System mit vertikal V-Kurven zu zwingen: eine 3D In-vitro- Bewertung der elastisch und starr rechteckigen Bögen

Bioengineering

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Summary

Die hier vorgestellte Methode soll zu konstruieren und ein in-vitro- 3D Modell des Messsystems durch verschiedene Bögen mit V-Kurven zwischen zwei Klammern erzeugt Kraft fähig zu validieren. Weitere Ziele sind, diese Kraft-System mit verschiedenen Arten von Bögen und zu früheren Modellen zu vergleichen.

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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

Ein richtiges Verständnis des geltenden Systems erstellt von verschiedenen kieferorthopädischen Geräten kann Patienten effizient und vorhersehbar machen. Reduzierung der komplizierten Multi-Halterung Geräte um eine einfache zwei-Bracket-System zum Zwecke der Kraft Systembewertung wird der erste Schritt in diese Richtung sein. Allerdings ist ein Großteil der kieferorthopädischen Biomechanik in dieser Hinsicht auf 2D experimentelle Studien, Modellierung/Computeranalyse oder theoretische Extrapolation der vorhandenen Modelle beschränkt. Das Ziel dieses Protokolls ist zu entwerfen, zu konstruieren und Validieren einer in-vitro- 3D Modell zur Messung der Kräfte und Momente erzeugt durch einen Bogen mit einer V-Kurve zwischen zwei Klammern platziert. Weitere Ziele sind das Kraft-System erzeugt durch verschiedene Arten von Bögen untereinander und zu den Vorgängermodellen vergleichen. Zu diesem Zweck wurde eine Vertretung ein Backenzahn und ein Schneidezahn 2 x 4-Gerät simuliert. Eine kieferorthopädische Draht-Tester (OWT) wird konstruiert, bestehend aus zwei Multi-Achs-Kraftaufnehmern oder Last Zellen (Nanosensoren) an der kieferorthopädischen Brackets befestigt sind. Die Wägezellen sind in der Lage, die Kraft-Messsystem auf allen drei Ebenen des Raumes. Zwei Arten von Bögen, Edelstahl- und Beta-Titan in drei unterschiedlichen Größen (0,016 x 0,022 Zoll, 0,017 x 0,025 und 0,019 x 0,025 Zoll), werden getestet. Jeder Draht erhält eine einzelne vertikale V-Biegung systematisch an einer bestimmten Position mit einem vordefinierten Winkel platziert. Ähnliche V-Kurven werden auf verschiedenen Bögen an 11 verschiedenen Orten zwischen der molaren und Schneidezahn Anhänge repliziert. Dies ist das erste Mal ein Versuch in Vitro wurde unternommen um eine kieferorthopädische Gerät unter Verwendung V-Kurven auf verschiedenen Bögen zu simulieren.

Introduction

Ein wichtiger Aspekt der klinischen kieferorthopädischen Behandlung ist das Wissen um die Kraft-System von multibracket-Geräte produziert. Ein klares Verständnis der zugrunde liegenden biomechanischen Prinzipien kann helfen, vorhersagbare Ergebnisse zu liefern und zu minimieren potentielle Nebenwirkungen1. Den letzten Jahren haben einen Trend Weg von der Platzierung Biegungen in Bögen durch den Bau weitere Aktivierung mit Halterung Position und Design gesehen; umfassende kieferorthopädische Behandlung erfordert jedoch noch Platzierung von Biegungen in Bögen. Kurven, wenn in verschiedenen Arten und Größen von Bögen, können eine Vielzahl von Kraft-Systeme geeignet für verschiedene Arten von zahnbewegungen erstellen. Obgleich die Kraft-Systeme sehr komplex werden können, wenn mehrere Zähne gelten, kann ein hilfreicher Ausgangspunkt ein einfache zwei-Bracket-System betreffen.

Bisher wurden V-Kurve Mechanik vor allem in der zweiten Ordnung nur, unter Verwendung mathematischer Modelle1,2,3,4,5 und/oder computergestützte Analyse/Simulationen analysiert 6. ergab dies ein grundlegendes Verständnis des geltenden Systems beteiligt die zweite Bestellung Interaktion der Bogen Drähte mit angrenzenden Klammern (Abbildung 1). Doch diese Methoden erheben, bestimmte Randbedingungen um die Simulationen ausführen, die nicht im tatsächlichen klinischen Situationen zutreffen könnte und Abweichungen auftreten. Kürzlich ein neues in-vitro- Modell mit Kraftaufnehmer wurde vorgeschlagen, für die Messung von drei dreidimensionale (3D) Kräfte und Momente geschaffen durch die Auswertung nicht nur zweiter Ordnung bracketslot-Halterung Interaktionen sondern auch in der dritten Ordnung7. Allerdings war die Wirkung der verschiedenen Arten von Bögen auf dem Kraft-System bei verschiedenen Biegepositionen entlang der Schneidezahn molare bracketslot Spanne nicht ausgewertet. Auch, beteiligt die Studie nur Bewertung der elastischen orthodontische Bögen, die nicht die primäre Bögen sind auf dem, die Zahn Bewegung auftritt. Daher war das Ziel dieser Studie, die Kraft-System erstellt durch die Platzierung einer V-Biegung an verschiedenen Standorten in rechteckige Edelstahl und Beta-Titan Bögen in einem 3D eingerichtet, an denen die molaren und Schneidezahn Klammern zu bewerten. Ärzte müssen wissen, dass die Kraft-System angewendet auf das Gebiss, wenn eine spezifische Kombination von bracketslot Halterung Kombination verwendet wird, um eine Zahnfehlstellung beheben.

Die beschriebene Technik wurde entwickelt, um die kieferorthopädische Kraft-System in allen drei Ebenen des Raumes, klinische Realität imitiert zu studieren. Es soll verstanden werden, dass es extrem schwierig, das Kraft-System klinisch zu messen; Daher müssen solche Messungen in Vitrodurchgeführt werden. Es wird angenommen, dass die Kraft-System erstellt von einer V-Kurve im Labor ähnlich wäre, wenn in den Mund des Patienten wiederholt. Ein Workflow erstellt wurde, um zu bewerten wie die experimentelle Einrichtung muss konfiguriert (Abbildung 2).

Die kieferorthopädische Draht-Tester (OWT) ist ein innovatives Produkt entwickelt von Abteilung für Kieferorthopädie in Zusammenarbeit mit dem Bioengineering & Biodynamik Labor, UConn Gesundheit, Farmington, CT, USA (Abbildung 3). Es soll die Anordnung der Oberkiefer Zähne in den Mund und einige Intra-oralen Bedingungen gleichzeitig Messungen des geltenden Systems erstellt auf allen drei Ebenen des Raumes genau nachahmen. Die wichtigsten mechanischen Komponenten der OWT sind ein Datenerfassungsgerät (DAQ), Nano-Kraft/Drehmoment-Sensoren Feuchtesensoren, Temperatursensoren und einem Personal Computer. Den Test Apparat wird in ein Glas Gehäuse mit Temperatur/Luftfeuchte Kontrollen platziert. Dies ermöglicht eine partielle Simulation der intraoralen Umgebung. Die DAQ dient als Schnittstelle für die drei Sensoren: Feuchte-Sensor, Kraft/Moment Sensor, Thermistor und den Test Apparat mit den Sensoren befindet sich auf einer Plattform (Abbildung 3). Ein Softwareprogramm verbunden sind. Die Software ist eine Plattform und eine Entwicklungsumgebung für visuelle Programmierung und wird verwendet, um verschiedene Arten von Hardware zu steuern. Es wurde gewählt, um die kieferorthopädische Draht-Tester zu automatisieren.

Eine Reihe von Aluminium Heringe auf den Test Apparat, die Zähne des Oberkiefer-Zahnbogens vertreten angeordnet sind. Zwei der Vertretung der Recht zentralen Schneidezahn und rechts erster Molar Stifte sind mit Sensoren/Wägezellen (S1 und S2) verbunden. Eine Wägezelle ist eine mechanische Vorrichtung, die die Kräfte und Momente, die angewendet auf allen drei Ebenen (X-y-Z) messen kann: FX, Fyund FZ; und MX, M,yund M-Z. Die Stifte sind systematisch aufgestellt, um eine zahnärztliche Bogenform zu erstellen. Jeder Stift ist vom anderen durch eine gerade aufgezeichneten Messung getrennt, die berechnet wird mit durchschnittlichen Zahn breiten wie bei Patienten, die eine kieferorthopädische Behandlung beobachtet. Die Form für das Experiment gewählt ist eine "eiförmige" Bogenform aus einer standardisierten Vorlage erstellt.

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Protocol

1. Versuchsaufbau

  1. Markieren Sie die genaue Position für die Platzierung von molaren Rohren und Schneidezahn Klammern auf die Aluminium-Stöpsel von der OWT mit einem angepassten "Jig".
  2. Bond-Standard selbst Ligation Klammern mit composite-Material. 40 Sekunden lichthärten.
  3. Legen Sie eine 0,021 x 0,025-Zoll Edelstahl (SS) "eiförmige" maxillaris bracketslot in die Schlitze der Halterung.
  4. Ort der Prüfung Apparat in der Glas-Kammer.
  5. Überprüfen Sie für jede unbeabsichtigte bracketslot Aktivierung. Jede Aktivierung der bracketslot erstellt automatisch eine Kraft-System, das auf dem Computerbildschirm angezeigt wird.
  6. Positionieren Sie die Klammern, wenn jede bracketslot Aktivierung beobachtet wird. Wiederholen Sie die Schritte 1.2-1.5.

2. Herstellung von einer Vorlage Bracketslot (Abbildung 4)

  1. Legen Sie einen Bogen (0,021 x 0,025 SS) in den Tests Apparat.
  2. Einen permanenten-Marker zu verwenden, um Folgendes anzugeben: (1) der Mittellinie, (2) einem Punkt unmittelbar distal der Schneidezahn-Halterung (I) und (3) einen Punkt sofort mesial der molaren Rohr (M). Machen Sie dasselbe auf der kontralateralen Seite des der bracketslot. Dies ist die Vorlage drahtbogen.
  3. Übertragen Sie der Bogen mit den markierten Punkten auf einem Millimeterpapier.
  4. Machen Sie eine genaue Nachbildung der Bogen auf dem Millimeterpapier.
    Hinweis: Diese Zeichenpapier mit Maßeinteilung kann verwendet werden, um die Position der V-Kurve für alle Bögen der Probe bestimmen.
  5. Berechnen Sie den Umfang des drahtbogen Segments (L) von I bis M.
  6. Markieren Sie nun, 11 Punkte von I, M. Jeder Punkt ist eine spätere Position V-Kurve.
    1. Beschriften Sie jeden Punkt von0 bis10.
    2. Stellen Sie sicher, dass jede Kurve Position um den gleichen Betrag vom anderen getrennt ist.
  7. Erhalten Sie eine einzigartige Zahl/Verhältnis für jede Kurve Position durch die Berechnung einer / L für jede Position.

3. Platzierung der V-Kurven

  1. Nehmen Sie einen neuen Bogen aus der Probe.
  2. Legen Sie es auf die Vorlage bracketslot/Zeichenpapier mit Maßeinteilung und übertragen Sie eines der elf Biegepositionen bilateral auf den Bogen.
  3. Verwenden Sie eine rechteckige bracketslot Zange oder ein Kabel Zange, um symmetrische V-Kurven an den beiden Positionen zu machen.
  4. Legen Sie den Bogen auf ein Glas Platte/flache Plattform und überprüfen Sie die Messung des Winkels von den beiden Enden des metallbogens mit einem Winkelmesser gemacht.
  5. Einstellen Sie die enden bei Bedarf so, dass ein Winkel von 150° erstellt wird.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 3.1 bis 3.5 für alle Bögen der Probe.

(4) Messsystem die Kraft (Abb. 5 und 6)

  1. Öffnen Sie das Software-Programm zur Erfassung von Daten (siehe Tabelle der Materialien).
  2. Erstellen Sie einen neuen Ordner für die Daten in gespeichert werden.
  3. Klicken Sie auf "ausführen", um die Software zu starten. Das Programm wird jedes der drei Kräfte und drei aktuelle Werte bei jeder Sensor in Echtzeit anzeigen.
  4. Warten Sie ca. 10-15 Sekunden für die Schwankungen im Data-recording Software zu stoppen. Sicherstellen Sie, dass die Grafik-Linien auf die Software für alle Komponenten der Kraft System Show "flache" Linie.
    Hinweis: alle sechs Messungen an jeder Sensor zeigen vernachlässigbare Werte (Kräfte < 1 g und Momente < 10 g mm).
  5. Entfernen Sie vorsichtig die "Test-Apparat" von der Plattform. Verwenden Sie ein Weingart Zange, um einen Bogen in die molaren Röhrchen einfügen.
  6. Öffnen Sie die Tür der Schneidezahn Halterung mit einer parodontalen Scaler.
  7. Heben Sie den vorderen Teil der bracketslot und fügen Sie es in die Halterung Slot. Stellen Sie sicher, dass die Mittellinie der Bogen mit der Mittellinie des Tests Apparates zusammenfällt.
  8. Der Test Apparat auf die Plattform zurück und schließen Sie die Tür der Kammer Glas.
  9. Stellen Sie die Temperatur bei 37 ° C. Warten Sie eine Minute, bis die Temperatur der Kammer Glas anpassen.
  10. Klicken Sie auf die Software auf "sparen" und lassen Sie die Software speichern/Übermittlung von Daten für mindestens 10 Sekunden. Klicken Sie auf "sparen" erneut, um die Datenübertragung zu beenden, dann klicken Sie auf "beenden".
    Hinweis: Jeder Messzyklus erzeugt 100 Lesungen im 10-Sekunden-Zeitraum für die einzelnen Komponenten (FX, FyFZ, MX, M,yund M-Z).
  11. Gehen Sie zu dem Dokument mit den gespeicherten Daten und kopieren/Export den Datensatz mit einem benutzerdefinierten gestaltete Daten Analyse Arbeitsblatt (siehe Ergänzende Tabelle). Wählen Sie die richtige Positionsnummer V-Kurve und die spezifischen Draht-Probe die Daten eingefügt werden sollen.
  12. Wiederholen Sie die Schritte 4,3 bis 4.11 für 10 Bögen dieser bestimmten Kurve Stellung.
  13. Nun kopieren Sie die berechnete Mittel und Standardabweichungen für die Bögen in eine separate Tabelle um eine grafische Darstellung der Daten zu erstellen.
  14. Wiederholen Sie die Schritte 4.2 bis 4.13 für alle Biegepositionen und Arten von Bögen.
    Hinweis: Die Bögen sind aus Edelstahl (SS) und Beta-Titan (ß-Ti), mit folgenden Größen: 0,016 x 0,022 Zoll, 0,017 x 0,025 Zoll und 0,019 x 0,025 Zoll.

5. die Fehlerauswertung

  1. Starten Sie die Computer/Software wie 4.1-4.4 beschrieben
  2. Die "Test-Apparat" von der Plattform zu entfernen.
  3. Erhalten Sie treppenlänge 0,021 x 0,025-Zoll SS Draht. Verwenden ein Kabel-Zange, biegen Sie ein Ende des Drahtes in einem kleinen Haken. Legen Sie das freie Ende der bracketslot in das molare Rohr von der distalen Seite.
  4. Legen Sie den Test Apparat zurück auf die Plattform.
  5. Befestigen Sie ein bekanntes Gewicht (50 g) an den Haken. Lassen Sie es frei in der vertikalen Ebene hängen, durch jede Art von Störungen zu entfernen. Schließen Sie die Tür der Kammer Glas.
  6. Führen Sie die Schritte 4.10-4.11.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 der Schneidezahn-Halterung.
  8. Geben Sie die Fz-Werte für die Klammern und Mx für die molare Röhre als "Messwert."
  9. Jetzt gelten die Gleichungen des Gleichgewichts (siehe Ergänzungstext) zur Berechnung der "Erwartungswert".

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Representative Results

Die Gesamtkraft und Gesamtmoment von jedem Sensor in der Mitte des die Sensorplatte erlebt werden durch ihre drei orthogonalen Komponenten dargestellt: FX, Fyund FZ vertritt die Kräfte entlang der x-Achse, die y-Achse und die z-Achse, bzw.; und MX, M,yund MZ vertritt die Momente um die gleiche Achsen. Die ersten Messungen an die Sensoren sind mathematisch in der Kraft- und Werte erfahren durch die Halterung (Abbildung 7) umgewandelt.

Eine Reihe von Diagrammen anzeigen die vertikale Kraft am Molar (Fzm) und Schneidezahn Klammern (Fzich), Augenblick (mesiodistalen kippen) an der molaren Halterung (Mxm) und Augenblick/Drehmoment (Labio-Lingual kippen) bei der Schneidezahn-Halterung (Mxich ) im Vergleich zu der ein / L-Verhältnis in Bezug auf die einzelnen Zahn-Koordinatensystem aus den Rohdaten erstellt wurden. Der ein / L-Verhältnis stellt die mesiodistalen Position jedes V-Kurve, wo "a" ist der Abstand zwischen dem distalen Rand der Schneidezahn Halterung und die Spitze der V-Kurve, und "L" den Abstand zwischen dem mesialen Rand der molaren Röhre und den distalen Rand der Schneidezahn Halterung m Easured entlang der bracketslot (37 mm). Ein ein / L-Verhältnis von 0.0 (0 mm/37 mm) stellt eine Biegung neben dem Schneidezahn-Halterung und jeder aufeinanderfolgenden Kurve (ein / L = 0,1, 0,2, etc.) ist Abstand 3,7 mm entfernt von der vorherigen Kurve endet mit ein / L = 1,0 (37 mm/37 mm), Vertreter einer Kurve neben der molaren Halterung. Die Richtung der Kraft-System wird durch ein negativ/positiv-Zeichen angezeigt. Die Grafiken sind durch die Draht-Art und Größe (Abbildung 9 und 10) gruppiert. Jeder Punkt auf dem Graphen, den Mittelwert aus zehn ähnliche Bögen und die Fehlerbalken darstellen eine Standardabweichung oberhalb und unterhalb dieser Mittelwert. Ein Punkt nahe der horizontalen Achse (entweder oberhalb oder unterhalb) bedeutet eine Kraft oder ein Moment mit einer geringen Größe und ein Punkt weiter von der horizontalen Achse (entweder oberhalb oder unterhalb) bezeichnet eine Kraft oder ein Moment mit einer höheren Stärke.

Die vertikalen Kräfte (FZ) zeigen symmetrische und lineare Muster für jede der sechs Drahttypen (Abbildung 8). Näher die V-Kurve, entweder Halterung, höher sind die vertikalen Kräfte. Die Biegung von den Klammern zur Mitte hin, abgerückt ist verringert das Ausmaß der FZ bis ein bestimmten Punkt erreicht ist, wo beide Kräfte sind ungefähr Null (neutrale Zone). Wie die Kurve weiter über diesen Punkt hinaus bewegt wird, erhöht sich ständig FZ . Allerdings sind die Richtungen der einzelnen Kräfte (FZm und FZi) vertauscht. Quantitativ, SS Bögen erstellt eine deutlich größere Kraft-System als ß-Ti-Bögen. Auch erstellen höhere Dimension Bögen größere Kraft-Systeme. Überraschenderweise ist die relative Kraft System an die beiden Bügel von Bögen sowohl in Bezug auf Größe und Art des metallbogens ziemlich ähnlich.

Im Gegensatz dazu zeigen die Momente (MX) eine nicht-lineare und asymmetrische Muster (Abbildung 9). Die Abflachung der MXi wenn V-Kurven liegen in der Nähe der molaren Rohr (einX/l-Verhältnis > 0,6), sowie die Umkehrung der Richtung Moment in der molaren Röhre (rot) von einemX/l von 0.0 bis 0,2 war ähnlich für alle Bögen und vielleicht ein grundlegender Natur bracketslot-Halterung Interaktion und Halterung Orientierung (zweiter Ordnung vs. dritter Ordnung). Das Verhältnis von der Zeitpunkt, an dem zwei Klammern zeigen einige spezifische Muster beobachtet über alle Bögen getestet (Abbildung 10). Kurven, die sich in der Nähe der Schneidezahn befinden (ein / L 0,0-0,3 für ß-Ti und 0,0-0,2 für SS) hatten beide Momente in die gleiche Richtung (Mxi/Mxm > 0). Aus einem / L von 0,3-0,6 für ß-Ti und ein / L von 0,3-0,4 für SS, die Momente waren gegenüber in Richtung (Mxi/Mxm < 0) (neutrale Zone). Biegt am ein / L von 0.6 oder höher nicht schaffen einen bedeutsamer Moment am Schneidezahn (≈0 g mm) aber ein großer Moment war bei den Molaren Tube (Mxich/Mxm≈0) generiert.

Quantitativ, wieder wie mit der vertikalen Kräfte, das Ausmaß des Augenblicks durch SS bracketslot erzeugt statistisch und klinisch größer sind als die von ß-Ti Bögen generiert wurde, beide mit Bezug auf die ein / L-Verhältnis und die Größe des Bogens Drähte.

Der prozentuale Fehler wurde durch die folgende Gleichung berechnet:

Figure 1

%-Fehler für Gewichte weniger als 50 g gefunden wurde, um 5 % und für Gewichte von 50 bis 500 g war 0,5 % berechnet.

Die neutrale Zone (gleich und gegenüber Biegemomente) fand am ein / L-Verhältnis von 0,3 bis 0,4 für ß-Ti und 0,4-0,5 für SS-Bögen. An diesen Standorten bestimmte Kurve sind die vertikalen Kräfte mit den Momenten auf der Schneidezahn und molaren Klammern gegenüber in Richtung minimal. Basierend auf den ein / L-Verhältnisse des geltenden Systems erstellt durch eine V-Kurve zwischen einer molaren und Schneidezahn Halterung können in drei verschiedene Kategorien (Abbildung 11) kategorisiert werden.

Figure 1
Abbildung 1 : System erstellt von zwei kollinear Klammern in der zweiten Ordnung zwingen. L ist der Abstand zwischen den zwei Klammern; eine ist die Position der V-Kurve aus der Halterung A; FA und FB sind die vertikalen Kräfte am Bügel A und B, bzw. erstellt; MA ist der Moment bei A; MB ist der Moment an Halterung B. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Workflow. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Die kieferorthopädische Draht-Tester (OWT). A: Apparat, Btesten: Messung der Plattform, C: Temperaturwächter. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Schematische Darstellung der Kurve Positionen zwischen den zwei Anhänge. Alle blauen Punkt ist ein Biegeposition und repräsentiert den Abstand "a" von der Schneidezahn Halterung entlang der bracketslot gemessen. Es werden 11 verschiedene Werte für "a" in Schritten von 3,7 mm. (d.h. blauer Punkt ist getrennt von den angrenzenden blauen Punkt von 3,7 mm). L ist die Länge des Umfangs von der distalen Oberfläche der Schneidezahn Halterung an der distalen Oberfläche der molaren Röhre entlang der bracketslot gemessen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Bracketslot eingefügt und im Besitz der Klammern auf Aluminium Heringe an die Sensoren angeschlossen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Das Software-Programm zeigt die Rohdaten (im blauen und roten Kästen) aus den beiden Sensoren (S1 und S2) gewonnen mit dem Schneidezahn und molaren Klammern verbunden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : X-Y-Z-Koordinaten und deren Ausrichtung in Bezug auf die OWT. X: Querebene; Y: Horizontalebene; Z: Vertikalebene. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 8
Abbildung 8 : Grafische Darstellung der vertikalkraft (Fz) auf die beiden Bügel. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 9
Abbildung 9 : Grafische Darstellung des Augenblicks in der Querebene (Mx) an die beiden Bügel. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 10
Abbildung 10 : Relative Kraft System für verschiedene bracketslot Typen und Größen dargestellt, über das Verhältnis von den Momenten [Mx(i)/Mx(m)]. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 11
Abbildung 11 : Drei verschiedene Systeme von einer V-Kurve erzwingen. Jede Zone repräsentiert ein einzigartiges F/M-System. Die "blauen" schattigen Bereich zeigt das ein / L-Verhältnis mit ähnlichen relativen Kraft Systeme. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Kraft-system Molar(m) Incisor(i)
FZ (+) Aufdringlich Aufdringlich
FZ (-) Extrusive Extrusive
MX (+) * Mesiale Tipp Gesicht/Lippen-Tipp
MX (-) * Distale Spitze Palatinal/Lingual Tipp
* Alle Messungen wurden an der Halterung

Tabelle 1: Zeichen Konventionen und Richtung des geltenden Systems.

Figure 1
Zusätzliche Abbildung 1: Gleichgewicht Grafiken für den Moment um X-Achse (Mx). Hinweis: Die Grafiken sind nur das Ausmaß der Momente vergleichen. Die Richtung für MX(m) + MX(i) und FZ(m) oder FZ(i) x D wird immer liegen einander gegenüber. Daher ΣMx= 0 (siehe Ergänzungstext). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Ergänzungstext. Klicken Sie bitte hier, um diese Datei herunterzuladen. 

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Discussion

Orthodontische Bögen sind in verschiedenen Arten8,9,10,11untersucht worden. Wurden sie auch für verschiedene mechanische Eigenschaften bewertet, aber sie sind selten zur Bestimmung der Kraft-System, das sie gehen, um12,13,14,15erstellen analysiert worden. Drei-Punkt-Biegeversuche sind beliebt für die Bewertung der kieferorthopädischer Bögen; Sie werden jedoch in der Regel auf geraden Drähten irgendwelche Biegungen durchgeführt. In-vitro- Tests sind in der Regel nur 1 oder 2 Variablen gleichzeitig betrachten, die nicht zulässt, dass die Ergebnisse leicht anpassungsfähig zu einer klinischen Situation optimiert. Der Schwerpunkt dieser Forschung wurde experimentell bestimmen die 3D zwingen Systeme produziert durch vertikale V-Kurven an verschiedenen Standorten entlang der interbracket Abstand im rechteckigen Bögen als ein 2 x 4-Gerät platziert. Dieses Protokoll unterscheidet sich wesentlich von den früheren Methoden zur Analyse von V-Kurve Mechanik. Es ist das erste Mal, die eine tatsächliche in Vitro einrichten erstellt wurde mit Nanosensoren imitiert das Funktionieren einer zwei-Halterung-bracketslot Geometrie anstatt auf Computermodelle oder finite-Elemente-Methoden. Dieses mechanische Modell misst nicht nur Biegemomente (zweiter Ordnung Draht Halterung Interaktionen) aber auch Verwindungssteifigkeit Momente (dritte Ordnung Kabel Halterung Interaktionen). Keine Randbedingungen gelten. Das heißt, frühere Studien nie entfielen die Krümmung des metallbogens wie es geht von der molaren an den Schneidezahn-Halterungen. Aufgrund dieser Kurve liegen der Schneidezahn und molaren Klammern nicht in der gleichen Ebene, noch sind sie Parallel zueinander ausgerichtet. Diese Anordnung kann hinzufügen Komplexität der Analysen der Kraft-Systeme, wodurch sie klinisch relevanter als solche, die nur zwei identische Klammern in einer geraden Linie angeordnet und sind parallel3,4.

Die Funktionsweise der Sensoren und die Daten ausgegeben, können leicht durch Faktoren wie Fehler vom Gerät, Empfindlichkeit des Sensors, Überhitzung der OWT, menschliche Fehler bei der Aktivierung von Draht, biegen, Ligation, Form, falsche Positionierung, Deaktivierung der Draht berührt die Kabel vor dem endgültigen einsetzen, Verformung des metallbogens usw. es deshalb wichtig, wiederholte Messungen mit neuen Bögen und Validieren der Daten durch die Anwendung der Gesetze des Gleichgewichts. Auch sollte nur ein paar Bögen für die Messung um Überhitzung von der OWT eingefügt werden.

Jede biegungsposition ist durch nur 3,7 mm voneinander getrennt. Genaue Platzierung von V-Kurven entlang der bracketslot ist daher auch wichtig. Geringfügige Abweichungen von der gewünschten Position könnte das Kraft-System aufgezeichnet radikal verändern. Ein kundenspezifisches Zeichenpapier mit Maßeinteilung mit bracketslot Vorlage mit V-Kurve Positionen hilft bei der Erreichung der gewünschten Genauigkeit. Unsachgemäße Halterung Positionierung auf der Aluminium Heringe könnte auch das gleiche zu tun. Daher sind nach Maß Genauigkeit Vorrichtungen verwendet, um die Position des Bügels zu erhalten, wenn ein Anleihe-Fehler aufgetreten ist.

Im Falle einer Halterung immer während der Experimente verpressfehlern muss eine neue Halterung genau wieder an der gleichen Stelle platziert werden. Benutzerdefinierte entworfene Vorrichtungen können helfen bei der Suche nach der gewünschten Stelle. Passive Bögen ohne irgendwelche Kurven müssen verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Platzierung der Halterung stimmt. Ist dies nicht der Fall, es muss rebracketed werden. Es ist nicht für die debonded Halterung wiederverwenden, da gibt es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit der Halterung Verformung von entscheidender Bedeutung.

Ein Nachteil des aktuellen Ansatzes ist, dass nur zwei Sensoren verwendet worden sein. Die Zugabe von mehr Sensoren ermöglicht das Studium komplexer Kraft-Systeme, wie diejenigen, die drei oder mehr arrangiert in einem Bogen Klammern. Ein weiterer potenzieller Nachteil ist die Unfähigkeit, die Mundhöhle zu simulieren. Faktoren wie Temperatur, Speichel, Okklusion und mehrere andere könnte den Kraft-Systeme produziert beeinflussen. Allerdings ist an dieser Stelle nicht möglich, gleichzeitig die Kraft-System und die beobachteten zahnbewegungen auf der klinischen Ebene zu messen.

Computer-Modellierungen und Simulationen unter Verwendung von Finite-Element-Analyse (FEM) ist ein sich rasch entwickelnden Gebiet beschäftigt entschlüsseln die Biomechanik von verschiedenen kieferorthopädische Geräte16,17,18, 19. eine Voraussetzung für die Validierung dieser Methods ist jedoch eine präzise Aufnahme von komplexen bracketslot-Halterung Interaktionen und halten Annahmen auf ein Minimum. Die Bogen-Halterung Interaktion sowohl im zweiter und dritter Ordnung sind weitgehend unbekannt, möglicherweise begrenzen die Genauigkeit dieser Programme. Um die Computersimulationen besser zu machen, ist es wichtig, erste herauszufinden, das Kraft-System, das in verschiedenen klinischen Situationen vorhanden ist, eine beträchtliche biomechanische Datenbank generieren und dann ein Computer-Modell basierend auf diesen Datensatz zu machen. In anderen Worten werden bessere Modellierung und Vorhersage tatsächliche Experimente benötigen, wie durch dieses Protokoll vorgesehen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren möchten alle Kolleginnen und Kollegen, die diese Arbeit ermöglicht, vor allem die Doktoren Aditya Chhibber und Ravindra Nanda anerkennen. Die Autoren möchten die Biodynamik & Bioengineering Lab bei UCONN Gesundheit für die Einrichtungen bei der Entwicklung dieses Projektes danken.

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

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