Resumen Antecedentes
este estudio se utilizó el método de elementos finitos 3D para investigar desplazamientos y tensiones en el ligamento periodontal de los caninos de caninos (PDL ) durante la traducción del canino, inclinación y rotación con el tratamiento de corrección de dientes transparente.
Métodos y modelos de elementos finitos se han desarrollado para simular los tratamientos de ortodoncia dinámicos de la traducción, la inclinación y rotación del canino inferior izquierdo con sistema de corrección de dientes transparente . Por tramos se realizaron simulaciones estáticas para replicar el proceso dinámico de tratamientos de ortodoncia. Se obtuvieron las tendencias de distribución y cambio de desplazamientos y tensiones en PDL del canina de caninos durante los tres tipos de movimientos dentales se observaron.
Resultados
desplazamientos máximos en la corona y parte media en el caso de la traducción, en la corona de el caso de inclinación, y en la parte de la corona y de la raíz en el caso de rotación. El máximo relativo von Mises y tensiones principales se encuentra principalmente en el cuello del útero de la PDL en los casos de traducción e inclinación. En el caso de traducción, la tensión de tracción se observó principalmente en las superficies mesial y distal cerca del lado lingual y esfuerzo de compresión se encuentra en la parte inferior de la superficie labial. En el caso de inclinación, tensión de tracción se observó principalmente en el cuello del útero y lingual labial ápice y esfuerzo de compresión se encuentra en el cuello del útero y el ápice lingual labial. En el caso de rotación, la tensión de von Mises se encuentra principalmente en el cuello uterino y el interior de la superficie lingual, esfuerzo de tracción se encuentra en la superficie distal, y se detectó una tensión de compresión en la superficie mesial. El valor de la tensión y el desplazamiento disminuyó rápidamente en los primeros pasos y luego llegó a una meseta.
Tipo de movimiento Conclusiones
de Canine influye significativamente en la distribución de los desplazamientos y las tensiones de la canina en PDL del canino. Los cambios en el desplazamiento del canino y tensiones en PDL del canino fueron exponencial en el tratamiento de corrección de dientes transparente.
Antecedentes Francia El objetivo principal de la ortodoncia es la obtención de la posición correcta de los dientes en el arco dental para conseguir la oclusión correcta con el mejores características funcionales y estéticas.
Desde su aparición en 1999, el sistema de corrección de dientes transparente se ha convertido en una opción de tratamiento aceptado para los médicos. Este sistema se basa en aparatos secuenciales claros (alineadores) hechos de un material termoplástico transparente de utilizar el escaneado de imágenes y técnicas asistidas por ordenador [1]. Por lo tanto el sistema de corrección de dientes transparente tiene sus propias biomecánica peculiares distinta de la de la ortodoncia convencional. Las fuerzas de ortodoncia de la tecnología de corrección de dientes transparentes resultan principalmente de la fuerza de rebote de la deformación elástica del alineador.
Dado que es un método relativamente nuevo, todavía algunos aspectos se ha investigado bastante. Estudios previos sobre la corrección de los dientes transparentes se han concentrado principalmente en informes de casos individuales [2-7] o aspectos técnicos o específicos del material [8-13], o dirigida higiene oral [14, 15] y la calidad de vida [15, 16] . Sin embargo, las investigaciones sobre las cuestiones biomecánicas respecto a esta tecnología son pocos y distantes entre sí [17, 18]. el movimiento dental ortodóncico ha demostrado ser un proceso extremadamente complejo que implica una sucesión de reacciones físicas, bioquímicas y celulares, dando lugar a la remodelación ósea [19]. Aparte de los procesos bioquímicos durante la remodelación ósea, la biomecánica del movimiento dental es un tema importante en la investigación de ortodoncia [20]. Uno de los intereses particulares de los ortodoncistas en este campo de la ingeniería es el cálculo de las tensiones desarrolladas en el diente y los tejidos circundantes durante el movimiento dental ortodóncico. Otros estudios se han centrado en la investigación de las tensiones dentro del PDL inducidas por las fuerzas de ortodoncia [21-26]. Demasiado alto estrés podría causar necrosis del PDL y que puede ralentizar la velocidad de movimiento de los dientes. Francia El método de los elementos finitos (FE) se utiliza para comprender la biomecánica de los dispositivos de ortodoncia, ya que permite la estimación de las tensiones, distensiones, y deformaciones en diferentes estructuras de tejido, como el hueso alveolar, ligamento periodontal (PDL), y los dientes, durante el tratamiento [27 a 30]. Varios estudios han empleado FE en la mecánica de ortodoncia [31-35].
La mayoría de los estudios de Fe el movimiento dental ortodóncico se han centrado en la evaluación de la condición estática de carga inicial, mientras que el análisis dinámico FE largo plazo ha sido rara vez se realiza. el movimiento dental ortodóncico no es un proceso de un solo paso, y las alteraciones en las respuestas mecánicas de los tejidos se produce cuando el diente se simula mecánicamente durante el movimiento dental ortodóncico.
Este estudio tuvo como objetivo (1) simular el proceso dinámico de la traducción, la inclinación y la rotación del canino inferior con el tratamiento de corrección de dientes transparente mediante el método 3D FE trozos estática y (2) el estudio de los patrones de distribución y cambiar las tendencias de desplazamiento y las tensiones de la canina en PDL del canino durante el movimiento dental.
Métodos Generación
del modelo de elementos finitos
Modelado de los modelos 3D
los modelos FE de tejidos mandibulares establecidos en nuestras investigaciones anteriores se utilizaron en el presente estudio [30]. Los modelos 3D FE (Fig. 1), que comprenden dientes inferiores anteriores, PDL, y el hueso alveolar, se desarrollaron de acuerdo con la tomografía computarizada secuencial (CT, /Brilliance64 Philips) imágenes (0,5 mm intervalos) de la craneofacial normal de un voluntario . La geometría de los modelos dentales y mandibulares fueron reconstruidos con los imitadores (Materialise) y software Geomagic Studio (Geomagic). Los dientes se movieron ligeramente en traslación mediante el software 3-matic (Materialise) para eliminar el contacto entre los dientes. Las capas de 0,25 mm de espesor alrededor de la raíz del diente se crearon para representar el PDL, tal como se indica en estudios anteriores [30, 36-38]. Por último, los modelos construidos fueron importados al software FE ABAQUS para su posterior análisis. Higo. 1 modelo de elementos finitos del tejido mandibular, alineador (a), dentición (b), el ligamento periodontal (c), mandíbula (d), el modelo (e), la carga y la condición de contorno (f) Francia El canino inferior izquierdo montar (número 33) fue seleccionado como el diente tratado. Un sistema de coordenadas local fue creado como se muestra en la Fig. 1 (e) para aplicar y medir los movimientos de caninos. El origen se encuentra en la interfaz de la corona y la raíz. El eje de coordenadas Z fue coincidente con el eje largo canina. El eje Y se encuentra en la dirección labial-lingual, y el eje X se coloca en la dirección mesial-distal. Se investigaron tres tipos de movimiento de los dientes: traducción 0,25 mm en la dirección negativa del eje Y (desde el lado labial en el lado lingual), 2 ° de rotación (en torno al eje largo canino, la parte distal se mueve desde el lado labial a la lado lingual), y 2 ° de inclinación a lo largo del eje X (la corona se mueve desde el lado lingual hacia el lado labial). Las cantidades de cargas inducidas por el alineador se determinaron utilizando la cantidad de desplazamiento cooperó en el alineador. México La grosor alineador se supone que es de 0,8 mm, y el proceso de modelado de ortodoncia con alineadores fue el siguiente [36, 39] :( 1 ) la obtención de los modelos dentición-PDL-la mandíbula después del tratamiento. El canino mueve a la posición deseada de la caja usando el software 3-matic. Gratis (2) El engrosamiento de las coronas. Las coronas del modelo obtenido en el paso 1 se espesaron en 0,8 mm en la dirección normal de las coronas mediante el uso de la Geomagic Studio. Gratis (3) La fusión de las coronas engrosadas. Las coronas engrosadas obtenidos fueron importados en ABAQUS y se fusionaron en su conjunto (booleano añadir operación). Gratis (4) Restando los modelos de tratamiento posterior de los modelos de la corona engrosadas fusionadas. El modelo de dentición-PDL-la mandíbula después del tratamiento correspondiente (obtenida en el paso 1) se restó (operación booleana) a partir del modelo obtenido en el paso 3 para obtener modelos de alineación.
Figura 2 describe los cuatro pasos del proceso de modelado, con el caso de la traducción como el ejemplo. Higo. 2 El proceso de modelado de alineador en caso de traducción
Propiedades de los materiales
Las propiedades mecánicas del diente, PDL, y el hueso alveolar se supone que es lineal elástico, homogéneo, e isótropo y define de acuerdo con estudios anteriores [36, 39 ], como se muestra en la Tabla 1 1.Table propiedades del material y números de unidad y de nódulos de modelos FE
material
Módulo de elasticidad /MPa
relación de Poisson
Número de elementos
Número de nodos
dientes
18600
0,31
15457
26371
hueso alveolar
13700
0,30
51502 80282
periodontal ligament
0.68
0.49
12891
26396
Aligner
816.31
0.30
19256
37024
Diez nodo elemento tetraédrico se adoptó en los modelos FE, y el número de los elementos y nodos para cada componente del modelo se presentan en la Tabla 1. Los elementos fueron examinados con malla Verificar mando en ABAQUS para asegurar la convergencia del modelo FE. Cargando y condiciones de frontera México La interacción de las coronas y alineador se supone que sin fricción y cada diente no entran en contacto con los dientes adyacentes. También se fijaron las superficies inferiores y posterior de la mandíbula. Aproximadamente 5.000 nodos estaban restringidas, como se muestra en la Fig. 1 (f).
Simulación del proceso de movimiento de los dientes
En esta investigación, la remodelación ósea se supuso que adaptarse a la deformación de los dientes y la estructura circundante producida por la fuerza de ortodoncia. Por tramos se realizaron simulaciones estáticas para replicar el movimiento dental ortodóncico dinámico. Una simulación estática se hizo funcionar en un solo paso. El canino deformada, PDL, y el hueso alveolar en el último paso de la simulación estática se obtuvieron y utilizaron como modelo para la siguiente simulación estática. Los modelos utilizados en cada paso se presentan en la Fig. 3. Fig. 3 Los modelos utilizados en cada paso: Resultados de la
Durante la simulación, el caso de traducción que comprende 61 pasos, el caso inclinación tenía 15 pasos, y el caso de la rotación tenía 16 pasos.
Desplazamiento inicial de Francia El canino canino de patrones de desplazamiento diferían en el proceso de tratamiento de ortodoncia. La Tabla 2 muestra el cambio de ubicación de los desplazamientos máximos y mínimos de los caninos en cada case.Table 2 El cambio del máximo del canino y ubicación de desplazamiento mínimo
Casos
A partir
Posterior
final
traducción
desplazamiento máximo
apical corona apical
Corona
Medio Part
mínimo desplazamiento
parte raíz
cérvix & amp
de la corona; parte apical de la raíz
parte Corona
Inclinación
Desplazamiento máximo
parte Corona
parte Corona
Crown parte
desplazamiento mínimo
raíz parte
parte Corona
parte Corona
rotación
desplazamiento máximo
parte Corona
Crown & amp; Parte media
Crown & amp; Parte media
desplazamiento mínimo
corona apical & amp; Ápice radicular
raíz lado distal & amp; coronar apicales
Raíz lado distal & amp; corona apical
Figura 4 se describen los patrones de distribución de desplazamiento al principio, en medio y pasos finales. La Figura 5 ilustra cambiar tendencias del desplazamiento máximo del canino durante el movimiento ortodóncico en los tres casos de movimiento. Higo. 4 Desplazamiento tendencia distribución en caninos al principio, más tarde, y pasos finales
Fig. 5 La tendencia de cambio de desplazamiento máximo del canino durante el tratamiento ortodóncico, caso de la traducción (a), caso de inclinación (b), la caja de rotación (c)
tensiones del ligamento periodontal
Figura 6 se explican los patrones de distribución de tensiones en los tres tipos de movimiento. A medida que las tendencias de la distribución de estrés fueron similares en todo el proceso de movimiento de los dientes, se muestran sólo los patrones de distribución de un solo paso. Los patrones en las tres tensiones principales fueron similares; Por lo tanto, se presentó sólo el primer esfuerzo principal. Higo. patrones de distribución 6 Destaca en PDL, traducción tensión de von Mises (a), la traducción 1ª Esfuerzo principal (b), la inclinación von Mises estrés (c), la inclinación 1er Esfuerzo principal (d), la rotación von Mises estrés (E), 1ª rotación esfuerzo principal (f)
en el caso de traducción, las más altas tensiones (von Mises, tracción y compresión) en el PDL del canino se concentró en el cuello uterino durante el movimiento dental. Tensión de tracción se observó principalmente en las superficies mesial y distal cerca del lado lingual, y una tensión de compresión se encuentra en la parte inferior de la superficie labial.
En el caso de inclinación, la más alta tensión de von Mises se concentró en el cuello uterino y el ápice. Tensión de tracción concentra principalmente en el cuello uterino y lingual labial ápice, y se observó una tensión de compresión en el cuello uterino y el ápice lingual labial.
En el caso de rotación, la más alta tensión de von Mises se encuentra principalmente en el cuello uterino y el interior de la superficie lingual. Tensión de tracción se encuentra principalmente en la superficie distal, y se observó una tensión de compresión en la superficie mesial.
la figura 7, Fig. 8, y la fig. 9 actuales tendencias de cambio en las tensiones en los tres casos durante el movimiento dental ortodóncico. Higo. 7 La tendencia cambio de PDL más alta tensión de von Mises de canino durante el tratamiento ortodóncico, caso de la traducción (a), caso de inclinación (b), la caja de rotación (c)
Fig. 8 La tendencia cambio de PDL tensión más alta a la tracción del canino durante el tratamiento ortodóncico, caso de la traducción (a), caso de inclinación (b), la caja de rotación (c)
Fig. 9 La tendencia cambio de PDL más alto esfuerzo de compresión del canino durante el tratamiento ortodóncico, caso de la traducción (a), caso de inclinación (b), la caja de rotación (c) Discusión
Hay sólo unos pocos informes sobre la simulación dinámica de ortodoncia proceso de movimiento de los dientes [33, 40]. Jing Y et al. [33] y Y. Qian et al. [40] tomó la tensión normal y la tensión como los factores de estímulo de remodelación ósea, sin embargo, descuida el efecto de la tensión de cizallamiento y la tensión en la remodelación ósea. Además sus simulaciones necesitan aplicar carga directamente en el diente, y la necesidad de considerar la disminución de las cargas de ortodoncia.
Sin embargo, la remodelación ósea es la actividad que el hueso muestra la capacidad de adaptarse a un cambio en las cargas externas, es decir, el hueso tiene una estructura óptima en el caso de equilibrio mecánico, y es capaz de remodelación bajo una carga cambia hasta una configuración óptima adaptada al nuevo estado de equilibrio se logra [41, 42]. La presente investigación se hizo funcionar sobre la base de este principio.
Cálculo del centro de rotación (Crot) del diente puede evaluar el efecto del sistema de fuerza en el movimiento de los dientes. Los patrones de distribución de los desplazamientos eran diferentes a través del proceso de movimiento de los dientes, lo que indica varían de centro de rotación durante el proceso de tratamiento con sistema de corrección de dientes transparente. México La ubicación de desplazamiento mínimo es la ubicación aproximada del centro de rotación.
El centro de rotación para el caso de la traducción se encuentra en la raíz al principio y más tarde se trasladó a la parte media y parte de la corona. El centro de rotación para el caso de inclinación trasladó desde la raíz hasta la corona parte. Ello demuestra la traducción y la inclinación de los caninos fueron alcanzados por el movimiento a trozos inclinación, la parte de la corona se movió primero y luego la parte de la raíz se movió.
En el caso de la rotación, el canino girado a lo largo del eje largo del canino al principio, sin embargo, con el colmillo de movimiento del eje de rotación del canino se desviaron del eje largo. Francia el esfuerzo máximo (von Mises, tracción y compresión) durante importe se observó el movimiento de los dientes en el primer paso en las simulaciones. La tensión más alta fue de 75,93 MPa para el caso de la traducción, seguido de 1,08 MPa para el caso de inclinación, y 0,5051 MPa para el caso de rotación. La tensión en el caso de traducción fue mayor que la tensión óptima de 0,0185 MPa [43]. Este resultado puede atribuirse al desplazamiento traducción diseñado en este estudio, que fue de 0,25 mm más grande y por lo tanto no puede operar un movimiento de traslación correspondiente. Sin embargo, en los casos de inclinación y rotación, la tensión más alta fue ligeramente superior a la tensión adecuada, pero esta alta tensión disminuyó rápidamente durante el movimiento dental y alcanzó una meseta en un rango de esfuerzos relativamente apropiada [21-26].
Los patrones de distribución de tensiones en el PDL son similares en todo el proceso de movimiento de los dientes en cada caso. Sin embargo, la distribución de tensiones y desplazamientos se determina principalmente por las clases de movimiento del canino. El desplazamiento máximo para los casos de traducción y de inclinación se encuentra principalmente en la corona, mientras que el desplazamiento mínimo en la raíz y la corona. El desplazamiento máximo para el caso de rotación se encuentra en la corona y la parte media. Para el canino girado a lo largo del eje largo, el desplazamiento mínimo fue encontrado en el apical de la corona y la raíz. Comentario El más alto tensiones de von Mises para los casos de traducción e inclinación se encontraron en el cuello del útero de la PDL. La más alta tensión de von Mises para el caso de rotación se encuentra en el cuello del útero a la apical del PDL.
Tensión de tracción para el caso de traducción se observó principalmente en las superficies mesial y distal cerca del lado lingual, y la tensión de compresión se encuentra en el parte inferior de la superficie labial. Tensión de tracción para el caso de inclinación se encuentra principalmente en el cuello uterino y lingual labial ápice, y se observó una tensión de compresión en el cuello uterino y el ápice lingual labial. Se observó esfuerzo de tracción para el caso de rotación en la superficie distal, y el esfuerzo de compresión se encuentra en la superficie mesial.
Los cambios de desplazamiento máximo del canino y altas tensiones en el PDL de canino durante el proceso de movimiento ortodóncico de los dientes estaban todos exponencial. Eso significa que el cambio de la fuerza de ortodoncia durante el movimiento ortodóncico de los dientes puede ser exponencial en el sistema de corrección de dientes transparente. Este hallazgo es consistente con el resultado de experimento de Simon et al. [18].
De acuerdo con los resultados de la simulación, el movimiento dental ortodóncico y la fuerza de ortodoncia en el sistema de corrección de dientes transparente se pueden dividir en dos etapas. En la primera etapa, el movimiento de los dientes y la fuerza de ortodoncia fueron el máximo al principio y luego disminuyó rápidamente. En la segunda etapa, el movimiento de los dientes y la fuerza de ortodoncia mantienen invariables.
Limitaciones de este estudio implican la aproximación del comportamiento del material del modelo de diente. La relación de tensión-deformación se supone que es lineal, elástico, e isotrópico. Anisotrópico y el comportamiento viscoelástico de los ligamentos periodontales fue excluido de este modelo. Algunos trabajan parece sugerir que esta suposición, en particular, es débil [44]. En segundo lugar, no se hizo ninguna diferenciación entre el cemento celular y acelular.
Conclusión
tipo de movimiento del canino tuvo una gran influencia en la distribución de los desplazamientos y las tensiones de la canina en PDL del canino. Los cambios del desplazamiento del canino y tensiones en el PDL de caninos fueron exponencial durante el movimiento dental ortodóncico en el sistema de corrección de dientes transparente
abreviaciones
FEM:.
Método de elementos finitos
PDL:
ligamento periodontal
FE:
de elementos finitos
3D:
tridimensional
TC: tomografía computarizada
Crot: City Center de rotación
Declaraciones
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el Proyecto de china de Fujian Departamento de educación (2012Y4007, JA11010, 2012Y41010014)
artículo AccessThis abierto se distribuye bajo los términos de la Licencia Internacional 4.0 Creative Commons Reconocimiento (http:. //creativecommons. org /licencias /por /4. 0 /), que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que le dan el crédito correspondiente al autor (s) original y la fuente, proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons, e indicar si se han realizado cambios. La renuncia Creative Commons Public Domain Dedication (http:. //Creativecommons org /publicdomain /cero /1 0 /) se aplica a los datos facilitados en este artículo, a menos que se indique lo contrario
de la competencia. intereses
los autores declaran que no tienen intereses en competencia.
contribuciones de los autores
YC es el diseñador, supervisor y director de este estudio. XY y BH han participado en la redacción del manuscrito. JY es co-investigador y revisó el manuscrito. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final
la información de los autores
Yongqing Cai, estudiante Docteral, Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Fuzhou, Fujian, China.; Xiaoxiang Yang, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Fuzhou, Fujian, China; Él Bingwei, Profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Fuzhou, Fujian, China; Yao junio, Profesor del Departamento de Ortodoncia de la Universidad de Medicina de Fujian, Fujian, China
