Systeem met verticale V-bochten dwingen: een 3D In Vitro beoordeling van elastisch en strakke rechthoekige Archwires

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

De methode die hier gepresenteerd is ontworpen te construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de kracht-systeem gegenereerd door verschillende archwires met V-bochten tussen twee haakjes geplaatst. Bijkomende doelstellingen zijn te vergelijken deze kracht systeem met verschillende types van archwires en aan de voorgaande modellen.

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

Een goed begrip van de kracht-systeem gemaakt door verschillende orthodontische apparaten kan behandeling van patiënten efficiënt en voorspelbaar. Vermindering van de ingewikkelde multi beugel-toestellen naar een eenvoudige twee-beugel-systeem met het oog op kracht systeem evaluatie, zullen de eerste stap in deze richting. Echter, veel van de Orthodontische biomechanica in dit opzicht is beperkt tot 2D experimentele studies, computer modeling/analyse of theoretische extrapolatie van de bestaande modellen. Het doel van dit protocol is te ontwerpen, construeren en valideren van een in vitro 3D-model staat voor het meten van de krachten en momenten gegenereerd door een archwire met een V-bocht tussen twee haakjes geplaatst. Aanvullende doelstellingen zijn het vergelijken van het systeem van de kracht die zijn gegenereerd door verschillende soorten archwires onderling en met vorige modellen. Voor dit doel, heeft een 2 x 4-toestel vertegenwoordigen een molar en een snijtand zijn gesimuleerd. Een orthodontische draad tester (OWT) is opgebouwd uit twee multi-as krachttransductors of laden cellen (nanosensors) waarmee de Orthodontische haken zijn verbonden. De meetcellen zijn geschikt voor het meten van het systeem van kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte. Twee soorten archwires, roestvrij staal en bèta-titanium van drie verschillende maten (0.016 x 0,022 inch, 0.017 x 0,025 inch en 0.019 x 0,025 inch), worden getest. Elke draad ontvangt een enkele verticale V-bocht systematisch geplaatst op een specifieke positie met een vooraf gedefinieerde hoek. Soortgelijke V-bochten zijn gerepliceerd op verschillende archwires op 11 verschillende locaties tussen de molar en snijtand bijlagen. Dit is de eerste keer een poging is gedaan in vitro te simuleren een orthodontische toestel met behulp van V-bochten op verschillende archwires.

Introduction

Een belangrijk aspect van klinische orthodontische behandeling is de kennis van het systeem van de kracht geproduceerd door multibracket apparaten. Een duidelijk begrip van de onderliggende Biomechanische principes kunt u voorspelbare resultaten opleveren en minimaliseren van de potentiële bijwerkingen1. De afgelopen jaren een trend uit de buurt van plaatsen van bochten in archwires door het bouwen van meer activering met beugel positie en design; uitgebreide orthodontische behandeling vereist echter nog steeds plaatsing van bochten in archwires. Bochten, wanneer geplaatst in verschillende soorten en maten van archwires, kunt een breed scala aan force systemen geschikt voor verschillende soorten tand verkeer maken. Hoewel de force-systemen vrij complex worden kunnen wanneer meerdere tanden worden beschouwd, kan een nuttig uitgangspunt een eenvoudige twee-beugel systeem betrekking hebben.

Tot op heden hebben voornamelijk V-bocht mechanica geanalyseerd in de tweede orde alleen gebruik te maken van mathematische modellen1,2,3,4,5 en/of computer gebaseerde analyse/simulaties 6. Dit heeft opgeleverd een basiskennis van het geldende systeem betrokken bij de tweede interactie van de volgorde van de boog draden met aangrenzende haakjes (Figuur 1). Echter, deze methoden leggen bepaalde randvoorwaarden om uit te voeren van de simulaties die misschien niet in de feitelijke klinische situaties waar houden en afwijkingen kunnen optreden. Onlangs, een nieuwe in vitro model waarbij krachttransductors werd voorgesteld voor het meten van drie dimensionale (3D) krachten en momenten gemaakt door evaluatie van niet alleen tweede orde archwire-beugel interacties maar ook in de derde orde7. Het effect van verschillende soorten archwires op het systeem van kracht op verschillende posities van de bocht langs de overspanning van de molaire archwire snijtand was echter niet geëvalueerd. Ook betrokken de studie slechts evaluatie van elastische orthodontische archwires, die niet de primaire archwires op welke tand verkeer plaatsvindt. Dus, het doel van deze studie was om te evalueren van het systeem van de kracht gemaakt door de plaatsing van een V-bocht op verschillende locaties in rechthoekig roestvrij stalen en bèta-titanium archwires in een 3D instellen waarbij de molar en snijtand haken. Clinici moeten weten het systeem van de kracht toegepast op het gebit bij een specifieke combinatie van archwire beugel combinatie wordt gebruikt om een malocclusie vast te stellen.

De beschreven techniek is ontwikkeld om te bestuderen van het systeem van de Orthodontische kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte, het nabootsen van klinische realiteit. Het is om te worden begrepen dat het is uiterst moeilijk te meten van de kracht-systeem klinisch; Daarom moeten dergelijke metingen worden verricht in vitro. Er wordt verondersteld dat de kracht-systeem gemaakt door een V-bocht in het laboratorium zou vergelijkbaar zijn als gerepliceerd in de mond van de patiënt. Een werkstroom is gemaakt om te evalueren hoe de experimentele set-up moet worden geconfigureerd (Figuur 2).

De Orthodontische draad tester (OWT) is een innovatief product ontwikkeld door divisie van orthodontie in samenwerking met de Bioengineering & Biodynamics laboratorium, UConn gezondheid, Farmington, CT, Verenigde Staten (Figuur 3). Het is ontworpen om nauwkeurig na te bootsen de rangschikking van de maxillaire tanden in de mond en sommige intra-orale voorwaarden terwijl het verstrekken van de metingen van het systeem van de kracht in alle drie vliegtuigen van de ruimte gemaakt. De grote mechanische componenten van de OWT zijn een Data acquisitie apparaat (DAQ), nano kracht/koppel sensoren, vocht sensoren, temperatuursensoren en een personal computer. De testen apparatuur wordt geplaatst in een glazen behuizing temperatuur/luchtvochtigheid controles. Dit zorgt voor gedeeltelijke simulatie van het intraoral milieu. De DAQ fungeert als interface voor de drie sensoren: vochtigheid sensor, kracht/moment sensor, thermistor en het testen apparaat met de sensoren die gelegen is op een platform (Figuur 3). Deze zijn gekoppeld aan een softwareprogramma. De software is een platform en een ontwikkelomgeving voor visueel programmeren en moet worden gebruikt voor verschillende soorten hardware. Het werd gekozen voor het automatiseren van de Orthodontische draad tester.

Een reeks van Aluminium haringen zijn gerangschikt op het testen apparaat te vertegenwoordigen de tanden van de maxillaire tandheelkundige boog. Twee van de vertegenwoordiging van de juiste Centrale snijtand en rechts eerste molar pinnen zijn aangesloten op de sensoren/meetcellen (S1 en S2). Een belasting-cel is een mechanisch apparaat dat meten kan de krachten en momenten toegepast in alle de drie vliegtuigen (x-y-z): Fx, Fyen Fz; en Mx, M,yen Mz. De haringen zijn systematisch gepositioneerd om een tandheelkundige boog formulier te maken. Elke peg wordt gescheiden van de andere door een juist geregistreerde meting die wordt berekend op basis van gemiddelde tand breedtes zoals waargenomen bij patiënten die een orthodontische behandeling ondergaan. De vorm gekozen voor het experiment is een 'ovoid' boog formulier gemaakt op basis van een gestandaardiseerde sjabloon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. experimentele opstelling

  1. De exacte positie voor de plaatsing van de molaire buizen en snijtand haken op de Aluminium haringen van de OWT markeren met behulp van een aangepaste 'mal'.
  2. Bond standaard zelf ligating haken met composiet materiaal. Lichte genezen gedurende 40 seconden.
  3. Een 0.021 x 0,025 duimLCD roestvrij staal (SS) 'eivormige' maxillaire archwire invoegen in de beugel "slots".
  4. Plaats het testen apparaat in de glazen zaal.
  5. Controleer voor elke onbedoelde archwire activeren. Elke activering van de archwire maakt automatisch een systeem van kracht, die op het computerscherm worden weergegeven.
  6. Verplaats de haakjes als de activering van elke archwire wordt waargenomen. Herhaal stap 1.2-1.5.

2. de fabricage van een sjabloon-Archwire (Figuur 4)

  1. Plaats een archwire (0.021 x 0,025 SS) in de test apparatuur.
  2. Een permanent marker gebruiken om aan te geven van het volgende: 1) de middellijn, 2) een punt onmiddellijk distale aan de schapen-beugel (I), en 3) een punt onmiddellijk mesial naar de molaire buis (M). Doe hetzelfde voor de contralaterale zijde van de archwire. Dit is de sjabloon boog draad.
  3. De archwire met de aangegeven onderdelen overbrengen in een grafiek papier.
  4. Maak een exacte replica van de archwire op het ruitjespapier.
    Opmerking: Deze grafiek papier kan worden gebruikt om te bepalen van de positie van de V-bocht voor alle archwires van het monster.
  5. Berekenen van de omtrek van de boog draad segment (L) vanaf ik naar M.
  6. Nu, mark 11 punten van I tot M. Elk punt staat een toekomstige V-bocht.
    1. Label elk punt van een0 naar een10.
    2. Zorg ervoor dat elke bocht positie wordt gescheiden van de andere met een gelijk bedrag.
  7. Verkrijgen van een unieke nummer/ratio voor elke positie van de bocht door te berekenen een / L voor elke positie.

3. plaatsing van V-bochten

  1. Neem een nieuwe archwire uit het monster.
  2. Plaats het op de sjabloon archwire/grafiek papier en één van de elf bocht posities bilateraal overbrengen in de archwire.
  3. Gebruik een rechthoekige archwire Tang of een licht draad plier om symmetrische V-bochten op de beide posities.
  4. Plaats de archwire op een glas plaat/flat platform en controleren van de meting van de hoek die de twee uiteinden van de archwire met een gradenboog.
  5. De uiteinden zo nodig zodanig aanpassen dat een hoek van 150° is gemaakt.
  6. Herhaal stap 3.1 tot en met 3.5 voor alle archwires van het monster.

4. meten van de kracht-systeem (figuren 5 en 6)

  1. Open het softwareprogramma voor het opnemen van gegevens (Zie Tabel van materialen).
  2. Maak een nieuwe map voor de gegevens in worden opgeslagen.
  3. Klik op 'uitvoeren' om de software te starten. Het programma zal elk van de drie krachten en de waarden van de drie-moment op elke sensor in real-time weer.
  4. Wacht ongeveer 10-15 seconden voor de schommelingen in de gegevens opnamesoftware te stoppen. Ervoor zorgen dat de regels van de grafiek op de software voor alle onderdelen van de geldende systeem show een 'platte' lijn.
    Opmerking: alle zes metingen op elke sensor zal tonen te verwaarlozen waarden (krachten < 1 g en momenten < 10 g mm).
  5. Het 'testen apparaat' uit het platform zachtjes te verwijderen. Gebruik een tang Weingart invoegen van een archwire in de molaire buizen.
  6. Open de deur van de schapen-beugel met een parodontale scaler.
  7. Til het voorste gedeelte van de archwire en plaatst u deze in de sleuf van de beugel. Zorg ervoor dat de middellijn van de archwire met de middellijn van de test apparatuur samenvalt.
  8. De testen apparatuur terug te keren naar het platform en sluit de deur van de glass-kamer.
  9. De temperatuur instellen bij 37 ° C. Wacht een minuut voor de temperatuur van de kamer van glas aan te passen.
  10. Klik op de knop 'start opslaan' op de software en de software opslaan/overdracht gegevens gedurende ten minste 10 seconden. Klik op de 'start opslaan' knop weer beëindigen van data-overdracht en klik op 'stop'.
    Opmerking: Elke meting cyclus genereert 100 lezingen over de periode van 10 seconden voor elk onderdeel (Fx, Fy, Fz, Mx, M,yen M-z).
  11. Ga naar het document dat de opgeslagen gegevens bevat en kopie/export de gegevensset naar een aangepaste ontworpen gegevens analyse werkblad (Zie Aanvullende tabel). Kies de juiste positienummer van V-bend en het monster van specifieke draad om de gegevens te voegen.
  12. Herhaal stap 4.3 tot 4.11 voor de 10 archwires van die specifieke bend-positie.
  13. Nu, kopieer het berekende gemiddelde en standaardafwijking voor de archwires naar een aparte werkblad maken van een grafische weergave van de gegevens.
  14. Herhaal stap 4.2 tot en met 4.13 voor alle posities van de bocht en soorten archwires.
    Opmerking: De archwires omvatten, roestvrij-staal (SS) en Beta-Titanium (ß-Ti), met de volgende afmetingen: 0.016 x 0,022 inch, 0.017 x 0,025 inch, en 0.019 x 0,025 inch.

5. fout evaluatie

  1. Start de computer/software zoals beschreven in stappen 4.1-4.4
  2. Verwijder het 'testen apparaat' uit het platform.
  3. Het verkrijgen van een rechte lengte 0.021 x 0,025 duimLCD SS draad. Met behulp van een licht draad plier, buig één uiteinde van de draad in een kleine haak. Plaats het vrije uiteinde van de archwire in de molaire buis van de distale zijde.
  4. Plaats het testen apparaat terug op het platform.
  5. Een bekende gewicht (50 g) hechten aan de haak. Laten hangen vrij in het verticale vlak door het verwijderen van elk type van interferentie. Sluit de deur van de glass-kamer.
  6. Voer de stappen uit 4.10-4.11.
  7. Herhaal stap 5.1-5.6 voor de schapen-beugel.
  8. Voer de Fz-waarden voor zowel de haakjes en de Mx voor de molaire buis als 'gemeten waarde.'
  9. Breng nu de vergelijkingen van het evenwicht (Zie Aanvullende tekst) voor het berekenen van de "verwachte waarde."

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De totaalkracht en totale moment ervaren door elke sensor in het midden van de plaat van de sensor worden vertegenwoordigd door hun drie orthogonale componenten: Fx, Fyen Fz vertegenwoordigen de krachten langs de x-as, y-as en z-as, respectievelijk; en Mx, M,yen Mz vertegenwoordigen de momenten rond de dezelfde assen. De eerste metingen op de sensoren worden wiskundig geconverteerd naar de kracht en moment waarden ervaren door de beugel (Figuur 7).

Een aantal grafieken weer te geven van de verticale kracht op de molar (Fzm) en de snijtand haken (Fzik), het moment (mesiodistal kantelen) op het molaire beugel (Mxm), en het moment/koppel (labio-lingual kantelen) bij de schapen-beugel (Mxik ) versus de een / L verhouding ten opzichte van de individuele tand-coördinatensysteem van de ruwe gegevens zijn gemaakt. De een / L verhouding tussen vertegenwoordigt de positie van de mesiodistal van elke V-bocht, waar 'a' is de afstand tussen de verste rand van de schapen-beugel en de apex van de V-bocht, en 'L' de afstand tussen de mesial rand van de molaire buis en de verste rand van de snijtand beugel m easured langs de archwire (37 mm). Een een / L verhouding tussen 0.0 (0 mm/37 mm) vertegenwoordigt een bocht grenzend aan de schapen-beugel, en elke opeenvolgende bocht (een / L = 0.1, 0.2, etc.) is verdeelde 3.7 mm afstand van de vorige bocht eindigend met een / L = 1.0 (37 mm/37 mm), die vertegenwoordigt een bocht grenzend aan de molaire beugel. De richting van de kracht-systeem wordt aangegeven door een negatief/positief teken. De grafieken zijn gegroepeerd op de draad type en grootte (Figuur 9 en 10). Elk punt op de grafieken, vertegenwoordigen de gemiddelde waarde van tien vergelijkbare archwires, en de foutbalken vertegenwoordigen één standaarddeviatie boven en onder dit gemiddelde. Een punt dichtbij de horizontale as (boven of onder) betekent een kracht of moment met een lage magnitude, en een punt verder van de horizontale as (boven of onder) betekent een kracht of moment met een hogere magnitude.

De verticale krachten (FZ) Toon symmetrisch en lineaire patroon voor elk van de zes draad typen (Figuur 8). Dichterbij de V-bocht aan beide beugel, hoger zijn de verticale krachten. Aangezien de bocht is afgestapt van de haakjes, naar het midden, vermindert de omvang van FZ tot een bepaald punt bereikt waar beide krachten zijn ongeveer nul (neutrale zone). Als de bocht is verschoof verder voorbij dit punt, FZ geleidelijk wordt verhoogd. Echter, de richtingen van de individuele krachten (FZm en FZi) worden teruggedraaid. Kwantitatief, SS archwires een aanzienlijk grotere kracht systeem dan ß-Ti archwires gemaakt. Hogere dimensie archwires Maak ook grotere kracht systemen. Verrassend, is het systeem van de relatieve kracht gemaakt op de twee haken door de archwires, zowel in termen van grootte en type van archwire vrij gelijkaardig.

In tegenstelling, tonen de momenten (MX) een niet-lineaire en asymmetrische patroon (Figuur 9). De afvlakking van MXi wanneer V-bochten worden geplaatst dicht bij de molaire buis (eenx/l verhouding > 0.6), evenals de omkering van de richting van het moment in de molaire buis (rood) van eenx/l van 0.0 tot 0,2, was vergelijkbaar voor alle archwires en misschien vertegenwoordigt een meer fundamentele aard van archwire-beugel interactie en beugel oriëntatie (tweede orde vs. derde orde). De verhouding van het moment op de 2 steuntjes Toon sommige specifieke patronen waargenomen over alle archwires getest (Figuur 10). Bochten die worden geplaatst dicht bij de snijtand (een / L van 0.0-0,3 voor ß-Ti en 0.0-0.2 voor SS) hadden beide momenten in dezelfde richting (Mxik/Mxm > 0). Uit een / L van 0,3-0,6 voor ß-Ti en een / L van 0,3-0,4 voor de SS, de momenten waren tegenovergestelde in richting (Mxik/Mxm < 0) (neutrale zone). Bochten bij een / L van 0,6 of hoger niet hebt gemaakt een belangrijk moment op de snijtand (≈0 g mm), maar een groot moment was gegenereerd op de molaire buis (Mxik/Mxm≈0).

Kwantitatief, opnieuw als met de verticale krachten, de omvang van het moment gegenereerd door SS archwire klinisch en statistisch groter was dan die door ß-Ti archwires worden gegenereerd, zowel met betrekking tot de een / L ratio's en de grootte van de boog draden.

Het percentage fout werd berekend door de volgende vergelijking:

Figure 1

De % fout voor gewichten minder dan 50 g bleek te zijn van 5%, en voor gewichten van 50 tot 500 g werd berekend op 0,5%.

De neutrale zone (gelijke en tegenover de buigmomenten) werd gevonden bij een / L verhouding van 0,3-0,4 voor ß-Ti en 0,4-0,5 voor SS archwires. Op deze specifieke bocht locaties zijn de verticale krachten minimaal met de momenten op de snijtand en molaire beugels tegenover in richting. Op basis van de een / L ratio's het geldende systeem gemaakt door een V-bocht tussen een molar en schapen-beugel kunnen worden onderverdeeld in drie verschillende categorieën (Figuur 11).

Figure 1
Figuur 1 : Systeem gemaakt door twee collineaire haken in de tweede orde dwingen. L is de afstand tussen de twee haakjes; een is de positie van de V-bocht uit beugel A; FA en FB zijn de verticale krachten gemaakt op beugel A en B, respectievelijk; M-A is het Moment bij A; MB is het moment bij beugel B. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Workflow. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : De Orthodontische draad Tester (OWT). A: testapparatuur, B: platform, Cmeten: temperatuur monitor. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Schematische weergave van de standpunten van de bocht tussen de twee bijlagen. Elke blauwe stip is een bocht locatie en de afstand "a" vanaf de schapen-beugel langs de archwire gemeten aangeeft. Er zijn 11 verschillende waarden voor 'a' in stappen van 3,7 mm. (dat wil zeggen blauwe stip is gescheiden van de aangrenzende blauwe stip door 3.7 mm). L is de lengte van de omtrek gemeten vanaf het distale oppervlak van de schapen-beugel op de distale oppervlak van de molaire buis langs de archwire. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : Archwire ingevoegd en gehouden door de haakjes op Aluminium haringen aangesloten op de sensoren. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Het softwareprogramma waarbij de ruwe data (in blauwe en rode vakken) verkregen uit de twee sensoren (S1 en S2) aangesloten op de snijtand en molaire haken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : X-Y-Z-coördinaten en hun oriëntatie ten opzichte van de OWT. X: dwarsvlak; Y: horizontale vlak; Z: verticaal vlak. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8 : Grafische weergave van de verticale kracht (Fz) op de 2 steuntjes. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 9
Figuur 9 : Grafische weergave van het moment in het dwarsvlak (Mx) op de 2 steuntjes. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 10
Figuur 10 : Relatieve systeem dwingen over verschillende archwire soorten en maten afgebeeld via de verhouding tussen de momenten [Mx(i)/Mx(m)]. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 11
Figuur 11 : Drie verschillende systemen van een V-bocht dwingen. Elke zone vertegenwoordigt een uniek M/v-systeem. De 'blue' grijs regio toont de een / L verhoudingen met soortgelijke relatieve force systemen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Geldende systeem Molar(m) Incisor(i)
FZ (+) Opdringerig Opdringerig
FZ (-) Nabootsen Nabootsen
MX (+) * Mesial tip Facial/labiaal tip
MX (-) * Distale uiteinde Palatale/lingual tip
* Alle metingen zijn verricht op de beugel

Tabel 1: Teken conventies en richting van de kracht-systeem.

Figure 1
Aanvullende Figuur 1: evenwicht grafieken voor het moment rond de x-as (Mx). Opmerking: De grafieken vergelijken alleen de omvang van de momenten. De richting van Mx(m) + Mx(i) en Fz(m) of Fz(i) x D zal altijd worden tegengesteld aan elkaar. Daarom, ΣMx= 0 (Zie aanvullende tekst). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Aanvullende Text. Klik hier voor het downloaden van dit bestand. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Orthodontische archwires zijn bestudeerd in verschillende manieren8,9,10,11. Ze hebben ook geëvalueerd voor verschillende mechanische eigenschappen, maar ze hebben zelden geanalyseerd voor het bepalen van het systeem van de kracht dat ze gaan maken van12,13,14,15. Drie-punt buigende tests zijn populair voor de evaluatie van orthodontische archwires; ze worden echter in het algemeen uitgevoerd op rechte draden verstoken van elke bochten. In vitro evaluaties zijn over het algemeen geoptimaliseerd om te kijken naar slechts 1 of 2 variabelen op een moment dat de resultaten zijn gemakkelijk aanpasbaar aan een klinische situatie niet toelaat. De focus van dit onderzoek was om experimenteel bepalen de 3D dwingen systemen geproduceerd door verticale V-bochten geplaatst op verschillende locaties langs de interbracket afstand in rechthoekige archwires bezig als een 2 x 4-toestel. Dit protocol verschilt aanzienlijk van de eerdere methoden van analyseren van V-bocht mechanica. Het is de eerste keer dat een werkelijke in vitro instellen is gemaakt met behulp van nanosensors na te bootsen de werking van de geometrie van een twee-beugel-archwire in plaats van te vertrouwen op computermodellen of eindige elementen methoden. Dit mechanische model meet niet alleen buigende momenten (tweede orde draad beugel interacties) maar ook torsional momenten (derde orde draad beugel interacties). Geen grens voorwaarden worden gesteld. Met andere woorden, eerdere studies nooit goed voor de kromming van de archwire als het gaat van de Kies naar de snijtand haken. Als gevolg van deze curve, worden de snijtand en molaire haken niet geplaatst in het hetzelfde vlak, noch zijn zij gericht parallel aan elkaar. In deze rangschikking kunt toevoegen complexiteit aan de analyses van de force-systemen, waardoor ze klinisch relevanter dan die waarbij slechts twee identieke haken in een rechte lijn gerangschikt en parallelle3,4.

De werking van de sensoren en de gegevens uitgang kan gemakkelijk worden beïnvloed door factoren zoals de fouten van het apparaat, sensorgevoeligheid oververhitting van de OWT, menselijke fout in de activering van de draad, buigen, afbinding, vorm, ongepaste draad positionering, deactivering van de draad vóór definitieve inbrengen, vervorming van de archwire, enz , het is daarom belangrijk om herhaalde metingen met nieuwe archwires en valideren van de gegevens door het toepassen van de wetten van evenwicht. Ook, moet alleen een paar archwires voor meting om te voorkomen dat de oververhitting van de OWT worden ingevoegd.

Elke bocht-positie is van de andere gescheiden door slechts 3.7 mm. Nauwkeurige plaatsing van de V-bochten langs de archwire is daarom ook belangrijk. Kleine afwijkingen van de gewenste positie kunnen ingrijpend veranderen de kracht-systeem opgenomen. Een uniek ontworpen grafiek papier met de sjabloon archwire met V-bocht posities helpt bij het bereiken van de gewenste nauwkeurigheid. Onjuiste beugel positionering op de Aluminium haringen kan ook hetzelfde doen. Daarom worden op maat gemaakte precisie mallen gebruikt voor het verkrijgen van de positie van de beugel, als er een mislukking van de obligatie.

In het geval van een beugel krijgen debonded tijdens experimenten, moet een nieuwe beugel juist worden geplaatst terug op dezelfde plek. Aangepaste ontworpen mallen kunnen helpen bij het zoeken naar de gewenste plek. Passieve archwires zonder enige bochten moet worden aangewend om te waarborgen dat de plaatsing van de haak correct is. Als dat niet het geval is, zal moeten worden rebracketed. Het is essentieel niet voor hergebruik van de debonded beugel, want er een verhoogde kans op vervorming van de beugel is.

Een nadeel van de huidige aanpak is dat slechts twee sensoren hebben gebruikt. De toevoeging van meer sensoren kan de studie van meer complexe kracht systemen, zoals die drie of meer haakjes gerangschikt onder een boog. Een ander mogelijk nadeel is het onvermogen om te simuleren het mondelinge milieu. Factoren zoals temperatuur, speeksel, occlusie, en verscheidene anderen invloed kunnen zijn op de force systemen geproduceerd. Op dit punt is echter niet mogelijk te meten gelijktijdig het systeem van de kracht en de beweging van de waargenomen tand op het klinische niveau.

Computer modeling en simulaties waarbij gebruik wordt gemaakt van de analyse van eindige Element (FEM) is een snel opkomende gebied werkzaam in het decoderen van de biomechanica van verschillende orthodontische apparaten16,17,18, 19. een voorwaarde voor de validering van deze methoden is echter een precieze opneming van complexe archwire-beugel interacties en veronderstellingen die houden tot een minimum te beperken. De archwire-beugel interactie zowel in de tweede en derde orde zijn grotendeels onbekend, mogelijk de juistheid van deze programma's te beperken. Om de computersimulaties te verbeteren, is het belangrijk om eerste uit het force-systeem dat aanwezig is in verschillende klinische situaties, een omvangrijke biomechanische databases genereren en breng een computermodel op basis van deze gegevens. Met andere woorden, vergt beter modellering en voorspelling een daadwerkelijke experimenten zoals geboden door dit protocol.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs wil graag alle collega's die dit werk mogelijk gemaakt, met name Drs. Aditya Chhibber en Ravindra Nanda erkennen. De auteurs bedank de Biodynamics & Bioengineering Lab bij UCONN gezondheid voor de faciliteiten tijdens de ontwikkeling van dit project.

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