Forçar o sistema com V-curvas verticais: uma avaliação 3D In Vitro de arcos retangulares elásticas e rígidas

Bioengineering

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Summary

O método apresentado aqui é projetado para construir e validar um em vitro modelo 3D capaz de medir o sistema de força gerado por diferentes arcos com V-curvas colocados entre dois suportes. Objectivos adicionais são para comparar com este sistema de força com diferentes tipos de arcos e de modelos anteriores.

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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).

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Abstract

Uma compreensão adequada do sistema de força criada por vários aparelhos ortodônticos pode fazer tratamento de pacientes, eficiente e previsível. Reduzir os complicados aparelhos de suporte multi para um simples sistema de dois-suporte para efeitos de avaliação do sistema de força será o primeiro passo nesta direção. No entanto, grande parte a biomecânica ortodôntica a este respeito limita-se aos estudos experimentais 2D, modelagem e análise de computador ou extrapolação teórica dos modelos existentes. O objetivo do presente protocolo é projetar, construir e validar um em vitro modelo 3D capaz de medir as forças e momentos gerados por um fio com uma curva V colocado entre dois suportes. Objectivos adicionais são para comparar o sistema de força gerado por diferentes tipos de arcos entre si e para os modelos anteriores. Para este efeito, um aparelho de 2 x 4 representando um molar e um incisivo tem sido simulado. Um testador de fio ortodôntico (nada) é construído, consistindo de dois transdutores de força multi-eixo ou células de carga (nanosensors) para que os brackets ortodônticos estão conectados. As células de carga são capazes de medir o sistema de força em todos os três planos do espaço. Dois tipos de arcos, aço inoxidável e de três tamanhos diferentes (0.016 x 0,022 polegadas, 0,017 x 0.025 polegadas e 0,019 x 0,025 polegadas), beta-titânio são testados. Cada fio recebe um único vertical V-bend sistematicamente colocado em uma posição específica com um ângulo predefinido. V-curvas semelhantes são replicadas em diferentes arcos em 11 locais diferentes entre os incisivos e molares anexos. Esta é a primeira vez que uma tentativa foi feita em vitro para simular um aparelho ortodôntico utilizando V-dobras em arcos são diferentes.

Introduction

Um aspecto importante do tratamento ortodôntico clínico é o conhecimento do sistema de força produzido pelos aparelhos multibracket. Uma compreensão clara dos princípios biomecânicos subjacentes pode ajudar a entregar resultados previsíveis e minimizar potenciais efeitos colaterais1. Nos últimos anos têm visto uma tendência longe de colocação dobras em arcos, através da construção de ativação mais com a posição do suporte e design; no entanto, abrangente tratamento ortodôntico ainda requer a colocação de curvas em arcos. Curvas, quando colocado em diferentes tipos e tamanhos de arcos, podem criar uma grande variedade de sistemas de força adequados para diferentes tipos de movimento do dente. Embora os sistemas de força podem se tornar bastante complexos quando vários dentes são considerados, um ponto de partida útil pode envolver um sistema de suporte de dois simples.

Até à data, V-curva mecânica principalmente foram analisadas na segunda ordem somente, utilizando modelos matemáticos1,2,3,4,5 e/ou análise/simulações computadorizadas 6. isso rendeu uma compreensão básica do sistema de força envolvida na segunda interação ordem dos fios arcos com suportes adjacentes (Figura 1). No entanto, estes métodos impõem certas condições de contorno para executar simulações que não podem permanecer truenos em situações clínicas reais e desvios que possam ocorrer. Recentemente, um novo em vitro modelo envolvendo transdutores de força foi proposto para medir três dimensões (3D) forças e momentos criados avaliando-se não só segundo ordem mas também interações arco-suporte na terceira ordem7. No entanto, o efeito de diferentes tipos de arcos, sobre o sistema de força em várias posições curva a extensão do arco molar incisivo não foi avaliado. Além disso, o estudo envolveu apenas avaliação dos arcos ortodônticos elásticos, que não são os arcos primários na qual dente movimento ocorre. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o sistema de força criado pela colocação de um V-bend em diferentes locais em inox retangular e arcos são beta-titânio em um 3D configurar envolvendo os suportes de incisivos e molares. Os clínicos precisam saber o sistema de força aplicado sobre a dentição quando uma combinação específica de combinação de suporte de arco é usado para corrigir uma má oclusão.

A técnica descrita foi desenvolvida para estudar o sistema de força ortodôntica em todos os três planos do espaço, imitando a realidade clínica. É para ser entendido que é extremamente difícil de medir o força sistema clinicamente; Portanto, tais as medições devem ser realizadas em vitro. Presume-se que o sistema de força criado por um V-bend em laboratório seria semelhante se replicado na boca do paciente. Um fluxo de trabalho foi criado para avaliar como o experimental instituído tem de ser configurado (Figura 2).

O testador de fio ortodôntico (nada) é um produto inovador, desenvolvido pela divisão de Ortodontia em colaboração com a bioengenharia & laboratório de Biodinâmica, UConn saúde, Farmington, CT, EUA (Figura 3). Ele é projetado para imitar com precisão o arranjo dos dentes maxilares dentro da boca e algumas condições intra orais proporcionando medições do sistema de força criado em todos os três planos do espaço. Os principais componentes mecânicos do nada são um dispositivo de aquisição de dados (DAQ), sensores de força/Torque de nano, sensores de umidade, sensores de temperatura e um computador pessoal. O aparelho de teste é colocado em um compartimento de vidro com controles de temperatura/umidade. Isto permite a simulação parcial do ambiente intra-oral. O DAQ serve como interface para os três sensores: sensor de umidade, sensor de força/momento, termistor e o aparelho de teste com os sensores situados em uma plataforma (Figura 3). Estas são ligadas a um programa de software. O software é uma plataforma e um ambiente de desenvolvimento para programação visual e é usado para controlar diferentes tipos de hardware. Ele foi escolhido para automatizar o testador de fios ortodônticos.

Uma série de pinos de alumínio estão dispostas sobre o aparelho de teste para representar os dentes da arcada dentária maxilar. Dois dos pegs representando o incisivo central direita e direita primeiro molar são conectadas a células de sensores de carga (S1 e S2). Uma célula de carga é um dispositivo mecânico que pode medir as forças e momentos aplicados a ele em todos os três planos (x-y-z): Fxe FyFz; e MxMye Mz. Os pegs são sistematicamente posicionados para criar um formulário de arco dentário. Cada pino é separado do outro por uma medição gravada precisamente que é calculada usando a média dente larguras, como observado em pacientes submetidos a tratamento ortodôntico. A forma escolhida para a experiência é uma forma de arco 'ovoide' criada a partir de um modelo padronizado.

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Protocol

1. experimental Setup

  1. Marca a posição exata para a colocação de tubos molares e incisivo suportes sobre os pinos de alumínio do nada usando um jig' personalizado'.
  2. Ligação padrão Self ligating suportes com material compósito. Fotopolimerização por 40 segundos.
  3. Inserir um 0.021 x 0.025 polegadas aço inoxidável (SS) 'ovoide' arco maxilar nas ranhuras do suporte.
  4. Coloca o aparelho de teste na câmara de vidro.
  5. Verifique se há qualquer ativação do arco não intencionais. Qualquer ativação do arco criará automaticamente um sistema de força, que será exibido na tela do computador.
  6. Reposicione os suportes se for observada qualquer ativação do arco. Repita as etapas de 1.2-1.5.

2. fabricação de um modelo de arco (Figura 4)

  1. Coloque um fio (0.021 x 0.025 SS) no aparelho de teste.
  2. Use um marcador permanente para indicar o seguinte: 1) da linha mediana, 2) um ponto imediatamente distal ao suporte de incisivos (I) e 3) um ponto imediatamente mesial do tubo molar (M). Faça o mesmo para o lado contralateral do arco. Este é o fio de arco de modelo.
  3. Transferi o arco com os pontos marcados para um papel milimetrado.
  4. Fazer uma réplica exacta do arco sobre o papel milimetrado.
    Nota: Este papel de gráfico pode ser usado para determinar a posição da curva-V para todos os arcos da amostra.
  5. Calcule o perímetro do segmento de arco fio (L) do a M.
  6. Agora, marca 11 pontos do a M. Cada ponto é uma posição de V-curva futura.
    1. Etiquete cada ponto de um0 a10.
    2. Certifique-se de que cada posição de curvatura é separadoda do outro por uma quantidade igual.
  7. Obter uma única número/proporção para cada posição de curvatura calculando um / L para cada posição.

3. colocação de V-curvas

  1. Tome um novo arco da amostra.
  2. Coloque-o sobre o papel do arco/gráfico modelo e transferir uma das posições onze curva bilateralmente para o arco.
  3. Use um alicate de arco retangular ou um alicate de fio de luz para fazer o V-curvas simétricas em ambas as posições.
  4. Coloque o arco em uma plataforma de laje/plano de vidro e verificar a medição do ângulo feita pelas duas extremidades do arco com um transferidor.
  5. Ajuste as extremidades se necessário para que seja criado um ângulo de 150°.
  6. Repita as etapas de 3.1 a 3.5 para todos os arcos da amostra.

4. o sistema de força (figuras 5 e 6) de medição

  1. Abra o programa de software para gravação de dados (consulte a Tabela de materiais).
  2. Crie uma nova pasta para os dados a ser salvo em.
  3. Clique em 'Executar' para iniciar o software. O programa irá exibir cada uma das três forças e momento de três valores para cada sensor em tempo real.
  4. Espere por aproximadamente 10-15 segundos para as flutuações nos dados, software para parar gravação. Garantir que as linhas do gráfico sobre o software para todos os componentes do programa de sistema de força uma linha 'flat'.
    Nota: todas as seis medições para cada sensor irão mostrar valores insignificantes (forças 10g < < 1 g e momentos mm).
  5. Remova cuidadosamente o aparelho' teste' da plataforma. Use um alicate de Weingart para inserir os tubos molares com um arco.
  6. Abra a porta do suporte do incisivo com uma sonda periodontal.
  7. Levantar a parte anterior do arco e inseri-lo na ranhura do suporte. Certifique-se que o arco à sua mediana coincide com a linha do aparelho de teste.
  8. Retornar o aparelho de teste para a plataforma e feche a porta da câmara de vidro.
  9. Definir a temperatura a 37 ° C. Aguarde um minuto para a temperatura da câmara de vidro para ajustar.
  10. Clique no botão 'Iniciar salvar' no software e permitir que o software salvar/transferência de dados pelo menos 10 segundos. Clique no botão 'Iniciar salvar' novamente para terminar a transferência de dados e, em seguida, clique em 'parar'.
    Nota: Cada ciclo de medição gera 100 leituras sobre o período de 10 segundos para cada componente (FxFy, Fz, M,x, Mye Mz).
  11. Vá para o documento que contém os dados salvos e cópia/exportação o conjunto de dados para uma planilha de análise de dados personalizados projetados (ver Quadro suplementar). Escolha o número correto de posição V-curva e a amostra de fio específico para inserir os dados.
  12. Repita as etapas de 4.3 para 4.11 para os arcos 10 são dessa posição de curvatura específica.
  13. Agora, copie o calculado médias e desvios-padrão para os arcos para uma planilha separada para criar uma representação gráfica dos dados.
  14. Repita as etapas de 4.2 a 4.13 para todos os tipos de arcos e posições de curva.
    Nota: Os arcos são incluem, aço inoxidável (SS) e Beta-titânio (ß-Ti), com os seguintes tamanhos: 0.016 x 0,022, 0,017 x 0.025 polegadas e 0,019 x 0,025 polegadas.

5. erro avaliação

  1. Executar o computador/software conforme descrito nas etapas 4.1-4.4
  2. Remova o aparelho' teste' da plataforma.
  3. Obter um fio de SS de 0.021 x 0.025 polegadas de comprimento em linha reta. Usando um alicate de fio de luz, dobre uma ponta do fio em um pequeno gancho. Insira a extremidade livre do arco molar do lado distal.
  4. Coloque o aparelho de teste volta na plataforma.
  5. Anexe um peso conhecido (50 g) para o gancho. Deixá-lo cair livremente no plano vertical, removendo qualquer tipo de interferência. Feche a porta da câmara de vidro.
  6. Siga os passos 4.10-4.11.
  7. Repita as etapas 5.1-5.6 para o suporte de incisivo.
  8. Insira os valores de Fz para o Mx e suportes para o tubo molar como 'valor medido'.
  9. Agora, aplicam-se as equações de equilíbrio (ver Texto complementar) para calcular o valor' esperado'.

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Representative Results

A força total e o momento total experimentada por cada sensor no centro da placa de sensor são representados por seus três componentes ortogonais: Fxe FyFz , que representam as forças ao longo do eixo x eixo y, z e, respectivamente; e MxMye Mz , que representam os momentos em torno dos eixos mesmos. As medidas iniciais para os sensores são convertidas matematicamente os valores de força e momento experimentado pelo suporte (Figura 7).

Uma série de gráficos mostrando a força vertical no molar (Fzm) e suportes de incisivo (Fzeu), momento (Mitutoyo tombamento) no suporte molar (Mxm) e momento/torque (derrubada do labio-lingual) no suporte de incisivo (Mxeu ) contra o um / proporção de L em relação ao sistema de coordenadas de dente individual foram criadas a partir dos dados brutos. O um / proporção de L representa a posição de Mitutoyo de cada V-bend, onde 'a' é a distância entre a borda distal do suporte do incisivo e o ápice da curvatura-V, e «L» a distância entre a borda mesial do tubo molar e a borda distal do incisivo suporte m easured ao longo do arco (37 mm). Um um / relação L de 0.0 (0 mm/37 mm) representa uma curva adjacente ao suporte do incisivo e cada curva sucessiva (um / L = 0.1, 0.2, etc) espaçadas 3,7 mm afastada da curva anterior, terminando com um / L = 1.0 (37 mm/37 mm), que representa uma curva adjacente ao suporte do molar. A direção do sistema de força é indicada por um sinal de negativo/positivo. Os gráficos são agrupados pelo tipo de fio e tamanho (Figura 9 e 10). Cada ponto nos gráficos, representam o valor médio de dez arcos são similares, e as barras de erro representam um desvio padrão acima e abaixo desta média. Num ponto próximo do eixo horizontal (acima ou abaixo) significa uma força ou momento, com uma baixa magnitude, e um ponto mais distante do eixo horizontal (acima ou abaixo) significa uma força ou um momento com uma magnitude maior.

As forças verticais (FZ) mostram padrão simétrico e linear para cada um dos tipos de seis fios (Figura 8). Mais perto do V-curva para qualquer suporte, maior são as forças verticais. Como a curva é movida longe dos suportes, em direção ao centro, a magnitude de FZ diminui até um certo ponto é alcançado onde ambas as forças são aproximadamente zero (zona neutra). Como a curva é movida longe além deste ponto, FZ aumenta progressivamente. No entanto, as direções das forças individuais (FZm e FZi) são invertidas. Quantitativamente, arcos são SS criou um sistema de força significativamente maior do que os arcos são ß-Ti. Também, maior dimensão arcos criam sistemas de força maiores. Surpreendentemente, o sistema de força relativa criado nos dois suportes de arcos, tanto em termos de tamanho e tipo de arco é bastante semelhante.

Em contraste, os momentos (MX) mostram um padrão não-linear e assimétrico (Figura 9). O achatamento de MXi quando V-curvas são colocados perto do tubo molar (uma proporção /Lx> 0,6), bem como a inversão da direção de momento no tubo molar (vermelho) de umx/l de 0,0 a 0,2, foi semelhante para todos os arcos e talvez represente uma natureza mais fundamental da orientação de interação e suporte de arco-suporte (segunda ordem vs terceira ordem). A relação entre o momento nos dois suportes mostrar alguns padrões específicos observados em todos os arcos são testados (Figura 10). Curvas que são colocadas perto o incisivo (um / L de 0.0-0.3 para ß-Ti e 0.0-0.2 para SS) teve dois momentos no mesmo sentido (Mxeu/Mxm > 0). De um / L de 0.3-0.6 para ß-Ti e um / L de 0,3 a 0,4 para SS, os momentos eram opostos em direção (Mxeu/Mxm < 0) (zona neutra). Dobra-se em um / L de 0,6 ou maior não criou um momento significativo para o incisivo (≈0 g mm), mas um grande momento foi gerado no tubo do molar (Mxeu/Mxm≈0).

Quantitativamente, novamente como com as forças verticais, a magnitude do momento gerado pelo arco de SS foi estatisticamente e clinicamente maior do que aqueles gerados por arcos de ß-Ti, ambos com respeitam para o um / fios razões L e o tamanho do arco.

O erro percentual foi calculado pela seguinte equação:

Figure 1

O erro % para pesos menor do que 50 g foi encontrado para ser 5% e para o peso de 50 a 500 g foi calculado para ser 0,5%.

A zona neutra (igual e oposta momentos de flexão) foi encontrada em um / razões L de 0,3 a 0,4 para ß-Ti e 0,4-0,5 para arcos são SS. Nesses locais específicos da curva, as forças verticais são mínimas com os momentos atuando no incisivo e molares suportes em frente na direção. Baseado no um / razões L o sistema de força criado por uma V-curva entre um suporte de incisivos e molares podem ser classificados em três categorias diferentes (Figura 11).

Figure 1
Figura 1 : Forçar o sistema criado por dois suportes colineares na segunda ordem. L é a distância entre os dois suportes; um é a posição da V-curva do suporte A; FA e FB são as forças verticais criadas no suporte A e B, respectivamente; MA é o momento em A; MB é o momento no suporte B. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : Fluxo de trabalho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 : O testador de fio ortodôntico (algo). A: teste o aparelho, B: medição plataforma, C: monitor de temperatura. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 : Representação esquemática das posições curva entre os dois acessórios. Cada ponto azul é um local de curva e representa a distância 'a' medida do suporte de incisivo ao longo do arco. Haverá 11 valores diferentes para 'a' em incrementos de 3,7 mm. (ou seja, o ponto azul é separou o ponto azul adjacente por 3,7 mm). L é o comprimento do perímetro medido a partir da superfície distal do suporte do incisivo à superfície distal do tubo do molar ao longo do arco. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5 : Arco inseridos e mantidos pelos suportes em alumínio pegs anexados aos sensores. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6 : Programa de software, exibindo os dados brutos (nas caixas azuis e vermelhos), obtidos a partir de dois sensores (S1 e S2) conectados ao incisivo e molares colchetes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7 : As coordenadas X-Y-Z e da sua orientação em relação a nada. X: plano transversal; Y: plano horizontal; Z: plano vertical. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8 : Representação gráfica da força vertical (Fz) em dois suportes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 9
Figura 9 : Representação gráfica do momento no plano transversal (Mx) para os dois suportes. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 10
Figura 10 : Parente forçar o sistema em todo o arco de diferentes tipos e tamanhos, retratados através da relação dos momentos [Mx(i)/Mx(m)]. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 11
Figura 11 : Três distintos sistemas de força de uma curva V. Cada zona representa um exclusivo sistema de F/M. A região sombreada 'azul' retrata a um / razões L com semelhante relativa força sistemas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Sistema de força Molar(m) Incisor(i)
FZ (+) Intrusiva Intrusiva
FZ (-) Extrusivas Extrusivas
MX (+) * Dica mesial Dica de limpeza de pele/labial
MX (-) * Ponta distal Dica de lingual/palatal
* Todas as medições foram feitas no suporte de

Tabela 1: Convenções de sinal e a direção do sistema de força.

Figure 1
Suplementar a Figura 1: gráficos de equilíbrio para o momento em torno do eixo x (Mx). Nota: Os gráficos são apenas comparando a magnitude dos momentos. A direção de Mx(m) + Mx(i) e Fz(m) ou Fz(i) x vontade D sempre ser oposta de outro. Portanto, ΣMx= 0 (ver texto complementar). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Texto complementar. Clique aqui para fazer o download deste arquivo. 

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Discussion

Arcos ortodônticos têm sido estudados em várias maneiras8,9,10,11. Eles também foram avaliados por diversas propriedades mecânicas, mas eles raramente foram analisados para determinar o sistema de força que eles vão criar12,13,14,15. Testes de flexão de três pontos são populares para avaliar arcos ortodônticos; no entanto, eles geralmente são executados em fios reta desprovido de qualquer doença de descompressão. As avaliações in vitro geralmente são otimizadas para olhar apenas 1 ou 2 variáveis cada vez que não permite que os resultados ser facilmente adaptável a uma situação clínica. O foco desta pesquisa foi determinar experimentalmente o 3D forçar sistemas produzidos pelo V-curvas verticais colocados em diferentes locais ao longo da distância interbracket em arcos retangulares a actividade de um aparelho de 2 x 4. Este protocolo difere consideravelmente os métodos anteriores de análise mecânica V-curva. É a primeira vez que um real em vitro configurar foi criado utilizando nanosensors imitando o trabalho de uma geometria de dois-suporte-arco, em vez de depender de computador modelos ou métodos de elementos finitos. Este modelo mecânico mede não só momentos de flexão (segunda interações de suporte de fio de ordem) mas também torsional momentos (terceiro fio de ordem suportes interações). Não há condições de contorno são impostas. Em outras palavras, estudos anteriores que nunca contabilizados a curvatura do arco a quando vai do molar para os suportes de incisivo. Devido a esta curva, o incisivo e molares suportes não estão posicionados no mesmo avião, nem são eles orientados paralelos um ao outro. Este arranjo pode adicionar complexidade para as análises dos sistemas de força, que os torna clinicamente mais relevante do que aquelas que envolvem apenas dois suportes idênticos dispostos em linha reta e são paralelos3,4.

O funcionamento dos sensores e os dados de saída pode ser facilmente afetado por fatores como erros do dispositivo, sensibilidade do sensor, superaquecimento do nada, o erro humano na ativação do fio, dobra, ligadura, forma, fio inadequado posicionamento, desativação do fio antes de inserção final, deformação do arco, etc. , portanto, é importante tomar medidas repetidas com novos arcos e validar os dados, aplicando as leis do equilíbrio. Também, apenas alguns arcos devem ser inseridos para medição a fim de evitar superaquecimento do nada.

Cada posição de curvatura é separadoda do outro por apenas 3,7 mm. Portanto, a colocação exata de V-curvas ao longo do arco também é importante. Pequenos desvios da posição desejada podem alterar radicalmente o sistema de força gravado. Um costume projetado papel milimetrado contendo o modelo de arco com ajuda de posições V-curva para alcançar a precisão desejada. Suporte inadequado posicionamento sobre os pinos de alumínio também pode fazer o mesmo. Portanto, os gabaritos de precisão feitos sob medida são usados para obter a posição do suporte, se houver uma falha de ligação.

No caso de um suporte que se debonded durante a experimentação, um novo suporte deve ser colocado precisamente volta no mesmo lugar. Gabaritos de design personalizados podem ajudar em localizar o ponto desejado. Arcos passivos sem qualquer curvas terá que ser usado para garantir que a colocação do suporte está correta. Se não, vai ter que ser rebracketed. É fundamental não para reutilizar o suporte debonded, como há um aumento da probabilidade de deformação do suporte.

Uma desvantagem da abordagem atual é que apenas dois sensores têm sido utilizados. A adição de mais sensores permitirá o estudo de sistemas de força mais complexos, tais como aquelas que incluem três ou mais suportes arranjados em um arco. Outra desvantagem potencial é a incapacidade para simular o ambiente oral. Fatores tais como temperatura, saliva, oclusão e vários outros poderiam afetar os sistemas de força produzidos. No entanto, neste momento não é possível medir simultaneamente o sistema de força e o movimento do dente observados a nível clínico.

Modelagem de computador e simulações envolvendo o uso de análise de elemento finito (FEM) é uma área emergente rapidamente empregada na decodificação a biomecânica de vários aparelhos ortodônticos16,17,18, 19. no entanto, um pré-requisito para validar esses métodos é uma incorporação precisa de interações complexas arco-suporte e manutenção pressupostos ao mínimo. A interação de suporte em arco, tanto na ordem de segunda e terceira ordem são em grande parte desconhecido, limitando potencialmente a precisão desses programas. A fim de melhorar as simulações de computador, é importante descobrir primeiro o sistema de força que está presente em várias situações clínicas, gerar um banco de dados biomecânico considerável e então fazer um modelo de computador baseado neste conjunto de dados. Em outras palavras, a previsão e modelagem melhor exigirá experimentação real conforme fornecido pelo presente protocolo.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Os autores gostaria de agradecer a todos os colegas que tornaram este trabalho possível, especialmente os Drs Aditya Chhibber e Ravindra Nanda. Os autores gostaria de agradecer a biodinâmica & laboratório de bioengenharia em saúde UCONN para as instalações fornecidas durante o desenvolvimento deste projeto.

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).

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