Modelo de Análisis de Elementos Finitos para Evaluar los Patrones de Expansión a partir de la Expansión Palatina Rápida Asistida Quirúrgicamente

Summary

Se creó un conjunto de nuevos modelos de elementos finitos de expansión palatina rápida asistida quirúrgicamente (SARPE) que podrían realizar una cantidad clínicamente requerida de activación del expansor con varios ángulos de osteotomía bucal para un análisis más detallado de los patrones de expansión de los hemimaxilares en las tres dimensiones.

Abstract

Se introdujo la expansión palatina rápida asistida quirúrgicamente (SARPE) para liberar la resistencia ósea y facilitar la expansión esquelética en pacientes esqueléticamente maduros. Sin embargo, se ha descrito una expansión asimétrica entre los lados izquierdo y derecho en el 7,52% de todos los pacientes con SARPE, de los cuales el 12,90% tuvo que someterse a una segunda cirugía para su corrección. Las etiologías que conducen a la expansión asimétrica siguen sin estar claras. El análisis de elementos finitos se ha utilizado para evaluar el estrés asociado con SARPE en las estructuras maxilofaciales. Sin embargo, como una colisión del hueso en los sitios de osteotomía de LeFort I ocurre solo después de una cierta cantidad de expansión, la mayoría de los modelos existentes no representan realmente la distribución de la fuerza, dado que la cantidad de expansión de estos modelos existentes rara vez excede 1 mm. Por lo tanto, existe la necesidad de crear un nuevo modelo de elementos finitos de SARPE que pueda realizar una cantidad clínicamente requerida de activación del expansor para un análisis más detallado de los patrones de expansión de los hemimaxilares en las tres dimensiones. Un modelo de cráneo tridimensional (3D) de tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) se importó a Mimics y se convirtió en entidades matemáticas para segmentar el complejo maxilar, los primeros premolares maxilares y los primeros molares maxilares. Estas estructuras se transfirieron a Geomagic para el alisado de la superficie y la creación de huesos esponjosos y ligamentos periodontales. A continuación, se conservó la mitad derecha del complejo maxilar y se reflejó para crear un modelo perfectamente simétrico en SolidWorks. Se construyó un expansor de Haas y se colocó en los primeros premolares y primeros molares maxilares. El análisis de elementos finitos de varias combinaciones de osteotomías bucales en diferentes ángulos con un aclaramiento de 1 mm se realizó en Ansys. Se realizó una prueba de convergencia hasta alcanzar la cantidad deseada de expansión en ambos lados (al menos 6 mm en total). Este estudio sienta las bases para evaluar cómo la angulación de la osteotomía bucal influye en los patrones de expansión de SARPE.

Introduction

La expansión rápida palatina asistida quirúrgicamente (SARPE) es una técnica comúnmente utilizada para la expansión transversal de la estructura ósea maxilar y el arco dental en pacientes esqueléticamente maduros¹. La cirugía consiste en una osteotomía de LeFort I, una corticotomía mediopalatina y, opcionalmente, la liberación de la fisura pterigoideo-maxilar². Sin embargo, se han descrito patrones de expansión no deseados de la SARPE, como la expansión desigual entre los hemimaxilares izquierdo y derecho³ y la inclinación/rotación bucal⁴ de la apófisis dentoalveolar, lo que podría conducir al fracaso de la SARPE y, a veces, incluso requerir cirugías adicionales para su corrección⁵. Estudios previos han indicado que la variación en las osteotomías circunmaxilares puede desempeñar un papel importante en el patrón de expansión post-SARPE^2,3, ya que las colisiones entre los bloques óseos en los sitios de osteotomía de Le Fort I pueden contribuir a la fuerza de resistencia desigual de la expansión lateral de los hemimaxilares y a la rotación de los hemimaxilares con los bordes alveolares por debajo del corte moviéndose hacia adentro mientras que el proceso dentoalveolar^se expande ^{3, 4}. Por lo tanto, es necesario investigar los efectos de las diferentes direcciones de la osteotomía, especialmente la osteotomía bucal, en los patrones de expansión post-SARPE.

Se han establecido varios modelos de análisis de elementos finitos (FEA) para evaluar la distribución de fuerzas durante SARPE. Sin embargo, la cantidad de expansión establecida en estos modelos está limitada a hasta 1 mm, que está muy por debajo de la cantidad clínica requerida 6,7,8,9,10,11,12. La expansión inadecuada de los modelos FEA puede dar lugar a predicciones erróneas de los resultados posteriores a la SARPE. Más específicamente, la colisión entre los huesos en el sitio de la osteotomía, según lo informado por Chamberland y Proffit⁴, puede no demostrarse si el expansor no se gira adecuadamente, lo que puede no reflejar la verdadera realidad clínica. Con la cantidad limitada de expansión incorporada en los modelos anteriores, las evaluaciones de resultados de estos modelos se centraron en el análisis de estrés. Sin embargo, el análisis de estrés de FEA en odontología generalmente se realiza bajo carga estática con las propiedades mecánicas de los materiales configuradas como isotrópicas y linealmente elásticas, lo que restringe aún más la relevancia clínica de los estudios de FEA¹³.

Además, la mayoría de estos estudios no consideraron el espesor del instrumento quirúrgico en el sitio de la osteotomía 6,7,8,10,11,12^, a menudo estableciendo la fricción a cero en los cortes como parte de las condiciones de contorno. Sin embargo, esta configuración simplifica demasiado los contactos entre los tejidos duros y blandos. Puede afectar significativamente la distribución de la fuerza y el patrón de expansión resultante de los hemimaxilares.

Sin embargo, no hay literatura disponible que haya investigado el efecto de la osteotomía en la asimetría post-SARPE utilizando modelos de análisis de elementos finitos (FEA). Todos los estudios actuales emplearon modelos con patrones de osteotomía simétricos 6,7,8,9,10,11,12,14^, que no reflejan la realidad de la práctica clínica donde las osteotomías pueden diferir en cada lado del cráneo. La falta de literatura que examine el efecto de las osteotomías asimétricas en la asimetría post-SARPE representa una brecha de conocimiento significativa que debe abordarse.

Por lo tanto, el objetivo de este estudio es desarrollar un nuevo modelo FEA de SARPE que pueda imitar realmente las condiciones clínicas, incluida la cantidad de expansión y la brecha de osteotomía, e investigar los patrones de expansión de los hemimaxilares en las tres dimensiones con varios diseños de osteotomía. Este enfoque proporcionaría información valiosa sobre la mecánica subyacente a los patrones de expansión posteriores a la SARPE y serviría como una herramienta útil para los médicos en la planificación y ejecución de los procedimientos de la SARPE.

Protocol

Este estudio utilizó una imagen CBCT preexistente, no identificada y previa al tratamiento de un paciente que tenía SARPE como parte de los planes de tratamiento. El estudio se realizó de acuerdo con la Declaración de Helsinki y fue aprobado por el Comité de Revisión Institucional (protocolo #853608). 1. Adquisición de muestras y segmentación dental Adquiera una imagen CBCT humana de la cabeza en una posición natural de la cabeza que incluya el complejo maxi…

Representative Results

El modelo de demostración utilizó la imagen CBCT de una mujer de 47 años con deficiencia maxilar. En el modelo generado, se conserva la estructura anatómica de la cavidad nasal, el seno maxilar y el espacio del ligamento periodontal para los dientes anclados al expansor (primer premolar y primer molar) (Figura 1). Para simular el procedimiento quirúrgico con precisión, el tabique nasal, las paredes laterales de la cavidad nasal y la fisura pterigomaxilar se …

Discussion

La dirección de la osteotomía bucal en la SARPE puede ser un corte horizontal desde la abertura nasal antes de descender en el área del contrafuerte maxilar o un corte en rampa desde el borde piriforme hacia el contrafuerte correspondiente al primer molar maxilar, como lo describe Betts². De cualquier manera, la osteotomía se extiende muy por debajo de la apófisis cigomática del maxilar. Sin embargo, la mayoría de los estudios actuales de FEA sobre SARPE utilizan un corte horizontal que se …

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.