Résumé de l'arrière-plan
Cette étude a utilisé la méthode des éléments finis 3D pour enquêter sur les déplacements et les contraintes dans le ligament parodontal de la canine de chiens (PDL ) lors de la traduction, l'inclinaison et la rotation de chien avec transparent le traitement de correction de la dent.
Méthodes
modèles d'éléments finis ont été développés pour simuler les traitements orthodontiques dynamiques de la traduction, l'inclinaison et la rotation de la canine mandibulaire gauche avec le système de correction des dents transparente . Piecewise simulations statiques ont été effectués pour reproduire le processus dynamique de traitements orthodontiques. Les tendances des déplacements et des contraintes dans PDL de la canine de chiens de distribution et de changement au cours des trois types de mouvements dentaires ont été obtenus déplacements maximum de de. Les résultats ont été observés à la couronne et la carrure dans le cas de la traduction, à la couronne le cas d'inclinaison, et à la partie de la couronne et de la racine dans le cas de rotation. Le maximum relatif von Mises et contraintes principales se situent principalement au niveau du col du PDL dans les cas de traduction et d'inclinaison. Dans le cas de la traduction, la contrainte de traction a été principalement observée sur les faces mésiales et distales à proximité du côté lingual et une contrainte de compression est situé au fond de la surface labiale. Dans le cas d'inclinaison, la contrainte de traction a été principalement observée au niveau du col et linguale apex labiale et une contrainte de compression est situé au niveau du col de linguale et apex labiale. Dans le cas de rotation, contrainte de von Mises est principalement situé au niveau du col et à l'intérieur de la surface linguale, contrainte de traction a été placé sur la surface distale et une contrainte de compression a été détectée sur la surface mésiale. La valeur de la contrainte et le déplacement a diminué rapidement dans les premières étapes, puis a atteint un plateau.
Type de mouvement Conclusions Canine influe considérablement sur la répartition du déplacement et des contraintes de canine dans PDL de la canine. Les changements dans le déplacement de canine et contraintes dans PDL de la canine étaient exponentielle transparente traitement de correction de la dent.
Contexte
L'objectif principal de l'orthodontie est d'obtenir la bonne position des dents dans l'arcade dentaire pour obtenir l'occlusion correcte avec la meilleures caractéristiques fonctionnelles et esthétiques.
Depuis son avènement en 1999, le système de correction des dents transparent est devenu un choix de traitement accepté pour les cliniciens. Ce système est basé sur les appareils séquentiels clairs (les aligneurs) constitués d'un matériau thermoplastique translucide, en utilisant des techniques de balayage et d'imagerie assistées par ordinateur [1]. Par conséquent, la transparence du système de correction des dents a ses propres biomécaniques particulières distinctes de celle de orthodontiques classiques. Les forces orthodontiques de la technologie de correction des dents transparente résultent principalement de la force de rebond de la déformation élastique de l'aligneur.
Comme il est une méthode relativement nouvelle, certains aspects sont encore insuffisamment étudiés. Des études antérieures sur la correction des dents transparente ont principalement porté sur les rapports individuels de cas [2-7] ou des aspects techniques ou spécifiques au matériau [8-13], ou ils abordé l'hygiène buccale [14, 15] et de la qualité de vie [15, 16] . Cependant, les enquêtes sur les questions biomécaniques concernant cette technologie sont rares [17, 18]. le mouvement des dents orthodontique est avérée être un processus extrêmement complexe impliquant une succession de réactions physiques, biochimiques et cellulaires, conduisant à un remodelage osseux [19]. Outre les processus biochimiques pendant le remodelage osseux, la biomécanique du mouvement des dents est un sujet important dans la recherche orthodontique [20]. L'un des intérêts particuliers pour les orthodontistes dans ce domaine de l'ingénierie est le calcul des contraintes développées sur la dent et les tissus environnants pendant le mouvement orthodontique des dents. D'autres études ont porté sur l'étude des contraintes au sein du PDL induites par les forces orthodontiques [21-26]. Trop de stress élevé entraînerait une nécrose des PDL et peut ralentir la vitesse de déplacement de la dent.
L'élément fini méthode (FE) est utilisée pour comprendre la biomécanique des appareils orthodontiques, car elle permet l'estimation des contraintes, les déformations et les déformations dans les structures de tissus différents, tels que l'os alvéolaire, le ligament parodontal (PDL), et les dents, au cours du traitement [27-30]. Plusieurs études ont utilisé FE sur la mécanique d'orthodontie [31-35].
La majorité des études FE sur le mouvement des dents orthodontique ont mis l'accent sur l'évaluation statique de l'état initial de chargement, alors que l'analyse dynamique FE à long terme a été rarement effectué. le mouvement des dents orthodontique est pas un processus en une seule étape, et des modifications dans les réponses mécaniques des tissus se produit lorsque la dent est mécaniquement simulé pendant le mouvement des dents orthodontique.
Cette étude visait à (1) simuler le processus dynamique de la traduction, l'inclinaison et la rotation de canine mandibulaire avec transparent le traitement de correction de la dent en utilisant piecewise méthode statique 3D FE et (2) étudier les modes de distribution et de modifier les tendances du déplacement et des contraintes de canine dans PDL de la canine pendant le mouvement de la dent.
Méthodes
génération du modèle d'éléments finis
Modélisation des modèles 3D
les modèles FE des tissus mandibulaires établis dans nos enquêtes précédentes ont été utilisés dans l'étude actuelle [30]. Les modèles 3D FE (Fig. 1), qui comprennent les dents mandibulaires antérieures, PDL, et l'os alvéolaire, ont été développés en fonction de la tomodensitométrie séquentielle (CT, /Brilliance64 Philips) images (0,5 mm intervalles) de la craniofaciale normale d'un volontaire . La géométrie des modèles mandibule et dentaires ont été reconstruits avec les synoptiques (Materialise) et Geomagic Studio (Geomagic) logiciel. Les dents ont été déplacés en translation légèrement à l'aide du logiciel 3-matic (Materialise) pour éliminer le contact entre les dents. Les couches de 0,25 mm d'épaisseur autour de la racine de la dent ont été créés pour représenter le PDL, comme il est indiqué dans les études précédentes [30, 36-38]. Enfin, les modèles construits ont été importés au logiciel FE ABAQUS pour analyse ultérieure. Figue. 1 Finite modèle d'éléments de tissu mandibulaire, aligneur (a), Dentition (b), ligament parodontal (c), de la mandibule (d), le modèle (e), la charge et l'état limite (f)
La canine mandibulaire gauche assembler (numéro 33) a été sélectionné en tant que la dent traitée. Un système de coordonnées locales a été réalisé comme indiqué sur la Fig. 1 (e) à appliquer et à mesurer les mouvements de chiens. L'origine a été localisé dans l'interface de la couronne et de la racine. L'axe de coordonnées Z, coïncidait avec le grand axe du chien. L'axe Y est situé dans la direction labio-linguale, et l'axe X a été positionné dans la direction mésio-distale. Trois types de mouvement des dents ont été étudiées: la traduction 0,25 mm dans la direction négative de l'axe Y (à partir du côté labial vers le côté lingual), 2 ° de rotation (autour de l'axe longitudinal canin, la partie distale se déplace du côté labial vers le côté lingual), et 2 ° d'inclinaison le long de l'axe X (la couronne se déplace du côté lingual sur le côté labial). Les quantités de charges induites par le dispositif d'alignement ont été déterminées en utilisant la quantité de déplacement a coopéré à l'aligneur.
L'épaisseur du dispositif d'alignement est supposée être de 0,8 mm et le procédé de modélisation aligneur orthodontique était la suivante [36, 39] :( 1 ) Obtention des modèles de dentition-PDL-mandibule post-traitement. La canine déplacé à la position désirée de l'affaire en utilisant le logiciel 3-matic.
(2) Epaississement de couronnes. Les couronnes du modèle obtenu à l'étape 1 ont été épaissies de 0,8 mm dans le sens normal des couronnes en utilisant le Geomagic Studio.
(3) La fusion des couronnes épaissies. Les couronnes épaissies obtenues ont été importées dans ABAQUS et fusionnés dans son ensemble (Boolean ajouter l'opération).
(4) déduisant les modèles post-traitement des modèles de la Couronne épaissies fusionnées. La dentition PDL-mandibule modèle post-traitement correspondant (obtenu à l'étape 1) a été soustrait (opération booléenne) à partir du modèle obtenu à l'étape 3 pour obtenir des modèles aligneur.
Figure 2 décrit les quatre étapes du processus de modélisation, avec le cas de la traduction comme l'exemple. Figue. 2 Le processus de modélisation des aligneur en cas de traduction
propriétés des matériaux
Les propriétés mécaniques de la dent, PDL, et l'os alvéolaire ont été supposé être élastique linéaire, homogène et isotrope et défini selon des études précédentes [36, 39 ], comme indiqué dans le tableau 1 1.Table propriétés des matériaux et des numéros d'unité et de noeud de modèles FE
Matériau
Module d'élasticité /MPa
ratio
Poisson
Nombre des éléments
Nombre de nœuds
dents
18600
0,31
15457
26371
os alvéolaire
13700
0.30
51502
80282
parodontale ligament
0.68
0.49
12891
26396
Aligner
816.31
0.30
19256
37024
Dix-nœud d'élément tétraédrique a été adopté dans les modèles FE et les numéros des éléments et des nœuds pour chaque composante du modèle sont présentés dans le tableau 1. Les éléments ont été examinés avec Mesh Vérifiez commande dans ABAQUS pour assurer la convergence du modèle FE. Loading et des conditions aux limites
L'interaction des couronnes et aligneur étaient supposés être sans frottement et chaque dent ne viennent pas en contact avec les dents adjacentes. Les surfaces inférieures et postérieures de la mandibule ont également été fixés. Environ 5000 nœuds étaient restreints, comme illustré sur la Fig. 1 (f).
Simulation du processus de mouvement des dents
Dans cette enquête, le remodelage osseux a été supposé adapter à la déformation de la dent et la structure environnante produite par la force orthodontique. Piecewise simulations statiques ont été menées pour reproduire le mouvement des dents orthodontique dynamique. Une simulation statique a été utilisé dans une seule étape. La canine déformée, PDL, et l'os alvéolaire dans la dernière étape de la simulation statique ont été obtenus et utilisés comme modèle pour la prochaine simulation statique. Les modèles utilisés dans chaque étape sont présentés sur la Fig. 3. La Fig. 3 Les modèles utilisés dans les résultats de chaque étape
Pendant la simulation, le cas de traduction comprenant 61 étapes, le cas d'inclinaison avait 15 étapes, et le cas de rotation avait 16 étapes.
Déplacement initial de Canine
La canine de schémas de déplacement diffèrent dans le processus de traitement orthodontique. Le tableau 2 montre le changement d'emplacement dans les maximum et minimum des déplacements de la canine dans chaque case.Table 2 Le changement de la maximale canine et l'emplacement minimum de déplacement Coques
Début
plus tard
Traduction
déplacement maximale finale
apical Couronne apical
Couronne
Moyen partie
minimum déplacement
root partie
le col & amp
Couronne; partie apicale de la racine
partie Crown
Inclination
de déplacement maximum
partie Couronne
partie Couronne
Crown partie
déplacement minimum
racine partie
partie Crown
partie Crown
rotation
déplacement maximum
partie Couronne
Crown & amp; Partie centrale
Crown & amp; Partie centrale
déplacement minimum
Couronne apical & amp; Racine apex
Racine côté distal & amp; couronnera Racine côté distal & amp
apical; couronne apicale
Figure 4 décrit les modèles de distribution de déplacement au début, au milieu, et les étapes finales. La figure 5 illustre modifier les tendances en déplacement maximum de la canine pendant le mouvement orthodontique dans les trois cas de mouvement. Figue. 4 tendance au déplacement de distribution canine au début, plus tard, et les étapes finales
Fig. 5 Le changement tendance de déplacement maximum de chien pendant le traitement orthodontique, cas de traduction (a), inclinaison cas (b), cas de rotation (c) souligne du ligament parodontal
Figure 6 explique les modes de répartition des contraintes dans les trois
les types de mouvement. Comme les tendances de distribution de stress étaient similaires tout au long du processus de mouvement des dents, seuls les modèles de distribution d'une seule étape ont été affichés. Les tendances dans les trois contraintes principales étaient semblables; Par conséquent, seule la première contrainte principale a été présenté. Figue. les modèles de distribution 6 souligne dans PDL, traduction von-Mises stress (a), la traduction 1er contrainte principale (b), inclinaison von-Mises le stress (c), inclinaison 1er contrainte principal (d), rotation von-Mises le stress (e), rotation 1er contrainte principal (f)
dans le cas de la traduction, les plus fortes contraintes (von Mises, traction et compression) dans PDL de canine a été concentrée au niveau du col pendant le mouvement de la dent. Contrainte de traction a été principalement observée sur mésiales et distales près du côté lingual, et contrainte de compression est situé au bas de la face vestibulaire.
Dans le cas d'inclinaison, la plus haute contrainte de von Mises a été concentrée au niveau du col et de l'apex. Contrainte de traction principalement concentrée au niveau du col et linguale apex labiale, et contrainte de compression a été observée au niveau du col de linguale et apex labiale.
Dans le cas de rotation, la plus haute contrainte de von Mises a surtout été trouvé au niveau du col et à l'intérieur de la surface linguale. Contrainte de traction est principalement situé sur la surface distale et une contrainte de compression a été observée sur la surface mésiale.
Figure 7, Fig. 8 et la Fig. 9 tendances des changements actuels dans les contraintes dans les trois cas pendant le mouvement des dents orthodontique. Figue. 7 Le changement de tendance PDL contrainte la plus élevée von-Mises canine pendant le traitement orthodontique, traduction le cas (a), cas d'inclinaison (b), cas de rotation (c)
Fig. 8 Le changement de tendance PDL stress la plus élevée à la traction du chien pendant le traitement orthodontique, cas de traduction (a), cas d'inclinaison (b), cas de rotation (c)
Fig. 9 Le changement de tendance PDL la plus haute contrainte de compression de chien pendant le traitement orthodontique, cas de traduction (a), inclinaison cas (b), cas de rotation (c)
Discussion
Il y a quelques rapports sur la simulation dynamique de orthodontique processus de mouvement des dents [33, 40]. Jing Y et al. [33] et Y. Qian et al. [40] ont pris la contrainte normale et la contrainte que les facteurs de stimulation du remodelage osseux, cependant, négliger l'effet de la contrainte de cisaillement et la tension sur le remodelage osseux. De plus leurs simulations doivent appliquer la charge directement sur la dent, et la nécessité de tenir compte de la diminution des charges d'orthodontie.
Cependant, le remodelage osseux est l'activité que l'os montre la capacité d'adaptation à un changement dans les charges externes, à savoir l'os a un structure optimale dans le cas d'équilibre mécanique, et est capable de remodelage sous une charge modifiée jusqu'à une configuration optimale adaptée au nouvel état d'équilibre est atteint [41, 42]. La présente enquête a été opéré sur la base de ce principe.
Calcul du centre de rotation (Crot) de la dent peut évaluer l'effet du système de force sur le mouvement de la dent. Les schémas de répartition de déplacement sont différentes dans le processus de déplacement des dents, ce qui indique varier de centre de rotation au cours du processus de traitement avec la transparence du système de correction des dents.
La localisation de déplacement minimum est l'emplacement approximatif du centre de rotation.
Le centre de rotation pour le cas de la traduction a été situé à la racine au début et plus tard à la partie médiane, puis une partie de la couronne. Le centre de rotation pour le cas d'inclinaison déplacé de la racine à la couronne partie. Cela démontre la traduction et de l'inclinaison de la canine ont été atteints par le mouvement piecewise d'inclinaison, la partie de la couronne déplacé d'abord, puis la partie de la racine déplacé.
En cas de rotation, la canine rotation selon l'axe de long de la canine au début, cependant, avec la canine de mouvement l'axe de rotation de la canine dévié de l'axe.
la contrainte maximale (von Mises, traction et compression) montant au cours du mouvement de la dent a été observée à la première étape dans les simulations. La contrainte la plus élevée était 75,93 Mpa pour le cas de traduction, suivie par 1,08 Mpa pour le cas d'inclinaison, et 0,5051 Mpa pour le cas de rotation. La contrainte dans le cas de la traduction a été supérieure à la contrainte optimale de 0,0185 Mpa [43]. Ce résultat peut être attribué au déplacement de traduction conçu dans cette étude, qui était de 0,25 mm plus large et ne peuvent donc pas utiliser un mouvement de translation approprié. Cependant, dans les cas d'inclinaison et de rotation, la contrainte la plus élevée a été légèrement supérieure à la contrainte appropriée, mais ce stress élevé rapidement diminué au cours du mouvement de la dent et a atteint un plateau dans une gamme de contrainte relativement appropriée [21-26].
Les modèles de distribution des contraintes dans le PDL sont similaires tout au long du processus de déplacement des dents dans chaque cas. Toutefois, la répartition des contraintes et les déplacements sont principalement déterminés par les types de mouvement de la canine. Le déplacement maximum pour les cas de traduction et d'inclinaison est principalement trouvé à la couronne, alors que le déplacement minimal à la racine et la couronne. Le déplacement maximal pour le cas de rotation était situé à la couronne et la carrure. Pour la canine rotation le long de l'axe long, le déplacement minimal a été trouvé à l'apical de la couronne et de la racine.
Le plus haut von Mises souligne les cas de traduction et d'inclinaison ont été trouvés au niveau du col du PDL. La plus haute contrainte de von Mises pour le cas de rotation a été localisé dans le col du apicale du PDL.
Contrainte de traction pour le cas de la traduction a été principalement observée sur mésiales et distales près du côté lingual, et une contrainte de compression est situé au fond de la surface labiale. Contrainte de traction pour le cas d'inclinaison est principalement trouvé au niveau du col et linguale apex labiale, et contrainte de compression a été observée au niveau du col de linguale et apex labiale. Contrainte de traction pour le cas de rotation a été observé sur la surface distale et une contrainte de compression est situé sur la surface mésiale
. Les changements de déplacement maximum de canine et contraintes les plus élevées dans PDL de chien pendant orthodontique processus de mouvement des dents étaient tous exponentielle. Cela signifie que la variation de la force lors d'un mouvement d'orthodontie orthodontique des dents peut être exponentielle dans le système de correction des dents transparente. Ce résultat est cohérent avec le résultat de l'expérience de Simon et al. [18].
Selon les résultats de la simulation, le mouvement orthodontique des dents et de la force orthodontique en transparent système de correction des dents peuvent être divisés en deux étapes. Dans la première étape, le mouvement de la dent et de la force orthodontique étaient le maximum au début, puis a diminué rapidement. Limitations de Dans la deuxième étape, le mouvement de la dent et la force orthodontique maintenus invariant. de cette étude concernent l'approximation du comportement des matériaux du modèle de la dent. La relation contrainte-déformation est supposée être linéaire, élastique et isotrope. Anisotropic et le comportement viscoélastique des ligaments parodontaux ont été exclues de ce modèle. Certains travaux semblent indiquer que cette hypothèse, en particulier est faible [44]. Deuxièmement, aucune distinction n'a été faite entre le cément cellulaire et acellulaire.
Conclusion
type de mouvement de la canine a eu une grande influence sur la distribution des déplacements et des contraintes de canine dans PDL de canine. Les changements de la cylindrée de canine et contraintes dans PDL de canine étaient exponentielle pendant le mouvement orthodontique des dents en transparent système de correction de la dent
abréviations
FEM:.
Méthode des éléments finis
PDL:
parodontale ligament
FE:
éléments finis
3D:
trois dimensions
CT:
tomodensitométrie
Crot:
Centre de rotation
Déclarations
Remerciements
Ce travail a été soutenu par le projet du chinois Fujian département de l'éducation (2012Y4007, JA11010, 2012Y41010014) article Ouvrir AccessThis de est distribué sous les termes de la Licence 4.0 Creative Commons attribution internationale (http:. //creativecommons. org /licences /par /4. 0 /), qui permet une utilisation sans restriction, la distribution et la reproduction sur tout support, pourvu que vous donnent le crédit approprié à l'auteur (s) original et la source, fournir un lien à la licence Creative Commons, et d'indiquer si des modifications ont été apportées. Dédicace renonciation Creative Commons Public Domain (http:. //Creativecommons org /publicdomain /zéro /1. 0 /) applique aux données mises à disposition dans cet article, à moins d'indication contraire
concurrence. intérêts
les auteurs déclarent qu'ils ont aucun conflit d'intérêts. les contributions de
auteurs
YC est le concepteur, le superviseur et chef d'orchestre de cette étude. XY et BH ont participé à la rédaction du manuscrit. JY est co-investigateur et a examiné le manuscrit. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final de l'information de
Auteurs
Yongqing Cai, Docteral étudiant, Département de génie chimique, Université de Fuzhou, Fujian, en Chine. Xiaoxiang Yang, professeur, Département de génie mécanique, Université de Fuzhou, Fujian, en Chine; Bingwei He, professeur, Département de génie mécanique, Université de Fuzhou, Fujian, en Chine; Juin Yao, professeur, Département d'orthodontie, Université de médecine du Fujian, du Fujian, en Chine
