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要約

ここで紹介した方法は、構築し、体外で3 D のモデルの検証 V 曲げの 2 つのブラケットの間に配置と異なるアーチワイヤによって生成された力システムの測定が可能です。追加目標がこの力システム異なったタイプ アーチワイヤのおよび以前のモデルを比較します。

要約

様々 な矯正装置によって作成された力システムの適切な理解は、効率的かつ予測可能な患者の治療をことができます。力システム評価の目的のための単純な 2 ブラケット システムに複雑なマルチブ ラケット装置を減らすこの方向の最初のステップになります。ただし、矯正のバイオメカニクスの多くはこの点で 2 D の実験的研究、コンピューター モデリング ・解析又は既存モデルの理論的な外挿に限定されます。このプロトコルの目的は、設計、構築および生体外で3 D のモデルの検証力を測定することができる、2 つのブラケットの間 V 曲げとワイヤーによって生成された瞬間が配置されます。追加目標、アーチワイヤ彼ら自身の間で、以前のモデルの種類によって生成される力システムを比較します。この目的のため、切歯と臼歯を表す 2 x 4 アプライアンスのシミュレーションを行った。2 つの多軸荷重トランスデューサーから成る矯正ワイヤー テスター (OWT) を構築または負荷 (ナノセンサー) 細胞矯正用のブラケットが接続されています。ロード セルはスペースのすべての 3 つの面で力を計測が可能です。アーチワイヤ、ステンレス鋼と 3 種類のサイズ (0.016 × 0.022 インチ、0.017 × 0.025 インチと 0.019 × 0.025 インチ) の β チタンの 2 種類をテストします。各ワイヤは、体系的に定義済みの角度の特定の位置に置かれた単一垂直・ V-ベンドを受け取ります。似たような V 字曲がりは切歯と大臼歯の添付ファイルの間の 11 の異なる場所で異なるアーチワイヤにレプリケートされます。これは、異なる型の V 曲げを利用した矯正装置をシミュレートするために生体外で試みをしました初めてです。

概要

矯正治療の重要な側面は、マルチブ プロデュース力システムの知識です。生体力学的原則を明確に理解は、予測可能な結果を提供し、潜在的な副作用1を最小限に抑えることができます。近年ではブラケット位置とデザイン; より多くの活性化を構築することによりアーチワイヤにベンドを置くことから離れていく傾向ただし、包括的矯正治療には、アーチワイヤのベンドの配置が必要です。曲がり、さまざまな種類と、型のサイズに置かれたとき歯の移動の異なるタイプに適したさまざまな力系を作成できます。複数の歯を考慮する場合、力のシステムはかなり複雑になってが役に立つ出発点はシンプルな 2 ブラケット システムを含むことができます。

日には、V 曲げ力学主に分析されている 2 番目の注文のみ、数理モデル1,2,3,4,5やコンピューターによる解析・ シミュレーションの活用で6。 これは隣接するブラケット (図 1) アーチ ワイヤの 2 番目の注文のインタラクションに関わる力システムの基本的な理解をもたらした。ただし、これらのメソッドは、実際の臨床場面に当てはまるかもしれないシミュレーションを実行するために特定の境界条件を課す、偏差が発生する可能性があります。最近では、3 次元 (3 D) 力を測定するため力変換器を含む新しい体外モデルを提案したし、瞬間だけでなく評価し、作成第二ワイヤー ブラケットの相互作用もで注文第 3 順序7。ただし、アーチワイヤのさまざまな種類の切歯臼歯ワイヤー スパンに沿って様々 なベンド位置で力系に及ぼす影響が評価されなかった。また、研究だけはどの歯の動きが発生するプライマリ アーチワイヤ弾性の矯正アーチワイヤの評価に関与。したがって、本研究の目的は、長方形のステンレス鋼の β チタン アーチワイヤ切歯と大臼歯のかっこを含むセットアップ 3 D で別の場所で V 字の配置によって作成された力システムを評価するためだった。臨床医は、歯とワイヤー ブラケット結合の特定の組み合わせに適用される力システムを使用して不正咬合を修正知っている必要があります。

臨床の現実を模倣したスペースのすべての 3 つの平面で矯正力システムを勉強する記述されている技術を開発しました。それは臨床的に; 力システムを測定する非常に困難である理解されるべきしたがって、そのような測定は体外に実施される必要があります。それは実験室で V ベンドによって作成された力システムになるは患者さんの口の中でレプリケートされている場合と同様と見なされます。ワークフローの作成を評価する方法を実験の設定がなければならない (図 2) を構成します。

矯正ワイヤー テスター (OWT) は、バイオ エンジニア リング ・ バイオダイナミクス研究所 UConn 健康、ファーミントン、CT、アメリカ合衆国 (図 3) とのコラボレーションで矯正歯科部門が開発した革新的な製品です。それはスペースのすべての 3 つの平面で作成された力システムの測定を提供しながら口といくつかの口腔内条件内上顎歯の配置を正確に模倣するように設計されています。データ集録 (DAQ) デバイス、ナノ フォース/トルク センサー、湿度センサー、温度センサー、パソコン、OWT の主要な機械部品です。試験装置は、温度/湿度コントロールを持つガラスのエンクロージャに配置されます。口腔内環境の部分的なシミュレーションが可能になります。DAQ は、3 つのセンサーのインターフェイスとして機能: 湿度センサー、フォース/モーメント センサー、サーミスタ、プラットフォーム (図 3) に位置センサー試験装置。これらは、ソフトウェア プログラムにリンクされます。ソフトウェアは、プラットフォームと視覚的プログラミングの開発環境と異なる種類のハードウェアを制御するために使用します。矯正ワイヤー テスターを自動化に選ばれました。

アルミ製ペグのシリーズは、上顎の歯列弓の歯を表現する試験装置に配置されます。右側中切歯と右側第 1 大臼歯を表すペグの 2 つは、センサー/ロードセル (S1 および S2) に接続されます。ロードセルは力とモーメント (x ・ y ・ z) すべての 3 つの面で適用を測定できる機械装置: FxFy、および Fz;MxMy、および Mz。ペグは歯列弓形態を作成する体系的に配置されています。各ペグは、矯正治療を受けている患者に見られる平均歯幅を使用して計算されます正確に記録された測定で互い区切られます。実験のために選ばれた図形は、標準化されたテンプレートから作成された '卵形' アーチ形式です。

プロトコル

1. 実験装置

  1. カスタマイズされた '具' を使用して大臼歯チューブと、OWT のアルミ製ペグに切歯かっこの配置のための正確な位置をマークします。
  2. 複合材料と標準的なセルフ ライゲーティング ブラケットを接着します。40 秒間硬化させます。
  3. 0.021 × 0.025 インチ ステンレス鋼 (SS) '卵形' 上顎ワイヤーをブラケット スロットに挿入します。
  4. ガラス製試験容器に試験装置を配置します。
  5. 任意の意図しないワイヤー活性化を確認します。任意の活性化、ワイヤーの力システムでは、コンピューターの画面に表示されるが作成されます自動的に。
  6. 任意ワイヤーの活性化が観察される場合、ブラケットの位置を変更します。1.2 1.5 の手順を繰り返します。

2. テンプレート ワイヤー (図 4) の作製

  1. ワイヤーを配置 (0.021 × 0.025 SS) 試験装置で。
  2. 永久的なマーカーを使用して、次を示す: 1) 正中線、2) (I)、切歯ブラケットにすぐに遠位のポイント、3) 大臼歯チューブ (M) にすぐに近心ポイント。ワイヤーの側に同じことを行います。これは、テンプレートの線材です。
  3. グラフ用紙にマークされたポイントでワイヤーを転送します。
  4. グラフ用紙に、ワイヤーの正確なレプリカを作る。
    注: このグラフ用紙は、サンプルのすべての型の V 字の位置を決定する使用できます。
  5. M からアーチ ワイヤのセグメント (L) の境界を計算します。
  6. 今、M から 11 ポイントをマークします。各ポイントは将来 V ベンド位置です。
    1. 0から10までの各点のラベルを付けます。
    2. 各ベンド位置が等しい量によって他から分離されてことを確認します。
  7. 計算することによって各ベンド位置のユニークな番号/比率を取得する/各位置のための L。

3. V 字の配置

  1. サンプルから新しいワイヤーを取る。
  2. テンプレート ワイヤー/グラフ用紙上に配置し、ワイヤーは二国間 11 ベンド位置の 1 つを転送します。
  3. 長方形ワイヤー ペンチまたはライトのワイヤー ペンチを使用して、両方の位置で対称 V カーブ。
  4. ガラス スラブ/フラット プラットフォーム上、ワイヤーを置き、分度器で、ワイヤーの両端の角度の測定をチェックします。
  5. 150 ° の角度が作成されるように、両端を必要に応じて調整します。
  6. サンプルのすべての型の 3.1 から 3.5 の手順を繰り返します。

4. 測定力システム (図 5 および 6)

  1. (材料の表を参照してください) データを記録するためのソフトウェア プログラムを開きます。
  2. 保存するデータ用の新しいフォルダーを作成します。
  3. ソフトウェアを起動する ' を実行' をクリックします。プログラムは、リアルタイムで各センサーでそれぞれの 3 つの力と 3 瞬間値が表示されます。
  4. 録音を停止するソフトウェア データの変動の約 10-15 秒待ちます。力システム ショー 'フラット' の行のすべてのコンポーネントのためのソフトウェアのグラフの線を確認します。
    注: 各センサーで六つの測定をすべて無視できる値 (力 < 1 g と瞬間 < 10 g の mm) が表示されます。
  5. 優しくプラットフォームから '試験装置' を削除します。ウェインガート ペンチを使用して、モルのチューブに、ワイヤーを挿入します。
  6. 歯周のスケーラーと切歯ブラケットのドアを開きます。
  7. ワイヤーの前部を持ち上げ、ブラケット スロットに挿入します。試験装置の正中線と、ワイヤーの正中線が一致することを確認します。
  8. プラットフォームに試験装置を戻り、ガラスの部屋のドアを閉じます。
  9. 37 ° C の温度を設定します。調整するガラス容器の温度を 1 分間待ちます。
  10. ソフトウェア 'の保存を開始' ボタンをクリックして、10 秒以上のデータを保存/転送ソフトウェアを許可します。データ転送を終了し、'stop' をクリックして 'の保存を開始' ボタンをクリックします。
    注: 各測定サイクルは、各コンポーネント (FxFyFzMxMyや Mz) の 10 秒間に 100 回の測定を生成します。
  11. 保存されているデータを含むドキュメントに移動し、コピー/エクスポート カスタム設計されたデータ分析スプレッドシートにデータ セット (別表参照)。正しい V ベンド位置番号と特定のワイヤ サンプル データを挿入するを選択します。
  12. その特定のベンド位置の 10 アーチワイヤの 4.3 から 4.11 への手順を繰り返します。
  13. 今、計算されることを意味し、アーチワイヤの標準偏差をデータのグラフィカルな表現を作成する別のスプレッドシートにコピーします。
  14. すべてのベンドの位置と型の型の 4.13 に 4.2 の手順を繰り返します。
    注: アーチワイヤなどステンレス鋼 (SS) と β-チタン (β チタン)、次のサイズ: 0.016 × 0.022 インチ、0.017 × 0.025 インチと 0.019 × 0.025 インチ。

5. エラーの評価

  1. 4.1 4.4 の手順の説明に従ってコンピューター/ソフトウェアを実行します。
  2. プラットフォームから '試験装置' を削除します。
  3. 直線の長さ × 0.025 0.021 インチ SS ワイヤを取得します。ライトのワイヤー ペンチを使用して、小さなフックにワイヤの一方の端を曲げます。遠位側から大臼歯チューブ、ワイヤーの自由端に挿入します。
  4. プラットフォームに戻って試験装置を配置します。
  5. 知られている重量 (50 g) をフックに取り付けます。それはあらゆる種類の干渉を除去することによって垂直面内で自由に掛かるみましょう。ガラスの部屋のドアを閉じます。
  6. 4.10 4.11 の手順に従います。
  7. 切歯ブラケットの 5.1 5.6 の手順を繰り返します。
  8. '測定値' 大臼歯チューブ用ブラケットと Mx の Fz 値を入力します。
  9. 今の平衡方程式を適用 (補足テキストを参照)「期待値」を計算するには

結果

力の合計と総モーメント センサー プレートのセンターで、各センサーによって経験される、3 つの直交成分で表されます: FxFy、および Fzを x 軸、y 軸、および z 軸に沿って力を表すそれぞれ;MxMy、および Mz同じ軸まわりの慣性モーメントを表します。センサーの初期の測定は、ブラケット (図 7) ?...

ディスカッション

様々 な方法8,9,10,11矯正アーチワイヤを調べた。各種力学的性質の評価も、彼らはほとんど12,13,14,15を作成しようとして、力の単位を決定するために分析されています。3 点曲げ試験、評価矯正アーチ?...

開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

著者は、特に夫妻アーディティヤ チバーとラビンドラ ナンダこの仕事を可能にしたすべての同僚を認めたいと思います。著者は、このプロジェクトの開発中に提供される施設の UCONN 健康でバイオダイナミック農法・ バイオ エンジニア リングの研究室を感謝したいです。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Force/Torque  Sensors/TransducersNano17 F/T Sensors,  ATI Industrial Automation, Apex, NC, USAPart of the OWT
CHS Series Humidity  Sensor Units  TDK CorporationPart of the OWT
Temperature sensors(Murata NTSDXH103FPB30 thermistor) Murata Manufacturing Co., LtdPart of the OWT
LabVIEW 7.1. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench, Version 7.1Software Program
Self-Ligating brackets Empower Series, American Orthodontics.Orthodontic Brackets
Stainless steel archwiresUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTArchwires
Beta-Titanium ArchwiresUltimate Wireforms, Inc. in Bristol, CTArchwires
Data acquisition device (DAQ)National Instruments (NI) USB 6210Part of the OWT
Ortho Form III (Archform template)3M Oral Care, St. Paul, MN, USAOvoid arch form
Weingart PlierHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILOrthodontic Plier
Light wire PlierHu-Friedy Mfg. Co., LLC Chicago, ILOrthodontic Plier

参考文献

  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).
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  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).
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  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).
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  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).

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