Tvinge System med vertikale V-svinger: en 3D In Vitro vurdering av elastisk og stive rektangulære 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

Metoden som presenteres her er utformet for å bygge og validere en i vitro 3D modell i stand til å måle styrke systemet generert av forskjellige archwires med V-svinger mellom to parentesene. Ekstra mål er å sammenligne force systemet med ulike archwires og tidligere modeller.

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

En riktig forståelse av force system skapt av ulike ortodontiske apparater kan gjøre behandlingen av pasienter effektiv og forutsigbar. Redusere komplisert multi braketten apparater å en enkel to-brakett system for å styrke systemet evaluering vil være første skritt i denne retningen. Men er mye av ortodontiske biomekanikk i denne forbindelse begrenset til 2D eksperimentelle studier, datamaskin modellering/analyse eller teoretisk ekstrapolering av eksisterende modeller. Målet med denne protokollen er å designe, bygge og validere en i vitro 3D modell i stand til å måle krefter og øyeblikk generert av en archwire med en V-sving plassert mellom to parentesene. Ekstra mål er å sammenligne force systemet generert av ulike typer archwires seg imellom og tidligere modeller. For dette formålet, har en 2 x 4 enhet representerer en jeksel og en helikopteret vært simulert. En ortodontiske wire tester (OWT) er konstruert som består av to multi-aksen kraft transdusere eller Last celler (nanosensors) som ortodontiske klammeparentesene er tilknyttet. Load cellene er i stand til å måle styrke systemet i alle tre plan plass. To typer archwires, rustfritt stål og beta-Titan i tre ulike størrelser (0.016 x 0.022 tommer, 0.017 x 0.025 tommer og 0.019 x 0.025 tommer), testes. Hver ledning mottar en enkelt V-vertikalbue systematisk plassert i en bestemt stilling med en forhåndsdefinert vinkel. Lignende V-svinger replikeres på forskjellige archwires på 11 forskjellige steder mellom jeksel og helikopteret vedleggene. Dette er første gang et forsøk har blitt gjort i vitro simulere et ortodontiske apparat benytter V-svinger på forskjellige archwires.

Introduction

En viktig del av klinisk ortodontiske behandling er kunnskap av kraft produsert av multibracket apparater. En klar forståelse av de underliggende biomekaniske prinsippene kan hjelpe levere forutsigbare resultater og minimere mulige bivirkninger1. De siste årene har sett en trend fra plassere svinger i archwires ved å bygge flere aktivisering med brakett posisjon og design; omfattende ortodontiske behandling krever imidlertid fortsatt plassering av bøyer i archwires. Bend, når den plasseres i ulike typer og størrelser av archwires, kan opprette en rekke kraft systemer egnet for ulike typer tann bevegelse. Selv om kraft systemene kan bli ganske komplisert når flere tenner anses, kan nyttig utgangspunkt innebære en enkel to-brakett-system.

Hittil er V-sving mekanikk primært analysert i andre orden, utnytte matematiske modeller,1,,2,,3,,4,,5 og/eller datamaskin analyse/simulering 6. Dette har gitt en grunnleggende forståelse av makt i andre ordre samhandlingen av bue ledninger med tilstøtende braketter (figur 1). Men metodene innføre visse betingelser for å kjøre simuleringer som ikke kanskje gjelder i faktiske kliniske situasjoner og avvik kan oppstå. Nylig en ny i vitro modell med kraft transdusere ble foreslått for måling av tre-dimensjonale (3D) styrker og øyeblikk opprettet ved å evaluere ikke bare andre ordens archwire-brakett interaksjoner men også i tredje orden7. Men var effekten av ulike typer archwires på kraft systemet på ulike bøy stillinger langs at helikopteret molar archwire ikke vurdert. Studien involverte også bare evaluering av elastisk ortodontiske archwires, som ikke er den primære archwires som bevegelse oppstått. Derfor var målet med denne studien å vurdere kraft systemet laget av plasseringen av en V-sving på forskjellige steder i rektangulære rustfritt stål og beta-Titan archwires i en 3D satt opp som involverer molar og helikopteret parentesene. Klinikere må vite force systemet brukes på dentition når en bestemt kombinasjon av archwire brakett kombinasjonen brukes til å fastsette en malocclusion.

Beskrevet teknikken har blitt utviklet for å studere ortodontiske force systemet i alle tre plan plass, etterligne klinisk virkeligheten. Det er å forstå at det er svært vanskelig å måle styrke systemet klinisk; slik mål må derfor utføres i vitro. Det antas at force system skapt av en V-sving i laboratoriet ville være like om replikert i pasientens munnen. En arbeidsflyt ble opprettet for å evaluere hvordan eksperimentelle satt opp må være konfigurert (figur 2).

Ortodontiske wire testeren (OWT) er et nytt produkt utviklet av delingen av Orthodontics i samarbeid med bioteknologi og Biodynamics laboratorium, UConn helse, Farmington, CT, USA (Figur 3). Det er designet for å etterligne nøyaktig hvordan maxillary tennene i munnen og noen intra muntlig forhold samtidig målinger av force opprettet i alle tre flyene plass. Mekanisk hovedkomponentene i OWT er en Data oppkjøpet enhet (DAQ), nano Force/dreiemoment sensorer, fuktighet sensorer, temperatursensorer og en PC. Testing apparatet plasseres i en glassutførelsen har temperatur/fuktighet kontroller. Dette gir delvis simulering av intraoral miljøet. DAQ fungerer som grensesnittet for tre sensorer: fuktighet sensor, force/øyeblikk sensor, termistor og testing apparatet med sensorer ligger på en plattform (Figur 3). Dette er knyttet til et program. Programvaren er en plattform og et utviklingsmiljø for visuell programmering og brukes til å styre ulike typer maskinvare. Det ble valgt å automatisere ortodontiske wire-tester.

En rekke aluminium knagger ordnes på testing apparatet representerer tennene av maxillary dental buen. To av pinnene representerer en sentral helikopteret og riktig første molar er koblet til sensorer/load cellene (S1 og S2). En belastning celle er en mekanisk enhet som kan måle styrker og øyeblikk bruk i alle tre plan (x-y-z): Fx, Fyog Fz..; og MxMyog Mz. Pinnene er systematisk posisjonert for å skape en dental bue form. Hver pinne er separert fra den andre et nøyaktig registrert mål som beregnes ved hjelp av gjennomsnittlig tann bredder som observert i pasienter som gjennomgår ortodontiske behandling. Formen valgt for eksperimentet er et "ovale" arch skjema opprettet fra en standardisert mal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. eksperimentelle oppsett

  1. Merke til nøyaktig posisjon for plassering av molar rør og helikopteret hakeparenteser i aluminium pinnene av OWT ved hjelp av en tilpasset 'gigg'.
  2. Bond standard selv ligating braketter med kompositt materiale. Lys kur for 40 sekunder.
  3. Sett inn en 0.021 x 0.025-tommen rustfritt stål (SS) "ovale" maxillary archwire i braketten sporene.
  4. Plass testing apparatet i glass kammeret.
  5. Sjekk for eventuelle utilsiktede archwire aktivisering. Aktivering av archwire oppretter automatisk en force system, som vises på skjermen.
  6. Omplasser parentesene hvis archwire aktivering er observert. Gjenta 1.2-1.5.

2. fabrikasjon av en mal Archwire (Figur 4)

  1. Plasser en archwire (0.021 x 0.025 SS) i den teste apparatet.
  2. Bruk en permanent markør til å angi følgende: 1) midtlinjen, 2) et punkt umiddelbart distale til helikopteret braketten (jeg) og 3) et punkt umiddelbart mesial til molar røret (M). Gjør det samme for kontralateral siden av archwire. Dette er malen arch ledningen.
  3. Overføre archwire med de avmerkede punktene til en millimeterpapir.
  4. Lage en nøyaktig kopi av archwire på millimeterpapir.
    Merk: Denne millimeterpapir kan brukes til å bestemme plasseringen av V-svingen for alle archwires av prøven.
  5. Beregn omkretsen av erke wire segmentet (L) fra jeg m.
  6. Nå merke 11 poeng fra jeg M. Hvert punkt er en fremtidig V-sving posisjon.
    1. Etiketten hvert punkt fra0 til10.
    2. Kontroller at hver sving posisjon er separert fra den andre like mye.
  7. Få et unike nummer/forhold for hver sving posisjon ved å beregne en / L kor.

3. plassering av V-bøyer

  1. Ta en ny archwire fra utvalget.
  2. Plasser den på mal archwire/millimeterpapir og overføre en av de elleve bøy stillingene bilateralt til archwire.
  3. Bruke en rektangulær archwire på denne Tång eller en lyset ledning på denne Tång for å gjøre symmetrisk V-svinger på begge plasseringene.
  4. Plasser archwire på et glass plate/flat plattform og sjekk måling av vinkelen laget av de to endene av archwire med en transportør.
  5. Juster endene om nødvendig slik at en vinkel på 150° opprettes.
  6. Gjenta trinn 3.1 til 3.5 for alle archwires av prøven.

4. måle Force systemet (figur 5 og 6)

  1. Åpne programmet for data opptak (se Tabell for materiale).
  2. Opprett en ny mappe for data som skal lagres i.
  3. Klikk "Kjør" for å starte programvaren. Programmet vil vise tre styrker og tre-øyeblikk verdier i hver sensor i sanntid.
  4. Vent i omtrent 10-15 sekunder for svingninger i dataene for innspillingen programvare å stoppe. At grafen linjene i programvaren for alle komponenter av force systemet viser en "flat" linje.
    Merk: alle seks mål på hver sensor vil vise ubetydelig verdier (styrker < 1 g og øyeblikk < 10 g mm).
  5. Fjern 'testing apparatet' fra plattformen. Bruke en Weingart på denne Tång for å sette en archwire inn i molar rørene.
  6. Åpne døren til helikopteret braketten med en periodontal skalering.
  7. Løft den fremre delen av archwire og sett den inn i braketten sporet. Kontroller at midtlinjen av archwire sammenfaller med midtlinjen av testing apparater.
  8. Tilbake testing apparatet til plattformen og lukke døren av glass chamber.
  9. Still inn temperaturen på 37 ° C. Vent i ett minutt etter glass kammeret justere temperaturen.
  10. Klikk på ' lagre ' startknappen på programvare og la programvaren å lagre/overføre data i minst 10 sekunder. Klikk "start lagring" knappen igjen for å avslutte dataoverføring og deretter 'opphøre'.
    Merk: Hver målesyklusen genererer 100 målinger i 10 andre periode for hver komponent (Fx, Fy, Fz, Mx, Myog Mz).
  11. Gå til dokumentet som inneholder de lagrede dataene, og kopier/eksport datasettet til egendefinerte designet data analyse regneark (se Utfyllende tabell). Velg riktig V-sving posisjonsnummeret og bestemt wire prøven for å sette inn dataene.
  12. Gjenta trinn 4.3 til 4.11 for de 10 archwires for den bestemte bøy posisjonen.
  13. Nå kopiere beregnet midler og standardavvik for archwires til separate regneark til å opprette en grafisk representasjon av dataene.
  14. Gjenta 4.2 til 4.13 for alle bøye posisjoner og archwires.
    Merk: Archwires omfatter rustfritt stål (SS) og Beta-Titan (ß-Ti), med følgende størrelser: 0.016 x 0.022 tommer, 0.017 x 0.025 tommer og 0.019 x 0.025 tommer.

5. feil evaluering

  1. Kjøre datamaskinen/programvare som beskrevet i trinnene 4.1-4.4
  2. Fjern 'testing apparatet' fra plattformen.
  3. Få en rett lengde 0.021 x 0.025-tommen SS wire. Bruker en lyset ledning på denne Tång, bøye en ende av ledningen inn i en liten krok. Gratis slutten av archwire inn molar tunnelbanen fra den distale siden.
  4. Plass testing apparatet bak på plattformen.
  5. Knytte en kjent vekt (50 g) på kroken. La det henge fritt loddrett ved å fjerne alle typer forstyrrelser. Lukk døren til glass kammeret.
  6. Fremgangsmåten 4.10-4.11.
  7. Gjenta trinn 5.1-5.6 for helikopteret braketten.
  8. Angi Fz verdiene for både braketter og Mx for molar røret som "målt verdi."
  9. Nå bruke likningene av likevekt (se Supplerende tekst) til å beregne 'forventningsverdien'.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den totale styrken og totale øyeblikket oppleves av hver sensor på midten av sensoren platen representeres av sine tre ortogonale komponenter: Fx, Fyog Fz representerer krefter langs x-aksen, y og z, . og Mx, Myog Mz representerer øyeblikkene rundt samme aksene. Første målinger på sensorene konverteres matematisk kraft og øyeblikk verdiene oppleves av braketten (figur 7).

En rekke diagram som viser den vertikale styrken på molar (Fzm) og helikopteret hakeparenteser (Fzjeg), øyeblikk (mesiodistal tipping) på molar braketten (Mxm) og øyeblikket/dreiemoment (labio-lingual tipping) på helikopteret braketten (Mxjeg ) versus den en / L forholdet i forhold til individuelle tann koordinatsystem er opprettet fra rådataene. Den en / L forholdet representerer mesiodistal plasseringen av hver V-sving, der "a" er avstanden mellom den distale kanten av helikopteret braketten og toppen av V-svingen, og 'L' avstanden mellom mesial kanten av molar røret og distale kanten av helikopteret braketten m easured langs archwire (37 mm). En en / L forholdet mellom 0,0 (0 mm/37 mm) representerer en sving tilstøtende til helikopteret braketten, og hver etterfølgende sving (en / L = 0,1, 0,2, etc.) er linjeavstand 3.7 mm fra forrige svingen med en / L = 1.0 (37 mm/37 mm), som representerer en sving tilstøtende molar braketten. Retning av force angis av en negativ/positiv tegn. Grafene grupperes etter ledningen type og størrelse (figur 9 og 10). Hvert punkt på grafer, representerer middelverdien av ti lignende archwires og feilfeltene representerer ett standardavvik over og under dette. Et punkt nær den vannrette aksen (enten over eller under) betyr en kraft eller øyeblikk med en lav styrke, og et punkt bort fra den vannrette aksen (enten over eller under) betyr en makt eller øyeblikk med en høyere styrke.

De loddrette styrkene (FZ) vise symmetrisk og lineære mønster for hver av de seks ledningen (Figur 8). Nærmere V-svingen til enten braketten, høyere er loddrett krefter. Som svingen er flyttet fra parentesene, mot midten, synker omfanget av FZ til et visst punkt er nådd hvor begge styrker er omtrent null (nøytral sone). Som svingen flyttes lengre utover dette punktet, øker FZ gradvis. Imidlertid retningene av de individuelle styrkene (FZm og FZi), tilbakeføres. Kvantitativt, SS archwires skapt en betydelig større kraft system enn ß-Ti archwires. Også skaper høyere dimensjon archwires større kraft systemer. Overraskende, er relative styrke systemet opprettet på de to parentesene av archwires både størrelse og type archwire ganske like.

Derimot viser øyeblikk (MX) en ikke-lineær og asymmetrisk mønster (figur 9). I sammenslåing av MXi når V-svinger er molar røret (enx/L forholdet > 0,6), samt reversering av øyeblikk retning i molar tube (rød) fra enx/L av 0,0 til 0,2, var lik for alle archwires og kanskje representerer en mer grunnleggende natur archwire-brakett samhandling og braketten orientering (andre ordens vs tredje orden). Forholdet mellom øyeblikket på de to parentesene viser noen bestemte mønstre observert over alle archwires testet (Figur 10). Svinger som er plassert nær helikopteret (en / L 0,0-0,3 for ß-Ti og 0,0-0.2 for SS) hadde begge øyeblikk i samme retning (Mxjeg/Mxm > 0). Fra en / L 0.3-0.6 for ß-Ti og en / L 0.3-0.4 til SS, øyeblikk var motsatt i retning (Mxjeg/Mxm < 0) (nøytral sone). Bøyer seg på en / L 0,6 eller større opprettet ikke betydelig tid på helikopteret (≈0 g mm), men et stort øyeblikk ble generert på molar røret (Mxjeg/Mxm≈0).

Kvantitativt, igjen med vertikale styrker, omfanget av øyeblikket generert av SS archwire var statistisk og klinisk større enn dem som genereres av ß-Ti archwires, både med hensyn til det en / L forholdstall og størrelsen på buen ledninger.

Prosent feilen ble beregnet med følgende ligning:

Figure 1

% Feilen veier mindre enn 50 g ble funnet for å være 5% og vekter fra 50 til 500 g beregnet til 0,5%.

Den nøytrale sonen (lik og motsatt bøying øyeblikk) ble funnet ved en / L prosenter 0.3-0,4 for ß-Ti og 0,4-0,5 for SS archwires. På disse bestemte bøy steder er loddrett styrkene minimal med øyeblikk opptrer på helikopteret og molar parentes overfor i retning. Basert på den en / L prosenter force systemet skapt av en V-sving mellom en jeksel og helikopteret brakett kan kategoriseres i tre ulike kategorier (Figur 11).

Figure 1
Figur 1 : Tvinge system skapt av to kollineare parentes i andre orden. L er avstanden mellom de to parentesene; en er posisjonen til V-svingen fra brakett A; FA og FB er loddrett styrker skapt brakett A og B, henholdsvis; MA er øyeblikket på A; MB er øyeblikket på braketten B. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Arbeidsflyten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Ortodontiske Wire Tester (OWT). A: Testing apparater, B: måle plattform, C: temperatur monitor. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Skjematisk fremstilling av svingen stillingene mellom to vedleggene. Hver blå prikk er en sving plassering og representerer avstanden "a" fra helikopteret braketten langs archwire. Det vil være 11 forskjellige verdier for "en" i intervaller på 3,7 mm. (dvs. blå prikk er separert fra den tilstøtende blå prikken 3.7 mm). L er omkretsen lengden måles fra distale overflaten av helikopteret braketten til distale overflaten av molar røret langs archwire. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : Archwire settes inn og holdt av brakettene på aluminium knagger knyttet til sensorene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Programmet viser rådata (i blå og røde bokser) fra to sensorer (S1 og S2) koblet til helikopteret og molar hakeparenteser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 : X-Y-Z koordinater og deres retning i forhold til OWT. X: tverrgående fly; Y: horisontalplanet; Z: vertikale planet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8 : Grafisk representasjon av den vertikale force (Fz) i de to parentesene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 9
Figur 9 : Grafisk representasjon av øyeblikket i tverrgående flyet (Mx) på de to parentesene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 10
Figur 10 : Relativ tvinge systemet på tvers av ulike archwire typer og størrelser avbildet via forholdet av [Mx(i)/Mx(m)]. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 11
Figur 11 : Tre distinkte force systemer fra en V-sving. Hver sone representerer et unikt F/M-system. "Blå" skyggelagte området viser den en / L forholdstall med lignende slektning force systemer. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Tvinge systemet Molar(m) Incisor(i)
FZ (+) Påtrengende Påtrengende
FZ (-) Ekstrusive Ekstrusive
MX (+) * Mesial tips Ansikts/labial tips
MX (-) * Distale Palatal/lingual tips
* Alle målingene ble gjort på braketten

Tabell 1: Registrer konvensjoner og retning av kraft.

Figure 1
Supplerende figur 1: likevekt grafer for øyeblikket rundt x-aksen (Mx). Merk: Grafene bare sammenligner omfanget av øyeblikkene. Retning for Mx(m) + Mx(i) og Fz(m) eller Fz(i) x D vil alltid være motsatt av hverandre. Derfor ΣMx= 0 (se supplerende tekst). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Supplerende tekst. Klikk her for å laste ned filen. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ortodontiske archwires har vært studert i forskjellige måter8,9,10,11. De har også vært vurdert for ulike mekaniske egenskaper, men de sjelden er analysert for å bestemme styrken systemet de skal opprette12,13,14,15. Tre-punkts bøying tester er populære for evaluering ortodontiske archwires; men er de vanligvis utført på rett ledninger uten noen svinger. In vitro vurderinger er vanligvis optimalisert for å se på bare 1 eller 2 variabler samtidig som ikke tillater utfall å være lett tilpasses en klinisk situasjon. Fokus for denne forskningen var å bestemme eksperimentelt 3D tvinge systemer produsert av vertikal V-svinger plassert på forskjellige steder langs interbracket avstanden i rektangulære archwires engasjert som en 2 x 4-apparatet. Denne protokollen er betydelig forskjellig fra tidligere metoder for å analysere V-sving mekanikk. Det er første gang at en faktisk i vitro definere er opprettet utnytte nanosensors etterligne arbeider av en to-brakett-archwire geometri i stedet for å stole på datamodeller eller endelig element metoder. Denne mekaniske modellen måler ikke bare bøying øyeblikk (andre ordre wire braketten interaksjoner) men også torsjonsmessig øyeblikk (tredje orden wire braketten interaksjoner). Ingen betingelser er pålagt. Med andre ord, tidligere studier aldri utgjorde kurvatur av archwire som går fra molar til helikopteret parentesene. På grunn av denne kurven, er helikopteret og molar parentes ikke plassert i samme plan, eller er de orientert parallelt med hverandre. Denne ordningen kan legge til kompleksitet analysene av kraft, noe som gjør dem klinisk mer relevant enn de som involverer to identiske parentes ordnet i en rett linje og er parallell3,4.

Funksjon av sensorer og dataene utgang lett kan påvirkes av faktorer som feil fra enheten, sensor følsomhet, overoppheting av OWT, menneskelige feil i wire aktivisering, bøying, hemorroider, figur, uriktig wire posisjonering, deaktivering av den wire før siste innsetting, deformasjon av archwire, etc. derfor er det viktig å ta gjentatte målinger med nye archwires og validere dataene ved å bruke lovene i likevekt. Bare noen archwires skal også settes for måling for å unngå overoppheting av OWT.

Hver sving posisjon er separert fra den andre bare 3.7 mm. Nøyaktig plassering av den V-svinger langs archwire er derfor også viktig. Små avvik fra ønsket posisjon kunne radikalt endre force systemet registrert. En tilpasset designet millimeterpapir som inneholder malen archwire med V-sving posisjoner hjelper i å oppnå ønsket nøyaktigheten. Uriktig braketten plassering på aluminium pinnene kan også gjøre det samme. Derfor brukes skreddersydd presisjon jigs å skaffe plasseringen av braketten hvis det er en bond-feil.

I tilfelle en brakett får debonded under eksperimentering, plasseres en ny brakett nettopp tilbake på samme sted. Tilpasset designet jigs kan hjelpe med å finne det ønskede stedet. Passiv archwires uten noen svinger må brukes til å sikre at plasseringen av braketten er riktig. Hvis ikke, må være rebracketed. Det er viktig ikke å bruke debonded braketten som det er en økt sannsynlighet for braketten deformasjon.

Ettall ulempen av nåværende tilnærming er at bare to sensorer har vært benyttet. Tillegg av flere sensorer vil tillate studiet av mer komplekse force systemer, slik som de som inkluderer tre eller flere parenteser arrangert i en bue. Annen potensielle ulempen er manglende evne til å simulere muntlig miljø. Faktorer som temperatur, spytt, okklusjon og flere andre kan påvirke force systemer produsert. På dette punktet er imidlertid ikke mulig å måle samtidig styrke systemet og observerte tann bevegelse på klinisk nivå.

Datamodellering og simuleringer som involverer bruk av Finite Element analyse (FEM) er et raskt voksende område i dekoding biomekanikk av ulike ortodontiske apparater16,17,18, 19. imidlertid en forutsetning for å validere disse metodene er en presis innlemmelse av komplekse archwire-brakett interaksjoner og holde forutsetninger til et minimum. Archwire-brakett samspillet både i andre orden og tredje orden er hovedsakelig ubekjent, potensielt begrense nøyaktigheten til disse programmene. For å gjøre datasimulering bedre, er det viktig å første figur ut force systemet som finnes i ulike kliniske situasjoner, generere en betydelig biomekaniske database og deretter foreta en datamodell basert på datasettet. Med andre ord, krever bedre modellering og prediksjon faktisk eksperimentering som tilbys av denne protokollen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker å anerkjenne alle kolleger som gjorde dette arbeidet mulig, spesielt Dr. Aditya Chhibber og Ravindra Nanda. Forfatterne ønsker å takke Biodynamics & bioteknologi Lab UCONN helse for fasilitetene som tilbys under utviklingen av prosjektet.

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