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Erschienen in: Clinical Oral Investigations 3/2021

19.09.2020 | Original Article

Numerical simulation of optimal range of rotational moment for the mandibular lateral incisor, canine and first premolar based on biomechanical responses of periodontal ligaments: a case study

verfasst von: Jianlei Wu, Yunfeng Liu, Boxiu Li, Dongcai Wang, Xingtao Dong, Qianli Sun, Gang Chen

Erschienen in: Clinical Oral Investigations | Ausgabe 3/2021

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Abstract

Objectives

The objective of this study was to investigate the optimal range of rotational moment for the mandibular lateral incisor, canine and first premolar to determine tooth movements during orthodontic treatment using hydrostatic stress and logarithmic strain on the periodontal ligament (PDL) as indicators by numerical simulations.

Material and methods

Teeth, PDL and alveolar bone numerical models were constructed as analytical objects based on computed tomography (CT) images. Teeth were assumed to be rigid bodies, and rotational moments ranging from 1.0 to 4.0 Nmm were exerted on the crowns. PDL was defined as a hyperelastic–viscoelastic material with a uniform thickness of 0.25 mm. The alveolar bone model was constructed using a non-uniform material with varied mechanical properties determined based on Hounsfield unit (HU) values calculated using CT images, and its bottom was fixed completely. The optimal range values of PDL compressive and tensile stress were set as 0.47–12.8 and 18.8–51.2 kPa, respectively, whereas that of PDL logarithmic strain was set as 0.15–0.3%.

Results

The rotational tendency of PDL was around the long axis of teeth when loaded. The optimal range values of rotational moment for the mandibular lateral incisor, canine and first premolar were 2.2–2.3, 3.0–3.1 and 2.8–2.9 Nmm, respectively, referring to the biomechanical responses of loaded PDL. Primarily, the optimal range of rotational moment was quadratically dependent on the area of PDL internal surface (i.e. area of PDL internal surface was used to indicate PDL size), as described by the fitting formula.

Conclusions

Biomechanical responses of PDL can be used to estimate the optimal range of rotational moment for teeth. These rotational moments were not consistent for all teeth, as demonstrated by numerical simulations.

Clinical Relevance

The quantitative relationship between the area of PDL internal surface and the optimal orthodontic moment can help orthodontists to determine a more reasonable moment and further optimise clinical treatment.
Literatur
15.
Zurück zum Zitat Li ZJ (2014) Oral orthodontic force simulation and tooth movement modulation research. MS Thesis, Harbin Institute of Technology, Harbin, China (in Chinese) Li ZJ (2014) Oral orthodontic force simulation and tooth movement modulation research. MS Thesis, Harbin Institute of Technology, Harbin, China (in Chinese)
Metadaten
Titel
Numerical simulation of optimal range of rotational moment for the mandibular lateral incisor, canine and first premolar based on biomechanical responses of periodontal ligaments: a case study
verfasst von
Jianlei Wu
Yunfeng Liu
Boxiu Li
Dongcai Wang
Xingtao Dong
Qianli Sun
Gang Chen
Publikationsdatum
19.09.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Clinical Oral Investigations / Ausgabe 3/2021
Print ISSN: 1432-6981
Elektronische ISSN: 1436-3771
DOI
https://doi.org/10.1007/s00784-020-03467-2

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