Eindige-elementenanalysemodel voor het beoordelen van uitzettingspatronen van chirurgisch geassisteerde snelle palatinale expansie

Samenvatting

Een reeks nieuwe eindige-elementenmodellen van chirurgisch geassisteerde snelle palatinale expansie (SARPE) die een klinisch vereiste hoeveelheid expanderactivering konden uitvoeren met verschillende hoeken van buccale osteotomie werd gemaakt voor verdere analyse van de expansiepatronen van de hemimaxillae in alle drie de dimensies.

Samenvatting

Chirurgisch geassisteerde snelle palatinale expansie (SARPE) werd geïntroduceerd om de botweerstand op te heffen om skeletexpansie bij skeletrijpe patiënten te vergemakkelijken. Asymmetrische expansie tussen de linker- en rechterkant werd echter gemeld bij 7,52% van alle SARPE-patiënten, waarvan 12,90% een tweede operatie moest ondergaan voor correctie. De etiologieën die leiden tot asymmetrische expansie blijven onduidelijk. Eindige-elementenanalyse is gebruikt om de spanning geassocieerd met SARPE in de maxillofaciale structuren te evalueren. Aangezien een botsing van het bot op de osteotomieplaatsen van LeFort I echter pas optreedt na een bepaalde mate van uitzetting, geven de meeste bestaande modellen de krachtverdeling niet echt weer, aangezien de uitzettingshoeveelheid van deze bestaande modellen zelden groter is dan 1 mm. Daarom is er behoefte aan een nieuw eindige-elementenmodel van SARPE dat een klinisch vereiste hoeveelheid expanderactivering zou kunnen uitvoeren voor verdere analyse van de expansiepatronen van de hemimaxillae in alle drie de dimensies. Een driedimensionaal (3D) schedelmodel van cone beam computertomografie (CBCT) werd geïmporteerd in Mimics en omgezet in wiskundige entiteiten om het maxillaire complex, de maxillaire eerste premolaren en de maxillaire eerste molaren te segmenteren. Deze structuren werden overgebracht naar Geomagic voor het gladmaken van het oppervlak en het maken van poreuze botten en parodontale ligamenten. De rechterhelft van het maxillaire complex werd vervolgens behouden en gespiegeld om een perfect symmetrisch model in SolidWorks te creëren. Er werd een Haas-expander geconstrueerd en gebandeerd op de maxillaire eerste premolaren en eerste kiezen. Eindige-elementenanalyse van verschillende combinaties van buccale osteotomieën onder verschillende hoeken met een speling van 1 mm werd uitgevoerd in Ansys. Er werd een convergentietest uitgevoerd totdat de gewenste hoeveelheid uitzetting aan beide zijden (minimaal 6 mm in totaal) was bereikt. Deze studie legt de basis voor het evalueren van hoe buccale osteotomie-angulatie de expansiepatronen van SARPE beïnvloedt.

Inleiding

Chirurgisch geassisteerde snelle palatinale expansie (SARPE) is een veelgebruikte techniek voor het transversaal uitbreiden van de maxillaire benige structuur en de tandboog bij skeletvolwassen^patiënten1. De operatie omvat een LeFort I-osteotomie, een mid-palatinale corticotomie en, optioneel, het loslaten van de pterygoïde-maxillaire spleet². Er zijn echter ongewenste expansiepatronen van SARPE gemeld, zoals ongelijkmatige expansie tussen linker- en rechterhemimaxillae³ en dentoalveolaire processus buccale kanteling/rotatie⁴, die kunnen leiden tot het falen van SARPE en so....

Protocol

Deze studie maakte gebruik van een reeds bestaand, geanonimiseerd, CBCT-beeld van vóór de behandeling van een patiënt die SARPE had als onderdeel van de behandelplannen. De studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki en goedgekeurd door de Institutional Review Board (protocol #853608).

1. Monsterverwerving en tandsegmentatie

1. Verkrijg een menselijk CBCT-beeld van het hoofd in een natuurlijke hoofdpositie die het maxillaire complex van de patiënt omvat, inclusief het maxillaire basale bot, het maxillaire alveolaire bot en het maxillaire gebit.
2. Importeer de CBCT Digital Imaging ....

Resultaten

Het demonstratiemodel maakte gebruik van het CBCT-beeld van een 47-jarige vrouw met maxillaire deficiëntie. In het gegenereerde model blijven de anatomische structuur van de neusholte, de maxillaire sinus en de parodontale ligamentruimte voor de expander-verankerde tanden (eerste premolaar en eerste kies) behouden (figuur 1).

Om de chirurgische ingreep nauwkeurig te simuleren, werden het neustussenschot, de zijwanden van de neusholte en de pterygomaxillaire spleet.......

Discussie

De richting van de buccale osteotomie in SARPE kan ofwel een horizontale snede zijn vanuit de neusopening voordat deze naar beneden stapt bij het maxillaire steunbeergebied of een getrapte snede van de piriforme rand naar de steunbeer die overeenkomt met de maxillaire eerste kies, zoals beschreven door Betts². Hoe dan ook, de osteotomie strekt zich uit tot ver onder het jukbeen van de bovenkaak. De meeste huidige FEA-studies over SARPE gebruiken echter een horizontale snede die zich naar achteren .......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Ansys	Ansys	Versie 2019	Ansys is een software voor eindige elementenanalyse die complexe modellen kan oplossen op basis van differentiaalvergelijkingen. De expansieresultaten van verschillende hoeken van buccale osteotomie werden geanalyseerd via deze software.
Geomagic Studio	3D Systems	Versie 10	Geomagic Studio is een software voor reverse engineering die digitale modellen kan genereren op basis van fysieke scanpunten. Deze studie bouwde cancellous bot en parodontale ligamenten via deze software.
Mimics	Materialise	Versie 16	Mimics is een medisch 3D beeldgebaseerde engineering software die CT-beelden efficiënt omzet in een 3D model. Deze studie reconstrueerde een maxillair complex via de DICOM-beelden van de patiënt.
SolidWorks	Dassault Systèmes	Versie 2018	SolidWorks is een computer-aided design software voor ontwerpers en ingenieurs om 3D-modellen te creëren. Een Haas-expansieapparaat werd in deze studie ontworpen en getekend via deze software.