Method Article

Model Analizy Elementów Skończonych do oceny wzorców ekspansji z chirurgicznie wspomaganej szybkiej ekspansji podniebiennej

DOI:

10.3791/65700

⸱

October 20th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthodontics, School of Dental Medicine, University of Pennsylvania, 2Department of Biomedical Engineering, College of Engineering, National Cheng Kung University, 3Department of Oral and Maxillofacial Surgery/Pharmacology, School of Dental Medicine, University of Pennsylvania

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zestaw nowatorskich modeli elementów skończonych chirurgicznie wspomaganej szybkiej ekspansji podniebienia (SARPE), które mogłyby wykonać klinicznie wymaganą ilość aktywacji ekspandera przy różnych kątach osteotomii policzkowej, został stworzony do dalszej analizy wzorców ekspansji półszczęki we wszystkich trzech wymiarach.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Surgically assisted rapid palatal expansion (SARPE) został wprowadzony w celu uwolnienia oporu kostnego i ułatwienia ekspansji szkieletu u dojrzałych szkieletowo pacjentów. Jednak asymetryczne rozszerzanie się między lewą i prawą stroną odnotowano u 7,52% wszystkich pacjentów z SARPE, z czego 12,90% musiało przejść drugą operację w celu korekcji. Etiologie prowadzące do asymetrycznej ekspansji pozostają niejasne. Analiza metodą elementów skończonych została wykorzystana do oceny naprężeń związanych z SARPE w strukturach szczękowo-twarzowych. Jednakże, ponieważ zderzenie kości w miejscach osteotomii LeFort I następuje dopiero po pewnym stopniu rozszerzenia, większość istniejących modeli nie odzwierciedla w pełni rozkładu siły, biorąc pod uwagę, że wielkość rozszerzalności tych istniejących modeli rzadko przekracza 1 mm. W związku z tym istnieje potrzeba stworzenia nowatorskiego modelu elementów skończonych SARPE, który mógłby wykonać klinicznie wymaganą ilość aktywacji ekspandera w celu dalszej analizy wzorców rozszerzania się półszczęki we wszystkich trzech wymiarach. Trójwymiarowy (3D) model czaszki z tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT) został zaimportowany do Mimics i przekształcony w jednostki matematyczne w celu segmentacji kompleksu szczękowego, pierwszych przedtrzonowców szczęki i pierwszych zębów trzonowych szczęki. Struktury te zostały przeniesione do Geomagic w celu wygładzenia powierzchni i stworzenia kości gąbczastej i więzadeł przyzębia. Prawa połowa kompleksu szczękowego została następnie zachowana i odbita lustrzanie, aby stworzyć idealnie symetryczny model w SolidWorks. Skonstruowano ekspander Haas, który został przytwierdzony do pierwszych przedtrzonowców i pierwszych trzonowców szczęki. W Ansys przeprowadzono analizę metodą elementów skończonych różnych kombinacji osteotomii policzkowej pod różnymi kątami z odstępem 1 mm. Przeprowadzono próbę zbieżności do momentu uzyskania pożądanej wielkości rozszerzalności po obu stronach (łącznie co najmniej 6 mm). Badanie to stanowi podstawę do oceny, w jaki sposób kątowanie osteotomii policzkowej wpływa na wzorce ekspansji SARPE.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chirurgicznie wspomagana szybka ekspansja podniebienia (SARPE) jest powszechnie stosowaną techniką poprzecznego rozszerzania struktury kostnej szczęki i łuku zębowego u pacjentów dojrzałych szkieletowo1. Operacja obejmuje osteotomię LeFort I, kortykotomię śródpodniebienną i opcjonalnie uwolnienie szczeliny skrzydłowo-szczękowej2. Zgłaszano jednak niepożądane wzorce ekspansji z SARPE, takie jak nierównomierne rozszerzanie się między lewą i prawą półszczęką3 i przechylenie/rotacja policzków wyrostka zębowo-zębodołowego4, które mogą prowadzić do niepowodzenia SARPE, a czasami nawet wymagać dodatkowych operacji w celu korekcji5. Wcześniejsze badania wykazały, że zmienność osteotomii okołoszczękowej może odgrywać znaczącą rolę w wzorcu ekspansji po SARPE2,3, ponieważ zderzenia między blokami kostnymi w miejscach osteotomii Le Fort I mogą przyczyniać się do nierównomiernej siły oporu bocznej ekspansji półszczęki i rotacji półszczęki z krawędziami wyrostka zębodołowego poniżej cięcia poruszającymi się do wewnątrz, podczas gdy wyrostek zębowo-zębodołowy rozszerza się3,4. W związku z tym istnieje potrzeba zbadania wpływu różnych kierunków osteotomii, zwłaszcza osteotomii policzkowej, na wzorce ekspansji po SARPE.

Kilka modeli analizy metodą elementów skończonych (MES) zostało skonfigurowanych do oceny rozkładu sił podczas SARPE. Jednak wielkość rozszerzenia ustawiona w tych modelach jest ograniczona do 1 mm, co jest znacznie poniżej wymaganej wartości klinicznej6,7,8,9,10,11,12. Niewystarczająca ekspansja w modelach MES może prowadzić do błędnych przewidywań wyników po SARPE. Mówiąc dokładniej, zderzenie między kośćmi w miejscu osteotomii, zgłoszone przez Chamberland i Proffit4, może nie zostać wykazane, jeśli ekspander nie jest odpowiednio obrócony, co może nie odzwierciedlać prawdziwej rzeczywistości klinicznej. Ze względu na ograniczoną ilość rozszerzeń wbudowanych w poprzednie modele, oceny wyników tych modeli koncentrowały się na analizie naprężeń. Jednak analiza naprężeń MES w stomatologii jest zwykle przeprowadzana pod obciążeniem statycznym, a właściwości mechaniczne materiałów są określone jako izotropowe i liniowo elastyczne, co dodatkowo ogranicza kliniczne znaczenie badań MES13.

Ponadto, większość tych badań nie brała pod uwagę grubości narzędzia chirurgicznego w miejscu osteotomii6,7,8,10,11,12, często ustawiając tarcie na zero przy cięciach w ramach warunków brzegowych. Jednak to ustawienie nadmiernie upraszcza kontakty między tkankami twardymi i miękkimi. Może to znacząco wpłynąć na rozkład siły i wynikający z tego wzorzec rozszerzania się półszczęki.

Niemniej jednak, żadna dostępna literatura nie badała wpływu osteotomii na asymetrię post-SARPE za pomocą modeli analizy elementów skończonych (MES). We wszystkich obecnych badaniach wykorzystano modele z 6,7,8,9,10,11,12,14, które nie odzwierciedlają realiów praktyki klinicznej, w której osteotomie mogą różnić się po obu stronach czaszki. Brak literatury badającej wpływ osteotomii asymetrycznej na asymetrię po SARPE stanowi istotną lukę w wiedzy, którą należy się zająć.

Dlatego celem tego badania jest opracowanie nowego modelu SARPE MES, który może naprawdę naśladować warunki kliniczne, w tym wielkość ekspansji i przerwę w osteotomii, oraz zbadać wzorce ekspansji półszczęki we wszystkich trzech wymiarach za pomocą różnych wzorów osteotomii. Takie podejście dostarczyłoby cennych informacji na temat mechaniki leżącej u podstaw wzorców ekspansji po SARPE i posłużyłoby jako użyteczne narzędzie dla klinicystów w planowaniu i wykonywaniu procedur SARPE.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie wykorzystało istniejący, zdeidentyfikowany, przedleczeniowy obraz CBCT pacjenta, który miał SARPE jako część planów leczenia. Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską i zatwierdzone przez Institutional Review Board (protokół #853608).

1. Pobieranie próbek i segmentacja zębów

  1. Uzyskaj ludzki obraz CBCT głowy w naturalnej pozycji głowy, która obejmuje kompleks szczękowy pacjenta, w tym kość podstawną szczęki, kość wyrostka zębodołowego szczęki i uzębienie szczęki.
  2. Zaimportuj pliki CBCT Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) do oprogramowania Mimics.
    1. Utwórz nowy projekt (Ctrl + N), zaznacz wszystkie obrazy DICOM, a następnie kliknij przycisk Dalej i Konwertuj.
    2. Określ kierunek modelu (A: przedni, P: tylny, T: górny, B: dolny, L: lewy, R: prawy) i kliknij przycisk OK.
  3. Podziel plik na kompleks szczękowy, pierwsze przedtrzonowce szczęki i pierwsze zęby trzonowe szczęki.
    1. Kliknij opcję Thresholding (Określanie progów), wybierz odpowiedni próg do segmentacji kości, a następnie kliknij przycisk Apply (Zastosuj).
    2. Utwórz nowe maski i kliknij przycisk Edytuj maski, używając opcji Rysuj i Wymaż , aby podzielić kompleks szczękowy, pierwsze przedtrzonowce szczęki i pierwsze zęby trzonowe szczęki.
  4. Eksportuj obiekty docelowe jako pliki stereolitografii (STL).
    1. Kliknij prawym przyciskiem myszy maski i wybierz Oblicz 3D, aby wygenerować obiekty 3D.
    2. Kliknij prawym przyciskiem myszy obiekty 3D, wybierz STL+, wybierz żądane obiekty, a następnie naciśnij Dodaj i Zakończ, aby utworzyć pliki STL.

2. Wygładzenie powierzchni i stworzenie przestrzeni kości gąbczastej i więzadła przyzębia

  1. Zaimportuj pliki STL do oprogramowania Geomagic.
    1. Kliknij Plik > Otwórz, wybierz pliki STL, a następnie naciśnij Otwórz.
    2. Wybierz Milimetry dla danych w oknie podręcznym Jednostki i kliknij przycisk OK.
  2. Wygładź powierzchnię kompleksu szczękowego, pierwszych przedtrzonowców szczęki i pierwszych zębów trzonowych szczęki.
    1. Kliknij pozycję Wielokąty > Usuń kolce, kliknij i przeciągnij poziom gładkości w pobliżu opcji Niski, kliknij przycisk Zastosuj i kliknij przycisk OK.
    2. Kliknij pozycję Wielokąty > opcję Rozluźnij wielokąty, kliknij i przeciągnij poziom gładkości w pobliżu pozycji Min, kliknij przycisk Zastosuj i kliknij przycisk OK.
    3. Kliknij opcję Wielokąty > Napraw skrzyżowania, wybierz opcję Relaks/Wyczyść w oknie Tryb, kliknij Zastosuj i OK.
  3. Zmodyfikuj powierzchnię modelu w ciągły i zamknięty region.
    1. Kliknij i przeciągnij ostrą powierzchnię, a następnie naciśnij delete, aby utworzyć otwór.
    2. Kliknij opcję Wielokąty > Wypełnij otwory, użyj opcji Wypełnij, Wypełnij częściowo, Utwórz mosty w oknie Metoda wypełnienia, aby wypełnić otwory, kliknij Zastosuj i OK.
  4. Przekonwertuj powierzchnię 2D na model bryłowy 3D i wyeksportuj go jako plik projektowania wspomaganego komputerowo (CAD).
    1. Kliknij Edytuj > Faza > Faza kształtu, wybierz opcję Edytuj kontury, aby naszkicować kontury powierzchni, a następnie kliknij przycisk OK.
    2. Kliknij przycisk Rysuj układ łaty i narysuj siatki czworoboczne, aby pokryć wszystkie powierzchnie, a następnie kliknij przycisk OK.
    3. Kliknij opcję Zbuduj siatki, zdefiniuj odpowiednią rozdzielczość, a następnie kliknij przycisk OK, aby wygenerować drobniejszą siatkę.
    4. Kliknij Dopasuj powierzchnie, kliknij Zastosuj i OK, aby skonstruować model bryłowy 3D.
    5. Kliknij Plik> Zapisz jako, aby wyeksportować model 3D i zapisać go w pliku IGES (o nazwie Maxilla).
  5. Utwórz kość gąbczastą, zmniejszając objętość kompleksu szczękowego o 1 mm od powierzchni wyrostka zębodołowego. Stwórz przestrzeń więzadła przyzębia, rozszerzając kontur korzeni o 0,2 mm.
    1. Kliknij opcję Faza wielokąta, wybierz opcję Usuń w oknie Linie warstwic, wybierz opcję Zachowaj w oknie Układ łatek, a następnie naciśnij przycisk OK, aby przekształcić model bryłowy 3D w powierzchnię 2D.
    2. Kliknij opcję Wielokąty > odsunięcie, wprowadź -1 mm i 0,2 mm w panelu Odległość dla kości gąbczastej i więzadła przyzębia, a następnie kliknij Zastosuj i OK.
    3. Kliknij Edytuj > Faza > Faza kształtu, wybierz Przywróć układ łatki i naciśnij OK.
    4. Kliknij opcję Zbuduj siatki, zdefiniuj odpowiednią rozdzielczość, a następnie kliknij przycisk OK, aby wygenerować drobniejszą siatkę.
    5. Kliknij Dopasuj powierzchnie, kliknij Zastosuj i OK, aby skonstruować model bryłowy 3D.
    6. Kliknij Plik > Zapisz jako, aby wyeksportować model 3D i zapisać go w plikach IGES (o nazwach CB i PL).

3. Zbuduj anatomiczny symetryczny model szczęki

  1. Zaimportuj pliki CAD do SolidWorks.
    1. Kliknij Plik > Otwórz, wybierz plik Maxilla i naciśnij Otwórz, aby zaimportować plik CAD.
    2. Kliknij przycisk Plik > Zapisz, aby zapisać plik w formacie części.
  2. Skonstruuj kość gąbczastą poniżej płaszczyzny podniebienia (PP).
    1. Kliknij przycisk Wstaw > części, wybierz plik CB i naciśnij przycisk Otwórz, aby zaimportować plik CAD.
    2. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płaszczyźnie palatalnej i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę cięcia.
    3. Kliknij Wstaw > elementów > podziel, wybierz płaszczyznę podniebienną w Narzędziach przycinania, a następnie kliknij Wytnij część, aby utworzyć podgląd cięcia.
    4. Zaznacz pola wyboru w Powstałych bryłach i kliknij OK, aby oddzielić kość gąbczastą.
    5. Kliknij kość gąbczastą powyżej płaszczyzny podniebiennej, kliknij prawym przyciskiem myszy i naciśnij Delete w sekcji Ciało.
  3. Zbuduj więzadło przyzębia pierwszych przedtrzonowców szczęki i pierwszych zębów trzonowych szczęki.
    1. Kliknij przycisk Wstaw > części, wybierz plik PL i naciśnij przycisk Otwórz, aby zaimportować plik CAD.
    2. Kliknij opcję Wstaw > elementów > przecięciu, a następnie wybierz opcję Szczęka i PL w oknie Wybory.
    3. Wybierz opcję Utwórz oba w oknie Wybory, wybierz część więzadła przyzębnego z listy regionów, a następnie kliknij przycisk OK, aby wygenerować więzadło.
  4. Wykonaj płaszczyznę cięcia środkowego podniebienia od przedniego kręgosłupa nosowego (ANS) do tylnego kręgosłupa nosowego (PNS) i zachowaj prawą połowę kompleksu szczękowego.
    1. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płaszczyźnie środkowej podniebienia i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę cięcia.
    2. Kliknij Wstaw > elementów > podziel, wybierz płaszczyznę podniebienną w Narzędziach przycinania, a następnie kliknij Wytnij część, aby utworzyć podgląd cięcia.
    3. Zaznacz pola wyboru w Powstałe ciała i kliknij OK, aby oddzielić kompleks szczękowy.
    4. Kliknij lewą połowę kompleksu szczęki, kliknij prawym przyciskiem myszy i naciśnij Delete w sekcji Ciało.
  5. Odbij prawą połowę kompleksu szczękowego i utwórz identyczną lewą połowę.
    1. Kliknij Wstaw > Wzór/Lustro > Lustro i wybierz płaszczyznę środkową w Lustrzana powierzchnia/płaszczyzna.
    2. Wybierz cały prawy kompleks półszczękowy w Ciała do odbicia lustrzanego i kliknij OK, aby wygenerować lewą połowę kompleksu szczękowego.

4. Utwórz ekspander Haas i opaskę do pierwszych przedtrzonowców szczęki i pierwszych zębów trzonowych

  1. Skonstruuj pasmo przedtrzonowe i pasmo trzonowe.
    1. Kliknij przycisk Wstaw > części, wybierz plik PL i naciśnij przycisk Otwórz, aby zaimportować plik CAD.
    2. Kliknij opcję Wstaw > elementów > podziel, wybierz zęby w pliku PL i ustaw jednolite skalowanie na 1,05. Kliknij przycisk OK, aby wygenerować pasma o grubości 0,5 mm.
    3. Kliknij opcję Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płaszczyźnie okluzyjnej i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę odniesienia.
    4. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz płaszczyznę okluzyjną i ustaw odległość odsunięcia 1,5 mm. Kliknij przycisk OK, aby utworzyć pierwszą płaszczyznę cięcia.
    5. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz płaszczyznę okluzyjną i ustaw odległość odsunięcia 4,0 mm. Kliknij przycisk OK, aby utworzyć drugą płaszczyznę cięcia.
    6. Kliknij Wstaw > operacji > podziel, a następnie wybierz pierwszą i drugą płaszczyznę w Narzędziach przycinania oraz zęby w Obiektach docelowych. Kliknij opcję Wytnij bryły, aby utworzyć podgląd cięcia.
    7. Zaznacz pola wyboru w Wynikowych bryłach i kliknij OK, aby rozdzielić zęby.
    8. Kliknij pasmo powyżej pierwszej płaszczyzny i poniżej drugiej płaszczyzny, kliknij prawym przyciskiem myszy i naciśnij Delete w sekcji Treść.
  2. Zbuduj płytę akrylową.
    1. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płaszczyźnie podniebienia twardego i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę szkicu.
    2. Kliknij przycisk Wstaw > szkicu, narysuj płytę akrylową, odwołując się do ekspandera Haas, a następnie kliknij przycisk Wyjdź ze szkicu.
    3. Kliknij Wstaw > Dodano/Bazę > Wyciągnięcie, wybierz szkic płyty akrylowej, ustaw Głębokość 5 mm i kliknij przycisk OK.
    4. Kliknij opcję Wstaw > Features > Flex i zegnij akrylową płytkę, aby dopasować ją do anatomii podniebienia.
    5. Kliknij opcję Wstaw > elementów > Zaokrąglenie/Zaokrąglenie i zaokrąglij ostre krawędzie płyty akrylowej w promieniu 1 mm.
  3. Zbuduj ramiona ekspandera.
    1. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na paśmie i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę szkicu (o nazwie P1).
    2. Kliknij Wstaw > szkicu, narysuj okrąg o średnicy 2 mm i kliknij przycisk Zakończ szkic (o nazwie C1).
    3. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płycie akrylowej i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę szkicu (o nazwie P2).
    4. Kliknij Wstaw > szkicu, narysuj okrąg o średnicy 2 mm i kliknij przycisk Zakończ szkic (o nazwie C2).
    5. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz płaszczyznę P2 i ustaw odległość odsunięcia 6 mm. Kliknij przycisk OK, aby przejść do płaszczyzny szkicu.
    6. Kliknij Wstaw > szkicu, narysuj okrąg o średnicy 2 mm i kliknij przycisk Zakończ szkic (o nazwie C3).
    7. Kliknij Wstaw > dodamie/podstawie > wyciągnięcia złożonego, a następnie wybierz szkic C1, C2 i C3 w oknie Profile.
    8. Zaznacz pasmo i płytę akrylową w oknie Zakres obiektów, zaznacz opcję Scal wynik w oknie Opcje i kliknij przycisk OK.

5. Zaprojektuj osteotomię

  1. Utwórz płaszczyznę o grubości 1 mm, odpowiadającą średnicy wiertła zwykle używanego przez chirurga, od rogu otworu gruszkowatego (Alar) w kierunku grzebienia podjarzmowego (IZC) pod różnymi stopniami od płaszczyzny poziomej.
    1. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz trzy punkty charakterystyczne na płaszczyźnie osteotomii (0°, 10°, 20° lub 30° do płaszczyzny poziomej) i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę (o nazwie O1).
    2. Kliknij Wstaw > geometrii odniesienia > płaszczyzny, wybierz płaszczyznę osteotomii i ustaw odległość odsunięcia 1,0 mm. Kliknij przycisk OK, aby utworzyć dolną płaszczyznę cięcia (o nazwie O2).
    3. Kliknij Wstaw > elementy > podziel, wybierz płaszczyznę O1 i O2 w Narzędziach przycinania, a następnie kliknij Wytnij część, aby utworzyć podgląd cięcia.
    4. Zaznacz pola wyboru w Powstałe ciała i kliknij OK, aby oddzielić kompleks szczękowy.
    5. Kliknij bryłę między płaszczyznami O1 i O2, kliknij prawym przyciskiem myszy i naciśnij Delete w sekcji Treść.
  2. Eksportuj modele z różnymi kątami osteotomii policzkowej do pliku części modelu Parasolid (X_T) w celu analizy.
    1. Kliknij pozycję Plik > Zapisz jako, a następnie wybierz pozycję Parasolid (x_t) z listy Typ pliku.
    2. Kliknij przycisk Zapisz, aby wyeksportować modele do oprogramowania do analizy metodą elementów skończonych.

6. Analiza metodą elementów skończonych

  1. Importuj i ustaw parametry materiałowe modelu kompleksu szczęki do oprogramowania Ansys.
    1. Kliknij i przeciągnij przybornik Statyczna konstrukcja konstrukcyjna, aby utworzyć obszar roboczy analizy.
    2. Kliknij dwukrotnie Dane inżynierskie i ustaw moduł Younga oraz współczynnik Poissona wszystkich materiałów w oknie Właściwości. Właściwości materiałowe różnych konstrukcji12,15,16 są wymienione w tabeli 1.
    3. Kliknij dwukrotnie pozycję Geometria, kliknij pozycję Plik > opcję Importuj zewnętrzny plik geometrii, a następnie kliknij przycisk Generuj, aby zaimportować złożony model szczęki.
    4. Kliknij Utwórz > logiczne i wygeneruj kość korową i więzadło przyzębia za pomocą metody Boolean z kością gąbczastą i zębami.
  2. Skonfiguruj model analizy metodą elementów skończonych.
    1. Kliknij dwukrotnie model, a następnie kliknij opcję Geometria, aby wybrać właściwości materiału dla każdej części.
    2. Kliknij prawym przyciskiem myszy Siatka, a następnie kliknij Generuj siatkę, aby zbudować elementy na modelu.
    3. Kliknij Połączenia i przypisz miękką/małą część w Obiektach kontaktowych oraz sztywną/dużą część w Obiektach docelowych.
    4. Przypisz typ kontaktu i współczynnik tarcia w Definicji. Właściwości połączeń różnych części17 są wymienione w tabeli 2.
    5. Kliknij prawym przyciskiem myszy Połączenia, kliknij Wstaw > Sprężyna, aby połączyć górną i dolną część płaszczyzny osteotomii. Ustaw sprężyny o długości 1 mm ze stałą sprężystości k = 60 N/mm i umieść jedną sprężynę w każdym węźle siatki.
  3. Ustaw klinicznie akceptowalną siłę wzdłuż osi x (prostopadle do linii środkowej) na płytce akrylowej w różnych kombinacjach osteotomii.
    1. Kliknij prawym przyciskiem myszy pozycję Statyczna konstrukcyjna, kliknij polecenie Wstaw > stałą podporę i ustaw konstrukcję na płaszczyźnie podniebienia jako nieruchomą.
    2. Kliknij prawym przyciskiem myszy pozycję Statyczna konstrukcyjna, kliknij polecenie Wstaw siłę > i ustaw siłę 150 N, która ma zostać przyłożona do płyty akrylowej w kierunku przeciwnym do linii środkowej.
    3. Kliknij prawym przyciskiem myszy Rozwiązanie, a następnie kliknij Wstaw > Deformacja > Suma, aby monitorować deformację rozszerzenia.
  4. Przeprowadzaj test zbieżności, aż do osiągnięcia rozszerzeń po obu stronach.
    1. Kliknij przycisk Rozwiąż na paskach narzędzi i poczekaj, aż poziom zbieżności siły osiągnie kryterium siły.
    2. Kliknij opcję Całkowite odkształcenie, aby wyświetlić wyniki rozwinięcia.
  5. Zmierz przemieszczenia anatomicznych punktów orientacyjnych we wszystkich trzech wymiarach jako wyniki ekspansji. Zaproponuj następujące punkty orientacyjne, które należy wykorzystać do oceny wzorca ekspansji:
    Kąt linii międzysiecznej siekacza środkowego szczęki (U1).
    Wierzchołek guzka policzkowego pierwszego przedtrzonowca szczęki (U4).
    Wierzchołek guzka mezjopoliczkowego pierwszego trzonowca szczęki (U6).
    Boczno-dolny róg otworu gruszkowatego (Alar).
    Grzebień podjarzmowy (IZC).
    Punkt środkowy ekspandera.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Model demonstracyjny wykorzystywał obraz CBCT 47-letniej kobiety z niewydolnością szczęki. W wygenerowanym modelu zachowana jest budowa anatomiczna jamy nosowej, zatoki szczękowej oraz przestrzeni więzadła przyzębia dla zębów zakotwiczonych ekspanderem (pierwszy przedtrzonowiec i pierwszy trzonowiec) (Rysunek 1).

Aby dokładnie symulować zabieg chirurgiczny, przegroda nosowa, boczne ściany jamy nosowej i szczelina skrzydłowo-szczękowa zostały oddzielone od trzonu szc...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kierunek osteotomii policzkowej w SARPE może być albo poziomym cięciem od otworu nosowego przed zejściem w dół w obszarze podpory szczęki, albo stopniowym cięciem od krawędzi gruszkowatej w kierunku przypory odpowiadającej pierwszemu trzonowi szczęki, jak opisano w Betts2. Tak czy inaczej, osteotomia rozciąga się znacznie poniżej wyrostka jarzmowego szczęki. Jednak większość obecnych badań MES nad SARPE wykorzystuje poziome cięcie rozciągające się do tyłu na tym samym poziomie co krawędź gruszkowa...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie było wspierane przez American Association of Orthodontists Foundation (AAOF) Orthodontic Faculty Development Fellowship Award (dla C.L.), American Association of Orthodontists (AAO) Full-Time Faculty Fellowship Award (dla C.L.), University of Pennsylvania School of Dental Medicine Joseph and Josephine Rabinowitz Award for Excellence in Research (dla C.L.), J. Henry O'Hern Jr. Pilot Grant z Departamentu Ortodoncji, University of Pennsylvania School of Dental Medicine (dla C.L.) oraz International Orthodontic Foundation Young Research Grant (dla C.L.).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AnsysAnsysVersion 2019Ansys to oprogramowanie do analizy elementów skończonych, które może rozwiązywać skomplikowane modele oparte na równaniach różniczkowych. Wyniki ekspansji różnych kątów osteotomii policzkowej zostały przeanalizowane za pomocą tego oprogramowania.
Geomagic Studio3DSystems Version 10Geomagic Studio to oprogramowanie do inżynierii odwrotnej, które może generować modele cyfrowe na podstawie fizycznych punktów skanowania. W tym badaniu zbudowano kość gąbczastą i więzadła przyzębia za pomocą tego oprogramowania.
MimicsMaterialiseVersion 16Mimics to medyczne oprogramowanie inżynierskie oparte na obrazach 3D, które skutecznie konwertuje obrazy CT na model 3D. W tym badaniu zrekonstruowano kompleks szczękowy na podstawie obrazów DICOM pacjenta.
SolidWorksDassault Systè MESWersja 2018SolidWorks to oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo dla projektantów i inżynierów do tworzenia modeli 3D. W tym badaniu zaprojektowano i narysowano ekspander Haas za pomocą tego oprogramowania.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mommaerts, M. Y. Transpalatal distraction as a method of maxillary expansion. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 37 (4), 268-272 (1999).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Trivedi, S. Finite element analysis: A boon to dentistry. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research. 4 (3), 200-203 (2014).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Holmes, D. Closing the gap. Nature. 550 (7677), S194-S195 (2017).
  19. Lombardo, L., et al. Evaluation of the stiffness characteristics of rapid palatal expander screws. Progress in Orthodontics. 17 (1), 36(2016).
  20. 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).
  21. 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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Finite Element AnalysisRapid Palatal ExpansionSurgically Assisted ExpansionMaxillary ExpansionBuccal OsteotomyThree Dimensional ModelingCone Beam CTSolidWorks ModelingAnsys SimulationExpansion Pattern Analysis

Related Articles