شبیه‌سازی و مدل‌سازی نیرو و ارتعاشات فرز دندان‌پزشکی در لایه‌های مینا و عاج

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

2 عضو هیات علمی/دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد

چکیده

پرکاربردترین عملیات در دندان‌پزشکی‌ ترمیم دندان است. در طی این فرایند، دندان‌پزشک با یک ابزار دورانی که سرعت بسیار بالایی دارد از قسمت پوسیده دندان یا ترمیم‌شدگی‌های آسیب‌دیده براده‌برداری می‌کند. در حین انجام این عمل تماس ابزار با لایه‌های دندان نیروهایی ایجاد می‌کند که به آن‌ها نیروهای برشی گفته می‌شود. آگاهی از حدود یا مقدار دقیق نیروی برش در کارهای پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است تا آنجا که کارهای بسیاری در این حوزه به اندازه‌گیری نیرو به‌صورت آزمایشگاهی پرداخته‌اند که انجام آن به صرف وقت و هزینه بالایی نیاز دارد. نیروی برش در لایه‌های مختلف دندان متفاوت است و دندان‌پزشک بازخوردی از اینکه در کدام لایه در حال کار است ندارد. به‌عبارت‌دیگر تشخیص لایه حین عملیات، برای دندان‌پزشک کاملاً حسی و تجربی و علاوه بر آن یک مسئله چالش‌برانگیز است.
موضوع اصلی این پژوهش، شبیه‌سازی نیرو و ارتعاشات فرز دندان‌پزشکی است. سیگنال‌های ارتعاشات منبع قوی از اطلاعات هستند که می‌توانند برای تشخیص لایه‌های دندان مورد استفاده قرار گیرند. از نقطه نظر نویسندگان، برای اولین بار در این پژوهش، ضرایب مخصوص برش برای دو لایه اصلی دندان با استفاده از نرم‌افزار المان محدود به‌دست آمده است. هم‌چنین، برای اولین بار ارتعاشات و نیرو در دو لایه اصلی دندان با استفاده از تئوری تیر تیموشنکو، معادلات نیرویی فرزکاری و در نظر گرفتن ضخامت براده دینامیکی مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته است. از نتایج این پژوهش می‌توان برای بهبود کیفیت و کارایی عملیات ترمیم دندان و هم‌چنین به‌عنوان مقدمه‌ای برای ساخت یک هندپیس هوشمند استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation and modeling of dental bur force and vibration at enamel and dentin layers

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Riyahi 1
  • Abbas Mazidi 1
  • Mohammad Mahdi Jalili 2
  • Ali Mokhtari 1
1 Mechanical engineering Department, Yazd University
2 Associate Professor/ Mechanical engineering department, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Tooth restoration is the most frequent operation in dentistry. During this process, the dentist removes chip from carious or damaged restoration part of tooth by a high speed rotating tool. The forces generated due to tool and tooth layers contact are called cutting forces. In medical works, knowing the magnitude of cutting forces is very important, as many efforts has been done in this area to measure those experimentally. However, a lot of time, money, and energy would be require for experimental tests. The cutting force varies at different tooth layers and the dentist has no feedback on which layer is under milling operation (objective layer). In other words, a dentist detects objective layer based on experiments and physical sense during the operations. Consequently, online detection of objective layer is a challenging issue.
The main object of current research is the simulation of force and vibration of dental bur. Vibration signals are a powerful source of information that can be used to detect dental layers. To the best author's knowledge, the specific cutting force coefficients for the two main dental layers are obtained for the first time in current study. In addition, vibration and force in the two main layers of the tooth are compared and analyzed using the Timoshenko beam theory, the milling force equations and the dynamic chip thickness. The results of this effort can be used to improve the quality and efficiency of dental restoration and to give an initial view on producing an intelligent hand-piece.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dental Bur
  • Cutting Force Coefficients
  • vibration
  • Timoshenko beam
  • Dynamic Chip Thickness