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

SARPE jest powszechnie stosowany do rozszerzania szczęki u pacjentów dojrzałych szkieletowo. Zgłaszano jednak asymetryczną ekspansję o nieznanej etiologii. Badanie to ma na celu opracowanie nowatorskiego modelu MES SARPE, który może naprawdę naśladować warunki kliniczne, a także zbadanie wzorców ekspansji połowiczki we wszystkich trzech wymiarach.

Analiza metodą elementów skończonych jest stosowana w stomatologii i bioinżynierii, aby umożliwić symulację operacji in vitro, takich jak SARPE. W tym badaniu wykorzystano cztery programy do skonfigurowania modelu MES i przewidywania wzorca ekspansji. Najtrudniejszą częścią, którą łączy większość wcześniejszych badań, jest symulacja sił w miejscu gojenia się rany na powierzchni osteotomii.

Aby to osiągnąć, w naszym badaniu pilotażowym ustawiono sprężyny, które są uważane za nowatorski projekt dla SARPE MES. Ten ujednolicony model elementów skupił się na wzorcu ekspansji, tworząc bardziej realistyczną symulację SARPE poprzez tworzenie luk w osteotomii i włączenie doświadczenia. Ma on znaczny potencjał jako narzędzie kliniczne do budowania marki i kierowania procedurami SARPE.

Nasza interdyscyplinarna grupa będzie pilnie pracować nad opracowaniem najnowocześniejszych modeli 3D, które mogą dostarczyć cennych informacji na temat spersonalizowanych strategii leczenia w celu analizy i poprawy ortognatycznej techniki chirurgicznej poprzez wykorzystanie podejścia wspomaganego inżynierią oraz w celu poprawy komunikacji i współpracy między ortodontami a chirurgami szczękowo-twarzowymi za pomocą systemu obrazowania 3D wspomaganego inżynierią. Aby rozpocząć, uruchom oprogramowanie SolidWorks, aby utworzyć płaszczyznę o grubości jednego milimetra od otworu gruszkowatego w kierunku grzbietu infrajarzmowego. Teraz otwórz menu Wstaw, a następnie kliknij opcje Geometria odniesienia i płaszczyzna.

Na płaszczyźnie osteotomii wybierz trzy punkty charakterystyczne i kliknij przycisk OK, aby utworzyć płaszczyznę O1. Przejdź ponownie do płaszczyzny, klikając opcję Wstaw i odnośnik geometrii. Tym razem wybierz płaszczyznę osteotomii i ustaw odległość przesunięcia o jeden milimetr.

Kliknij przycisk OK, aby utworzyć dolną płaszczyznę cięcia oznaczoną O2. Teraz przejdź do opcji Podziel, wybierając Wstaw, a następnie Funkcje i wybierz płaszczyzny O1 i O2 w Narzędziach do przycinania. Wybierz obiekty docelowe i naciśnij przycisk Wytnij bryły, aby utworzyć podgląd cięcia. Następnie zaznacz pola wyboru w sekcji Ciała wynikowe i naciśnij OK, aby oddzielić kompleks szczękowy.

Następnie kliknij na ciało między płaszczyznami O1 i O2. Kliknij prawym przyciskiem myszy i naciśnij Delete w sekcji Treść. Aby wyeksportować modele z różnymi kątami osteotomii policzkowej, najpierw kliknij Plik, następnie Zapisz jako i wybierz Parasolid XT z listy typów plików.

Na koniec kliknij przycisk Zapisz, aby wyeksportować modele do oprogramowania do analizy metodą elementów skończonych. W zademonstrowanej analizie wykorzystano obraz tomografii komputerowej wiązki stożkowej 47-letniej kobiety z niewydolnością szczęki w celu wygenerowania modelu. W celu dokładnej symulacji chirurgicznej oddzielono przegrodę nosową, boczne ściany jamy nosowej i szczelinę skrzydłowo-szczękową.

Aby rozpocząć, uruchom oprogramowanie Ansys, aby zaimportować parametry materiałowe modelu zespolonego szczęki do oprogramowania. Następnie kliknij i przeciągnij element Statyczna konstrukcja w przyborniku, aby utworzyć obszar roboczy analizy. Kliknij dwukrotnie Dane inżynierskie, a następnie Liniowa sprężystość w obszarze Przybornik i ustaw moduł Younga oraz współczynnik Poissona dla wszystkich materiałów w Właściwościach.

Teraz kliknij dwukrotnie Geometria, a następnie Plik. Następnie wybierz opcję Importuj zewnętrzny plik geometrii i kliknij przycisk Generuj, aby zaimportować złożony model szczęki. Następnie kliknij Utwórz, a następnie Boolean i wygeneruj więzadło korowe i przyzębia z kością gąbczastą i zębami.

Aby skonfigurować model analizy metodą elementów skończonych, kliknij dwukrotnie model, a następnie wybierz opcję Geometria, aby określić właściwości materiału dla każdej części. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Siatka i naciśnij Generuj siatkę, aby zbudować elementy modelu. Teraz kliknij Połączenia i przypisz miękką lub małą część w Obiektach kontaktowych oraz sztywną lub dużą część w Obiektach docelowych.

Następnie przypisz typ kontaktu i współczynnik tarcia w Definicji. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy pozycję Połączenia i wybierz polecenie Wstaw. Następnie naciśnij Sprężyna, aby połączyć górną i dolną część płaszczyzny osteotomii.

Ustaw sprężyny na długość jednego milimetra ze stałą sprężystości k ustawioną na 60 niutonów na milimetr. Umieść jedną sprężynę w każdym węźle siatki. Po ustawieniu klinicznie akceptowalnej siły wzdłuż osi x, kliknij prawym przyciskiem myszy opcję Statyczna konstrukcja.

Naciśnij Insert, a następnie Fixed Support (Stała podpora), aby ustawić strukturę na płaszczyźnie podniebiennej jako nieruchomą. Aby przyłożyć siłę do płyty akrylowej z dala od linii nośnika, kliknij Static Structural, a następnie Insert i ustaw siłę na 150 niutonów. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy Rozwiązanie, a następnie Wstaw, Deformacja i Suma, aby monitorować deformację rozszerzalności.

Na koniec, aby przeprowadzić test zbieżności, wybierz Rozwiąż na paskach narzędzi i poczekaj, aż poziom zbieżności siły osiągnie kryterium siły. Następnie kliknij Informacje o rozwiązaniu, a następnie Całkowite odkształcenie, aby wyświetlić wyniki rozszerzenia. W zademonstrowanym modelu wykorzystano obraz tomografii komputerowej wiązki stożkowej 47-letniej kobiety z niewydolnością szczęki w celu stworzenia modelu.

W celu dokładnej symulacji chirurgicznej oddzielono przegrodę morską, boczne ściany jamy nosowej i szczelinę skrzydłowo-szczękową. Wstępny test przeprowadzony zarówno po lewej, jak i prawej stronie modelu z symetrycznymi cięciami o zerowym stopniu wykazał, że siła 150 niutonów powodowała ponad osiem milimetrów rozszerzalności. Dodatkowo zbudowano różne kąty, aby naśladować różne stany kliniczne.

Prawe i lewe rozszerzenia były widoczne jako kolorowa mapa przed i po modelach szczęki.