווים גרף על התוכנה עבור כל הרכיבים של המופע מערכת כוח קו 'שטוח'.
    הערה: כל המדידות 6-כל חיישן יציג ערכי זניח (כוחות < 1 g ורגעים < 10 g מ מ).
  5. הסר בעדינות את המנגנון.' בדיקה' פלטפורמת. השתמש plier Weingart להכניס את archwire של הצינורות טוחנת.
  6. לפתוח את הדלת של הסוגריים החותכת עם מנקה קשקשים חניכיים.
  7. הרם את החלק הקדמי של archwire, להכניס אותו לתוך החריץ סוגר. ודא כי האמצע של archwire עולה בקנה אחד עם הקו האמצעי על מנגנוני בדיקה.
  8. להחזיר את המנגנון בדיקות פלטפורמת וסגור את הדלת של החדר זכוכית.
  9. הגדר את הטמפרטורה ב 37 º C. המתן דקה אחת על טמפרטורת החדר זכוכית כדי להתאים.
  10. לחץ על לחצן "התחל שמירה" על התוכנה ולאפשר את התוכנה שמור/העברה של נתונים למשך 10 שניות לפחות. לחץ על לחצן "התחל לחסוך" שוב כדי לסיים את העברת נתונים ולאחר מכן לחץ על 'עצור'.
    הערה: בכל מחזור מדידה יוצרת קריאות 100 על התקופה השנייה 10 עבור כל אחד מהרכיבים (Fx, Fy, Fz, Mx, Myו- Mz).
  11. למסמך הכולל את הנתונים שנשמרו ולאחר העתק/ייצוא ערכת הנתונים לגיליון ניתוח נתונים מעוצב מותאם אישית (ראה טבלה משלים). לבחור את המספר הנכון של מיקום V-בנד של המדגם תיל ספציפיות כדי להוסיף את הנתונים.
  12. חזור על הצעדים 4.3 כדי 4.11 archwires 10 עמדה בנד הספציפי הזה.
  13. עכשיו, להעתיק את האמצעים מחושב ואת סטיות תקן עבור archwires גיליון אלקטרוני נפרדות כדי ליצור ייצוג גרפי של הנתונים.
  14. חזור על שלבים 4.2 ל 4.13 עבור עמדות לעיקול כל סוגי archwires.
    הערה: archwires כוללים, נירוסטה (הה)-טיטניום בטא (ß-Ti), בגדלי הבאים: 0.016 x 0.022 אינץ, 0.017 x 0.025 אינץ ו 0.019 x 0.025 אינץ.

5. שגיאה הערכה

  1. הפעל את המחשב/תוכנה כמתואר בצעדים 4.1-4.4
  2. הסר את המנגנון.' בדיקה' הפלטפורמה.
  3. להשיג את חוט אורך ישר 0.021 x 0.025 אינץ האס. אס. באמצעות פלייר של חוט אור, כיפוף קצה אחד של החוט לתוך קרס קטנה. הכנס בסוף חינם archwire הצינור טוחנת מן הצד דיסטלי.
  4. למקם את המנגנון הבדיקה בחזרה על הרציף.
  5. משקל ידוע (50 גרם) לצרף הקרס. . תן את זה לתלות בחופשיות במישור האנכי על-ידי הסרת כל סוג של הפרעה. סגור את הדלת של החדר זכוכית.
  6. בצע את שלבים 4.10-4.11.
  7. חזור על הצעדים 5.1-5.6 הסוגריים החותכת.
  8. הזן את הערכים Fz עבור מרובעים והן Mx בים טוחנת כמו 'ערך נמדד.'
  9. כעת החל את המשוואות של שיווי משקל (ראה טקסט משלים) כדי לחשב את "ערך צפוי'.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

כוח מוחלט, סה כ רגע מנוסים על ידי כל חיישן במרכז הצלחת חיישן מיוצגים על-ידי שלושה מרכיבים אורתוגונלית שלהם: Fx, Fyו- Fz מייצג את הכוחות לאורך ציר ה-x, ציר ה-y, ציר z, בהתאמה; מ'x, Myו- Mz מייצג את הרגעים סביב הצירים אותו. המדידות הראשונית בחיישנים מומרות באופן מתמטי הערכים כוח, הרגע מנוסים על ידי הסוגריים (איור 7).

סדרה של גרפים מציג את כוח אנכי טוחנת (Fzמ'), החותכת מרובעים (Fzאני), הרגע (גלגלי mesiodistal) טוחנת סוגר (Mxמ'), ואת הרגע/מומנט (labio ע תשר) הכן החותכת (Mxאני ) נגד / יחס ביחס מערכת הקואורדינטות השן בודדים נוצרו הנתונים הגולמיים. / יחס מייצג את המיקום mesiodistal של כל V-עיקול, שבו 'a' הוא המרחק בין הקצה הדיסטלי של הסוגריים החותכת השיא של V-לעיקול, 'L' המרחק בין קצה הצינור טוחנת mesial בקצה הדיסטלי של השן החותכת סוגר m easured לאורך archwire (37 מ מ). / יחס של 0.0 (0 מ"מ של 37 מ"מ) מייצג עיקול סמוכים בתושבת החותכת ולאחר כל עיקול רצופים (/ L = 0.1, 0.2, וכו) במרווחים 3.7 מ מ מן העיקול הקודם המסתיימים / L = 1.0 (37 מ"מ/37 מ"מ), המייצג עיקול סמוכים בתושבת טוחנת. הכיוון של מערכת כוח מציינים סימן שלילי/חיובי. הגרפים מקובצים לפי סוג חוט וגודל (איור 9 ו-10). כל נקודה על הגרפים, מייצגים את הערך הממוצע של עשר archwires דומה, קווי השגיאה לייצג סטיית תקן אחת מעל ומתחת זה אומר. נקודה בקרבת הציר האופקי (מעל או מתחת) מסמל כוח או רגע בעוצמה נמוכה של, נקודה רחוק יותר הציר האופקי (מעל או מתחת) מרמזת על כוח או רגע בעוצמה גבוהה יותר.

כוחות אנכי (נז) מראים דפוס סימטרי וארוך עבור כל אחד מסוגי תיל 6 (איור 8). V-כפיפה או סוגר, גבוה יותר קרובים יותר כוחות אנכי. כפי העיקול מועבר אל מחוץ לסוגריים, לכיוון המרכז, סדר הגודל של FZ פוחתת עד נקודה מסויימת בשני כוחות איפה בערך אפס (הניטרלי). כפי העיקול מועבר רחוק מעבר לנקודה זו, FZ מגבירה בהדרגה. עם זאת, ההוראות של הכוחות בודדים (FZm ו- Fדזה) מתהפכים. באופן כמותי, SS archwires יצרו מערכת כוח גדול יותר באופן משמעותי מאשר ß-Ti archwires. כמו כן, archwires ממד גבוה יותר ליצור מערכות כוח גדול יותר. באופן מפתיע, מערכת יחסי כוח בכל שני הסוגריים שיצר את archwires מבחינת הגודל והסוג של archwire הוא די דומה.

לעומת זאת, הרגעים (מ'X) מראים דפוס ליניארי, א-סימטרי (איור 9). שיטוח של מ'Xi כאשר V-כפיפות ממוקמים קרוב הצינור טוחנת (x/L יחס > 0.6), כמו גם ההיפוך של הכיוון רגע בצינור טוחנת (אדום)x/L של 0.0-0.2, היה דומה עבור כל archwires, אולי מייצגת אופי מהותי יותר של האינטראקציה archwire-הכן וכיוון סוגר (שני סדר לעומת בהזמנה השלישית). היחס בין הרגע הסוגריים שני להראות כמה דפוסים מסוימים נצפו על פני כל archwires נבדק (איור 10). כפיפות הממוקמות ליד השן החותכת (/ L של 0.0-0.3 עבור ß-Ti ו 0.0-0.2 עבור האס. אס) היו שני רגעים באותו כיוון (Mxאני/Mxm > 0). מ / L של 0.3-0.6 עבור ß-Ti ו- a / L של 0.3-0.4 עבור האס. אס, הרגעים היו מנוגדים כיוון (Mxאני/Mxm < 0) (אזור נייטרלי). מתכופף / L של 0.6 ומעלה לא יצר רגע משמעותי על השן החותכת (≈0 g מ"מ) אבל רגע גדול נוצר ב הצינור טוחנת (Mxאני/Mxמ'≈0).

באופן כמותי, שוב כמו עם הכוחות האנכיים, היקף מהרגע שנוצר על ידי האס. אס archwire היה סטטיסטית, קלינית גדולים יותר מאלה שנוצרו על-ידי ß-Ti archwires, שניהם עם הכבוד / L יחסי והגודל של הקשת חוטים.

אחוז השגיאה מחושב על ידי המשוואה הבאה:

Figure 1

השגיאה % עבור משקולות פחותה מאשר 50 גרם נמצאה להיות 5%, ועבור משקולות של 50 עד 500 גרם מחושב 0.5%.

לאזור ניטרלי (שווה, מול כיפוף רגעים) נמצאה בבית / L יחסי של 0.3-0.4 עבור ß-Ti ו- 0.4-0.5 עבור האס. אס archwires. במקומות ספציפיים בנד, הכוחות האנכיים הן מינימליות עם הרגעים מתנהג על השן החותכת ועל מרובעים מולרי מול בכיוון. על בסיס / L יחסי מערכת הכוח שנוצר על ידי עיקול-V בין סוגר טוחנת, החותכת ניתן לסווג לשלוש קטגוריות שונות (איור 11).

Figure 1
איור 1 : לכפות מערכת שנוצרו על-ידי שני הסוגריים קוליניאריות לפי הסדר השני. L הוא המרחק בין הסוגריים המרובעים שני; הוא המיקום של העיקול-V ממסגרת A; FA ו- FB הם הכוחות האנכיים להיווצר סוגר A ו- B, בהתאמה; זא הוא הרגע A; MB הוא הרגע סוגר B. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2 : זרימת עבודה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : חוט אורתודונטי הבודק (מצליח). A: בדיקת Bהמנגנון: מדידת פלטפורמה, C: צג טמפרטורה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4 : ייצוג סכמטי של עמדות בנד בין הקבצים המצורפים שני. כל נקודה כחולה הוא מיקום בנד ומייצג המרחק הנמדד 'a' ממסגרת החותכת לאורך archwire. יהיו 11 ערכים שונים עבור 'a' בהפרשים של 3.7 מ מ. (דהיינו נקודה כחולה מופרדת מן הנקודה הכחולה סמוכים באמצעות 3.7 מ מ). L הוא האורך ההיקף נמדד מפני השטח דיסטלי של הסוגריים החותכת השטח דיסטלי של הצינור טוחנת לאורך archwire. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5 : Archwire מוכנס והחזיק לפי הסוגריים על ווים אלומיניום מחובר החיישנים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6 : התוכנה הצגת הנתונים הגולמיים (בתיבות אדום) המתקבל שני החיישנים (S1, S2) מחובר השן החותכת וסוגריים מרובעים טוחנת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7 : קואורדינטות X-Y-Z והכיוון שלהם ביחס חמושים. X: מישור רוחבי; יום: אופקיות; Z: המטוס אנכי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8 : ייצוג גרפי של הכוח האנכי (Fz) בכל שני הסוגריים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9 : ייצוג גרפי של הרגע ב מישור רוחבי (Mx) בכל שני הסוגריים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 10
איור 10 : יחסית לכפות מערכת על-פני סוגים שונים archwire וגדלי מתואר באמצעות היחס בין הרגעים [Mx(i)/Mx(m)]. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 11
איור 11 : שלושה ייחודי לכפות מערכות של עיקול V. כל אזור מייצג מערכת F/M ייחודי. אזור מוצל 'כחול' מתאר / L יחסי עם קרוב משפחה דומה בכוח מערכות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

מערכת כוח Molar(m) Incisor(i)
Fz (+) פולשניות פולשניות
Fz (-) Extrusive Extrusive
Mx (+) * טיפ mesial טיפול פנים/שפתני עצה
Mx (-) * עצה דיסטלי עצה חכי/ע
* כל המדידות נעשו הסוגריים

טבלה 1: לחתום על מוסכמות והכיוון של מערכת כוח.

Figure 1
משלימה איור 1: שיווי משקל גרפים לעת עתה סביב ציר x (מ'x). הערה: התרשימים רק משווה את סדר הגודל של הרגעים. הכיוון של מ'x(ז) + מ'x(i) ו Fz(ז) או Fz(i) x D יהיה תמיד להיות לעומת זו. לכן, סיגמאMx= 0 (ראה טקסט משלים). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

טקסט משלים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Archwires אורתודונטי נחקרו שונים דרכים8,9,10,11. הם גם הוערכו עבור תכונות מכאניות שונות, אך הן רחוקות נותחו לקביעת מערכת כוח שהם הולכים ליצור12,13,14,15. בדיקות כיפוף השלשה נפוצים להערכת אורתודונטי archwires; עם זאת, הם בדרך כלל מבוצעות על חוטים ישר ללא כפיפות כלשהם. הערכות במבחנה ממוטבים בדרך כלל להסתכל רק 1 או 2 משתנים בכל פעם אשר אינו מאפשר את התוצאה דע בקלות למצב הקליני. המוקד של מחקר זה היתה השפעול לקבוע 3D כוח מערכות המיוצר על ידי כפיפות-V אנכי ממוקמים במקומות שונים לאורך מרחק interbracket מלבנית archwires עוסקת מכשיר 2 x 4. פרוטוקול זה שונה במידה ניכרת מן השיטות הקודמות של ניתוח V-בנד מכניקה. זה הפעם הראשונה שנוצר בפועל של במבחנה להגדיר ניצול nanosensors מחקה את העבודה על הגיאומטריה שני-הכן-archwire במקום להסתמך על מודלים ממוחשבים או שיטות סופיים. מודל מכני זה לא רק מודד רגעים כיפוף (שני סדר תיל סוגר אינטראקציות) אבל גם רגעים תפנית torsional (חוט סדר השלישי סוגר אינטראקציות). אין תנאי גבול מוטלות. במילים אחרות, מחקרים קודמים לא התחשבו את שיפוע archwire כפי שהוא נוסע מטוחנת הסוגריים החותכת. עקב העקומה הזאת, השן החותכת וסוגריים מרובעים טוחנת ממוקמות לא אותו מישור, ולא הם הם בכיוון מקביל אחד לשני. סידור זה ניתן להוסיף מורכבות הבדיקות של מערכות כוח, מה שהופך אותם קלינית רלוונטיים יותר מאשר אלה מעורבים שני המרובעים זהים מסודרים בקו ישר והם מקבילים3,4.

תפקוד של החיישנים והנתונים פלט עלולה להיות מושפעת בקלות על ידי גורמים כמו שגיאות מן התקן, רגישות חיישן, התחממות יתר של חמושים, טעות אנוש של חוט הפעלה, כיפוף, מצדו, צורה, פסולים חוט מיקום, שחרור משרות של חוט לפני הכניסה הסופי, דפורמציה של archwire, וכו ' , לכן חשוב לקחת מדידות חוזרות ונשנות עם archwires החדש, לאמת את הנתונים על-ידי החלת החוקים של שיווי משקל. כמו כן, רק כמה archwires צריך להיות מוכנס למדידה כדי למנוע התחממות יתר של חמושים.

לכל תפקיד בנד מופרד מן האחר על ידי 3.7 מ מ בלבד. לכן, מיקום מדויק של V-העיקולים לאורך archwire הוא גם חשוב. קטין לחריגות במיקום הרצוי יכול לשנות באופן קיצוני את מערכת כוח הקליטה. מנהג תוכנן לנייר המכילה את תבנית archwire עם V-בנד עמדות מסייע בהשגת דיוק הרצוי. הכן פסולים מיצוב על היתדות אלומיניום יכול גם לעשות את אותו הדבר. לכן, דיוק בהזמנה אישית שבלונות משמשות כדי לקבל את המיקום של הסוגריים אם יש כישלון בונד.

במקרה של סוגר מקבל debonded במהלך הניסויים, סוגר חדש יש בדיוק להניח חזרה באותו המקום. שבלונות מעוצב מותאם אישית יכול לסייע באיתור המקום הרצוי. Archwires פסיבית ללא כל כפיפות יצטרך להשתמש כדי להבטיח המיקום של הסוגריים שהפרטים נכונים. אם לא, זה יהיה חייב להיות rebracketed. . זה קריטי שלא לעשות שימוש חוזר את הכן debonded כמו שיש הסבירות מוגברת של דפורמציה סוגר

חסרון אחד של הגישה הנוכחית היא כי כבר מנוצל רק שני חיישנים. התוספת של חיישנים יותר יאפשר המחקר של מערכות כוח מורכבים יותר, כגון אלה הכוללים סוגריים שלושה או יותר מסודרים בצורת קשת. חיסרון אפשרי נוסף הוא חוסר היכולת לדמות את הסביבה דרך הפה. גורמים כמו טמפרטורה, רוק, סגר ועוד כמה עשוי להשפיע על המערכות בכוח המופק. עם זאת, בשלב זה אינה אפשר למדוד בו זמנית את מערכת כוח ואת תנועת השן שנצפה ברמה הקלינית.

המחשב מודלים וסימולציות הכרוכות של ניתוח אלמנט סופי (FEM) הוא אזור מתפתחים במהירות המועסקים בפענוח על ביומכניקה של מגוון מכשירים אורתודונטים16,17,18, 19. עם זאת, תנאי אחד לביצוע אימות בשיטות אלה הוא התאגדות מדויק של אינטראקציות מורכבות archwire הסוגר, שמירה על ההנחות עד למינימום. האינטראקציה archwire-סוגר גם את הסדר השני וגם בהזמנה השלישית הם במידה רבה לא ידוע, העלול להגביל את הדיוק של תוכניות אלה. על מנת להפוך ההדמיות כדאי, חשוב להבין קודם מערכת כוח כי קיים במצבים קליניים שונים, ליצור מסד נתונים biomechanical למדי ולאחר מכן בצע מודל מחשב המבוסס על ערכת נתונים זו. במילים אחרות, ניבוי ומידול יותר ידרוש ניסויים בפועל כפי שנמסרו על ידי פרוטוקול זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים רוצה להכיר כל העמיתים שעשה עבודה זו אפשרית, במיוחד ד"ר גילת עירון-בהר Chhibber ונאנדה קאדן אטיאס. המחברים רוצה להודות על Biodynamics & מעבדה בביו-הנדסה UCONN לבריאות עבור המתקנים המסופקים במהלך הפיתוח של הפרויקט הזה.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Burstone, C. J., Koenig, H. A. Force systems from an ideal arch. Am J Orthod. 65, (3), 270-289 (1974).
  2. Koenig, H. A., Burstone, C. J. Force systems from an ideal arch: Large deflection considerations. Angle Orthod. 59, (1), 11-16 (1989).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Demange, C. Equilibrium situations in bend force systems. Am J Orthod and Dentofac Orthop. 98, (4), 333-339 (1990).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Hazel, R. J., Rohan, G. J., West, V. C. Force relaxation in orthodontic arch wires. Am J Orthod. 86, (5), 396-402 (1984).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Kapila, S., Sachdeva, R. Mechanical properties and clinical applications of orthodontic wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 96, (2), 100-109 (1989).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics