Сила системы с вертикальной V-поворотах: 3D в Vitro оценки упругих и жесткой прямоугольные брекетах

Резюме

Метод здесь представлены предназначен для создания и проверки в vitro 3D модели способный измерять силу системы, порожденных различными брекетах с V-поворотах две скобки. Дополнительные цели должны сравнить эту силу системы с различными типами брекетах и предыдущих моделей.

Аннотация

Правильное понимание системы сил, созданных различными ортодонтических аппаратов можно сделать лечение больных, эффективной и предсказуемой. Сокращение сложные приборы мульти кронштейн для простых двух брекет-системы с целью оценки силы системы будет первым шагом в этом направлении. Однако большая часть ортодонтические биомеханики в этой связи ограничивается 2D экспериментальных исследований, компьютерного моделирования/анализа или теоретические экстраполяции существующих моделей. Цель настоящего Протокола заключается в том, для проектирования, строительства и проверить в vitro 3D модель измерения силы и моменты, порожденных дуга с V-Бенд помещены между двумя скобками. Дополнительные цели должны сравнить системы сил, порожденных различные виды брекетах между собой и с предыдущими моделями. Для этой цели были смоделированы 2 x 4 прибор, представляющий молярной и резца. Тестер ортодонтической проволоки (OWT) построен, состоящий из двух преобразователей многоосевые силы или нагрузки клетки (Наносенсоры) к которой прикреплены ортодонтические скобы. Нагрузки клетки способны измерять силу системы во всех трех плоскостях пространства. Два типа брекетах, нержавеющей стали и бета Титан трех разных размеров (0.016 x 0,022 дюйм, 0.017 x 0,025 дюйма и 0,019 х 0,025 дюйма), проходят испытания. Каждый провод получает один вертикальные V-Бенд систематически помещены в определенной позиции с углом заранее. Подобные V-изгибы, реплицируются на различных брекетах в 11 разных местах между молярной и резца вложения. Это первый раз, когда предпринята попытка в пробирке для имитации ортодонтические прибора, используя V-отводы на различных брекетах.

Введение

Важным аспектом клинических ортодонтического лечения является знание системы сил, производимые multibracket техника. Четкое понимание основополагающих биомеханических принципов может помочь доставить предсказуемые результаты и свести к минимуму потенциальные побочные эффекты¹. Последние годы наблюдается тенденция отхода от размещения изгибы в брекетах путем создания более активации с позиции кронштейн и дизайн; Однако комплексное ортодонтическое лечение по-прежнему требует размещения изгибы в брекетах. Изгибы, помещенный в различных типов и размеров брекетах, можно создавать широкий спектр систем силы подходит для различных типов зуб движения. Хотя силы системы может стать довольно сложным, когда рассматриваются несколько зубов, полезной отправной точкой может включать простых двух брекет-системы.

На сегодняшний день, второй только в порядке, используя математические модели^1,2,3,,45 и/или компьютерного анализа/моделирования главным образом были проанализированы V-Бенд механики ⁶. это принесло базовое понимание системы сил, участвующих в второго порядка взаимодействия арочных провода с прилегающих скобки (рис. 1). Однако эти методы навязать определенные граничные условия для выполнения моделирования, которые могут не выполняться в фактических клинических ситуациях и отклонения могут возникнуть. Недавно Новая в vitro модель с участием датчики силы было предложено для измерения три трехмерные (3D) силы и моменты, созданную путем вычисления не только второго порядка взаимодействия дуга кронштейн но и третьего порядка⁷. Однако не оценивали эффект различных типов брекетах в системе сил на различных позициях изгиб вдоль пролета Молярная дуга резца. Кроме того в исследовании только приняли участие оценки упругих ортодонтические брекетах, которые не являются основной брекетах, на котором зуба происходит движение. Таким образом цель данного исследования заключалась в оценке силы системы, созданной размещение V-Бенд в разных местах в прямоугольные из нержавеющей стали и бета Титан брекетах в 3D, создана с участием молярной и резца скобки. Клиницисты должны знать, что сил системы, применяется на зубочелюстной системы, когда определенную комбинацию дуга кронштейн сочетание используется для исправления неправильного прикуса.

Описан метод был разработан для изучения системы ортодонтические силы во всех трех плоскостях пространства, подражая клинической реальностью. Это следует понимать, что это чрезвычайно трудно измерить силу системы клинически; следовательно такие измерения должны осуществляться в пробирке. Предполагается, что силы системы, созданной V-Бенд в лаборатории будет аналогично если реплицируется в рот пациента. Был создан рабочий процесс для оценки как экспериментальная установка должна быть настроена (рис. 2).

Тестер ортодонтической проволоки (OWT) является инновационный продукт, разработанный Отделом ортодонтии в сотрудничестве с биоинженерии и лаборатории биодинамических, UConn здоровья, Фармингтон, CT, США (рис. 3). Он предназначен для точно имитировать расположение верхнечелюстной зубов в полости рта и некоторые интраоральных условий обеспечивая измерения силы системы, созданные во всех трех плоскостях пространства. Основные механические компоненты OWT являются устройства сбора данных (DAQ), nano сила/вращающий момент датчики, датчики влажности, датчики температуры и персональный компьютер. Тестирование аппарат помещается в стекло корпуса, имея контроля температуры и влажности. Это позволяет для частичного моделирования интраоральные окружающей среды. DAQ служит интерфейсом для трех датчики: датчик влажности, датчик силы/момент, термистор и тестирования аппарата с датчиков, расположенных на платформе (рис. 3). Они связаны с программное обеспечение программы. Программное обеспечение является платформа и среда разработки для визуального программирования и используется для управления различных типов оборудования. Он был выбран для автоматизации тестер ортодонтической проволоки.

Серия алюминия колышки расположены на тестирование аппарат для представления зубы верхнечелюстной зубной дуги. Два из колышков, представляющий право резца и право первого моляра связаны датчики/Тензодатчики (S1 и S2). Тензодатчик является механическое устройство, которое можно измерить силы и моменты, применяется во всех трех плоскостях (x-y-z): F_x,_yF и F_z; и M_xM_yи M_z. Колышки систематически позиционируется для создания арочной формы. Каждый колышек отделена от других точно записанные измерения, которая рассчитывается средняя зуб ширины как наблюдается у пациентов, перенесших ортодонтическое лечение. Форма, выбранных для эксперимента является «яйцевидные» арка форма, созданная на основе стандартизированных шаблона.

протокол

1. Экспериментальная установка

1. Марк точное положение для размещения резца скобки на алюминиевых колышки OWT и молярной труб с помощью заказной «jig».
2. Бонд стандарт самостоятельно безлигатурные скобки с композитного материала. Полимеризуйте в течение 40 секунд.
3. Вставьте 0,021 x 0,025-дюймовый Нержавеющая сталь (СС) «яйцевидные» верхнечелюстной дуга в отверстия кронштейна.
4. Место тестирования аппарата в зале стекла.
5. Флажок для активации любого непреднамеренного дуга. Любое активации дуга автоматически создаст систему силы, которая будет отображаться на экране компьютера.
6. Переместите скобки, если наблюдается любой дуга активации. Повторите шаги 1.2-1.5.

2. Изготовление шаблона дуга (рис. 4)

1. Место дуга (0,021 x 0,025 СС) тестирования аппарата.
2. Использовать постоянный маркер, чтобы указать следующее: 1) по средней линии, 2) точки немедленно дистальнее скобу резца (I) и 3) точки немедленно медиальный Молярная трубку (M). Сделайте то же самое для контралатеральной стороны дуга. Это шаблон арочных провода.
3. Передача дуга с точки отмеченные на миллиметровой бумаге.
4. Сделайте точную копию дуга на миллиметровой бумаге.
   Примечание: Этот Диаграммная бумага может использоваться для определения положения V-Бенд для всех брекетах образца.
5. Вычислите периметр арочных провода сегмента (L) от I до М.
6. Теперь Марк 11 очков от I до М. Каждая точка является будущее положение V-Бенд.
   1. Этикетке каждой точки от₀ до₁₀.
   2. Убедитесь, что каждое положение загиба отделена от другой равную сумму.
7. Получить уникальный номер/коэффициент для каждой позиции Бенд путем вычисления / Л для каждой позиции.

3. размещение V-отводы

1. Возьмите новый дуга из образца.
2. Поместите его на шаблон дуга/миллиметровой бумаге и на двусторонней основе передавать одну из позиций одиннадцать Бенд дуга.
3. Используйте прямоугольный дуга плоскогубцев или легкие провода плоскогубцы, чтобы симметричный V-отводы на обеих позициях.
4. Место дуга на платформе плиты/плоские стекла и проверьте измерения угла, сделанное двумя концами дуга с угломером.
5. Концы при необходимости настройте так, что создается угол 150°.
6. Повторите шаги 3.1 до 3.5 для всех брекетах образца.

4. Измерение силы системы (рисунки 5 и 6)

1. Откройте программу программное обеспечение для данных записи (см. Таблицу материалы).
2. Создайте новую папку для данных может быть сохранен в.
3. Нажмите «запустить» для запуска программного обеспечения. Программа будет отображать каждый из трех сил и три момент значений на каждый датчик в режиме реального времени.
4. Подождите примерно 10-15 секунд для колебаний в данных, программного обеспечения для остановки записи. Убедитесь, что график линии на программное обеспечение для всех компонентов в силу системы шоу «плоский» линии.
   Примечание: все шесть измерений на каждый датчик покажет незначительный значения (силы < 1 g и моменты < 10 g мм).
5. Аккуратно удалите «тестирования аппарата» от платформы. Используйте плоскогубцы Вейнгарт для вставки дуга в молярной трубы.
6. Откройте дверь резца кронштейн с периодонтальной скалер.
7. Поднимите переднюю часть дуга и вставьте ее в слот кронштейн. Убедитесь, что срединная дуга совпадает с midline тестирования аппарата.
8. Вернуться испытаний аппарата на платформу и закрыть дверь стекло камеры.
9. Задать величину температуры при 37 ° C. Подождите одну минуту Температура стекла камеры для регулировки.
10. Нажмите кнопку «начать экономить» на программное обеспечение и программное обеспечение для сохранения/передачи данных для по крайней мере 10 секунд. Нажмите кнопку «начать экономить» еще раз, чтобы положить конец передачи данных, а затем нажмите кнопку «Стоп».
    Примечание: Каждый цикл измерений генерирует 100 замеров в течение 10 секунд для каждого компонента (F_x,_yF, F_z, M_x, M_yи M_z).
11. Перейдите в документ, содержащий сохраненные данные и копировать/экспорт набора данных в электронную таблицу пользовательских разработанных данных анализа (см. Дополнительную таблицу). Выберите правильный номер позиции V-Бенд и пример конкретных проволока для вставки данных.
12. Повторите шаги 4.3 для 4.11 для 10 брекетах позицию конкретного загиба.
13. Теперь скопируйте расчетные средства и стандартные отклонения для брекетах в отдельную таблицу для создания графическое представление данных.
14. Повторите шаги 4.2 для 4.13 для всех Бенд позиции и виды брекетах.
    Примечание: Брекетах включают, из нержавеющей стали (СС) и бета-Титан (ß-Ti), со следующими размерами: 0.016 x 0,022 дюйма, 0.017 x 0,025 дюйма и 0,019 х 0,025 дюйма.

5. ошибка оценки

1. Запустите компьютер/программное обеспечение как описано в шагах 4.1-4.4
2. Удалите «тестирование аппарат» от платформы.
3. Получите прямой длина проволоки 0,021 x 0,025-дюймовый СС. С помощью света провода плоскогубцы, согните один конец проволоки в небольшой крючок. Вставьте свободный конец дуга Молярная трубку от дистальной стороны.
4. Место тестирование аппарат обратно на платформе.
5. Прикрепите известный вес (50 г) на крючок. Свободно свисающем в вертикальной плоскости путем удаления любой тип вмешательства. Закройте дверь стекло камеры.
6. Выполните шаги 4.10 и 4.11.
7. Повторите шаги 5.1-5.6 для резца кронштейн.
8. Введите значения ФЗ скобки и Mx для молярной трубка как «измеренное значение.»
9. Теперь применить уравнения равновесия (см. Дополнительный текст), чтобы вычислить ожидаемое значение.

Результаты

Общей силы и общий момент сталкиваются каждый датчик в центре пластину датчика представлены их трех ортогональных компонентов: F_x,_yF и F_z представляющих силы вдоль оси x, y и z, соответственно; и M_x,_yM и M_z представляющих моменты вокруг же ос?...

Обсуждение

Ортодонтические брекетах были изучены различные пути^8,9,10,11. Они также были оценены для различных механических свойств, но они редко были проанализированы для определения силы системы, которую они собираются создать<...

Материалы

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