מודל ניתוח אלמנטים סופיים להערכת דפוסי התפשטות מהתרחבות מהירה בסיוע כירורגי
Summary
סדרה של מודלים חדשניים של אלמנטים סופיים של הרחבת חיך מהירה בסיוע כירורגי (SARPE) שיכולים לבצע כמות נדרשת קלינית של הפעלת הרחבה עם זוויות שונות של אוסטאוטומיה בוקלית נוצרה לניתוח נוסף של דפוסי ההתפשטות של המימקסילאה בכל שלושת המימדים.
Abstract
בסיוע כירורגי הוכנס להרחבת החיך המהירה (SARPE) כדי לשחרר התנגדות גרמית כדי להקל על הרחבת השלד בחולים בוגרים בשלד. עם זאת, התרחבות אסימטרית בין צד שמאל לצד ימין דווחה ב -7.52% מכלל חולי SARPE, מתוכם 12.90% נאלצו לעבור ניתוח שני לתיקון. האטיולוגיות המובילות להתפשטות א-סימטרית עדיין אינן ברורות. ניתוח אלמנטים סופיים שימש להערכת הלחץ הקשור ל- SARPE במבנים הלסתות. עם זאת, מכיוון שהתנגשות של העצם באתרי האוסטאוטומיה של LeFort I מתרחשת רק לאחר כמות מסוימת של התפשטות, רוב המודלים הקיימים אינם מייצגים באמת את התפלגות הכוח, בהתחשב בכך שכמות ההתפשטות של מודלים קיימים אלה לעתים רחוקות עולה על 1 מ”מ. לכן, יש צורך ליצור מודל אלמנטים סופיים חדש של SARPE שיכול לבצע כמות נדרשת קלינית של הפעלת הרחבה לניתוח נוסף של דפוסי ההתפשטות של hemimaxillae בכל שלושת המימדים. מודל גולגולת תלת-ממדי (תלת-ממדי) מטומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט (CBCT) יובא למימיקה והומר לישויות מתמטיות כדי לפלח את הקומפלקס המקסילרי, הקדם-טוחנות המקסילריות הראשונות והטוחנות הראשונות המקסילריות. מבנים אלה הועברו לתוך Geomagic לצורך החלקת פני השטח ויצירת עצמות ורצועות חניכיים. החצי הימני של הקומפלקס המקסילרי נשמר ושיקף כדי ליצור מודל סימטרי לחלוטין ב- SolidWorks. נבנה מרחיב האס וחוברו לטוחנות הקדם-טוחנות הראשונות והטוחנות הראשונות. ניתוח אלמנטים סופיים של שילובים שונים של אוסטאוטומיות בוקליות בזוויות שונות עם מרווח של 1 מ”מ בוצע באנסיס. נערך מבחן התכנסות עד להשגת כמות ההתפשטות הרצויה משני הצדדים (לפחות 6 מ”מ בסך הכל). מחקר זה מניח את הבסיס להערכת האופן שבו אנגולציה של אוסטאוטומיה בוקלית משפיעה על דפוסי ההתפשטות של SARPE.
Introduction
הרחבת חיך מהירה בסיוע כירורגי (SARPE) היא טכניקה נפוצה להרחבה רוחבית של המבנה הגרמי המקסילרי וקשת השיניים במטופלים בוגרים בשלד1. הניתוח כולל אוסטאוטומיה LeFort I, קורטיקוטומיה באמצע החיך, ואופציונלית, שחרור של סדק pterygoid-maxillary2. עם זאת, דווח על דפוסי התפשטות לא רצויים מ- SARPE, כגון התרחבות לא אחידה בין המימקסילאה3 השמאלית והימנית ותהליך דנטולבאולרי הטיה/סיבוב4, מה שעלול להוביל לכישלון של SARPE, ולעיתים אף לדרוש ניתוחים נוספים לתיקון5. מחקרים קודמים הצביעו על כך שהשונות באוסטיאוטומיות היקפיות-מקסילריות עשויה לשחק תפקיד משמעותי בדפוס ההתפשטות שלאחר SARPE2,3, שכן ההתנגשויות בין גושי העצם באתרי האוסטאוטומיה של לה פורט I יכולות לתרום לכוח ההתנגדות הלא אחיד של ההתפשטות הרוחבית של ההמימקסילים ולסיבוב של ההמימקסילה, כאשר הקצוות הנאדיים מתחת לחתך נעים פנימה בעוד התהליך הדנטואלבאולרי מתרחב 3, 4. לכן, יש צורך לחקור את ההשפעות של כיווני אוסטאוטומיה שונים, במיוחד אוסטאוטומיה buccal, על דפוסי התפשטות לאחר SARPE.
מספר מודלים של ניתוח אלמנטים סופיים (FEA) הוקמו כדי להעריך את התפלגות הכוח במהלך SARPE. עם זאת, כמות ההרחבה שנקבעה במודלים אלה מוגבלת לעד 1 מ”מ, שהיא הרבה מתחת לכמות הקלינית הנדרשת 6,7,8,9,10,11,12. התרחבות לא מספקת במודלים של FEA עלולה להוביל לתחזיות שגויות של תוצאות פוסט-SARPE. באופן ספציפי יותר, ההתנגשות בין העצמות באתר האוסטאוטומיה, כפי שדווחה על ידי צ’מברלנד ופרופיט4, עשויה שלא להיות מודגמת אם המרחיב אינו מסובב כראוי, מה שעשוי שלא לשקף את המציאות הקלינית האמיתית. עם כמות ההרחבה המוגבלת שנבנתה במודלים הקודמים, הערכות התוצאות של מודלים אלה התמקדו בניתוח מתח. עם זאת, ניתוח הלחץ של FEA ברפואת שיניים מתבצע בדרך כלל תחת עומס סטטי עם התכונות המכניות של חומרים שנקבעו כאיזוטרופיים ואלסטיים ליניאריים, מה שמגביל עוד יותר את הרלוונטיות הקלינית של מחקרי FEA13.
יתר על כן, רוב המחקרים הללו לא לקחו בחשבון את עובי מכשיר הניתוח באתר האוסטאוטומיה 6,7,8,10,11,12, ולעתים קרובות קבעו את החיכוך לאפס בחתכים כחלק מתנאי הגבול. עם זאת, הגדרה זו מפשטת יתר על המידה את המגעים בין הרקמות הקשות והרכות. זה עשוי להשפיע באופן משמעותי על חלוקת הכוח ואת דפוס ההתפשטות כתוצאה מכך של hemimaxillae.
אף על פי כן, אין ספרות זמינה שחקרה את ההשפעה של אוסטאוטומיה על אסימטריה פוסט-SARPE באמצעות מודלים של ניתוח אלמנטים סופיים (FEA). כל המחקרים הנוכחיים השתמשו במודלים עם דפוסי אוסטאוטומיה סימטריים 6,7,8,9,10,11,12,14, שאינם משקפים את המציאות הקלינית שבה האוסטאוטומיות עשויות להיות שונות בכל צד של הגולגולת. היעדר ספרות הבוחנת את ההשפעה של אוסטאוטומיה אסימטרית על אסימטריה פוסט-SARPE מייצג פער ידע משמעותי שיש לטפל בו.
לכן, מטרת מחקר זה היא לפתח מודל FEA חדשני של SARPE שיכול באמת לחקות את התנאים הקליניים, כולל כמות ההתפשטות ופער האוסטאוטומיה, ולחקור את דפוסי ההתפשטות של המימקסילות בכל שלושת הממדים עם עיצובים שונים של האוסטאוטומיה. גישה כזו תספק תובנה רבת ערך לגבי המכניקה העומדת בבסיס דפוסי ההתרחבות שלאחר SARPE ותשמש כלי שימושי לקלינאים בתכנון וביצוע הליכי SARPE.
Protocol
Representative Results
Discussion
כיוון האוסטאוטומיה הבוקאלית ב- SARPE יכול להיות חתך אופקי מפתח הצמצם של האף לפני ירידה באזור התומך המקסילרי או חתך רמוס משפת הפיריפורם לכיוון התומך המתאים לטוחנת הראשונה המקסילרית, כפי שמתואר על ידי בטס2. כך או כך, האוסטאוטומיה משתרעת הרבה מתחת לתהליך הזיגומטי של המקסילה. עם זאת,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי פרס מלגת פיתוח הפקולטה לאורתודונטיה של האגודה האמריקאית לאורתודונטים (AAOF) (עבור C.L.), פרס מלגת סגל במשרה מלאה של האגודה האמריקאית לאורתודונטים (AAO) (עבור C.L.), בית הספר לרפואת שיניים באוניברסיטת פנסילבניה פרס ג’וזף וג’וזפין רבינוביץ למצוינות במחקר (עבור C.L.), מענק טייס ע”ש ג’יי הנרי או’הרן ג’וניור מהמחלקה לאורתודונטיה, בית הספר לרפואת שיניים של אוניברסיטת פנסילבניה (עבור C.L.), ומענק מחקר צעיר של הקרן האורתודונטית הבינלאומית (עבור 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. |
References
- 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).
