نموذج تحليل العناصر المحدودة لتقييم أنماط التوسع من التوسع الحنكي السريع بمساعدة جراحيا
Summary
تم إنشاء مجموعة من نماذج العناصر المحدودة الجديدة للتوسع الحنكي السريع بمساعدة الجراحة (SARPE) والتي يمكن أن تؤدي الكمية المطلوبة سريريا من تنشيط الموسع بزوايا مختلفة من قطع العظم الشدقي لمزيد من التحليل لأنماط تمدد الفك العلوي في جميع الأبعاد الثلاثة.
Abstract
تم إدخال التوسع الحنكي السريع بمساعدة جراحية (SARPE) لإطلاق المقاومة العظمية لتسهيل توسع الهيكل العظمي في المرضى الناضجين بالهيكل العظمي. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن توسع غير متماثل بين الجانبين الأيسر والأيمن في 7.52 ٪ من جميع مرضى SARPE ، منهم 12.90 ٪ اضطروا للخضوع لعملية جراحية ثانية للتصحيح. لا تزال المسببات التي تؤدي إلى التوسع غير المتماثل غير واضحة. تم استخدام تحليل العناصر المحدودة لتقييم الإجهاد المرتبط ب SARPE في هياكل الوجه والفكين. ومع ذلك ، نظرا لأن تصادم العظم في مواقع قطع العظم LeFort I يحدث فقط بعد قدر معين من التوسع ، فإن معظم النماذج الحالية لا تمثل حقا توزيع القوة ، نظرا لأن كمية التمدد لهذه النماذج الحالية نادرا ما تتجاوز 1 مم. لذلك ، هناك حاجة لإنشاء نموذج عنصر محدود جديد ل SARPE يمكنه إجراء كمية مطلوبة سريريا من تنشيط الموسع لمزيد من التحليل لأنماط تمدد hemimaxillae في جميع الأبعاد الثلاثة. تم استيراد نموذج جمجمة ثلاثي الأبعاد (3D) من التصوير المقطعي المحوسب بالشعاع المخروطي (CBCT) إلى Mimics وتحويله إلى كيانات رياضية لتقسيم مجمع الفك العلوي ، والضواحك الأولى الفكية ، والأضراس الأولى الفكية. تم نقل هذه الهياكل إلى Geomagic لتنعيم السطح وإنشاء العظام والأربطة اللثوية. ثم تم الاحتفاظ بالنصف الأيمن من مجمع الفك العلوي وعكسه لإنشاء نموذج متماثل تماما في SolidWorks. تم بناء موسع Haas وربطه بالضواحك الأولى للفك العلوي والأضراس الأولى. تم إجراء تحليل العناصر المحدودة لمجموعات مختلفة من قطع العظم الشدقي بزوايا مختلفة مع إزالة 1 مم في Ansys. تم إجراء اختبار التقارب حتى تم تحقيق مقدار التمدد المطلوب على كلا الجانبين (6 مم على الأقل في المجموع). تضع هذه الدراسة الأساس لتقييم كيفية تأثير قطع العظم الشدقي على أنماط توسع SARPE.
Introduction
التوسع الحنكي السريع بمساعدة جراحية (SARPE) هو تقنية شائعة الاستخدام لتوسيع البنية العظمية الفكية وقوس الأسنان بشكل عرضي في المرضى الناضجين بالهيكل العظمي1. تتضمن الجراحة بضع عظم LeFort I ، وبضع القشرة في منتصف الحنك ، واختياريا ، إطلاق الشق الجناحيةالفكي 2. ومع ذلك ، فقد تم الإبلاغ عن أنماط توسع غير مرغوب فيها من SARPE ، مثل التوسع غير المتكافئ بين نصف الفك العلوي الأيسر والأيمن3 وعملية الشدق السنخية/ الدوران 4 ، مما قد يؤدي إلى فشل SARPE ، وأحيانا يتطلب عمليات جراحية إضافية للتصحيح5. أشارت الدراسات السابقة إلى أن التباين في قطع العظم حول الفك العلوي قد يلعب دورا مهما في نمط توسع ما بعد SARPE 2,3 ، حيث يمكن أن تساهم الاصطدامات بين كتل العظام في مواقع قطع العظم Le Fort I في قوة المقاومة غير المتساوية للتوسع الجانبي للفك العلوي وفي دوران الفك العلوي مع تحرك الحواف السنخية أسفل القطع إلى الداخل بينما تتوسع العملية السنخيةالسنخية 3 ، 4. لذلك ، هناك حاجة للتحقيق في آثار اتجاهات قطع العظم المختلفة ، وخاصة قطع العظم الشدقي ، على أنماط التوسع بعد SARPE.
تم إعداد العديد من نماذج تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتقييم توزيع القوة خلال SARPE. ومع ذلك ، فإن مقدار التمدد المحدد في هذه النماذج يقتصر على ما يصل إلى 1 مم ، وهو أقل بكثير من الكمية السريرية المطلوبة6،7،8،9،10،11،12. يمكن أن يؤدي التوسع غير الكافي في نماذج FEA إلى تنبؤات خاطئة لنتائج ما بعد SARPE. وبشكل أكثر تحديدا ، قد لا يتم إثبات الاصطدام بين العظام في موقع قطع العظم ، كما أفاد تشامبرلاند وبروفيت4 ، إذا لم يتم تدوير الموسع بشكل كاف ، مما قد لا يعكس الواقع السريري الحقيقي. مع المقدار المحدود من التوسع في النماذج السابقة ، ركزت تقييمات نتائج هذه النماذج على تحليل الإجهاد. ومع ذلك ، عادة ما يتم إجراء تحليل الإجهاد ل FEA في طب الأسنان تحت تحميل ثابت مع الخواص الميكانيكية للمواد المحددة على أنها مرنة الخواص وخطية ، مما يقيد بشكل أكبر الأهمية السريرية لدراسات FEA13.
علاوة على ذلك ، لم تأخذ معظم هذه الدراسات في الاعتبار سمك الأداة الجراحية في موقع قطع العظم6،7،8،10،11،12 ، وغالبا ما تضع الاحتكاك إلى الصفر عند الجروح كجزء من الظروف الحدودية. ومع ذلك ، فإن هذا الإعداد يبالغ في تبسيط الاتصالات بين الأنسجة الصلبة والرخوة. قد يؤثر بشكل كبير على توزيع القوة ونمط التوسع الناتج عن الفك العلوي.
ومع ذلك ، لم تحقق أي أدبيات متاحة في تأثير قطع العظم على عدم تناسق ما بعد SARPE باستخدام نماذج تحليل العناصر المحدودة (FEA). استخدمت جميع الدراسات الحالية نماذج ذات أنماط قطع العظم المتماثلة6،7،8،9،10،11،12،14 ، والتي لا تعكس واقع الممارسة السريرية حيث قد تختلف قطع العظم على كل جانب من الجمجمة. يمثل الافتقار إلى الأدبيات التي تدرس تأثير قطع العظم غير المتماثل على عدم التماثل بعد SARPE فجوة معرفية كبيرة يجب معالجتها.
لذلك ، فإن الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نموذج FEA جديد ل SARPE يمكنه حقا محاكاة الظروف السريرية ، بما في ذلك كمية التوسع وفجوة قطع العظم ، والتحقيق في أنماط توسع hemimaxillae في جميع الأبعاد الثلاثة مع تصميمات مختلفة من قطع العظم. ومن شأن هذا النهج أن يوفر نظرة ثاقبة قيمة للآليات الكامنة وراء أنماط التوسع بعد SARPE وأن يكون بمثابة أداة مفيدة للأطباء في تخطيط وتنفيذ إجراءات SARPE.
Protocol
Representative Results
Discussion
يمكن أن يكون اتجاه قطع العظم الشدقي في SARPE إما قطعا أفقيا من فتحة الأنف قبل التنحي عند منطقة دعامة الفك العلوي أو قطعا منحدرا من حافة الكمثري باتجاه الدعامة المقابلة للضرس الأول الفكي العلوي ، كما هو موضح بواسطة Betts2. في كلتا الحالتين ، يمتد قطع العظم إلى ما دون العملية الوجنية ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذه الدراسة من قبل جائزة زمالة تطوير أعضاء هيئة التدريس لتقويم الأسنان التابعة للجمعية الأمريكية لأخصائيي تقويم الأسنان (AAOF) (ل CL) ، وجائزة زمالة أعضاء هيئة التدريس بدوام كامل للجمعية الأمريكية لأخصائيي تقويم الأسنان (AAO) (ل CL) ، وجائزة جوزيف وجوزفين رابينوفيتش لكلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا للتميز في البحث (ل CL) ، ومنحة J. Henry O’Hern Jr. التجريبية من قسم تقويم الأسنان ، كلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا (ل CL) ، ومنحة أبحاث الشباب للمؤسسة الدولية لتقويم الأسنان (ل C.L.).
Materials
| Ansys | Ansys | Version 2019 | Ansys is a software for finite element analysis that can solve complicated models based on differential equations. The expansion results of different buccal osteotomy angles were analyzed through this software. |
| Geomagic Studio | 3D Systems | Version 10 | Geomagic Studio is a software for reverse engineering that can generate digital models based on physical scanning points. This study built cancellous bone and periodontal ligaments through this software. |
| Mimics | Materialise | Version 16 | Mimics is a medical 3D image-based engineering software that efficiently converts CT images to a 3D model. This study reconstructed a maxilla complex through the patient's DICOM images. |
| SolidWorks | Dassault Systèmes | Version 2018 | SolidWorks is a computer-aided design software for designers and engineers to create 3D models. A Haas expander was designed and drawn through this software in this study. |
Riferimenti
- Mommaerts, M. Y. Transpalatal distraction as a method of maxillary expansion. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 37 (4), 268-272 (1999).
- Betts, N. J., Vanarsdall, R. L., Barber, H. D., Higgins-Barber, K., Fonseca, R. J. Diagnosis and treatment of transverse maxillary deficiency. The International Journal of Adult Orthodontics and Orthognathic Surgery. 10 (2), 75-96 (1995).
- Lin, J. H., et al. Asymmetric maxillary expansion introduced by surgically assisted rapid palatal expansion: A systematic review. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 80 (12), 1902-1911 (2022).
- Chamberland, S., Proffit, W. R. Short-term and long-term stability of surgically assisted rapid palatal expansion revisited. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 139 (6), 815-822 (2011).
- Verlinden, C. R., Gooris, P. G., Becking, A. G. Complications in transpalatal distraction osteogenesis: a retrospective clinical study. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 69 (3), 899-905 (2011).
- de Assis, D. S., et al. Finite element analysis of stress distribution in anchor teeth in surgically assisted rapid palatal expansion. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 42 (9), 1093-1099 (2013).
- Han, U. A., Kim, Y., Park, J. U. Three-dimensional finite element analysis of stress distribution and displacement of the maxilla following surgically assisted rapid maxillary expansion. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 37 (3), 145-154 (2009).
- Lee, S. C., et al. Effect of bone-borne rapid maxillary expanders with and without surgical assistance on the craniofacial structures using finite element analysis. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 145 (5), 638-648 (2014).
- Möhlhenrich, S. C., et al. Simulation of three surgical techniques combined with two different bone-borne forces for surgically assisted rapid palatal expansion of the maxillofacial complex: a finite element analysis. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 46 (10), 1306-1314 (2017).
- Nowak, R., Olejnik, A., Gerber, H., Frątczak, R., Zawiślak, E. Comparison of tooth- and bone-borne appliances on the stress distributions and displacement patterns in the facial skeleton in surgically assisted rapid maxillary expansion-A finite element analysis (FEA) study. Materials (Basel). 14 (5), 1152 (2021).
- Shi, Y., Zhu, C. N., Xie, Z. Displacement and stress distribution of the maxilla under different surgical conditions in three typical models with bone-borne distraction: a three-dimensional finite element analysis. Journal of Orofacial Orthopedics/Fortschritte der Kieferorthopadie. 81 (6), 385-395 (2020).
- Tomazi, F. H. S., et al. The Hyrax appliance with tooth anchorage variations in surgically assisted rapid maxillary expansion: a finite element analysis. Oral and Maxillofacial Surgery. , (2022).
- Trivedi, S. Finite element analysis: A boon to dentistry. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research. 4 (3), 200-203 (2014).
- Sankar, S. G., et al. A comparison of different osteotomy techniques with and without pterygomaxillary disjunction in surgically assisted maxillary expansion utilizing modified hybrid rapid maxillary expansion device with posterior implants: A finite element study. National Journal of Maxillofacial Surgery. 12 (2), 171-180 (2021).
- Han, U. A., Kim, Y., Park, J. U. Three-dimensional finite element analysis of stress distribution and displacement of the maxilla following surgically assisted rapid maxillary expansion. Journal of Craniomaxillofacial Surgery. 37 (3), 145-154 (2009).
- Esen, A., Soganci, E., Dolanmaz, E., Dolanmaz, D. Evaluation of stress by finite element analysis of the midface and skull base at the time of midpalatal osteotomy in models with or without pterygomaxillary dysjunction. British Journal of Oral & Maxillofacial Surgery. 56 (3), 177-181 (2018).
- Huzni, S., Oktianda, F., Fonna, S., Rahiem, F., Angriani, L. The use of frictional and bonded contact models in finite element analysis for internal fixation of tibia fracture. Frattura ed Integrità Strutturale. 61, 130-139 (2022).
- Holmes, D. Closing the gap. Nature. 550 (7677), S194-S195 (2017).
- Lombardo, L., et al. Evaluation of the stiffness characteristics of rapid palatal expander screws. Progress in Orthodontics. 17 (1), 36 (2016).
- Zandi, M., Miresmaeili, A., Heidari, A., Lamei, A. The necessity of pterygomaxillary disjunction in surgically assisted rapid maxillary expansion: A short-term, double-blind, historical controlled clinical trial. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery. 44 (9), 1181-1186 (2016).
- Möhlhenrich, S. C., et al. Three-dimensional effects of pterygomaxillary disconnection during surgically assisted rapid palatal expansion: a cadaveric study. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, and Oral Radiology. 121 (6), 602-608 (2016).
