Modèle d’analyse par éléments finis pour l’évaluation des modèles d’expansion à partir d’une expansion palatine rapide assistée chirurgicalement

Summary

Un ensemble de nouveaux modèles d’éléments finis d’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (SARPE) qui pourraient effectuer une quantité cliniquement requise d’activation de l’expanseur avec différents angles d’ostéotomie buccale a été créé pour une analyse plus approfondie des modèles d’expansion des hémimaxillaires dans les trois dimensions.

Abstract

L’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (SARPE) a été introduite pour libérer la résistance osseuse afin de faciliter l’expansion squelettique chez les patients squelettiquement matures. Cependant, une expansion asymétrique entre les côtés gauche et droit a été rapportée chez 7,52 % de tous les patients atteints de SARPE, dont 12,90 % ont dû subir une deuxième intervention chirurgicale pour la correction. Les étiologies conduisant à l’expansion asymétrique restent floues. L’analyse par éléments finis a été utilisée pour évaluer la contrainte associée à la SARPE dans les structures maxillo-faciales. Cependant, comme une collision de l’os au niveau des sites d’ostéotomie LeFort I ne se produit qu’après un certain degré d’expansion, la plupart des modèles existants ne représentent pas vraiment la distribution de la force, étant donné que la quantité d’expansion de ces modèles existants dépasse rarement 1 mm. Par conséquent, il est nécessaire de créer un nouveau modèle d’éléments finis de SARPE qui pourrait effectuer une quantité cliniquement requise d’activation de l’expanseur pour une analyse plus approfondie des modèles d’expansion des hémimaxillaires dans les trois dimensions. Un modèle de crâne tridimensionnel (3D) issu de la tomodensitométrie à faisceau conique (CBCT) a été importé dans Mimics et converti en entités mathématiques pour segmenter le complexe maxillaire, les premières prémolaires maxillaires et les premières molaires maxillaires. Ces structures ont été transférées dans Geomagic pour le lissage de surface et la création d’os spongieux et de ligaments parodontaux. La moitié droite du complexe maxillaire a ensuite été conservée et mise en miroir pour créer un modèle parfaitement symétrique dans SolidWorks. Un expanseur Haas a été construit et bagué aux premières prémolaires maxillaires et aux premières molaires. Une analyse par éléments finis de diverses combinaisons d’ostéotomies buccales à différents angles avec un dégagement de 1 mm a été réalisée dans Ansys. Un essai de convergence a été effectué jusqu’à ce que la quantité souhaitée de dilatation des deux côtés (au moins 6 mm au total) soit atteinte. Cette étude jette les bases de l’évaluation de l’influence de l’angulation de l’ostéotomie buccale sur les modèles d’expansion de la SARPE.

Introduction

L’expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (SARPE) est une technique couramment utilisée pour l’expansion transversale de la structure osseuse maxillaire et de l’arcade dentaire chez les patients squelettiquement matures¹. La chirurgie implique une ostéotomie LeFort I, une corticotomie mi-palatine et, éventuellement, la libération de la fissure ptérygoïde-maxillaire². Cependant, des schémas d’expansion indésirables de SARPE, tels qu’une expansion inégale entre les hémimaxillaires gauche et droit³ et un basculement/rotation buccale de l’apophyse dento-alvéolaire⁴, ont été rapportés, ce qui pourrait entraîner l’échec de SARPE, et parfois, même nécessiter des chirurgies supplémentaires pour la correction⁵. Des études antérieures ont indiqué que la variation des ostéotomies circum-maxillaires peut jouer un rôle important dans le schéma d’expansion post-SARPE^2,3, car les collisions entre les blocs osseux aux sites d’ostéotomie de Le Fort I peuvent contribuer à la force de résistance inégale de l’expansion latérale des hémimaxillaires et à la rotation des hémimaxillaires, les bords alvéolaires sous la coupe se déplaçant vers l’intérieur tandis que le processus dento-alvéolaire se dilate ^{3, 4}. Le Par conséquent, il est nécessaire d’étudier les effets des différentes directions de l’ostéotomie, en particulier l’ostéotomie buccale, sur les schémas d’expansion post-SARPE.

Plusieurs modèles d’analyse par éléments finis (FEA) ont été mis en place pour évaluer la distribution des forces au cours de la SARPE. Cependant, la quantité d’expansion définie dans ces modèles est limitée à 1 mm, ce qui est bien inférieur à la quantité clinique requise 6,7,8,9,10,11,12. Une expansion inadéquate des modèles d’analyse par éléments finis peut conduire à des prédictions erronées des résultats post-SARPE. Plus précisément, la collision entre les os au site d’ostéotomie, telle que rapportée par Chamberland et Proffit⁴, peut ne pas être démontrée si l’expanseur n’est pas tourné adéquatement, ce qui peut ne pas refléter la réalité clinique réelle. Compte tenu de la quantité limitée d’expansion intégrée dans les modèles précédents, les évaluations des résultats de ces modèles se sont concentrées sur l’analyse des contraintes. Cependant, l’analyse des contraintes de l’analyse par éléments finis en dentisterie est généralement effectuée sous une charge statique avec les propriétés mécaniques des matériaux définies comme isotropes et linéairement élastiques, ce qui limite encore la pertinence clinique des études d’analyse par éléments finis¹³.

De plus, la plupart de ces études n’ont pas pris en compte l’épaisseur de l’instrument chirurgical au site d’ostéotomie 6,7,8,10,11,12^, ce qui a souvent réduit à zéro le frottement au niveau des coupes dans le cadre des conditions aux limites. Cependant, ce réglage simplifie à l’excès les contacts entre les tissus durs et mous. Cela peut avoir un impact significatif sur la distribution de la force et le modèle d’expansion des hémimaxillaires qui en résulte.

Néanmoins, aucune littérature disponible n’a étudié l’effet de l’ostéotomie sur l’asymétrie post-SARPE à l’aide de modèles d’analyse par éléments finis (FEA). Toutes les études actuelles ont utilisé des modèles avec des modèles d’ostéotomie symétriques 6,7,8,9,10,11,12,14^, qui ne reflètent pas la réalité de la pratique clinique où les ostéotomies peuvent différer de chaque côté du crâne. Le manque de littérature examinant l’effet des ostéotomies asymétriques sur l’asymétrie post-SARPE représente une lacune importante dans les connaissances qui doit être comblée.

Par conséquent, l’objectif de cette étude est de développer un nouveau modèle FEA de SARPE qui peut vraiment imiter les conditions cliniques, y compris la quantité d’expansion et l’écart d’ostéotomie, et d’étudier les modèles d’expansion des hémimaxillaires dans les trois dimensions avec différentes conceptions de l’ostéotomie. Une telle approche fournirait des informations précieuses sur les mécanismes sous-jacents aux modèles d’expansion post-SARPE et servirait d’outil utile aux cliniciens dans la planification et l’exécution des procédures SARPE.

Protocol

Cette étude a utilisé une image CBCT préexistante, anonymisée et pré-traitement d’un patient atteint de SARPE dans le cadre des plans de traitement. L’étude a été menée conformément à la Déclaration d’Helsinki et approuvée par l’Institutional Review Board (protocole #853608). 1. Acquisition d’échantillons et segmentation des dents Acquérir une image CBCT humaine de la tête dans une position naturelle de la tête qui comprend le complexe maxi…

Representative Results

Le modèle de démonstration a utilisé l’image CBCT d’une femme de 47 ans présentant une déficience maxillaire. Dans le modèle généré, la structure anatomique de la cavité nasale, du sinus maxillaire et de l’espace ligamentaire parodontal pour les dents ancrées à l’expansion (première prémolaire et première molaire) est préservée (Figure 1). Pour simuler l’intervention chirurgicale avec précision, la cloison nasale, les parois latérales …

Discussion

La direction de l’ostéotomie buccale dans SARPE peut être soit une coupe horizontale à partir de l’ouverture nasale avant de descendre dans la zone du contrefort maxillaire, soit une coupe en rampe du bord piriforme vers le contrefort correspondant à la première molaire maxillaire, comme décrit par Betts². Quoi qu’il en soit, l’ostéotomie s’étend bien en dessous de l’apophyse zygomatique du maxillaire. Cependant, la plupart des études FEA actuelles sur SARPE utilisent une coup…

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.