外科的支援による急速口蓋拡大からの膨張パターンを評価するための有限要素解析モデル
Summary
頬骨切り術のさまざまな角度で臨床的に必要な量の拡張剤の活性化を実行できる外科的支援急速口蓋拡張(SARPE)の新しい有限要素モデルのセットが作成され、半上顎骨の拡張パターンを3次元すべてでさらに分析しました。
Abstract
骨格が成熟した患者の骨格拡張を促進するために、骨の抵抗を解放するために外科的補助急速口蓋拡張 (SARPE) が導入されました。しかし、左側と右側の間の非対称な拡張は、すべてのSARPE患者の7.52%で報告されており、そのうち12.90%は矯正のために2回目の手術を受けなければなりませんでした。非対称拡大につながる病因は不明のままです。有限要素解析は、顎顔面構造におけるSARPEに関連する応力を評価するために使用されています。しかし、LeFort I骨切り部位での骨の衝突は、ある程度の膨張後にのみ発生するため、これらの既存モデルの膨張量が1mmを超えることはめったにないことを考えると、既存のモデルのほとんどは力の分布を真に表していません。したがって、半上顎骨の3次元すべての膨張パターンをさらに分析するために、臨床的に必要な量のエキスパンダー活性化を実行できるSARPEの新しい有限要素モデルを作成する必要があります。コーンビームコンピュータ断層撮影法(CBCT)の3次元(3D)頭蓋骨モデルをMimicsにインポートし、上顎複合体、上顎第一小臼歯、上顎第一大臼歯をセグメント化するために数学的実体に変換しました。これらの構造は、表面の平滑化と海綿骨および歯根膜の作成のためにGeomagicに転送されました。その後、上顎複合体の右半分を保持してミラーリングし、SolidWorksで完全に対称なモデルを作成しました。Haasエキスパンダーが構築され、上顎第一小臼歯と第一大臼歯にバンド状にバンド状に付けられました。1mmのクリアランスを持つさまざまな角度での頬骨切り術のさまざまな組み合わせの有限要素解析をAnsysで実行しました。両側で所望の膨張量(合計で少なくとも6mm)が得られるまで収束試験を実施しました。この研究は、頬骨切り術の角度がSARPEの拡張パターンにどのように影響するかを評価するための基礎を築きます。
Introduction
外科的補助急速口蓋拡張術(SARPE)は、骨格的に成熟した患者の上顎骨構造と歯列弓を横方向に拡張するために一般的に使用される技術です1。手術には、LeFort I骨切り術、中口蓋皮質切除術、およびオプションで翼状突起上顎裂の解放が含まれます2。しかし、左右の半上顎骨の不均一な拡大3や歯槽突起の頬側転倒/回転4など、SARPEによる望ましくない拡大パターンが報告されており、SARPEの失敗につながる可能性があり、場合によっては矯正のために追加の手術が必要になることさえあります5。以前の研究では、上顎周囲骨切り術の変動がSARPE後の拡張パターンに重要な役割を果たす可能性があることが示されています2,3、Le Fort I骨切り術部位での骨ブロック間の衝突は、半上顎骨の横方向の拡張の不均一な抵抗力に寄与し、歯槽突起が拡大する間、切り口の下の歯槽縁が内側に移動する半上顎骨の回転に寄与する可能性があります3。4.したがって、さまざまな骨切り術の方向、特に頬側骨切り術がSARPE後の拡張パターンに及ぼす影響を調査する必要があります。
SARPE中の力の分布を評価するために、いくつかの有限要素解析(FEA)モデルが設定されています。ただし、これらのモデルで設定された膨張量は最大1mmに制限されており、これは必要な臨床量6、7、8、9、10、11、12をはるかに下回っています。FEAモデルの拡張が不十分な場合、SARPE後の転帰の予測が誤ってなる可能性があります。より具体的には、ChamberlandとProffit4によって報告されたように、骨切り部位の骨間の衝突は、エキスパンダーが適切に回転していない場合、実証されない可能性があり、これは真の臨床的現実を反映していない可能性があります。以前のモデルでは拡張が限られていたため、これらのモデルの結果評価は応力解析に重点が置かれていました。しかし、歯科におけるFEAの応力解析は、通常、材料の機械的特性を等方性および線形弾性として設定した静的荷重下で実施されるため、FEA研究の臨床的関連性はさらに制限されます13。
さらに、これらの研究のほとんどは、骨切り部位の手術器具の厚さを考慮しておらず、6,7,8,10,11,12、境界条件の一部として切り口での摩擦をゼロに設定することがよくありました。ただし、この設定では、硬組織と軟組織の間の接触が過度に単純化されます。これは、力の分布とその結果生じる半上顎骨の拡張パターンに大きな影響を与える可能性があります。
それにもかかわらず、有限要素解析(FEA)モデルを使用したSARPE後の非対称性に対する骨切り術の効果を調査した利用可能な文献はありません。現在のすべての研究は、対称的な骨切り術パターン6、7、8、9、10、11、12、14のモデルを採用しており、骨切り術が頭蓋骨の両側で異なる可能性がある臨床診療の現実を反映していません。非対称骨切り術がSARPE後の非対称性に及ぼす影響を調べた文献が不足していることは、対処しなければならない重大な知識のギャップを表しています。
したがって、この研究の目標は、拡張量や骨切りギャップなどの臨床状態を真に模倣できるSARPEの新しいFEAモデルを開発し、骨切り術のさまざまな設計で半上顎骨の3次元すべての拡張パターンを調査することです。このようなアプローチは、SARPE後の拡張パターンの根底にあるメカニズムに関する貴重な洞察を提供し、SARPE手順の計画と実行において臨床医にとって有用なツールとして役立ちます。
Protocol
Representative Results
Discussion
SARPEにおける頬側骨切り術の方向は、上顎バットレス領域でステップダウンする前に鼻の開口部から水平にカットするか、Betts2で説明されているように、梨状縁から上顎第一大臼歯に対応するバットレスに向かって傾斜したカットのいずれかです。いずれにせよ、骨切り術は上顎の頬骨突起のかなり下に伸びています。しかし、SARPEに関する現在のFEA研究の…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、米国矯正歯科医協会財団(AAOF)矯正歯科教員開発フェローシップ賞(CLの場合)、米国矯正歯科医協会(AAO)のフルタイム教員フェローシップ賞(CLの場合)、ペンシルベニア大学歯学部のジョセフおよびジョセフィン・ラビノウィッツ研究優秀賞(CLの場合)、歯科矯正学科のJ.ヘンリーオハーンジュニアパイロット助成金、 ペンシルベニア大学歯学部(CLの場合)、および国際矯正歯科財団若手研究助成金(CLの場合)。
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. |
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