Fantasmino Ortolab
Il fantasmino Ortolab è un’ innovativo
apparecchio ortodontico per il ripristino di
anomalie dentali di ogni genere. E’ costituito da
una guaina di materiale polivinilico formata su un
tradizionale modello da laboratorio
preventivamente settato, rinforzato con filo di
acciaio modellato sulle superfici vestibolari e
palatali di ogni dente, con diverso spessore e
materiale.
C
La terapia da noi proposta consta
nell’applicazione di una serie di tali apparecchi
imponendo uno spostamento dentale a step
successivi, spostamento che non supera
l’ampiezza di mezzo millimetro per step.
d
La nostra terapia ortodontica ha l’ambizione di
affiancare le attuali tecniche di ortodonzia fissa,
essendo essa capace di indurre al pari di queste
ultime spostamento corporeo del dente. Com’è
noto dalla biomeccanica del movimento dentario
un tale tipo di movimento è indotto da un sistema
di sollecitazioni composto da una forza singola
più una coppia di forze. Nell’ortodonzia fissa tale
sistema di forze è generato mediante un filo
metallico di sezione rettangolare che scarica su un
bracket e quindi sulla superficie dentale le forze
necessarie:
T
a
B
La forza singola è data dalla tensione del filo ed è applicata al centro del bracket B.
La coppia di forze è data dall’elasticità torsionale del filo stesso.
Affinché il movimento del dente sia di tipo corporeo deve accadere che il sistema di forze applicato sia in equilibrio
rispetto alle rotazioni di tipo coronale. E’ noto che una forza singola applicata al centro della superficie vestibolare
del dente genera un movimento coronale dello stesso attorno al punto C ovvero il terzo apicale della radice. Tale
movimento è generato dal momento della forza T rispetto al punto C, questo lo indicheremo con M(T,C). Il suo
valore è dato dal prodotto della forza T per la distanza d quindi:
M(T,C)= T *d
Tale momento è orario rispetto al punto C, quindi esso genererebbe da solo una rotazione coronale del dente attorno
a C. Per annullare tale effetto è necessario applicare alla superficie dentale una coppia di forze di momento uguale
ed opposto a quello imposto dalla forza T. Chiameremo tale coppia M(B) ed essa sarà rappresentata dalla coppia
elastica che il filo esercita sul bracket per il fatto di essere deformato di un’angolo a rispetto alla sua configurazione
naturale. Quindi per annullare le rotazioni coronali del dente deve essere verificata la seguente relazione
M(T,C) = - M(B)
Se ciò è verificato accade che il momento risultante Mr agente sul dente (Mr = M(T,C)-M(B) = 0) è nullo e
quindi è nulla la conseguente rotazione attorno al punto C. Al contrario il risultante R delle forze agenti sul
dente è pari a T.
In definitiva le la forza T ed il momento M(B) applicate al dente si comportano come una singola forza
applicata al punto C, che è l’unico tipo di forza capace di imprimere uno spostamento corporeo al dente.
Abbiamo appena visto il principio applicato in ortodonzia fissa per generare uno spostamento corporeo del dente.
Ora vediamo come la terapia Fantasmino Ortolab sfrutta lo stesso principio biomeccanico pur essendo costituita da
una serie di apparecchi mobili.
Prima di esporre il concetto fisico su cui si basa il
principio di funzionamento del Fantasmino Ortolab
descriveremo brevemente la sua struttura:
Esso come accennato in precedenza è costituito da una
guaina di materiale polivinilico inglobante anime
metalliche la quale viene formata su un classico
modello da laboratorio preventivamente settato,
settaggio che consiste nell’imposizione degli
spostamenti dentali necessari per quello step sul
modello. Dopo la formatura del modello tramite esso
viene ottenuta la guaina costituente il Fantasmino
Ortolab.
B
A
II
La forma del Fantasmino da applicare ad un
determinato punto della cura è quella che il dente
dovrà assumere dopo la fine del periodo della sua
applicazione, dunque esso quando viene applicato
subisce una deformazione per adattarsi alla
confogurazione dentale attuale. Tale deformazione (di
I
tipo elastico) fa insorgere nel materiale uno stato
tensionale, che si trasmette all’intera struttura dentale
generando il movimento voluto. Ora vogliamo provare l’analogia meccanica che c’è tra il nostro Fantasmino
Ortolab e un tradizionale sistema di ortodonzia fissa. A tale scopo supponiamo di voler effettuare uno spostamento
corporeo di un’incisivo come mostrato in figura, portando il dente in questione dalla configurazione A alla B (Per
motivi di chiarezza dello schema lo spostamento è stato amplificato, in realtà esso è al massimo di 0,5 mm). Il
Fantasmino in grado di imporre tale spostamento verrà formato sul modello in cui l’incisivo sarà settato nella
posizione B, la cui forma propria è quella evidenziata in giallo nello schema. Nel momento in cui il Fantasmino
viene posizionato sull’arcata dentale alla quale il dente appartiene esso assumerà nella zona del dente in questione la
configurazione evidenziata in rosso in figura. Dalla sovrapposizione dei profili del fantasmino visibile nel
sottoriquadro II si nota che la deformazione della guaina è concentrata nella zona evidenziata dal cerchio verde. In
tale zona accade che il materiale tende a diventare rettilineo nonché ad allungarsi nella direzione della retta a cui esso
tende, quindi è giusto pensare che tale zona è quella che deformandosi restituisce al dente la forza necessaria al suo
spostamento. Tale forza attraverso il materiale polivinilico si trasferisce su tutta la superficie di contatto in due modi:
Come forza di pressione ortogonale alla superficie dentale e come forza di attrito statico tangente alla stessa
superficie. Di seguito riportiamo gli andamenti di tali sollecitazioni sulla superficie dentale. Tali sistemi di forze non
sono indipendenti tra loro, infatti tra il modulo del vettore pressione Vp in un punto e quello dell’attrito statico Va
nello stesso punto vige la seguente relazione:
|Va| = K * |Vn|
dove K è il coefficiente di attrito statico del materiale
impiegato.
I due vettori sono mutuamente ortogonali. Questi due
sistemi di forze possono essere rappresentati mediante
il loro risultante applicato al centro del campo
vettoriale a cui essi appartengono. Le coordinate di tale
centro si trovano come media pesata delle coordinate
dei punti di applicazione delle singole forze rispetto al
loro modulo. Nel nostro caso tali punti appartengono
alla superficie dentale, la quale per comodità di calcolo
è stata approssimata con 17 segmenti rettilinei tangenti
alla superficie dentale e sui quali agisce una forza che
rappresenta il risultante di quella che agirebbe su 1/17
della superficie dentale. Se Pi = (Xi,Yi) rappresentano
le coordinate del punto di applicazione della forza Fi
con i che va da 1 a 17, le coordinate del centro del
sistema di vetti (XG,YG) sono date da:
17
XG =
S Xi*|Fi|
i=1
17
S |Fi|
i=1
17
YG =
S Yi*|Fi|
i=1
17
S |Fi|
i=1
Le ultime due relazioni che ci dicono in sostanza che la forza di attrito è proporzionale a quella di pressione nello
stesso punto tramite il coefficiente di attrito statico K e che il centro del sistema di forze di pressione come quello
delle forze di attrito si calcola come media pesata rispetto ai moduli delle forze delle coordinate dei punti di
applicazione dei vettori del campo, ma vigendo proporzionalità tra le forze Fa e Fn i centri di questi due campi
coincidono. Di seguito riportiamo un’illustrazione dove si può osservare la posizione di tale centro e nel quale si
trovano applicati i risultanti dei due sistemi di forze rispettivamente
d’attrito e di pressione.
Da tale schema si nota come complessivamente in una prima fase il
sistema di forze non è equilibrato rispetto alle rotazioni di tipo coronale,
essendo il momento risultante rispetto al terzo apicale della radice non
nullo questo poiché la superficie linguale del dente non è a contatto con il
fantasmino. Tuttavia dopo un piccolo spostamento coronale avviene il
suddetto contatto con la zona del fantasmino che si trova ancora in
tensione. Tale contatto genera una nuova pressione, che questa volta ha
risultante in direzione vestibolare. Il sistema di forze che insisteva prima
del contatto rimane pressochè identico, tuttavia ad esso si aggiunge
questa nuova forza di contatto capace di imprimere un momento opposto
Coppia
Forza singola
Forza singola + coppia non equilibrante
Forza singola + coppia equilibrante
Forza
rispetto al precedente equilibrando le rotazioni coronali. Con il procedere dello spostamento questa nuova zona di
contatto si espande dirigendo la forza da esso impressa in direzione sempre più orizzontale, mentre la carica elastica
dell’apparecchio diminuisce e con essa il risultante delle forze di pressione e quindi d’attrito. Il fenomeno è graduale
ed è rappresentato nell’illustrazione in alto:
In definitiva il Fantasmino ortolab ha un comportamento
dinamico con il procedere dello spostamento dentale:
esso passa gradualmente dall’applicazione di una forza
singola ad un sistema forza + coppia riuscendo ad
imporre lo spostamento dentale progettato. A canto
riportiamo le varie fasi di spostamento del dente:
Comparsa di un valore
sensibile di coppia
Azione prevalentemente
della forza singola
esso si compone di un’iniziale movimento coronale
dovuto alla prevalenza della componente di forza singola
che con il procedere dello spostamento viene recuperato
mediante l’insorgenza della coppia di forze generata dal
contatto della superficie linguale del dente con
l’apparecchio. Il risultato finale è lo spostamento
corporeo del dente.
Fino ad ora abbiamo parlato qualitativamente dei sistemi di forze che il Fantasmino è capace di imprimere alla
superficie dentale, tuttavia in campo ortodontico è importante conoscere anche il valore di tali sollecitazioni
dipendendo da essi la dinamica biologica dello spostamento dentale.
Come già detto forze elastiche sono proporzionali allo spostamento del loro punto di applicazione, nel nostro caso il
punto di applicazione di tali forze è la superficie del dente che va dal colletto al margine incisale. Su questa
superficie la forza è distribuita in modo non costante, essendo essa funzione della deformazione che il materiale
costituente l’apparecchio subisce. Alla luce di tale considerazione è possibile intuire che la forza che l’apparecchio
imprime sulla superficie dentale è decrescente con il suo spostamento a partire da un valore medio stimato intorno
agli 80 g (vedi figura). La stima di tale valore è stata fatta in base al valore dei moduli di elasticità longitudinale e
tangenziali del materiale costituente l’apparecchio, valori forniti dalla casa produttrice del materiale. Poiché le forze
in gioco sono funzioni della deformazione del materiale, e poiché questa a sua volta dipende dal particolare dente
che la causa, è stato realizzato uno studio bastato sull’analisi della deformazione e quindi della tensione su due
modelli dentali costituiti da un’emiarcata superiore ed una inferiore, per la quale è stato prototipato un fantasmino
che impone ai baricentri dentali uno spostamento in direzione linguale di 0.5 mm. E’ stato possibile realizzare
Forza (Newton)
vs.
Tempo (giorni)
Soglia di massima risposta biologica
Periodo di piena efficienza
Diagramma della forza impressa dall’apparecchio in funzione del tempo
di esercizio dello stesso: si nota che il primo tratto della curva è quasi lineare,
ciò indica che la velocità dello spostamento dentale si mantiene pressappoco
costante in quel tratto (Ricordiamo che la forza decresce linearmente con lo
spostamento dentale). Dopo le 240 ore di applicazione (10 gg nel diagramma)
l’andamento diviene meno ripido in conseguenza del superamento di una forza
limite, al disotto della quale lo spostamento dentale ha una velocità inferiore
rispetto al primo tratto ed è comunque decrescente.
Ciò ci ha indotto a stabilire in 240 ore il tempo di applicazione di un singolo
fantasmino per ridurre al minimo il tempo complessivo della cura.
questo test grazie all’impiego di software
CAD/CAE
(Computer aided design &
engineering) a partire da una stereolitografia di
un modello in gesso da laboratorio, che è stata
settata secondo i parametri di spostamento citati
in precedenza.
Tramite il software CAE è stato poi possibile
testare il sistema sul modello iniziale grazie ad
un’analisi agli elementi finiti (FEA) che ha
restituito i valori puntulali della sollecitazione
sulla superficie dentale. Estrapolando da tali
risultati la forza media agente sulla superfice di
ogni dente e ripetendo la media tra questi valori
si è giunto al valore medio della forza che il
fantasmino ortolab è in grado di imprimere sulla
superfice dentale. Tale valore come menzionato
prima si è stimato attorno a 0,78 N (circa 80 g).
Tale risultato, anche se affetto da una percentuale di errore dovuta alla fisiologica approssimazione del modello
stereolitografato, ci garantisce tuttavia che la nostra terapia è basata su forze di tipo leggero, capaci di indurre
riassorbimento diretto dell’osso, poiché la loro entità non inibisce la circolazione sanguigna nella zona di
compressione dente-membrana paradontale, e quindi la connessa attività degli osteoclasti a cui è delegato il
compito del riassorbimento osseo e quindi dello spostamento dentale. L’attività congiunta degli osteoclasti e degli
osteoblasti è sempre presente nel tessuto osseo e ne garantisce il rinnovamento, e quando avviene in assenza di forze
esterne, essa ha carattere omnidirezionale all’interno del tessuto. Quando invece avviene in un tessuto osseo
soggetto a compressione il carattere osteoclastico del fenomeno prevale nella direzione della forza generando
dunque in quella direzione un riassorbimento dell’osso stesso e quindi uno spostamento dentale.
Tutte le cose dimostrate fino ad ora si traducono nella pratica odontoiatrica in una seri di vantaggi, sia per il medico
che per il paziente:
- Mobilità dell’apparechio con conseguente calo del disagio psicologico nonché la migliorata igiene orale.
- Basso impatto estetico dovuto alla traslucidità dei materiali impiegati.
- Attenuazione dei fenomeni di recidività garantita da un movimento corporeo del dente.
- Registrazione periodica dell’apparecchio assente.
- Nessun contatto vestibolare spigoloso evitando in questo modo ferite o iritazioni
Sulla base di tale studio abbiamo realizzato e brevettato il Fantasmino Ortolab, terapia ortodontica, innovativa ed
efficiente, la quale è provata da un ventaglio di casistiche documentate di cui di seguito riportiamo alcuni casi
significativi (Per motivi di impaginazione in questo opuscolo sono presenti solo le immagini del caso prima e dopo
la cura, tuttavia è possibile visualizzare l’intera sequenza dello spostamento dentale di ogni singolo caso visitando il
sito internet http:\\www.ortolabpompei.it )