Modèle d’analyse par éléments finis pour l’évaluation des modèles d’expansion à partir d’une expansion palatine rapide assistée chirurgicalement
20 octobre 2023
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.
Le SARPE est couramment utilisé pour l’expansion maxillaire chez les patients immatures squelettiques. Cependant, une expansion asymétrique a été rapportée avec des étiologies inconnues. Cette étude vise à développer un nouveau modèle FEA de SARPE qui peut vraiment imiter les conditions cliniques, et à étudier les modèles d’expansion de l’hémi-maxillaire dans les trois dimensions.
L’analyse par éléments finis a été utilisée dans le domaine dentaire et de la bio-ingénierie pour permettre la simulation in vitro de chirurgies, telles que SARPE. Dans cette étude, quatre logiciels ont été utilisés pour mettre en place le modèle FEA et prédire le modèle d’expansion. La partie la plus difficile, que la plupart des études antérieures relient, consiste à simuler les forces sur le site de cicatrisation de la plaie sur la surface de l’ostéotomie.
Pour ce faire, des ressorts ont été installés dans le cadre de notre étude pilote et sont considérés comme une nouvelle conception pour SARPE FEA. Ce modèle d’éléments unifiés s’est concentré sur les modèles de ses patients, ce qui en fait une simulation SARPE plus réaliste grâce à la création d’un écart d’ostéotomie et à l’inclusion de l’expérience. Il présente un potentiel important en tant qu’outil clinique pour l’image de marque et ses procédures d’orientation SARPE.
Notre groupe interdisciplinaire travaillera avec diligence pour développer des modèles 3D de pointe qui peuvent fournir des informations précieuses sur les stratégies de traitement personnalisées afin d’analyser et d’améliorer la technique chirurgicale orthognatique en utilisant une approche assistée par l’ingénierie et d’améliorer la communication et la collaboration entre les orthodontistes et les chirurgiens maxillo-faciaux buccaux grâce à un système d’imagerie 3D assisté par l’ingénierie.
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Aperçu
Cette étude développe un nouveau modèle d'analyse par éléments finis (FEA) pour l'expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (SARPE) afin de mieux comprendre les schémas d'expansion des hémimaxillaires. Le modèle vise à simuler précisément les conditions cliniques et à examiner les effets de divers angles d'ostéotomie buccale.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Orthodontie
- Bioingénierie
- Analyse par éléments finis
Contexte
- La DAVRO est utilisée pour l'expansion maxillaire chez les patients à maturité squelettique.
- Une expansion asymétrique a été rapportée, mais ses causes restent incertaines.
- L'analyse par éléments finis permet la simulation in vitro de procédures chirurgicales.
- Les études antérieures ont eu des difficultés à simuler les forces au niveau du site de cicatrisation.
Objectif de l'étude
- Développer un nouveau modèle d'éléments finis (FEA) de la SARPE.
- Imiter précisément les conditions cliniques.
- Étudier les schémas d'expansion tridimensionnels de l'hémimaxillaire.
Méthodes utilisées
- Élaboration d'un modèle par éléments finis à l'aide de quatre outils logiciels.
- Simulation de différents angles d'ostéotomie buccale.
- Analyse des schémas d'expansion en trois dimensions.
- Évaluation des forces exercées à la surface de l'ostéotomie pendant la cicatrisation.
Résultats principaux
- Le modèle de MEF a correctement reproduit les conditions cliniques.
- Les profils d'expansion ont été analysés dans les trois dimensions.
- Des éclairages sur l'expansion asymétrique ont été obtenus.
- Le modèle peut aider à comprendre la mécanique de la SARPE.
Conclusions
- Le nouveau modèle de MEF permet une meilleure compréhension de l'AREPS.
- Il peut aider à prédire les schémas d'expansion et à améliorer les résultats cliniques.
- Des études futures pourront s'appuyer sur ce modèle pour approfondir les recherches.
Questions fréquemment posées
Pertinence sectorielle pour les cadres
Les modèles d'analyse par éléments finis (AEF) qui simulent précisément l'expansion palatine rapide assistée chirurgicalement (SARPE) comblent un vide critique dans la prédiction des réponses squelettiques asymétriques chez les patients adultes. Cette capacité renforce la confiance prédictive au croisement de la planification chirurgicale et de la conception d'appareils, soutenant ainsi des décisions adaptées au risque dans la recherche translationnelle en craniofaciologie. L'approche permet une évaluation plus fiable des mécanismes d'expansion, informant directement la recherche et le développement interdisciplinaires ainsi que l'optimisation des dispositifs.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation mécanistique in silico de la réponse osseuse et tissulaire aux forces de SARPE.
- Contribue à la réduction des risques biologiques en précisant l'impact de l'angulation de l'ostéotomie sur la symétrie de l'expansion.
- Facilite la modélisation prédictive des interactions dispositif-tissu, éclairant ainsi la validation des cibles dans les interventions craniofaciales.
Développement de tests et criblage
- Fournit un modèle 3D validé permettant de simuler et de normaliser les protocoles d'expansion dans diverses conditions anatomiques.
- Permet une évaluation reproductible et quantitative des schémas d'expansion sous application contrôlée de forces.
- Facilite le criblage des configurations d'appareils et des paramètres chirurgicaux afin d'obtenir des résultats biomécaniques optimaux.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les modèles d'expansion in silico avec les données d'imagerie clinique pour assurer une continuité translationnelle.
- Permet la progression ajustée au risque des techniques chirurgicales et des conceptions de dispositifs fondée sur la modélisation prédictive.
- Facilite la collaboration pluridisciplinaire entre les équipes d'ingénierie, chirurgicales et orthodontiques pour la validation préclinique.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Cette approche de modélisation par éléments finis s'intègre dès la phase de découverte précoce jusqu'à l'optimisation du dispositif préclinique et du flux opératoire chirurgical, en soutenant les tests itératifs d'hypothèses et la recherche translationnelle.
- Biologie de la découverte : Clarifie la distribution des forces et les mécanismes d'expansion au niveau des sites d'ostéotomie, réduisant ainsi l'ambiguïté mécanistique.
- Évaluation comparative : Fournit des sorties de simulation standardisées et reproductibles pour l'évaluation comparative des variables chirurgicales.
- Analyse : Fournit des mesures quantitatives des déformations et des contraintes afin d'éclairer la prise de décision.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre les prédictions in silico et les données cliniques d'imagerie et les résultats, assurant un alignement préclinique.
- Réutilisation institutionnelle : Met en place un cadre de modélisation réutilisable, adaptable à divers scénarios d'expansion craniofaciale.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans les résultats de l'expansion et réduit l'incertitude biologique.
- Valeur opérationnelle : Normalise les protocoles de simulation et soutient des analyses reproductibles et évolutives.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'aller ou de ne pas aller de l'avant dans l'innovation de dispositifs et de techniques chirurgicales, améliorant ainsi l'affectation des capitaux.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des candidats dispositifs et procédés en chirurgie craniofaciale.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en logiciels de MEF, en anatomie craniofaciale et en simulation chirurgicale.
- Exige un accès à des images de haute résolution (CBCT) et à des plateformes de modélisation avancées (Mimics, Geomagic, SolidWorks, Ansys).
- Implique une standardisation interéquipes des paramètres du modèle et des protocoles d'application des forces.
- L'adaptation à différents modèles anatomiques spécifiques aux patients peut nécessiter des étapes supplémentaires de segmentation et de validation.
- La précision du modèle dépend de propriétés matérielles réalistes et de tests de convergence, comme cela a été démontré.
