قوة النظام مع الانحناءات V عمودي: إجراء تقييم 3D في المختبر من أرتشويريس مستطيلة مرنة وجامدة

Summary

الطريقة المعروضة هنا يهدف إلى بناء والتثبت منها في المختبر 3D نموذج قادرة على قياس النظام القوة المتولدة عن أرتشويريس مختلفة مع V-الانحناءات توضع بين قوسين اثنين. أهداف إضافية مقارنة هذا النظام القوة مع أنواع مختلفة من أرتشويريس وعلى النماذج السابقة.

Abstract

يمكن جعل فهم الصحيح لقوة نظام تم إنشاؤها بواسطة مختلف أجهزة تقويم الأسنان علاج المرضى تتسم بالكفاءة ويمكن التنبؤ بها. الحد من الأجهزة قوس متعددة معقدة إلى نظام اثنين-قوس بسيط غرض قوة نظام التقييم سيكون الخطوة الأولى في هذا الاتجاه. ومع ذلك، الكثير من الميكانيكا الحيوية تقويم الأسنان في هذا الصدد تقتصر على 2D الدراسات التجريبية، الكمبيوتر النمذجة والتحليل أو الاستقراء النظري للنماذج الموجودة. والهدف من هذا البروتوكول هو لتصميم وبناء والتحقق من صحة في المختبر 3D نموذج قادرة على قياس القوى واللحظات التي تم إنشاؤها بواسطة أرتشويري مع منعطف الخامس وضعت بين قوسين اثنين. أهداف إضافية مقارنة نظام القوة المتولدة عن أنواع مختلفة من أرتشويريس فيما بينها، والنماذج السابقة. لهذا الغرض، وقد تم محاكاة جهاز 2 × 4 يمثلون المولى والقاطعة. شيدت اختبار أسلاك تقويم الأسنان (OWT) تتألف من اثنين من محولات الطاقة القوة المتعددة المحاور أو تحميل خلايا (nanosensors) التي يتم إرفاقها الأقواس تقويم الأسنان. خلايا الحمل القادرة على قياس النظام القوة في جميع الطائرات الثلاث من الفضاء. هناك نوعان من أرتشويريس، والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم بيتا من ثلاثة أحجام مختلفة (0.016 x 0.022 بوصة ويبلغ 0.017 × 0.025 بوصة 0,019 × 0.025 بوصة)، يتم اختبارها. ويتلقى كل سلك واحد عمودي V-منحنى منهجية وضعها في موضع معين بزاوية محددة مسبقاً. الخامس-الانحناءات مماثلة يتم نسخها نسخاً متماثلاً في أرتشويريس مختلفة في 11 موقعا مختلفاً بين المرفقات المولى والقاطعة. هذه هي المرة الأولى وقد بذلت محاولة في المختبر لمحاكاة جهاز تقويم الأسنان استخدام الانحناءات الخامس في أرتشويريس مختلفة.

Introduction

أحد جوانب هامة للعلاج تقويم الأسنان السريري هو معرفة نظام القوة التي تنتجها الأجهزة مولتيبراكيت. يمكن أن يساعد فهم واضح لمبادئ النشاط الحيوي الأساسي تقديم نتائج يمكن التنبؤ بها، والتقليل من الآثار الجانبية المحتملة¹. وقد شهدت السنوات الأخيرة اتجاها بعيداً عن وضع الانحناءات في أرتشويريس ببناء التنشيط أكثر مع الموقف قوس والتصميم؛ ومع ذلك، لا يزال يتطلب المعالجة التقويمية الشاملة تنسيب الانحناءات في أرتشويريس. الانحناءات، عند وضعها في مختلف أنواع وأحجام من أرتشويريس، يمكن إنشاء مجموعة متنوعة من النظم قوة مناسبة لأنواع مختلفة من حركة الأسنان. على الرغم من أن النظم القوة التي يمكن أن تصبح معقدة للغاية عند النظر في الأسنان متعددة، نقطة انطلاق مفيدة يمكن أن تنطوي على وجود نظام بسيط لاثنين-القوس.

وحتى الآن، قد تم تحليلها أساسا ميكانيكا الخامس-بيند في الدرجة الثانية فقط، استخدام النماذج الرياضية^1،2،3،،من⁴⁵ و/أو تحليل/المحاكاة الحاسوبية ⁶-قد أسفر هذا عن فهم أساسي للنظام القوة المشاركة في تفاعل النظام الثاني الأسلاك القوس مع الأقواس المتجاورة (الشكل 1). ومع ذلك، هذه الأساليب تفرض شروط حدود معينة من أجل تشغيل المحاكاة التي قد لا ينطبق في الحالات السريرية الفعلية وقد تحدث الانحرافات. في الآونة الأخيرة، اقترح في المختبر نموذج جديد يشمل القوة محولات الطاقة لقياس القوى (ثلاثي الأبعاد) الأبعاد الثلاثة واللحظات التي تم إنشاؤها بواسطة تقييم ليس فقط النظام الثاني التفاعلات أرتشويري-قوس بل أيضا في الترتيب الثالث⁷. ومع ذلك، لم تقيم تأثير أنواع مختلفة من أرتشويريس على النظام القوة في مختلف المواقف ينحني على طول فترة أرتشويري المولى القاطعة. كما شملت الدراسة فقط تقييم أرتشويريس تقويم الأسنان المرنة، التي لا أرتشويريس الأولية على الأسنان التي تحدث حركة. ولذلك، كان الهدف من هذه الدراسة لتقييم قوة نظام تم إنشاؤها بواسطة إيداع الخامس منعطف في مواقع مختلفة في مستطيل من الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم بيتا أرتشويريس في 3D إعداد التي تنطوي على الأقواس المولى والقاطعة. الأطباء بحاجة إلى معرفة ويستخدم النظام القوة المطبقة على التسنين عند تركيبة معينة من تركيبة قوس أرتشويري لإصلاح مالوككلوسيون.

وقد وضعت تقنية وصف دراسة نظام تقويم القوة في جميع الطائرات الثلاث من الفضاء، ومحاكاة الواقع السريري. أنها يجب أن يفهم أن من الصعب للغاية قياس قوة نظام سريرياً؛ ولذلك، يلزم هذه القياسات تجري في المختبر. فمن المفترض أن قوة نظام تم إنشاؤها بواسطة الخامس منعطف في المختبر مماثل في حالة تكراره في فم المريض. تم إنشاء سير عمل لتقييم كيفية إعداد التجريبي يجب أن يكون تكوين (الشكل 2).

اختبار أسلاك تقويم الأسنان (OWT) أحد منتجات مبتكرة وضعتها "شعبة تقويم الأسنان" بالتعاون مع الهندسة الحيوية ومختبر الديناميات، UConn الصحة، فارمنجتون، ط م، الولايات المتحدة الأمريكية (الشكل 3). صمم لتحاكي ترتيب الأسنان فكي علوي داخل الفم وبعض الظروف داخل الفم مع توفير قياسات لقوة النظام التي تم إنشاؤها في جميع الطائرات الثلاث من الفضاء بدقة. المكونات الميكانيكية الرئيسية للسباحة هي جهاز اقتناء بيانات (دق) و "أجهزة استشعار" القوة/العزم نانو ومجسات الرطوبة، أجهزة استشعار درجة الحرارة وجهاز كمبيوتر شخصي. جهاز اختبار يوضع في حاوية زجاجية وجود ضوابط درجة الحرارة/الرطوبة. وهذا يسمح لمحاكاة جزئي للبيئة فموية. دق بمثابة واجهة لأجهزة الاستشعار ثلاثة: استشعار الرطوبة واستشعار القوة/لحظة، الثرمستور وأجهزة الاختبار مع أجهزة الاستشعار يقع على منصة (الشكل 3). وهذه ترتبط ببرنامج حاسوبي. البرنامج هو منصة وبيئة تطوير للبرمجة المرئية ويستخدم للتحكم في أنواع مختلفة من الأجهزة. أنها اختيرت لأتمتة المختبر أسلاك تقويم الأسنان.

يتم ترتيب سلسلة من الألومنيوم أوتاد على جهاز اختبار لتمثيل أسنان فكي علوي قوس الأسنان. اثنين من أوتاد تمثل القاطعة المركزية الحق والحق الأول المولى موصولة بأجهزة استشعار/تحميل خلايا (S1 و S2). هو خلية تحميل أحد الأجهزة ميكانيكية التي يمكن قياس القوى ولحظات المطبق عليه في جميع الطائرات الثلاث (x-y-z): F_xوو_yو_z؛ وم_س، م_ص، و M_z. أوتاد متوضعة بشكل منهجي لإنشاء نموذج قوس أسنان. كل شماعة مفصولة عن الأخرى قياس دقة مسجلة التي يتم حسابها باستخدام عرض متوسط السن كما لوحظ في المرضى الذين يخضعون للعلاج تقويم الأسنان. الشكل المختار للتجربة شكل قوس 'مغزليا' التي تم إنشاؤها من قالب موحد.

Protocol

1-الإعداد التجريبية

1. وضع علامة على موضع دقيق للموضع أنابيب المولى وأقواس القاطعة على أوتاد الألومنيوم للسباحة باستخدام مخصصة 'رقصة'.
2. السندات القياسية بين قوسين ligating ذاتيا مع المواد المركبة. الضوء علاج لمدة 40 ثانية.
3. إدراج 0.021 × 0.025 بوصة فولاذ المقاوم للصدأ (SS) 'مغزليا' أرتشويري فكي علوي في فتحات قوس.
4. ضع جهاز الاختبار في قاعة الزجاج.
5. التحقق من وجود أي التنشيط أرتشويري غير مقصودة. أي التنشيط أرتشويري سيقوم تلقائياً بإنشاء نظام قوة، التي سيتم عرضها على شاشة الكمبيوتر.
6. تغيير موضع الأقواس إذا لوحظ أي التنشيط أرتشويري. كرر الخطوات من 1.2-1.5.

2-تلفيق قالب أرتشويري (الشكل 4)

1. وضع أرتشويري (0.021 × 0.025 SS) في جهاز الاختبار.
2. استخدام علامة دائمة للإشارة إلى ما يلي: 1) خط الوسط و 2) نقطة القاصي فورا إلى قوس القاطعة (ط) 3) نقطة ميسيال فورا إلى أنبوب المولى (M). تفعل الشيء نفسه بالنسبة إلى جانب كونترالاتيرال أرتشويري. هذا هو قالب سلك القوس.
3. نقل أرتشويري مع نقاط ملحوظ على ورقة الرسم البياني.
4. إنشاء نسخة متماثلة دقيقة أرتشويري على ورق الرسم البياني.
   ملاحظة: يمكن استخدام هذه الورقة الرسم البياني لتحديد موقف الخامس-الانحناء لجميع أرتشويريس للعينة.
5. حساب محيط الجزء سلك القوس (L) من أنا إلى م.
6. والآن، مارك 11 نقطة من I إلى M. كل نقطة موقف الخامس-بيند مستقبلا.
   1. قم بتسمية كل نقطة من₀ إلى₁₀.
   2. تأكد من أن يتم فصل كل موقف بيند من جهة أخرى بمبلغ مساو.
7. الحصول على عدد/نسبة فريدة من نوعها لكل موقف ينحني بحساب/L لكل موقف.

3-وضع الانحناءات الخامس

1. أن أرتشويري جديدة من العينة.
2. وضعه على الورقة أرتشويري/رسم بياني للقالب ونقل أحد المواقع ثني أحد عشر ثنائيا أرتشويري.
3. استخدام إطالة أرتشويري مستطيلة أو إطالة أسلاك خفيفة لجعل الانحناءات الخامس متناظرة في كل المواقف.
4. المكان أرتشويري على منصة مسطحة/لوح زجاج، والتحقق من قياس زاوية أدلى به طرفي أرتشويري مع منقلة.
5. ضبط النهايات إذا لزم الأمر حتى بعد أن يتم إنشاء زاوية مقدارها 150 درجة.
6. كرر الخطوات من 3.1 إلى 3.5 لكل أرتشويريس من العينة.

4-قياس قوة النظام (الشكلان 5 و 6)

1. قم بفتح البرنامج لتسجيل البيانات (انظر الجدول للمواد).
2. قم بإنشاء مجلد جديد لحفظ البيانات.
3. انقر فوق 'تشغيل' بدء تشغيل البرنامج. سيعرض البرنامج كل من القوى الثلاث والقيم الثلاث-لحظة في كل أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي.
4. انتظر لمدة 10-15 ثانية تقريبا للتقلبات التي تحدث في برنامج لإيقاف تسجيل البيانات. تأكد من أن خطوط الرسم البياني على البرنامج لجميع المكونات لإظهار قوة النظام خط 'مسطحة'.
   ملاحظة: جميع القياسات ستة في كل أجهزة الاستشعار سوف تظهر القيم لا يعتد بها (قوات < 1 ز ولحظات < ز 10 مم).
5. إزالة بلطف 'جهاز اختبار' من النظام الأساسي. استخدام زراديه وينجارت لإدراج أرتشويري في أنابيب المولى.
6. فتح باب قوس القاطعة مع قشارة اللثة.
7. رفع الجزء الأمامي من أرتشويري وأدخله في فتحه قوس. تأكد من أن خط الوسط أرتشويري تتزامن مع خط الوسط جهاز الاختبار.
8. العودة على جهاز اختبار لمنهاج العمل وإغلاق باب الغرفة الزجاجية.
9. تعيين درجة الحرارة عند 37 درجة مئوية. انتظر لمدة دقيقة واحدة لدرجة حرارة الغرفة الزجاج لضبط.
10. انقر فوق الزر 'البدء في توفير' على البرنامج، والسماح للبرنامج لحفظ ونقل البيانات لمدة 10 ثوان على الأقل. انقر فوق الزر 'البدء في توفير' مرة أخرى وضع حد لنقل البيانات، ثم انقر فوق 'إيقاف'.
    ملاحظة: تولد كل دورة قياس القراءات 100 خلال الفترة الثانية 10 لكل مكون من مكونات (F_xو_y، و_z، م_س، م_صو M_z).
11. انتقل إلى المستند الذي يحتوي على البيانات المحفوظة، ونسخ وتصدير مجموعة البيانات إلى جدول بيانات تحليل بيانات مصممة مخصصة (انظر الجدول التكميلي). اختر رقم الموضع الخامس-بيند الصحيح والعينة الأسلاك محددة لإدراج البيانات.
12. كرر الخطوات 4، 3 إلى 4، 11 أرتشويريس 10 من ذلك الموقف بيند محددة.
13. الآن، نسخ الوسائل المحسوبة والانحرافات المعيارية أرتشويريس إلى جدول منفصل لإنشاء تمثيل رسومي للبيانات.
14. كرر الخطوات من 4.2 إلى 4.13 لجميع المواقف ينحني وأنواع من أرتشويريس.
    ملاحظة: أرتشويريس تتضمن، الفولاذ المقاوم للصدأ (SS)، وبيتا-التيتانيوم (ß-Ti)، مع الأحجام التالية: 0.016 x 0.022 بوصة ويبلغ 0.017 × 0.025 بوصة بوصة 0,019 × 0.025.

5-خطأ في التقييم

1. قم بتشغيل الكمبيوتر/البرامج كما هو موضح في الخطوات 4، 1-4، 4
2. إزالة جهاز 'اختبار' من النظام الأساسي.
3. الحصول على سلك SS 0.021 × 0.025 بوصة طول مستقيم. استخدام إطالة أسلاك خفيفة، ينحني واحدة من نهاية السلك إلى ربط صغيرة. إدراج نهاية الحرة أرتشويري في الأنبوب المولى من الجانب الأعلى.
4. ضع جهاز الاختبار مرة أخرى على المنصة.
5. إرفاق وزن معروفة (50 غ) إلى مأزق. وليكن شنق بحرية في الطائرة العمودية بإزالة أي نوع من التدخل. أغلق باب الغرفة الزجاجية.
6. اتبع الخطوات 4، 4، 10-11.
7. كرر الخطوات من 5، 1-5، 6 لقوس القاطعة.
8. أدخل قيم ق أ لكل من الأقواس و Mx للأنبوب المولى ك 'القيمة المقاسة.'
9. الآن تطبيق معادلات التوازن (انظر النص التكميلي) لحساب 'القيمة المتوقعة'.

النتائج

مجموع القوة ومجموع لحظة تواجهها كل أجهزة الاستشعار في وسط لوحة أجهزة الاستشعار هي ممثلة بمكوناتها الثلاثة المتعامدة: F_xوو_yو_z تمثل القوات على طول المحور السيني والصادي، ومحور ع، على التوالي؛ وم_xو M_yو M_z تمثل اللحظات حول المحاور نفسها. يتم ?...

Discussion

وقد درست أرتشويريس تقويم الأسنان في مختلف طرق^8،،^،من^910،11. أيضا قد تم تقييمها للخصائص الميكانيكية المختلفة، إلا أنها نادراً ما قد تم تحليلها لتحديد نظام القوة أنهم ذاهبون إلى إنشاء^12،13،...

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