Zorla dikey V-bükme sistemiyle: esnek ve sert dikdörtgen Archwires 3D Vitro değerlendirilmesi

Özet

Burada sunulan yöntem oluşturmak ve bir vitro 3D modeli V-vurgun iki köşeli ayraçlar arasında yer ile farklı archwires tarafından oluşturulan kuvvet sistemi ölçme yeteneğine sahip doğrulamak için tasarlanmıştır. Bu kuvvet sistemi archwires ve önceki modellerde farklı türleriyle karşılaştırmak için ek hedefleri bulunmaktadır.

Özet

Uygun bir anlayış çeşitli ortodontik aletleri tarafından oluşturulan güç sisteminin hastaların tedavisi verimli ve tahmin edilebilir hale getirebilirsiniz. Güç sistemi değerlendirme amacıyla basit bir iki anten sistemi için karmaşık çoklu anten aletleri azaltarak bu yönde ilk adım olacaktır. Ancak, ortodontik biyomekanik çoğunu bu konuda 2D deneysel çalışmalar, bilgisayar modelleme/analiz veya varolan modellerin teorik ekstrapolasyon sınırlı olduğunu. Bu iletişim kuralının amacı tasarım, inşa ve güçleri ölçme yeteneğine sahip bir vitro 3D modeli doğrulama etmektir ve V-viraj ile bir archwire tarafından oluşturulan anlar iki köşeli ayraçlar arasında yerleştirilir. Archwires kendi aralarında ve önceki modelleri farklı türde tarafından oluşturulan kuvvet sistemi karşılaştırmak için ek hedefleri bulunmaktadır. Bu amaçla, azı ve bir kesici diş temsil eden bir 2 x 4 cihaz simüle. Bir ortodontik tel Sınayıcısı (şey) iki çok eksenli kuvvet transdüserleri oluşan oluşturulur veya ortodontik parantez bağlı (nanosensors) yük hücreleri. Yük hücreleri alanı üç uçak güç sisteminde ölçme yeteneğine sahip. Archwires, paslanmaz çelik ve beta-titanyum (0.016 x 0.022 inç, 0.017 x 0,025 inç ve 0.019 x 0,025 inç), üç farklı boyutlardaki iki tür test. Her tel tek dikey V-sistematik olarak, önceden tanımlanmış bir açı ile belirli bir konuma yerleştirilen viraj alır. Benzer V-virajlı azı ve kesici ekleri arasında 11 farklı konumlardaki farklı archwires üzerinde çoğaltılır. Bu bir girişim vitro V-virajlı üzerinde farklı archwires kullanan bir ortodontik cihaz benzetimini yapmak için yapılmış ilk seferim.

Giriş

Önemli bir unsuru, klinik ortodontik tedavi multibracket aletleri tarafından üretilen güç sistem bilgisidir. Temel biyomekanik ilkeleri net bir anlayış öngörülebilir sonuçlar ve olası yan etkileri¹en aza indirmek yardımcı olabilir. Son yıllarda köşeli ayraç konumu ve tasarım ile daha fazla harekete geçirmek kurarak archwires içinde kıvıran yerleştirerek uzak bir eğilim gördük; Ancak, kapsamlı ortodontik tedavi hala archwires kıvıran yerleşimini gerektirir. Farklı tip ve boyutlarda archwires, yerleştirildiğinde virajlı, çok çeşitli kuvvet sistemleri diş hareketi farklı türleri için uygun oluşturabilirsiniz. Birden fazla diş düşünüldüğünde kuvvet sistemleri oldukça karmaşık hale gelebilir rağmen yararlı bir başlangıç noktası basit bir iki anten sistemi içerebilir.

Bugüne kadar V-bend mekaniği öncelikle ikinci sırada yalnızca, matematiksel modeller^1,2,3,4,5 ve/veya bilgisayar tabanlı analiz/simülasyonları kullanarak analiz edilmiştir ⁶. bu kuvvet sistemi kemer teller ikinci sipariş etkileşim bitişik destekleri (Şekil 1) ile ilgili temel bir anlayış vermiştir. Ancak, bu yöntemlerin gerçek klinik durumlarda doğru tutmayın simülasyonları çalıştırmak için belirli sınır koşullar empoze ve sapmalar oluşabilir. Son zamanlarda, kuvvet transdüserleri içeren yeni bir vitro modeli üç boyutlu (3D) kuvveti ölçmek için önerilmiş ve anlar sadece değerlendirerek oluşturulan ikinci archwire-dirsek etkileşimleri sipariş ama aynı zamanda üçüncü sipariş⁷'. Ancak, farklı archwires etkisi kuvvet sistemi kesici molar archwire süresi boyunca çeşitli bend pozisyonlarda değerlendirilmiştir değil. Ayrıca, çalışma sadece hangi diş üzerinde hareket oluşur birincil archwires olmayan elastik ortodontik archwires değerlendirilmesi dahil. Bu nedenle, bu çalışmada V-viraj farklı konumlardaki yerleşimini tarafından oluşturulan dikdörtgen Paslanmaz çelik ve beta-titanyum archwires azı ve kesici parantez içeren küme bir 3D kuvvet sistemi değerlendirmek için oldu. Klinisyenler archwire dirsek kombinasyonu belirli bir arada zaman diş üzerinde uygulanan kuvvet sistemi bir maloklüzyon düzeltmek için kullanılan bilmem gerek.

Açıklanan teknik klinik gerçek taklit eden alan, üç uçak ortodontik kuvvet sisteminde eğitim için geliştirilmiştir. Bu kuvvet sistemi klinik olarak ölçmek son derece zor olduğunu anladım. Bu nedenle, böyle ölçümleri içinde vitrogerçekleştirilmesi gerekir. Bu bir V-bend Laboratuvarı tarafından oluşturulan güç sistemi hastanın ağzına yinelenmiş benzer olacaktır varsayılır. Bir iş akışı oluşturuldu değerlendirmek için nasıl deneysel kurmak olması gerekir (Şekil 2) yapılandırılmış.

Ortodontik tel Sınayıcısı (şey) Biyomühendislik & Biyodinamik laboratuvar, UConn sağlık, Farmington, CT, ABD (Şekil 3) ile işbirliği içinde Ortodonti bölümü tarafından geliştirilen yenilikçi bir üründür. Bu doğru bir şekilde süre alan tüm üç uçak içinde oluşturulan kuvvet sistemi ölçümleri sağlayan üst dişler ağız ve ağız içi bazı koşullar içinde düzenlenmesi taklit etmek için tasarlanmıştır. ŞEY büyük mekanik bileşenleri bir veri alma aygıt (DAQ), nano kuvvet/tork sensörleri, nem sensörleri, sıcaklık sensörleri ve kişisel bilgisayar vardır. Test cihazları sıcaklık/nem denetimleri olan bir cam kasa içine yerleştirilir. Bu intraoral çevre kısmi simülasyonu sağlar. DAQ üç sensörler için arayüz olarak hizmet vermektedir: Nem sensörü, kuvvet/an sensör, termistör ve bir platformda (Şekil 3) yer alan sensörleri ile test cihazları. Bunlar bir yazılım programına bağlıdır. Yazılım bir platform ve görsel programlama için geliştirme ortamı ve farklı donanım türlerini denetlemek için kullanılır. Ortodontik tel test otomatikleştirmek için seçildi.

Alüminyum mandal bir dizi üst diş Arch diş temsil etmek için test cihazları üzerinde düzenlenir. İki tam orta kesici ve doğru ilk azı temsil eden mandal sensörler/yük hücreleri (S1 ve S2) bağlanır. Yük hücresi kuvvetler ve tüm üç uçak (x-y-z) içinde uygulanmış anlar ölçen mekanik bir aygıttır: F_x, F_yve F_z; ve M_x, M_yve M_z. Mandal sistematik bir diş kemer form oluşturmak için konumlandırılmış. Her peg diğerinden Ortodonti tedavisi gören hastalarda gözlenen gibi ortalama diş genişlikleri kullanılarak hesaplanır tam olarak kaydedilmiş bir ölçüm ayrılır. Deneme için seçilen şekli, standart bir şablondan oluşturulan 'oval' bir kemer şeklidir.

Protokol

1. deneysel Kur

1. Kesin konumunu molar tüpler ve kesici parantez şey alüminyum mandal üzerinde yerleşim için özelleştirilmiş bir 'jig' kullanarak işaretleme.
2. Standart kendi kendine birleştirilmesi (ligasyon) köşeli ayraç kompozit malzeme ile bağ. Işık tedavisi için 40 saniye.
3. 0.021 x 0,025 inç paslanmaz çelik (SS) 'oval' üst archwire köşeli ayraç yuvalarına takın.
4. Test cihazları cam odasında yerleştirin.
5. Herhangi bir istenmeyen archwire harekete geçirmek için kontrol edin. Archwire birisi harekete geçirmek bilgisayar ekranında görüntülenen bir kuvvet sistemi otomatik olarak oluşturur.
6. Birisi archwire harekete geçirmek gözlem yapılırsa köşeli ayraçlar yeniden konumlandırın. 1.2-1.5 adımları yineleyin.

2. bir şablon Archwire (Şekil 4) imalatı

1. Bir archwire yer (0.021 x 0,025 SS) test aparatı içinde.
2. Aşağıdakileri belirtmek için kalıcı bir kalem kullanın: 1) orta hat, 2) bir nokta kesici diş dirsek (I) hemen distal ve 3) noktası hemen mesial molar tüp (M). Archwire kontralateral tarafı için aynı şeyi. Bu şablon kemer tel var.
3. Archwire işaretli noktaları ile bir grafik kağıdı aktarın.
4. Archwire kesin bir kopyasını grafik kağıt üzerinde olun.
   Not: Bu grafik kağıdı V-bend örnek tüm archwires için konumunu belirlemek için kullanılabilir.
5. Kemer tel segmentten (L) ben m çevre hesaplayın.
6. Şimdi, ben 11 noktaları M den işaretleyin. Her noktası gelecekteki bir V-bend konumdur.
   1. Bir₁₀₀ her noktasına etiket.
   2. Her viraj pozisyon diğer tarafından eşit miktarda ayrılır emin olun.
7. Hesaplayarak her viraj pozisyon için benzersiz bir sayı/oranı elde etmek bir / L her pozisyon için.

3. V-virajlı yerleşimini

1. Yeni bir archwire örnekten al.
2. Şablon archwire/grafik kağıt üzerinde yerleştirin ve on bend konumlarından bilateral archwire için transfer.
3. Bir dikdörtgen archwire pense veya bir ışık tel pense simetrik V-virajlı hem pozisyonlarda yapmak için kullanın.
4. Archwire bir cam levha/düz platformda yer ve archwire iki ucu tarafından bir iletki ile yapılan açı ölçümü denetleme.
5. 150 ° açı oluşturulacak sonuna ayarlayın.
6. 3.1-3.5 örnek tüm archwires için yineleyin.

4. ölçüm güç sistemi (rakamlar 5 ve 6)

1. (Bkz. Tablo reçetesi) veri kaydetmek için yazılım programı açın.
2. Verilerin kaydedilmesi yeni bir klasör oluşturun.
3. 'Yazılım başlatmak için Çalıştır' seçeneğini tıklatın. Program her üç kuvveti ve üç-moment değerleri, her sensör gerçek zamanlı olarak görüntüler.
4. Veri kayıt yazılımı durdurmak için dalgalanmalar için yaklaşık 10-15 saniye bekleyin. Güç sistemi gösterinin 'düz' bir çizgi tüm bileşenleri yazılımı grafik satırlarında sağlamak.
   Not: tüm altı ölçümler her sensör, ihmal edilebilir değerleri (kuvvetler < 1 g ve anlar < 10 g mm) gösterir.
5. Yavaşça "test aygıtı" platformdan çıkarın. Weingart pense bir archwire molar tüpler içine eklemek için kullanın.
6. Kesici diş dirsek periodontal ölçekleyici ile kapıyı.
7. Archwire ön kısmını kaldırın ve köşeli ayraç yuvasına takın. Orta hat archwire in test aparatı orta hat ile çakışacak emin olun.
8. Test cihazları platforma dönmek ve cam odası kapısını kapatın.
9. Sıcaklığı 37 ° C'de ayarlamak Ayarlamak için cam oda sıcaklığı için bir dakika bekleyin.
10. Yazılım 'kaydetme start' butonuna tıklayın ve yazılım kaydet/veri en az 10 saniye için transferi için izin vermek. Tekrar veri aktarımı sonunda, o zaman tıkırtı 'stop' için 'biriktirmek' düğmesini tıklatın.
    Not: (F_x, F_y,_zF, M_x, M_yve M_z) her bileşen için 10 ikinci dönemde 100 okuma her ölçüm döngüsü oluşturur.
11. Kaydedilen verileri içeren belgeye gidin ve Kopyala/veri kümesi bir özel tasarlanmış veri analizi elektronik tabloya verme ( Ek tabloyabakın). Doğru V-bend pozisyon numarası ve belirli tel örnek verileri eklemek için seçin.
12. 4.3-4.11 belirli bend pozisyon 10 archwires için yineleyin.
13. Şimdi, hesaplanan anlamına gelir ve archwires için standart sapmalar verileri grafik gösterimini oluşturmak için ayrı bir çalışma sayfasına kopyalayın.
14. 4.2-4.13 tüm bend pozisyonları ve archwires türleri için yineleyin.
    Not: Archwires, paslanmaz çelik (SS) ve Beta-titanyum (ß-Ti), aşağıdaki boyutları ile içerir: 0.016 x 0.022 inç, 0.017 x 0,025 inç ve 0.019 x 0,025 inç.

5. hata değerlendirme

1. 4.1-4.4 adımlarda açıklandığı gibi bilgisayar/yazılım çalıştırmak
2. "Test aygıtı" platformu kaldırın.
3. Düz uzunluğu 0.021 x 0,025 inç SS dinleme cihazı almak. Bir ışık tel pense kullanarak, bir son-in Tel küçük bir kanca içine viraj. Distal yan molar tüpünden archwire ücretsiz ucunu bağlayın.
4. Test cihazları platform üzerinde yerleştirin.
5. Bilinen ağırlığı (50 g) kanca için ekleyin. Bu girişim, her türlü kaldırarak dikey düzlemde durmasýna? Cam odası kapısını kapatın.
6. 4.10-4.11 adımları.
7. 5.1-5.6 kesici braket için yineleyin.
8. Fz değerleri parantez ve Mx için molar tüp 'ölçülen değer' girin
9. Şimdi denge denklemleri uygulayın ("beklenen değer" hesaplamak için Ek metinbkz:)

Sonuçlar

Toplam kuvvet ve toplam an her algılayıcı sensör plaka ortasındaki yaşadığı üç dik bileşenleri tarafından temsil edilir: F_x, F_yve x, y ve z ekseni, boyunca güçleri temsil eden F_z sırasıyla; ve M_x, M_yve M_z anlar aynı eksen etrafında temsil eden. Sensörler ilk ölçülerde matematiksel olarak dirsek (Şekil 7) tarafından deneyimli kuvvet ve an değerlere dönüştürülür.

Tartışmalar

Ortodontik archwires çeşitli şekillerde^8,9,10,11inceledik. Onlar da için çeşitli mekanik özellikleri değerlendirilir varsa, ama onlar nadiren onlar^12,13,14,15oluşturacağız kuvvet sistemi belirlemek için analiz edilmiştir. Üç nokta bükme testleri ortodo...

Malzemeler

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