Farklı ortodontik kuvvetler altında hareket eden dişlerde meydana gelen biomekanik değişikliklerin sonlu eleman analizi yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Özet Kuvvet sistemleri, ortodontistlerin istenen ortodontik diş hareketlerini kontrol etmek için kullandıkları en önemli faktördür. Diş hareketim açıklamak için kullanılan yaklaşımlar arasında, rotasyon merkezi modeli, en bilinenidir. Bu modele göre diş hareketi, rotasyon merkezinin, ağırlık merkezinin diş gibi yoğun ortamlarla çevrili cisimlerdeki karşılığı olan, direnç merkeziyle olan ilişkisi ile açıklanır. Gövdesel hareket yada diğer adıyla translasyon, rotasyon merkezi direnç merkezine göre sonsuzda olduğu zaman gerçekleşir. Diş, kuvvet sistemini oluşturan iki bileşene bağlı olarak hareket eder. İlk bileşen olan kuvvet, dişi kuvvet çizgisine paralel olarak hareket ettirir, ikinci bileşen olan moment, dişi rotasyon merkezi etrafında saat yönünde yada saat yönünün aksine döndürür. Kuvvet sistemi, dişin içinde bulunduğu destek dokunun özel biolojik şartlarıyla birlikte, diş hareketinin tipi ve miktarı konusunda belirleyici olur. Pek çok deneysel ve analitik çalışma, moment-kuvvet (M/F) oranıyla rotasyon merkezi arasında bir ilişki olduğunu göstermiştir. Bu tezin amacı, sonlu eleman analizi tekniği ile, beş loop tipini farklı preaktivasyon miktarlarında ve iki değişik materyal kullanarak ( Paslanmaz çelik ve TMA ) M/F oranıyla rotasyon merkezi arasındaki ilişki açısından toplam beş kriter bazında incelemektir. Sonlu eleman analizi metodu, diş ve periodontal morfolojiyle, destek doku ve kullanılan mekaniklerin mekanik özelliklerini üç boyutlu ve tam olarak modelleme imkanı vermektedir. Bu amaçla sağ üst kanin ve destek dokuları için üç boyutlu bir sonlu eleman analizi modeli hazırlanmıştır. Kanin diş ve destek dokulara ait anatomik veriler hastaya ait tomografîk kesitlerden elde edilmiştir. Modeli oluştururken dişin uzun ekseni boyunca onbeş adet kesit elde edilmiştir. Dişe, periodontal membrana ve alveolar kemiğe ait parçalar içeren herbir kesit, gerçek dişi temsil eden prizmatik tuğla şekilli sonlu sayıda eleman içermektedir. Braket ve looplara ait te üç boyutlu sonlu eleman modelleri hazırlanmıştır. Sonuç olarak standart paslanmaz çelik vertikal loop göreceli olarak sert (stiff) ve sınırlı bir aktivasyon miktarına sahip olup 2.51 mm den daha az bir M/F oram üretmektedir. Loopa eklenen apikal ve lateral heliksler aktivasyon aralığını arnnrır. Bu durumda loop, daha yüksek değerler üretir. Yüksek M/F oranlan yakalayabilmek için preaktivasyon değerlerini artırmak gerekir. Yüksek preaktivasyonlar materyalin akma sınırlan açısından tehlikelidir. Yüksek preaktivasyona, paslanmaz çeliğe göre alçak elastik modüle sahip malzemelerle ulaşılabilir. TMA buna örnektir. Paslanmaz çelik vertikal loopun sahip olduğu en83 iyi mekanik karakterler Tablo 5'te görülmektedir. Buna göre 0.5 mm aktivasyon aralığında ve 45° preaktivasyon bükümünde loop ancak 5.8 mm'lik M/F oram tutturabilmektedir. Burstone tarafindan tanıtılan T loop full aktivasyon, en iyi loop konfigürasyonudur. T loopun full aktivasyon için sahip olunan mekanik karakterler Tablo 8'de görülmektedir. Buna göre ortalama 3 mm'lik aktivasyon aralığında 10.85'lik M/F oram için loop gövdesel hareket oluşturabilmektedir.

Summary The force system is currently the major factor that the orthodontist can control to achieve desirable orthodontic tooth movement. Among the approaches used to explain the motion of a tooth, the center of rotation model, appears to be the most popular. In this model, the center of resistance replaces the centers of gravity and tooth motion is described in terms of rotation relative to this point. Bodily movement or translation can be considered to occur when the center of rotation moves to a point infinitely distant from the center of resistance. The movement of a tooth depends on two components of the force system. The first component, the force, translates the tooth parallel to the line of force. The second, the moment, rotates the tooth around the center of resistance, in either a clockwise or non-clockwise direction. The force system, together with specific biologic variables with in the supporting system, ultimately determine the type and amount of tooth movement. A number of experimental and analytic approaches have been carried out on the relationship of M/F ratios to the centers of rotation. The purpose of this thesis is to investigate the relationship between moment to force (M/F) ratios and the center of rotation in five differernt loop designs and two different material properties ( stainless steel and TMA) by use of the finite element method. (FEM). Moment to force (M/F) ratios produced by different loop designs are analyzed by means of the three different preactivation antitip bends. Finite element method allows for exact modelling of tooth/periodontal morphology and the mechanical properties of the tissues in three dimensions. For this purpose a finite element model was made for the real upper right canine. Anatomic data of the canine and its support tissue were based on the data given by patient's tomographic cross-sections. Fifteen horizontal tomographic planes were made perpendicular to the long axis of tooth. Each plane which included the tooth and/or PDL and alveolar bone, was divided into a finite number of nodes and rectangular irregular brick elements mamtaining the geometric equivalence to the real objects. Also 3D FEM model was made for the bracket, loops and their derivations as well. As a result, the standard simple vertical loop is relatively stiff, has a limited range of activation and produces less than a 2.51 mm M/F ratio. The addition of apical and lateral loops ` softens ` the spring and increases its range of activations. In generally as the activation decreases, the loops produces even85 higher values. To obtain higher M/F ratios, it is necessary to increase the amount of preactivation. The best mechanical characteristics of stainless steel vertical loop are shown Table 5 for a 0.5 mm horizontal activation and 45° preactivation. The loop produces 5.8 mm M/F ratio. Too much preactivation has caused yielding of the spring at a relatively low activation. Higher amound of preactivation are possible if a material with lower modulus of elasticity and relatively high yield strength is substitued for the stainless steel (For example TMA). T spring full activated which have been described by Burstone is the best loop configuration. The mechanical characterestics of T loop full activation are shown in Table 8. Bodily movement of T spring full activated for about 3.0 mm horizontal activation, produced 10.85 mm M/F ratio.