Cerrahi Destekli Hızlı Damak Genişlemesinden Genişleme Modellerini Değerlendirmek için Sonlu Elemanlar Analiz Modeli
Summary
Her üç boyutta hemimaksillaların genişleme modellerinin daha fazla analizi için, çeşitli bukkal osteotomi açıları ile klinik olarak gerekli miktarda genişletici aktivasyonu gerçekleştirebilen, cerrahi yardımlı hızlı damak genişlemesinin (SARPE) bir dizi yeni sonlu eleman modeli oluşturuldu.
Abstract
İskelet olgunluğundaki hastalarda iskelet genişlemesini kolaylaştırmak için kemik direncini serbest bırakmak için cerrahi yardımlı hızlı damak genişletme (SARPE) tanıtıldı. Bununla birlikte, tüm SARPE hastalarının %7.52’sinde sol ve sağ taraflar arasında asimetrik genişleme bildirilmiştir ve bunların %12.90’ı düzeltme için ikinci bir ameliyat geçirmek zorunda kalmıştır. Asimetrik genişlemeye yol açan etiyolojiler belirsizliğini korumaktadır. Sonlu elemanlar analizi, maksillofasiyal yapılarda SARPE ile ilişkili stresi değerlendirmek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, LeFort I osteotomi bölgelerindeki kemiğin çarpışması yalnızca belirli bir miktarda genişlemeden sonra meydana geldiğinden, bu mevcut modellerin genişleme miktarının nadiren 1 mm’yi aştığı göz önüne alındığında, mevcut modellerin çoğu kuvvet dağılımını tam olarak temsil etmemektedir. Bu nedenle, her üç boyutta hemimaksillaların genişleme modellerinin daha fazla analizi için klinik olarak gerekli miktarda genişletici aktivasyonu gerçekleştirebilecek yeni bir sonlu eleman modeli oluşturmaya ihtiyaç vardır. Koni ışınlı bilgisayarlı tomografiden (CBCT) üç boyutlu (3D) bir kafatası modeli Mimics’e aktarıldı ve maksiller kompleks, maksiller birinci küçük azı dişleri ve maksiller birinci azı dişlerini segmentlere ayırmak için matematiksel varlıklara dönüştürüldü. Bu yapılar yüzey düzleştirme, süngerimsi kemik ve periodontal ligament oluşturma için Geomagic’e aktarıldı. Maksiller kompleksin sağ yarısı daha sonra SolidWorks’te mükemmel simetrik bir model oluşturmak için tutuldu ve yansıtıldı. Bir Haas genişletici yapıldı ve maksiller birinci küçük azı dişlerine ve birinci büyük azı dişlerine bantlandı. Bukkal osteotomilerin farklı açılarda 1 mm açıklıklı çeşitli kombinasyonlarının sonlu elemanlar analizi Ansys’de yapıldı. Her iki tarafta istenen genleşme miktarı (toplamda en az 6 mm) elde edilene kadar yakınsama testi yapıldı. Bu çalışma, bukkal osteotomi açılanmasının SARPE’nin genişleme modellerini nasıl etkilediğini değerlendirmek için temel oluşturmaktadır.
Introduction
Cerrahi yardımlı hızlı damak genişletme (SARPE), iskeletsel olarak olgun hastalarda maksiller kemik yapısını ve diş arkını enine genişletmek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir1. Ameliyat, bir LeFort I osteotomisi, bir orta palatal kortikotomi ve isteğe bağlı olarak pterygoid-maksiller fissür2’nin serbest bırakılmasını içerir. Bununla birlikte, sol ve sağ hemimaksilla3 ve dentoalveolar süreç bukkal devrilme/rotasyon4 arasındaki eşit olmayan genişleme gibi SARPE’den kaynaklanan istenmeyen genişleme paternleri bildirilmiştir, bu da SARPE’nin başarısızlığına yol açabilir ve hatta bazen düzeltme için ek ameliyatlar gerektirebilir5. Önceki çalışmalar, Le Fort I osteotomi bölgelerindeki kemik blokları arasındaki çarpışmalar, hemimaksillanın lateral genişlemesinin eşit olmayan direnç kuvvetine katkıda bulunabileceğinden, sirkum-maksiller osteotomilerdeki varyasyonun SARPE sonrası genişleme paterni 2,3’te önemli bir rol oynayabileceğini göstermiştir ve dentoalveolar süreç genişlerken kesiğin altındaki alveolar kenarlar içe doğru hareket ederken hemimaksillaların rotasyonuna katkıda bulunabilir 3, 4. Bu nedenle, farklı osteotomi yönlerinin, özellikle bukkal osteotominin, SARPE sonrası genişleme paternleri üzerindeki etkilerinin araştırılmasına ihtiyaç vardır.
SARPE sırasında kuvvet dağılımını değerlendirmek için çeşitli sonlu elemanlar analizi (FEA) modelleri oluşturulmuştur. Bununla birlikte, bu modellerde ayarlanan genleşme miktarı 1 mm’ye kadar sınırlıdır, bu da gerekli klinik miktarolan 6,7,8,9,10,11,12’nin çok altındadır. FEA modellerindeki yetersiz genişleme, SARPE sonrası sonuçların hatalı tahminlerine yol açabilir. Daha spesifik olarak, Chamberland ve Proffit4 tarafından bildirildiği gibi, osteotomi bölgesindeki kemikler arasındaki çarpışma, genişletici yeterince döndürülmezse gösterilemeyebilir, bu da gerçek klinik gerçeği yansıtmayabilir. Önceki modellerde inşa edilen sınırlı miktarda genişleme ile bu modellerin sonuç değerlendirmeleri stres analizine odaklanmıştır. Bununla birlikte, diş hekimliğinde FEA’nın stres analizi genellikle izotropik ve doğrusal elastik olarak ayarlanmış malzemelerin mekanik özellikleri ile statik yükleme altında gerçekleştirilir ve bu da FEA çalışmalarının klinik önemini daha da kısıtlar13.
Ayrıca, bu çalışmaların çoğu,osteotomi bölgesi 6,7,8,10,11,12’deki cerrahi aletin kalınlığını dikkate almadı ve genellikle sınır koşullarının bir parçası olarak kesiklerde sürtünmeyi sıfıra ayarladı. Bununla birlikte, bu ayar sert ve yumuşak dokular arasındaki temasları aşırı basitleştirir. Kuvvet dağılımını ve hemimaksillanın ortaya çıkan genişleme modelini önemli ölçüde etkileyebilir.
Bununla birlikte, sonlu elemanlar analizi (FEA) modelleri kullanılarak osteotominin SARPE sonrası asimetri üzerindeki etkisini araştıran mevcut hiçbir literatür yoktur. Mevcut tüm çalışmalar, osteotomilerin kafatasının her iki tarafında farklılık gösterebileceği klinik uygulamanın gerçekliğini yansıtmayan simetrik osteotomi paternleri6,7,8,9,10,11,12,14 olan modeller kullanmıştır. Asimetrik osteotomilerin SARPE sonrası asimetri üzerindeki etkisini inceleyen literatür eksikliği, ele alınması gereken önemli bir bilgi boşluğunu temsil etmektedir.
Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, genişleme miktarı ve osteotomi boşluğu da dahil olmak üzere klinik koşulları gerçekten taklit edebilen yeni bir FEA modeli geliştirmek ve hemimaksillaların çeşitli osteotomi tasarımları ile her üç boyutta da genişleme modellerini araştırmaktır. Böyle bir yaklaşım, SARPE sonrası genişleme modellerinin altında yatan mekanik hakkında değerli bilgiler sağlayacak ve SARPE prosedürlerinin planlanması ve yürütülmesinde klinisyenler için yararlı bir araç olarak hizmet edecektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
SARPE’deki bukkal osteotominin yönü, maksiller payanda bölgesinde aşağı inmeden önce burun açıklığından yatay bir kesim veya Betts2’de tarif edildiği gibi maksiller birinci azı dişine karşılık gelen payandaya doğru piriform kenardan rampalı bir kesim olabilir. Her iki durumda da, osteotomi, maksillanın elmacık sürecinin çok altına uzanır. Bununla birlikte, SARPE ile ilgili güncel FEA çalışmalarının çoğunda, piriform jant 6,7,12,14</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Amerikan Ortodontistler Derneği Vakfı (AAOF) Ortodonti Fakültesi Geliştirme Bursu Ödülü (CL için), Amerikan Ortodontistler Derneği (AAO) Tam Zamanlı Fakülte Bursu Ödülü (CL için), Pennsylvania Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Joseph ve Josephine Rabinowitz Araştırmada Mükemmellik Ödülü (CL için), Ortodonti Bölümü’nden J. Henry O’Hern Jr. Pilot Bursu, Pennsylvania Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi (CL için) ve Uluslararası Ortodonti Vakfı Genç Araştırma Bursu (CL için).
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).
