Name: a finite element approach for locating the center of resistance of maxillary teeth
Uploaded: 2020-04-08T13:00:00
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Die Autoren möchten den Charles Burstone Foundation Award für die Unterstützung des Projekts würdigen.

Für die Bewertung der CBCT-Bände, die in der Abteilung für Mund- und Gesichtsbehandlung archiviert sind (IRB-Nr. 17-071S-2), wurde eine Ausnahmegenehmigung für das institutionelle Prüfungsgremium erwirkt.
1. Volumenauswahl und Kriterien
<ol><li>Erwerben Sie ein CBCT-Bild von Kopf und Gesicht16.</li>
	<li>Untersuchen Sie das Bild auf Zahnausrichtung, fehlende Zähne, Voxelgröße, Sichtfeld und Gesamtqualität des Bildes.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass die Vox...

<ol>
	<li>Smith, R. J., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanics+of+tooth+movement.">Mechanics of tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics. 85 (4), 294-307 (1984).</li><li>Christiansen, R. L., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centers+of+rotation+within+the+periodontal+space.">Centers of rotation within the periodontal space.</a> American Journal of Orthodontics. 55 (4), 353-369 (1969).</li><li>Tanne, K., Nagataki, T., Inoue, Y., Sakuda, M., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterns+of+initial+tooth+displacements+associated+with+various+root+lengths+and+alveolar+bone+heights.">Patterns of initial tooth displacements associated with various root lengths and alveolar bone heights.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 100 (1), 66-71 (1991).</li><li>Burstone, C. J., Pryputniewicz, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Holographic+determination+of+centers+of+rotation+produced+by+orthodontic+forces.">Holographic determination of centers of rotation produced by orthodontic forces.</a> American Journal of Orthodontics. 77 (4), 396-409 (1980).</li><li>Dermaut, L. R., Kleutghen, J. P., De Clerck, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+determination+of+the+Cres+of+the+upper+first+molar+in+a+macerated,+dry+human+skull+submitted+to+horizontal+headgear+traction.">Experimental determination of the Cres of the upper first molar in a macerated, dry human skull submitted to horizontal headgear traction.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 90 (1), 29-36 (1986).</li><li>Tanne, K., Sakuda, M., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+finite+element+analysis+for+stress+in+the+periodontal+tissue+by+orthodontic+forces.">Three-dimensional finite element analysis for stress in the periodontal tissue by orthodontic forces.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 92 (6), 499-505 (1987).</li><li>Meyer, B. N., Chen, J., Katona, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+the+Cres+depend+on+the+direction+of+tooth+movement?.">Does the Cres depend on the direction of tooth movement?.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 137 (3), 354-361 (2010).</li><li>Kojima, Y., Fukui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+finite+element+simulation+of+initial+movement,+orthodontic+movement,+and+the+centre+of+resistance+of+the+maxillary+teeth+connected+with+an+archwire.">A finite element simulation of initial movement, orthodontic movement, and the centre of resistance of the maxillary teeth connected with an archwire.</a> European Journal of Orthodontics. 36 (3), 255-261 (2014).</li><li>Reimann, S., Keilig, L., J&#228;ger, A., Bourauel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+finite-element+investigation+of+the+position+of+the+centre+of+resistance+of+the+upper+incisors.">Biomechanical finite-element investigation of the position of the centre of resistance of the upper incisors.</a> European Journal of Orthodontics. 29 (3), 219-224 (2007).</li><li>Viecilli, R. F., Budiman, A., Burstone, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axes+of+resistance+for+tooth+movement:+Does+the+Cres+exist+in+3-dimensional+space?.">Axes of resistance for tooth movement: Does the Cres exist in 3-dimensional space?.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 143 (2), 163-172 (2013).</li><li>Ammar, H. H., Ngan, P., Crout, R. J., Mucino, V. H., Mukdadi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+modeling+and+finite+element+analysis+in+treatment+planning+for+orthodontic+tooth+movement.">Three-dimensional modeling and finite element analysis in treatment planning for orthodontic tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (1), 59-71 (2011).</li><li>Sia, S., Koga, Y., Yoshida, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+the+center+of+resistance+of+maxillary+anterior+teeth+subjected+to+retraction+forces+in+sliding+mechanics.+An+in+vivo+study.">Determining the center of resistance of maxillary anterior teeth subjected to retraction forces in sliding mechanics. An in vivo study.</a> Angle Orthodontics. 77 (6), 999-1003 (2007).</li><li>Cattaneo, P. M., Dalstra, M., Melsen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moment-to-force+ratio,+center+of+rotation,+and+force+level:+a+finite+element+study+predicting+their+interdependency+for+simulated+orthodontic+loading+regimens.">Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: a finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 133 (5), 681-689 (2008).</li><li>Tominaga, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+play+between+bracket+and+archwire+on+anterior+tooth+movement+in+sliding+mechanics:+A+three-dimensional+finite+element+study.">Effect of play between bracket and archwire on anterior tooth movement in sliding mechanics: A three-dimensional finite element study.</a> Journal of Dental Biomechanics. 3, 1758736012461269 (2012).</li><li>Cai, Y., Yang, X., He, B., Yao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite+element+method+analysis+of+the+periodontal+ligament+in+mandibular+canine+movement+with+transparent+tooth+correction+treatment.">Finite element method analysis of the periodontal ligament in mandibular canine movement with transparent tooth correction treatment.</a> BMC Oral Health. 15 (106), (2015).</li><li>Pauwels, R., Araki, K., Siewerdsen, J. H., Thongvigitmanee, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technical+aspects+of+dental+CBCT:+state+of+the+art.">Technical aspects of dental CBCT: state of the art.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 44 (1), 20140224 (2015).</li><li>Farah, J. W., Craig, R. G., Sikarskie, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoelastic+and+finite+element+stress+analysis+of+a+restored+axisymmetric+first+molar.">Photoelastic and finite element stress analysis of a restored axisymmetric first molar.</a> Journal of Biomechanics. 6 (5), 511-520 (1973).</li><li>van Driel, W. D., van Leeuwen, E. J., Von den Hoff, J. W., Maltha, J. C., Kuijpers-Jagtman, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-dependent+mechanical+behavior+of+the+periodontal+ligament.">Time-dependent mechanical behavior of the periodontal ligament.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 214 (5), 497-504 (2000).</li><li>Bourauel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+orthodontic+tooth+movements.+A+comparison+of+numerical+models.">Simulation of orthodontic tooth movements. A comparison of numerical models.</a> Journal of Orofacial Orthopedics. 60 (2), 136-151 (1999).</li><li>Schneider, J., Geiger, M., Sander, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+experiments+on+longtime+orthodontic+tooth+movement.">Numerical experiments on longtime orthodontic tooth movement.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 121 (3), 257-265 (2002).</li><li>Ten Cate, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Oral histology, development, structure and function (5th ed). , (1998).</li><li>McCormack, S. W., Witzel, U., Watson, P. J., Fagan, M. J., Gr&#246;ning, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Biomechanical+Function+of+Periodontal+Ligament+Fibres+in+Orthodontic+Tooth+Movement.">The Biomechanical Function of Periodontal Ligament Fibres in Orthodontic Tooth Movement.</a> PLoS One. 9 (7), e102387 (2014).</li><li>Huang, H., Tang, W., Yan, B., Wu, B., Cao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+responses+of+the+periodontal+ligament+based+on+an+exponential+hyperelastic+model:+a+combined+experimental+and+finite+element+method.">Mechanical responses of the periodontal ligament based on an exponential hyperelastic model: a combined experimental and finite element method.</a> Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19 (2), 188-198 (2016).</li><li>Yang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+measuring+density+of+jaw+bones.">A new device for measuring density of jaw bones.</a> Dentomaxillofacial Radiology. 31 (5), 313-316 (2002).</li><li>Gradl, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+density+measurement+of+mineralized+tissue+with+grating-based+X-ray+phase+tomography.">Mass density measurement of mineralized tissue with grating-based X-ray phase tomography.</a> PLoS One. 11 (12), e01677979 (2016).</li><li>Jiang, F., Kula, K., Chen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimating+the+location+of+the+center+of+resistance+of+canines.">Estimating the location of the center of resistance of canines.</a> Angle Orthodontics. 86 (3), 365-371 (2016).</li><li>Nyashin, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Center+of+resistance+and+center+of+rotation+of+a+tooth:+experimental+determination,+computer+simulation+and+the+effect+of+tissue+nonlinearity.">Center of resistance and center of rotation of a tooth: experimental determination, computer simulation and the effect of tissue nonlinearity.</a> Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 19, 229-239 (2016).</li><li>Toms, S. R., Eberhardt, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nonlinear+finite+element+analysis+of+the+periodontal+ligament+under+orthodontic+tooth+loading.">A nonlinear finite element analysis of the periodontal ligament under orthodontic tooth loading.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 123 (6), 657-665 (2003).</li><li>Osipenko, M. A., Nyashin, M. Y., Nyashin, Y. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centre+of+resistance+and+centre+of+rotation+of+a+tooth:+the+definitions,+conditions+of+existence,+properties.">Centre of resistance and centre of rotation of a tooth: the definitions, conditions of existence, properties.</a> Russian Journal of Biomechanics. 3 (1), 5-15 (1999).</li><li>Dathe, H., N&#228;gerl, H., Dietmar, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+caveat+concerning+center+of+resistance.">A caveat concerning center of resistance.</a> Journal of Dental Biomechanics. 4, 1758736013499770 (2013).</li><li>Hohmann, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+different+modeling+strategies+for+the+periodontal+ligament+on+finite+element+simulation+results.">Influence of different modeling strategies for the periodontal ligament on finite element simulation results.</a> American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (6), 775-783 (2011).</li></ol>

Diese Studie zeigt eine Reihe von Werkzeugen, um einen konsistenten Workflow für die Finite-Elemente-Analyse (FEA) von Modellen von Kieferzähnen aus CBCT-Bildern von Patienten abgeleitet zu etablieren, um ihre CRESzu bestimmen. Für den Arzt wäre eine klare und unkomplizierte Karte der CRES der Kieferzähne ein unschätzbares klinisches Werkzeug, um Zahnbewegungen zu planen und Nebenwirkungen vorherzusagen. Die Finite-Elemente-Methode (FEM) wurde 197317in der zahnbiomechan...

Das Zentrum des Widerstands (CRES) eines Zahnes oder Zahnsegments ist analog zum Massenmittelpunkt eines freien Körpers. Es ist ein Begriff, der aus dem Bereich der Mechanik von starren Körpern entlehnt ist. Wenn eine einzelne Kraft am CRESangewendet wird, erfolgt die Übersetzung des Zahnes in Richtung der Einwirkungslinie der Kraft1,2. Die Position des CRES hängt nicht nur von der Anatomie und den Eigenschaften des Zahnes ab, sondern auch von seiner Umgebung (z.B. Parodontalband, umgebender Knochen, angrenzende Zähne). Der Zahn ist ein zurückhaltender Körper, so dass seine CRES ähnlich dem Zentrum der Masse eines freien Körpers. Bei der Manipulation von Geräten betrachten die meisten Kieferorthopäden die Beziehung des Kraftvektors zum CRES eines Zahnes oder einer Gruppe von Zähnen. In der Tat wird die Frage bestimmt, ob ein Objekt Kipp- oder Körperbewegungen anzeigt, wenn es einer einzigen Kraft vorgelegt wird, hauptsächlich durch die Position des CRES des Objekts und den Abstand zwischen dem Kraftvektor und dem CRES. Wenn dies genau vorhergesagt werden kann, werden die Behandlungsergebnisse erheblich verbessert. So kann eine genaue Schätzung von CRES die Effizienz der kieferorthopädischen Zahnbewegung erheblich verbessern.
Seit Jahrzehnten beschäftigt sich das kieferorthopädische Feld mit der Forschung über die Lage der CRES eines bestimmten Zahnes, Segments oder Bogens1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Diese Studien sind jedoch in vielerlei Hinsicht begrenzt. Die meisten Studien haben die CRES für nur wenige Zähne bestimmt, wobei die Mehrheit ausgelassen wurde. So wurden beispielsweise der maxilläre Zentralschneidemittelund und das Maxillary Schneidesegment recht ausführlich bewertet. Auf der anderen Seite gibt es nur wenige Studien über den Oberkiefer und zuerst Molaren und keine für die restlichen Zähne. Außerdem haben viele dieser Studien die Position des CRES auf der Grundlage generischer anatomischer Daten für Zähne, Messungen aus zweidimensionalen (2D) Röntgenaufnahmen und Berechnungen auf 2D-Zeichnungen8bestimmt. Darüber hinaus verwendet ein Teil der aktuellen Literatur generische Modelle oder dreidimensionale (3D) Scans von dentiformischen Modellen anstelle von menschlichen Daten4,8. Da sich die Kieferorthopädie in die 3D-Technologie für die Planung von Zahnbewegungen verlagert, ist es entscheidend, dieses Konzept zu überdenken, um ein wissenschaftliches 3D-Verständnis der Zahnbewegung zu entwickeln.
Mit dem technologischen Fortschritt, der zu einer erhöhten Rechenleistung und Modellierungsfähigkeit führt, hat die Fähigkeit, komplexere Modelle zu erstellen und zu studieren, zugenommen. Die Einführung von Computertomographie-Scanning und Kegelstrahl-Computertomographie (CBCT)-Scanning hat Modelle und Berechnungen aus der 2D-Welt in 3D geschoben. Gleichzeitige Erhöhungen der Rechenleistung und Softwarekomplexität haben es Forschern ermöglicht, 3D-Röntgenaufnahmen zu verwenden, um genaue anatomische Modelle für den Einsatz in fortschrittlicher Software zu extrahieren, um die Zähne, Knochen, Parodontalbänder (PDL) und verschiedene andere Strukturen7,,8,,9,,10,13,14,,15zu segmentieren. Diese segmentierten Strukturen können in ein virtuelles Netz umgewandelt werden, um die Reaktion eines Systems zu berechnen, wenn eine bestimmte Kraft oder Verschiebung darauf angewendet wird.
Diese Studie schlägt eine spezifische, reproduzierbare Methodik vor, die verwendet werden kann, um hypothetische kieferorthopädische Kraftsysteme zu untersuchen, die auf Modellen angewendet werden, die aus CBCT-Bildern von lebenden Patienten abgeleitet sind. Bei der Verwendung dieser Methode können die Forscher dann die CRES verschiedener Zähne abschätzen und die biologische Morphologie von Zahnstrukturen wie Zahnanatomie, Anzahl der Wurzeln und deren Ausrichtung im 3D-Raum, Massenverteilung und Struktur parodontaler Anhänge berücksichtigen. Eine allgemeine Übersicht dieses Prozesses ist in Abbildung 1dargestellt. Damit soll der Leser an dem logischen Prozess der Erstellung von 3D-Zahnmodellen zur Lokalisierung des CRESausgerichtet werden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3-matic software</td>
			<td>Materialise, Leuven, Belgium.</td>
			<td></td>
			<td>Cleaning and meshing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abaqus/CAE software, version 2017</td>
			<td>Dassault Syst&#232;mes Simulia Corp., Johnston, RI, USA.</td>
			<td></td>
			<td>Finite Element Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mimics software, version 17.0</td>
			<td>Materialise, Leuven, Belgium.</td>
			<td></td>
			<td>Segmentation of teeth and bone</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a finite element approach for locating the center of resistance of maxillary teeth

Das Zentrum des Widerstands (CRES) gilt als grundlegender Bezugspunkt für vorhersehbare Zahnbewegungen. Die Methoden zur Schätzung der CRES der Zähne reichen von traditionellen radiographischen und physikalischen Messungen bis hin zu In-vitro-Analysen an Modellen oder Kadaverproben. Techniken mit Finite-Elemente-Analyse von hochdosierten Mikro-CT-Scans von Modellen und Einzelzähnen haben viel Versprechen gezeigt, aber mit neueren, niedrig dosierten und niedrig auflösenden Kegelstrahltomographie (CBCT)-Bildern wurde wenig getan. Auch die CRES für nur wenige ausgewählte Zähne (d. h. maxilläre zentrale Schneidezähne, Vordere und erste Molaren) wurden beschrieben; der Rest wurde weitgehend ignoriert. Es ist auch notwendig, die Methodik der Bestimmung des CRES im Detail zu beschreiben, damit es leicht zu replizieren und aufzubauen ist.
Diese Studie verwendete routinemäßige CBCT-Patientenbilder für die Entwicklung von Werkzeugen und einen Workflow, um Finite-Elemente-Modelle für die Lokalisierung der CRES von Kieferzähnen zu erhalten. Die CBCT-Volumenbilder wurden manipuliert, um dreidimensionale (3D) biologische Strukturen zu extrahieren, die für die Bestimmung der CRES der Kieferzähne durch Segmentierung relevant sind. Die segmentierten Objekte wurden gereinigt und in ein virtuelles Netz aus Tetraeder (tet4) Dreiecken mit einer maximalen Kantenlänge von 1 mm mit 3matic Software umgewandelt. Die Modelle wurden weiter in ein Volumennetz aus Tetraedern mit einer maximalen Kantenlänge von 1 mm für die Finite-Elemente-Analyse umgewandelt. Die Engineering-Software Abaqus wurde verwendet, um die Modelle vorzuverarbeiten, um eine Baugruppe zu erstellen und Materialeigenschaften, Interaktionsbedingungen, Randbedingungen und Lastanwendungen festzulegen. Die Belastungen simulierten bei der Analyse die Belastungen und Belastungen des Systems und halfen bei der Lokalisierung des CRES. Diese Studie ist der erste Schritt zur genauen Vorhersage der Zahnbewegung.

Um die Segmentierung und manuelle Gliederung, wie im Abschnitt Prozeduren (Schritt 2) beschrieben, zu überprüfen, wurde aus einem trockenen Schädel ein oberillares erstes Molaren extrahiert und ein CBCT-Bild aufgenommen. Die Bildverarbeitungs- und Bearbeitungssoftware Mimics wurde verwendet, um den Zahn wie in Schritt 2 beschrieben manuell zu skizzieren. Anschließend wurde die Vernetzung durchgeführt, die segmentierten Modelle mit 3matic-Software gereinigt und zur Analyse nach Abaqus...

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A Finite Element Approach for Locating the Center of Resistance of Maxillary Teeth

Diese Studie skizziert die notwendigen Werkzeuge für die Verwendung von niedrig dosierten dreidimensionalen Kegelstrahl-basierten Patientenbildern der Maxilla und der Kieferzähne, um Finite-Elemente-Modelle zu erhalten. Diese Patientenmodelle werden dann verwendet, um die CRES aller Kieferzähne genau zu lokalisieren.

Ein Finite-Elemente-Ansatz zur Bestimmung des Widerstandszentrums von Maxillary Teeth

The center of resistance (CRES) is regarded as the fundamental reference point for predictable tooth movement. The methods used to estimate the CRES of ...

Jetzt ist dies zum ersten Mal, dass eine Arbeit getan wurde, die eine Schritt-für-Schritt-Anleitung präsentiert, wie man das Zentrum des Widerstands herausfinden kann. Und das ist wirklich wichtig, denn jede Forschung, die darauf aufbauen will, muss jetzt nicht zurück ans Reißbrett gehen, das Rad neu erfinden und dann weitermachen. Und es entlastet jede Forschung, die auf diesem Zentrum des Widerstandskonzepts aufbauen will, enorm.Diese Schritt-für-Schritt-Methode wird die wissenschaftliche Gemeinschaft befähigen, eine 3D-Position des Massenzentrums für einen Zahn oder eine Reihe von Zähnen in einer standardisierten Weise zu erhalten. Diese Technik kann sowohl maxillary als auch Unterkiefer-Gebiss angewendet werden. Es wäre interessant, dieses Konzept auf ähnliche komplexe Zahnbewegungen mit Multi-Bracket-Baugruppe anzuwenden.Laden Sie zur Segmentierung der Zähne und des Knochens die rohen DICOM-Dateien des Kegelstrahltomographen in ein entsprechendes medizinisches Bildgebungssoftwareprogramm, und schneiden Sie das Bild so zu, dass es nur die von Interesse interessierten Zähne und Knochen enthält. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Registerkarte für Maske, und erstellen Sie eine neue Maske für das Bild. Klicken Sie auf das Werkzeug Mehrfachslice-Bearbeitung, und wählen Sie die axiale, koronare oder sagittale Ansicht aus.Markieren Sie bei Bedarf einige der Slices manuell, und wählen Sie das Werkzeug Interpolieren aus, um das Volumen für die übersprungenen Slices zu füllen. Klicken Sie dann auf Anwenden, und klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Maske, um das 3D-Volumen für den Zahn zu generieren. Wenn für jeden Zahn ein 3D-Volumen generiert wurde, wählen Sie alle 3D-Zähne aus, und klicken Sie mit der rechten Maustaste, um Glätten auszuwählen.Um die Bones zu segmentieren, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Registerkarte für Maske, und erstellen Sie eine neue Maske für das Bild. Um die großen Löcher zu füllen, die in der Maske sichtbar sind, klicken Sie auf das Werkzeug Dynamische Region-Wachstum. Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf die Maske, um das 3D-Volumen für den Knochen zu generieren.Zum Bereinigen und Vernetzen der Bilder öffnen Sie ein entsprechendes Datenoptimierungssoftwareprogramm, und fügen Sie die ausgewählten 3D-Objekte ein. Klicken Sie für die duplizierten Zähne in Gruppe 1 auf das Kurvenmodul und die Option Kurve erstellen, und zeichnen Sie manuell eine Kurve um den Zementknotenknotenknoten für alle duplizierten Zähne. Duplizieren Sie die 3D-Objekte aus Gruppe 1, um die Objekte für Gruppe 2 zu generieren, und klicken Sie im Feld Objektstruktur auf Objekt.Löschen Sie in der Liste Oberfläche die Kronenoberfläche für jedes Objekt in Gruppe 2, und klicken Sie auf Designmodul und Hohl, um die gewünschten Parameter anzuwenden. Klicken Sie in Gruppe 1 im Feld Objektstruktur auf Objekt, und löschen Sie die Stammfläche für jede Gruppe ein Objekt. Wählen Sie die Option "Lochnormale füllen" aus, und klicken Sie auf Kontur hinzufügen und Anwenden.Der gesamte Raum wird gefüllt. Wählen Sie das Konstruktionsmodul und den lokalen Versatz aus, und wählen Sie die gesamte Kronenoberfläche aus. Aktivieren Sie Design und die Optionen Versatzentfernung und Verkleinerungsentfernung, und klicken Sie auf Anwenden.Erstellen Sie im Remesh-Modul nicht-manifold Assembly, Main Entity und Maxilla aus der Objektstruktur, und wählen Sie für alle Objekte schneidende Entität aus. Dann teilen Sie die nicht-manniffaltige Baugruppe. Teilen Sie die nicht verteiler Baugruppe zwei weitere Male mit einem sich schneidenden Element auf, da alle Objekte aus Gruppe 1 und alle Objekte aus Gruppe 2 und nach jeder Teilung auf Übernehmen klicken.Klicken Sie auf AdaptiveS Neuausnetzen, und wählen Sie alle sich schneidenden Elemente aus, und klicken Sie auf Übernehmen. Klicken Sie dann auf Nicht-Verteiler-Assembly teilen. Klicken Sie in der Objektstruktur auf Nicht-Manifold-Baugruppe, Hauptentität und Einzelobjekt aus Gruppe zwei erstellen, und wählen Sie Schnittentität aus, und wählen Sie Entsprechendes Objekt aus, das dem Zahntyp entspricht.Klicken Sie auf AdaptiveS Neunetz, und wählen Sie die schneidende Entität aus. Klicken Sie dann auf Nicht-Verteiler-Assembly erstellen. Um eine 0,2 Millimeter gleichmäßige Breite des parodontalen Bandes mit der nicht-manniffaltigen Technik zu erzeugen, ist es wichtig, die gleiche Reihenfolge für die Haupt- und Sichiereinheiten zu befolgen, wie gezeigt.Wenn jeder Zahn wie gezeigt verarbeitet wurde, klicken Sie auf Volumennetz erstellen und wählen Sie die Netzparameter aus. Klicken Sie in Abacus auf Datei und Skript ausführen, und wählen Sie Model_setup_Part1.py aus. Klicken Sie auf Simulation, Teile, Maxilla und Flächen.Geben Sie den Flächennamen ein, und wählen Sie unter Bereich der Fläche auswählen, wählen Sie Nach Winkel aus, und legen Sie 15 als Winkel fest. Klicken Sie auf Simulation und Teile, und wählen Sie UL1 und Oberflächen aus. Benennen Sie die Oberfläche UL1.Wählen Sie unter Region der Oberfläche auswählen aus, wählen Sie Einzeln aus, wählen Sie den Zahn auf dem Bildschirm aus, und klicken Sie auf Fertig. Wenn alle Zahnoberflächen verarbeitet wurden, klicken Sie auf Modelle, Simulation und Teile, und wählen Sie UL1_PDL und Flächen aus. Benennen Sie die Oberfläche UL1_PDL_Inner.Wählen Sie unter Bereich der Fläche aus, wählen Sie Nach Winkel aus, und geben Sie 15 als Winkel ein. Wählen Sie UL1_PDL und Flächen aus, und benennen Sie die Fläche UL1_PDL_Outer. Wählen Sie unter Bereich der Fläche aus, wählen Sie Nach Winkel aus, und legen Sie 15 als Winkel fest.Wenn alle Parodontalbänder verarbeitet wurden, klicken Sie auf Datei und Skript ausführen, und wählen Sie Model_setup_Part2.py aus. Klicken Sie auf Simulation und BCs. Geben Sie BC All für den Namen ein und legen Sie den Schritt als Initialeinstellung fest.Klicken Sie auf Simulation, Assembly, Sets, und benennen Sie den Satz U1_y_force. Wählen Sie einen Knoten in der Mitte der Krone auf der Schnallenoberfläche des oberen zentralen Schneidezahns aus, und wählen Sie unter Wählen Sie die Knoten für das Set aus, wählen Sie Einzeln aus. Klicken Sie dann auf Sets und Create Set, und benennen Sie den Satz U1_z_force.Um das Modell einzurichten, klicken Sie auf Datei und Skript ausführen, und wählen Sie Model_setup_Part3.py aus. Klicken Sie dann auf Datei und Skript ausführen, und wählen Sie Functions.py aus. Um das Modell zu verarbeiten, klicken Sie auf Datei und Skript ausführen, und wählen Sie Job_submission.py aus.Geben Sie im Dialogfeld Alle unterdrücken die Seiten der Zähne basierend auf den Abhängigkeiten ein, und klicken Sie auf Okay. Geben Sie im Dialogfeld Auftragsübermittlung Y ein, um die Analyse für den angegebenen Zahn oder die angegebenen Zähne auszuführen, und klicken Sie auf Okay. Geben Sie dann im Dialogfeld Richtungen für die Analyse Y ein, um die Kraftanwendung anzugeben, und klicken Sie auf Okay.Um den Mittelpunkt des Widerstands zu schätzen, wählen Sie Datei, Skript ausführen und Bulk_process.py. Geben Sie im Dialogfeld Mehrere Aufträge analysieren Y für den angegebenen Zahn oder die angegebenen Zähne ein, und klicken Sie auf Okay. Geben Sie im Dialogfeld Richtungen für Analyse Y für die angegebene Kraftanwendung ein, und klicken Sie auf Okay.Geben Sie im Dialogfeld Eingabe abrufen die spezifische Zahnnummer ein, wie in den benannten Instanzen beschrieben, und klicken Sie auf Okay. Überprüfen Sie dann die Koordinaten für die Force About Point und Die geschätzte Position im Feld Befehl. Um die Segmentierung und manuelle Gliederung wie gezeigt zu überprüfen, wurde aus einem trockenen Schädel ein oberillares erstes Molaren extrahiert und ein Kegelstrahl-Computertomographiebild aufgenommen.Anschließend wurde das Meshing durchgeführt. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in den linearen und volumetrischen Messungen am Finite-Elemente-Modell des Zahnes und des tatsächlichen Zahnes, wie im Labor gemessen, beobachtet. Um die Gültigkeit des benutzerdefinierten Algorithmus bei der Bestimmung des Widerstandsmittelpunkts eines Objekts zu überprüfen, kann in den Anfangsphasen der Skripterstellung ein vereinfachtes Modell eines in einem Mantel ummantelten Balkens verwendet werden.Durch Das Folgen des definierten Algorithmus und seiner Berechnungen kann der Widerstandsmittelpunkt des Modellstrahls vorhergesagt werden. Hierkönnen die den Strukturen zugeordneten Materialeigenschaften beobachtet werden. Unterschiede in der Modellierung der Materialeigenschaften des parodontalen Bandes und Knochens können die endgültige Position des Widerstandszentrums eines Zahnes beeinflussen.Um die Kraftvektoren zu standardisieren und die Position des Widerstandszentrums zu lokalisieren, kann ein kartesisches Koordinatensystem durch die X-, Y- und Z-Ausrichtung wie angegeben erstellt werden. Der für jeden Zahn spezifische R-Punkt ist definiert als die geometrische Mitte auf der Schnallenoberfläche der Krone und wird so gewählt, dass er die nächstgelegene Position annähert, an der ein Bediener eine Halterung platzieren kann, um kieferorthopädische Kräfte anzuwenden. In dieser repräsentativen Analyse waren die Positionen des Widerstandszentrums entlang der X-Koordinate, wenn ein Kraftsystem entlang der Y- und Z-Koordinaten angewendet wurde, unterschiedlich, aber die durchschnittlichen Unterschiede waren gering.Finite-Elemente-Analysen können für neue Benutzer sehr mühsam sein. Achten Sie darauf, geduldig und methodisch zu sein, wenn Sie die Vorverarbeitungsschritte in den ersten Jahren durchführen. Diese Forschung ist also eine Stiftungsforschung.Einige der Anwendungen hierfür können die Vorhersage von Zahnbewegungen sein, was für Unternehmen, die im Bereich der Aligner arbeiten, sehr, sehr entscheidend ist. Es kann verwendet werden, um herauszufinden, das Zentrum des Widerstands vieler Zähne, Segmente der Zähne, et cetera, die Nebenwirkungen, die während der Zahnbewegung erzeugt werden, und sehr, sehr wichtig vielleicht bei der Ermittlung, wie zahnbewegung zu beschleunigen.

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Biologie

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