לאלץ את המערכת עם V אנכי-כפיפות: הערכה 3D במבחנה של Archwires מלבני גמישה ונוקשה

Summary

השיטה המוצגת כאן נועד לבנות ולאמת במבחנה 3D דגם מסוגל למדוד את מערכת כוח שנוצר על ידי archwires שונים עם V-כפיפות בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות בין מערכת זו כוח עם סוגים שונים של archwires וכדי דגמים קודמים.

Abstract

הבנה נכונה של מערכת הכוח שנוצר על ידי מכשירים אורתודונטים שונים יכולים לעשות טיפול בחולים יעיל וצפוי. הפחתת המכשירים סוגר מרובה מסובך למערכת שני-הכן פשוטה לצורך הערכת מערכת כוח יהיה הצעד הראשון בכיוון הזה. עם זאת, הרבה ביומכניקה אורתודונטי בהקשר זה מוגבל 2D מחקרים ניסיוניים, המחשב דוגמנות/ניתוח או תיאורטי אקסטרפולציה של המודלים הקיימים. המטרה של פרוטוקול זה היא עיצוב, לבנות, לאמת במבחנה דגם התלת-ממד מסוגל למדוד את הכוחות והניח רגעים שנוצרו על-ידי archwire עם עיקול V בין שני הסוגריים. מטרות נוספות הן כדי להשוות את מערכת כוח שנוצר על ידי סוגים שונים של archwires בינם לבין עצמם על דגמים קודמים. למטרה זו, יש כבר מדומה מכשיר 2 x 4 המייצגים שן טוחנת שן חותכת. הבוחן חוט אורתודונטי (מצליח) בנוי בהיקף של שני מתמרים חיל ורב ציר או עומס תאים (nanosensors) אשר מחוברים הסוגריים אורתודונטי. התאים עומס מסוגלים למדוד את מערכת כוח כל שלושת המטוסים של שטח. שני סוגים של archwires, פלדת-טיטניום בטא של שלושה גדלים שונים (0.016 x 0.022 אינץ, 0.017 x 0.025 אינץ ו 0.019 x 0.025 אינץ), נבדקים. כל חוט מקבל אחד אנכי V-עיקול באופן שיטתי ממוקמים במיקום ספציפי עם זווית מוגדר מראש. V דומה-כפיפות משוכפלים על archwires שונים במקומות שונים 11 בין הקבצים המצורפים טוחנת, החותכת. זו הפעם הראשונה ניסיון נעשתה במבחנה כדי לדמות מכשיר אורתודונטי ניצול V-עיקולים על archwires שונים.

Introduction

היבט חשוב של טיפול אורטודנטי קליני הוא הידע של מערכת כוח המיוצר על ידי מכשירים multibracket. הבנה ברורה של עקרונות היסוד biomechanical יכול לעזור לספק תוצאות צפויות ולמזער תופעות לוואי פוטנציאליות¹. בשנים האחרונות ראינו מגמה הרחק הצבת כפיפות archwires על ידי בניית ההפעלה יותר עם סוגר מיקום ועיצוב; עם זאת, טיפול אורטודנטי מקיפה דורש עדיין המיקום של עיקולים בהתקף archwires. כפיפות, כאשר מניחים סוגים וגדלים של archwires, ניתן ליצור מגוון רחב של מערכות כוח מתאימים עבור סוגים שונים של התנועה השן. למרות מערכות כוח יכול להיות מורכב למדי כאשר השיניים מרובים נחשבים, נקודת התחלה שימושית יכול לכלול מערכת דו-הכן פשוטה.

עד כה, V-בנד מכניקה יש בעיקר נותחו לפי הסדר השני בלבד, ניצול מודלים מתמטיים^1,2,3,4,5 ו/או ניתוח/סימולציות מבוססת מחשב ⁶. זה הניב הבנה בסיסית של מערכת כוח מעורב האינטראקציה סדר שני החוטים קשת בסוגריים סמוכים (איור 1). עם זאת, שיטות אלה להטיל תנאי גבול מסוים על מנת להריץ סימולציות זה אולי לא מחזיקה נכון במצבים קליניים בפועל, סטיות אפשריות. לאחרונה, במבחנה מודל חדש מעורבים כוח מתמרים הוצע למדידת שלושה כוחות תלת-ממדי (3D), רגעים שנוצרו על-ידי הערכת לא רק השני להזמין הסוגר archwire אינטראקציות אלא גם סדר שלישי⁷. עם זאת, ההשפעה של סוגים שונים של archwires על מערכת כוח שונים ומעמדות בנד לאורך טווח archwire טוחנת החותכת לא הוערך. בנוסף, המחקר מעורב רק הערכה של archwires אורתודונטי אלסטי, אשר אינם archwires הראשית איזו שן תנועה מתרחשת. לכן, מטרת מחקר זה היתה להעריך את מערכת כוח שנוצרו על-ידי הצבת עיקול-V במקומות שונים מלבני פלדת אל-חלד, archwires-טיטניום בטא ב- 3D להגדיר מעורבים הסוגריים טוחנת, החותכת. קלינאים צריך לדעת מערכת כוח שהוחלו על שיניים כאשר שילוב מסוים של שילוב הכן archwire משמש כדי לתקן את ליקוי סגר.

הטכניקה המתוארת פותחה כדי לחקור את מערכת כוח אורתודונטי כל שלושת המטוסים של מרחב, מחקה את המציאות הקלינית. . זה להיות מובן כי זה מאוד קשה למדוד את מערכת כוח קלינית; לכן, מדידות כאלה צריך להתבצע בתוך חוץ גופית. ההנחה היא כי מערכת כוח שנוצרו על-ידי V-עיקול המעבדה יהיה דומה אם משוכפלת לתוך הפה של המטופל. זרימת עבודה נוצר כדי להעריך איך הגדרת הניסוי חייב להיות מוגדר (איור 2).

חוט אורתודונטי הבודק (מצליח) הוא מוצר חדשני שפותח על ידי חלוקה של אורתודונטיה בשיתוף עם בביו-הנדסה & Biodynamics מעבדה, UConn בריאות, בפרמינגטון, CT, ארה ב (איור 3). זה נועד כדי לחקות במדויק את הסידור של השיניים בלסת העליונה בתוך הפה, כמה תנאים אינטרה-אוראלי תוך מתן מידות של מערכת כוח שנוצרו בכל שלושת המטוסים של שטח. המרכיבים העיקריים מכני של חמושים הם נתונים רכישת התקן (DAQ), חיישנים ננו כוח/מומנט, חיישני לחות, חיישני טמפרטורה, מחשב אישי. מנגנון הבדיקה מונחת במארז זכוכית יש בקרת טמפרטורה/לחות. דבר זה מאפשר סימולציה חלקית של הסביבה אוראלית. DAQ משמש הממשק עבור שלושה חיישנים: סנסור לחות, חיישן כוח/רגע, thermistor, מנגנון בדיקה עם חיישנים הממוקם על פלטפורמה (איור 3). אלה מקושרים תוכנה. התוכנה היא פלטפורמה סביבת פיתוח עבור תכנות ויזואלי, והוא משמש כדי לשלוט בסוגים שונים של חומרה. זה נבחר כדי להפוך לאוטומטי הבודק חוט אורתודונטי.

סדרה של אלומיניום יתדות מסודרים על מנגנון בדיקה כדי לייצג את השיניים של קשת השיניים בלסת העליונה. שני היתדות המייצגים את חותכת מיד טוחנת הראשון מחובר חיישנים/טען תאים (S1, S2). תא המטען הוא מכשיר מכני יכול למדוד את הכוחות ואת הרגעים הוחלה על כל שלושת המטוסים (x-y-z): F_x, F_yו- F_z; ו M_x, M_yו- M_z. היתדות ממוקמות באופן שיטתי כדי ליצור טופס לקשת שיניים. כל פג מופרד מן האחר על ידי מדידה בדיוק מוקלטות המחושבת באמצעות רוחב ממוצע השן כפי שנצפתה בחולים שעברו טיפול אורטודנטי. הצורה שנבחרה לניסוי היא צורה קשת 'אובאלית' נוצר מתבנית סטנדרטית.

Protocol

1. הגדרת הניסוי

1. לסמן את המיקום המדויק את המיקום של צינורות טוחנת, החותכת מרובעים על יתדות אלומיניום חמושים על-ידי שימוש מותאם אישית 'ג'יג'.
2. תקן בונד עצמית נבדק מרובעים עם חומר מרוכב. אור מרפא 40 שניות.
3. הכנס 0.021 x 0.025 אינץ נירוסטה (הה) 'אובאלית' בלסת העליונה archwire חריצי הכן.
4. מקם את המנגנון הבדיקה בתא זכוכית.
5. הסימון עבור כל הפעלה archwire לא מכוונות. בכל הפעלה של archwire ייצור באופן אוטומטי מערכת כוח, אשר יוצג על מסך המחשב.
6. למקם מחדש את כני אם נצפית בכל הפעלה archwire. חזור על שלבים 1.2-1.5.

2. ייצור של Archwire התבנית (איור 4)

1. המקום של archwire (0.021 x 0.025 SS) במנגנון הבדיקה.
2. להשתמש בסמן קבוע כדי לציין את הדברים הבאים: 1). האמצע, 2) נקודת מיד דיסטלי בתושבת החותכת (I), ונקודת 3) מיד mesial את הצינור טוחנת (ז). עושה אותו הדבר על הצד contralateral של archwire זהו החוט לקשת תבנית.
3. להעביר את archwire עם הנקודות המסומנות נייר גרף.
4. לעשות העתק מדויק של archwire על הנייר גרף.
   הערה: נייר גרף זה יכול לשמש כדי לקבוע את המיקום של העיקול-V עבור archwires כל המדגם.
5. חישוב היקף חוט קשת הקטע (L) מן מ'.
6. עכשיו, לסמן נקודות אני 11 מ'. כל נקודה היא עמדה V-בנד בעתיד.
   1. תווית כל נקודה מ-₀ עד₁₀.
   2. ודא כי לכל תפקיד בנד מופרד מן האחר שווה.
7. להשיג מספר/יחס ייחודי לכל תפקיד עיקול על ידי חישוב / L לכל תפקיד.

3. המיקום של V-עיקולים

1. קח archwire חדש מדגם.
2. למקם אותו על הנייר archwire/גרף תבנית ולהעביר באחד המיקומים בנד 11 בשני הצדדים archwire.
3. להשתמש plier archwire מלבנית או plier חוט אור לעשות V-כפיפות סימטרית-בשני המיקומים.
4. מניחים את archwire על משטח שטוח/לוח זכוכית וסמנו את המדידה של הזווית שנעשו על ידי שני הקצוות של archwire עם מד-זווית.
5. להתאים את הקצוות במידת הצורך כך נוצרת זווית של 150 מעלות.
6. חזור על הצעדים 3.1-3.5 archwires כל המדגם.

4. מדידת מערכת כוח (דמויות 5 ו- 6)

1. פתח את התוכנית תוכנה להקלטת הנתונים (ראה טבלה של חומרים).
2. צור תיקיה חדשה עבור הנתונים יישמרו ב-.
3. לחץ על 'הפעלה' כדי להפעיל את התוכנה. התוכנית תציג כל אחד שלושת הכוחות והערכים שלוש-רגע-כל חיישן בזמן אמת.
4. להמתין כ 10-15 שניות תנודות בנתונים הקלטה תוכנה כדי לעצור. ודא הקווים גרף על התוכנה עבור כל הרכיבים של המופע מערכת כוח קו 'שטוח'.
   הערה: כל המדידות 6-כל חיישן יציג ערכי זניח (כוחות < 1 g ורגעים < 10 g מ מ).
5. הסר בעדינות את המנגנון.' בדיקה' פלטפורמת. השתמש plier Weingart להכניס את archwire של הצינורות טוחנת.
6. לפתוח את הדלת של הסוגריים החותכת עם מנקה קשקשים חניכיים.
7. הרם את החלק הקדמי של archwire, להכניס אותו לתוך החריץ סוגר. ודא כי האמצע של archwire עולה בקנה אחד עם הקו האמצעי על מנגנוני בדיקה.
8. להחזיר את המנגנון בדיקות פלטפורמת וסגור את הדלת של החדר זכוכית.
9. הגדר את הטמפרטורה ב 37 º C. המתן דקה אחת על טמפרטורת החדר זכוכית כדי להתאים.
10. לחץ על לחצן "התחל שמירה" על התוכנה ולאפשר את התוכנה שמור/העברה של נתונים למשך 10 שניות לפחות. לחץ על לחצן "התחל לחסוך" שוב כדי לסיים את העברת נתונים ולאחר מכן לחץ על 'עצור'.
    הערה: בכל מחזור מדידה יוצרת קריאות 100 על התקופה השנייה 10 עבור כל אחד מהרכיבים (F_x, F_y, F_z, M_x, M_yו- M_z).
11. למסמך הכולל את הנתונים שנשמרו ולאחר העתק/ייצוא ערכת הנתונים לגיליון ניתוח נתונים מעוצב מותאם אישית (ראה טבלה משלים). לבחור את המספר הנכון של מיקום V-בנד של המדגם תיל ספציפיות כדי להוסיף את הנתונים.
12. חזור על הצעדים 4.3 כדי 4.11 archwires 10 עמדה בנד הספציפי הזה.
13. עכשיו, להעתיק את האמצעים מחושב ואת סטיות תקן עבור archwires גיליון אלקטרוני נפרדות כדי ליצור ייצוג גרפי של הנתונים.
14. חזור על שלבים 4.2 ל 4.13 עבור עמדות לעיקול כל סוגי archwires.
    הערה: archwires כוללים, נירוסטה (הה)-טיטניום בטא (ß-Ti), בגדלי הבאים: 0.016 x 0.022 אינץ, 0.017 x 0.025 אינץ ו 0.019 x 0.025 אינץ.

5. שגיאה הערכה

1. הפעל את המחשב/תוכנה כמתואר בצעדים 4.1-4.4
2. הסר את המנגנון.' בדיקה' הפלטפורמה.
3. להשיג את חוט אורך ישר 0.021 x 0.025 אינץ האס. אס. באמצעות פלייר של חוט אור, כיפוף קצה אחד של החוט לתוך קרס קטנה. הכנס בסוף חינם archwire הצינור טוחנת מן הצד דיסטלי.
4. למקם את המנגנון הבדיקה בחזרה על הרציף.
5. משקל ידוע (50 גרם) לצרף הקרס. . תן את זה לתלות בחופשיות במישור האנכי על-ידי הסרת כל סוג של הפרעה. סגור את הדלת של החדר זכוכית.
6. בצע את שלבים 4.10-4.11.
7. חזור על הצעדים 5.1-5.6 הסוגריים החותכת.
8. הזן את הערכים Fz עבור מרובעים והן Mx בים טוחנת כמו 'ערך נמדד.'
9. כעת החל את המשוואות של שיווי משקל (ראה טקסט משלים) כדי לחשב את "ערך צפוי'.

תוצאות

כוח מוחלט, סה כ רגע מנוסים על ידי כל חיישן במרכז הצלחת חיישן מיוצגים על-ידי שלושה מרכיבים אורתוגונלית שלהם: F_x, F_yו- F_z מייצג את הכוחות לאורך ציר ה-x, ציר ה-y, ציר z, בהתאמה; מ'_x, M_yו- M_z מייצג את הרגעים סביב הצירים אותו. המדידות הראשונית בחיישנים מו?...

Discussion

Archwires אורתודונטי נחקרו שונים דרכים^8,9,10,11. הם גם הוערכו עבור תכונות מכאניות שונות, אך הן רחוקות נותחו לקביעת מערכת כוח שהם הולכים ליצור^12,13,14,15. בדיקות ?...

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