Abstracte achtergrond
dit onderzoek gebruik gemaakt van de 3D eindige elementen methode om verplaatsingen en spanningen in parodontale ligament de hond van de hond te onderzoeken (PDL ) tijdens de hond's vertaling, neiging en rotatie met transparante tand correctie behandeling.
Methods
eindige elementen modellen werden ontwikkeld om dynamische orthodontische behandelingen van de vertaling, helling, en de rotatie van de linker onderkaak hoektand met transparante tand correctie te simuleren . Stuksgewijze statische simulaties werden uitgevoerd om het dynamische proces van orthodontische behandelingen repliceren. De verdeling en verandering trends van de verplaatsingen en spanningen in de hond's PDL hond tijdens de drie soorten tand bewegingen werden verkregen.
Resultaten
Maximale verplaatsingen werden waargenomen bij de kruin en het middelste deel in de vertaling geval, bij de kruin in de helling geval en op de kroon en wortel deel de rotatie geval. De relatieve maximale von Mises en de belangrijkste spanningen waren vooral te vinden op de baarmoederhals van de PDL in de vertaling en de helling gevallen. In de vertaling geval werd trekspanning vooral waargenomen op de mesiale en distale oppervlakken nabij de linguaal drukbelasting werd aan de onderkant van de labiale oppervlak. In de helling geval werd trekspanning vooral waargenomen op de labiale baarmoederhals en lingual apex en drukspanning was gevestigd aan de lingual baarmoederhals en labiale apex. In de rotatie geval werd von Mises spanning vooral aan de baarmoederhals en in het linguale oppervlak werd trekspanning op het distale oppervlak en drukspanning werd gedetecteerd op de mesiale oppervlak. De stress en de verplaatsing waarde snel af in de eerste paar stappen en dan een plateau bereikt.
Conclusies
Canine's soort beweging aanzienlijk invloed op de verdeling van de verplaatsing en spanningen honden in de hond van de PDL. Veranderingen in de verplaatsing honden en spanningen in de hond's PDL waren exponentiële in transparante tand correctie behandeling. Achtergrond
Het primaire doel van orthodontie is om de juiste positie van de tanden te verkrijgen in de tandheelkundige boog om de juiste occlusie met de get beste functionele en esthetische kenmerken.
Sinds zijn komst in 1999, heeft het transparante tand correctiesysteem een geaccepteerde behandeling keuze voor clinici geworden. Dit systeem is gebaseerd op duidelijke sequentiële apparaten (aligners) uit een doorzichtig thermoplastisch materiaal met behulp van computerondersteunde scannen en beeldvorming [1]. Daarom transparante tand correctie systeem heeft zijn eigen bijzondere biomechanica onderscheiden van die van conventionele orthodontie. De orthodontische krachten van transparante tand correctie technologie voornamelijk het gevolg van rebound kracht van de elastische vervorming van de aligner's.
Omdat het een relatief nieuwe methode, sommige aspecten zijn nog onvoldoende onderzocht. Eerdere studies over transparante tand correctie hebben zich voornamelijk geconcentreerd op individuele gevallen [2-7] of technische of materiële-specifieke aspecten [8-13], of ze gericht mondhygiëne [14, 15] en de kwaliteit van het leven [15, 16] . Echter, onderzoeken op de biomechanische vragen met betrekking tot deze technologie zijn er maar weinig tussen [17, 18]. Orthodontische tandverplaatsing blijkt een zeer complex proces, waarbij een opeenvolging van fysische, biochemische en cellulaire reacties, wat leidt tot botremodellering [19]. Afgezien van de biochemische processen tijdens botremodellering, de biomechanica van tandverplaatsing is een belangrijk onderwerp in de orthodontische onderzoek [20]. Een van de specifieke belangen voor orthodontisten op dit gebied van de techniek is de berekening van spanningen ontwikkeld op de tand en de omliggende weefsels tijdens orthodontische tandverplaatsing. Andere studies hebben gericht op het onderzoeken van de spanningen binnen de PDL veroorzaakt door orthodontische krachten [21-26]. Te veel hoge stress zou leiden tot necrose van de PDL en dat kan de snelheid van tandverplaatsing te vertragen. Ondernemingen De eindige elementen (FE) methode wordt gebruikt om de biomechanica van orthodontische apparaten te begrijpen omdat het mogelijk maakt de schatting van stress, spanningen en vervormingen in verschillende weefselstructuren, zoals alveolaire bot, periodontale ligament (PDL) en tanden tijdens behandeling [27-30]. Verschillende studies hebben FE werkzaam zijn op orthodontische mechanica [31-35]. Ondernemingen De meerderheid van de FE studies over orthodontische tandverplaatsing hebben zich gericht op statische evaluatie van de initiële status van het laden, terwijl dynamische lange termijn FE analyse is zelden uitgevoerd. Orthodontische tandverplaatsing is niet een-stap-proces, en veranderingen in de mechanische respons van de weefsels optreden wanneer de tand mechanisch wordt gesimuleerd tijdens orthodontische tandverplaatsing.
Deze studie had als doel om (1) simuleren van het dynamische proces van de vertaling, helling en de rotatie van de onderkaak hoektand met transparante tand correctie behandeling met behulp van piecewise statische 3D-FE-methode en (2) de studie van de distributie patronen en trends van de verplaatsing en spanningen honden in de hond's PDL veranderen tijdens tandbeweging.
Methods
Generation eindige elementen model
Modellering van 3D-modellen Ondernemingen de FE-modellen van de onderkaak weefsels in onze eerdere onderzoeken vastgesteld werden gebruikt in de huidige studie [30]. De 3D FE type (afb. 1), die onderfront, PDL en alveolaire bot omvatten, zijn ontwikkeld volgens de sequentiële computertomografie (CT, Philips /Brilliance64) beelden (0,5 mm intervallen) van de normale craniofaciale één vrijwilliger . De geometrie van de onderkaak en tandheelkundige modellen werden gereconstrueerd met de nabootst (Materialise) en Geomagic Studio (Geomagic) software. De tanden werden translationeel enigszins verplaatst met behulp van de 3-matic (Materialise) software om contact tussen de tanden te elimineren. De 0,25 mm dikke lagen rond de tandwortel zijn gemaakt om de PDL vertegenwoordigen, zoals in eerdere studies [30, 36-38]. Tenslotte werden de geconstrueerde modellen geïmporteerd in de FE software ABAQUS voor verdere analyse. Fig. 1 Eindige elementen model van de onderkaak weefsel, Aligner (a), gebit (b), parodontale ligament (c), onderkaak (d), het monteren model (e), de belasting en randvoorwaarde (f)
De linker onderkaak hoektand (nummer 33) werd geselecteerd als de behandelde tand. Een lokaal coördinatensysteem is gemaakt zoals getoond in Fig. 1 (e) toe te passen en meten bewegingen hoektand. De oorsprong is gelegen in de interface van de kroon en de wortel. De coördinaat Z-as werd samenvalt met de hond lange as. De Y-as is gelegen in het labial-lingual richting en de X-as is gepositioneerd in de mesiaal-distale richting. Drie soorten tandverplaatsing onderzocht: 0,25 mm vertaling in de negatieve richting van de Y-as (de labiale zijde naar de linguaal), 2 ° rotatie (om de hond lengteas, het distale gedeelte beweegt van de labiale zijde naar de linguaal) en 2 ° helling langs de X-as (de kroon beweegt van de linguale zijde naar de labiale zijde). De hoeveelheid ladingen geïnduceerd door de aligner werden bepaald met de verplaatsingsafstand medewerking aan de richter. Ondernemingen De uitrichteenheid dikte werd verondersteld 0,8 mm, en de orthodontische aligner modelleringsproces zijn als volgt [36, 39] :( 1 ) het verkrijgen van de post-behandeling gebit-PDL-onderkaak modellen. De hond naar de gewenste positie van het geval met de 3-matic software.
(2) Verdikking van kronen. De kronen van het model verkregen in stap 1 werd verdikt met 0,8 mm in de normale richting van de kronen met de Geomagic Studio.
(3) samenvoegen van de verdikte kronen. De verkregen verdikte kronen werden in ABAQUS geïmporteerd en samengevoegd als geheel (Boolean toe te voegen operatie).
(4) aftrekken van de nabehandeling modellen uit de gefuseerde verdikte kroon modellen. De overeenkomstige nabehandeling gebit-PDL-onderkaak model (verkregen in stap 1) werd afgetrokken (Boolean operatie) uit de verkregen in stap 3 tot aligner modellen te verkrijgen model.
Figuur 2 beschrijft de vier stappen van het modelleren proces, met de vertaling geval als voorbeeld. Fig. 2 De modelleringsproces van aligner in vertaling geval
Materiaaleigenschappen Ondernemingen De mechanische eigenschappen van de tand, PDL en alveolaire bot uitgegaan lineair elastisch, homogeen en isotroop zijn en gedefinieerd volgens eerdere studies [36, 39 ], zoals weergegeven in tabel 1 1.Table Materiaal eigenschappen en Unit en knooppunt aantallen FE modellen
Material
Elasticiteitsmodulus /MPa
verhouding
Poisson
Number elementen
aantal knooppunten
tanden
18600
0.31
15.457
26.371
alveolaire bot
13700
0,30
51502
80.282
parodontale ligament
0.68
0.49
12891
26396
Aligner
816.31
0.30
19256
37024
Tien-knooppunt tetraëdrische element is in de FE modellen vastgesteld, en de nummers van de onderdelen en knooppunten voor elke component van het model zijn weergegeven in tabel 1. De elementen werden onderzocht Mesh Controleer commando ABAQUS convergentie van het model te waarborgen. Loading en randvoorwaarden
de interactie van de kronen en uitrichteenheid uitgegaan wrijvingsloos is en elke tand niet in contact met de aangrenzende tanden. De bodem en achterste oppervlakken van de onderkaak werd eveneens vastgesteld. Ongeveer 5000 nodes waren uitgesloten getoond in Fig. 1 (f).
Simulatie van tandverplaatsing proces
In dit onderzoek werd botombouw verondersteld te passen aan de tand vervorming en de omringende constructie door orthodontische kracht. Piecewise statische simulaties werden uitgevoerd om dynamische orthodontische tandverplaatsing repliceren. Een statische simulatie werd bedreven in één stap. De gedeformeerde hond, PDL en alveolaire bot in de laatste stap van statische simulatie verkregen en gebruikt als model voor de volgende statische simulatie. De in elke stap modellen worden weergegeven in Fig. 3. Fig. 3 De in elke stap
Results modellen
Tijdens de simulatie, de vertaling geval bestond uit 61 stappen, de helling geval had 15 stappen, en de rotatie geval hadden 16 stappen.
Initiële verplaatsing Canine's On The hoektand verplaatsing patronen verschilden in de orthodontische behandeling proces. Tabel 2 geeft de locatie verandering in de maximale en minimale verplaatsingen van de hond in elk case.Table 2 De verandering van de maximale honden en minimale verplaatsing locatie
Cases
Gaat
Later
Final
Vertaling
maximale verplaatsing
Crown apicale
Crown apicale
Midden deel
Minimum verplaatsing
Root deel
Crown's baarmoederhals & amp; apicale deel van root
Crown deel
Helling
maximale verplaatsing
Crown deel
Crown deel
Crown deel
Minimum verplaatsing
Root deel
Crown deel
Crown deel
Rotation
maximale verplaatsing
Crown deel
Crown & amp; Middelste deel
Crown & amp; Middelste deel
Minimum verplaatsing
Crown apicale & amp; Root apex
Wortel distale zijde & amp; kroon apicale
Wortel distale zijde & amp; kroon apicale
Figuur 4 beschrijft de verplaatsing distributie patronen in het begin, midden en laatste stappen. Figuur 5 trends in de maximale verplaatsing van de hond te veranderen tijdens orthodontische beweging in de drie gevallen beweging. Fig. 4 Verplaatsing distributie trend canine begin, later en laatste stappen
Fig. 5 De verandering trend van de maximale verplaatsing honden tijdens een orthodontische behandeling, vertaling geval (a), inclinatie geval (b), rotatie geval (c)
onderstreept van het parodontale ligament
Figuur 6 legt de stress distributie patronen in de drie types beweging. Als de stress distributie trends waren vergelijkbaar hele beweging de tand proces, werden alleen de distributie patronen van een stap getoond. De patronen in de drie hoofdspanningen waren vergelijkbaar; Daarom werd slechts het eerste principe spanning gepresenteerd. Fig. 6 benadrukt distributie patronen in de PDL, de vertaling von-Mises stress (a), vertaling 1 Principal stress (b), helling von-Mises stress (c), hellingshoek 1 Principal stress (d), rotatie von-Mises stress (e), rotatie 1e hoofdspanning (f) het in de steden vertaling geval is de hoogste spanning (von Mises, trek- en compressiesterkte) canine PDL's werd geconcentreerd bij de cervix tijdens tandverplaatsing. Trekspanning werd voornamelijk gezien de mesiale en distale oppervlakken nabij de linguale zijde en drukspanningen werd aan de onderkant van de labiale oppervlak.
In de helling geval werd de hoogste von Mises spanning geconcentreerd in de baarmoederhals en apex. Trekspanning vooral geconcentreerd op de cervix labiale en linguale apex en drukspanningen bij de in de labiale en linguale cervix apex.
In de rotatie geval werd de hoogste von Mises spanning voornamelijk in de baarmoederhals en in het linguale oppervlak. Trekspanning is hoofdzakelijk op het distale oppervlak en drukspanning werd waargenomen op de mesiale oppervlak.
Figuur 7, Fig. 8 en Fig. 9 huidige trends veranderen in spanningen in de drie gevallen tijdens orthodontische tandverplaatsing. Fig. 7 De verandering trend van PDL hoogste von Mises-spanning hond tijdens een orthodontische behandeling, vertaling geval (a), inclinatie geval (b), rotatie geval (c)
Fig. 8 De verandering trend van honden's PDL hoogste trekspanning tijdens een orthodontische behandeling, vertaling geval (a), inclinatie geval (b), rotatie geval (c)
Fig. 9 De verandering trend van PDL hoogste drukspanning hond tijdens een orthodontische behandeling, vertaling geval (a), inclinatie geval (b), rotatie geval (c)
Discussion
Er zijn slechts een paar berichten over de dynamische simulatie van orthodontische tandverplaatsing proces [33, 40]. Jing Y et al. [33] en Y. Qian et al. [40] nam de normale stress en spanning als de botremodellering stimulus factoren echter verwaarloosd het effect van shear stress en spanning op het bot remodeling. Bovendien zijn simulaties moeten belasting toegepast direct op de tand en moeten zorgen dat de verminderde orthodontische ladingen.
Echter botremodellering is de activiteit die bot toont het vermogen aan te passen aan een verandering van uitwendige belastingen, dat wil zeggen een bot optimale structuur bij mechanische evenwicht, en kan remodelleren onder een gewijzigde belasting totdat een optimale configuratie aangepast aan de nieuwe evenwichtstoestand bereikt [41, 42]. Het onderhavige onderzoek werd bedreven op basis van dit principe.
Berekening van het draaipunt (Crot) van de tand kan het effect van de kracht systeem op de tand beweging te evalueren. Het verspreidingspatroon van verplaatsing verschilden door het proces van tandverplaatsing waaruit bleek variëren van rotatiecentrum tijdens het behandelingsproces met transparante tand correctiesysteem. Ondernemingen De locatie van minimumverplaatsing is de geschatte locatie van draaicentrum. Ondernemingen De verdraaiingscentrum te vertalen geval lag ten grondslag aan het begin en later naar het middendeel en kroondeel. De rotatie centrum voor inclinatie geval verplaatst van wortel om deel te bekronen. Die aantoonden vertaling en de neiging van de hond werden verkregen door stuksgewijze helling beweging, het kroondeel bewogen en daarna de worteldeel bewogen.
Rotatie geval de hond geroteerd langs lengteas van de hond bij het begin, maar de hoektand rotatie beweging van de hond as afweek van de lengteas. Ondernemingen de maximale spanning (von Mises, trek- en druksterkte) bedragen tijdens de tandverplaatsing bij de in de eerste stap in de simulatie. De hoogste spanning was 75,93 MPa voor de vertaling geval, gevolgd door 1,08 Mpa voor de helling geval en 0,5051 Mpa de rotatie case. De spanning in de vertaling geval hoger dan de optimale spanning van 0,0185 MPa [43]. Dit resultaat kan worden toegeschreven aan de translatie verplaatsing ontworpen in deze studie, die 0,25 mm groter en dus een passende translatiebeweging niet. In de helling en rotatie gevallen de hoogste spanning iets hoger dan de juiste spanning maar deze hoge spanning snel af tijdens tandverplaatsing en een plateau bereikt in een relatief passende spanningsinterval [21-26]. Ondernemingen De distributiepatronen van spanningen in de PDL vergelijkbaar hele beweging de tand proces deelneemt. Echter, de verdeling van de spanningen en verplaatsingen in hoofdzaak bepaald door de hond de beweging types. De maximale verplaatsing voor de vertaling en de helling gevallen werd vooral gevonden op de kroon, terwijl de minimale verplaatsing bij de wortel en de kroon. De maximale verplaatsing van de rotatie zaak is gelegen aan de kruin en middendeel. Voor de hond gedraaid langs de lange as, werd de minimale verplaatsing te vinden op de apicale van de kroon en de wortel. Ondernemingen De hoogste von Mises benadrukt voor de vertaling en de helling gevallen werden gevonden op de baarmoederhals van de PDL. De hoogste von Mises spanning voor de rotatie geval is in de baarmoederhals van het apicale PDL.
Trekspanning de vertaling zaak vooral waargenomen op de mesiale en distale oppervlakken nabij de linguale zijde en drukspanningen werd gevestigd in onderkant van de labiale oppervlak. Trekspanning voor de helling zaak werd vooral gevonden op de labiale baarmoederhals en lingual apex en drukspanning werd waargenomen bij de lingual baarmoederhals en labiale apex. Trekspanning voor de rotatie zaak werd waargenomen op het distale oppervlak, en drukspanning was op de mesiale oppervlak.
Wijzigingen van maximale verplaatsing honden en de hoogste spanningen in hoektand PDL tijdens orthodontische tandverplaatsing proces waren allemaal exponentieel. Dat betekent dat de verandering van de orthodontische kracht tijdens orthodontische tandverplaatsing kan exponentieel in de transparante tand correctie systeem. Deze bevinding is consistent met het resultaat van experiment Simon et al. [18].
Volgens de simulatieresultaten, de orthodontische tandverplaatsing en orthodontische kracht in transparante tand correctiesysteem kan worden onderverdeeld in twee fasen. In de eerste fase, de tandverplaatsing en orthodontische golden het maximum bij het begin en vervolgens snel af. In de tweede fase, de tand beweging en orthodontische kracht bleef onveranderlijk.
Beperkingen van dit onderzoek hebben betrekking op de aanpassing van het materiaal gedrag van de tand model. De kracht-rek relatie werd verondersteld lineair elastische en isotrope zijn. Anisotropische en visco-elastische gedrag van de parodontale ligamenten werd uitgesloten van dit model. Wat werk doet vermoeden dat deze veronderstelling met name zwak [44]. Ten tweede werd geen onderscheid gemaakt tussen cellulaire en acellulaire cement.
Conclusie
De beweging van de hond van het type had een grote invloed op de verdeling van ontheemding en spanningen honden in hond's PDL. Wijzigingen van de verplaatsing honden en spanningen in de hond's PDL waren exponentieel tijdens orthodontische tandverplaatsing in transparante tand correctiesysteem
Afkortingen
FEM:.
Eindige elementen methode
PDL:
parodontale ligament
FE:
Eindige elementen
3D:
driedimensionale
CT:
Computed tomography
Crot: City Center van de rotatie
verklaringen
Dankwoord
Dit werk werd ondersteund door het project van de Chinese Fujian departement onderwijs (2012Y4007, JA11010, 2012Y41010014) Open AccessThis artikel
wordt gedistribueerd onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution 4.0 International License (http:. //creativecommons. org /licenties /door /4. 0 /), die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie in elk medium toestaat, mits u de juiste krediet te geven aan de oorspronkelijke auteur (s) en de bron, een link de Creative Commons-licentie, en aangeven of wijzigingen zijn aangebracht. De Creative Commons Public Domain Dedication waiver (http:. //Creativecommons org /publicdomain /zero /1 0 /) van toepassing op de ter beschikking gestelde in dit artikel, tenzij anders vermeld data
Competing. belangen Ondernemingen de auteurs verklaren dat ze geen concurrerende belangen. bijdragen
Authors '
YC is de ontwerper, begeleider en dirigent van deze studie. XY en BH zijn betrokken geweest bij het opstellen van het manuscript. JY is co-onderzoeker en het manuscript beoordeeld. Alle auteurs gelezen en goedgekeurd het definitieve manuscript informatie
Authors '
Yongqing Cai, Docteral student, Department of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fujian, China.; Xiaoxiang Yang, Professor, Department of Mechanical Engineering, Fuzhou University, Fujian, China; Bingwei Hij, Professor, Department of Mechanical Engineering, Fuzhou University, Fujian, China; Juni Yao, professor aan de afdeling Orthodontie, Fujian Medische Universiteit, Fujian, China
