Summary
تم إنشاء مجموعة من نماذج العناصر المحدودة الجديدة للتوسع الحنكي السريع بمساعدة الجراحة (SARPE) والتي يمكن أن تؤدي الكمية المطلوبة سريريا من تنشيط الموسع بزوايا مختلفة من قطع العظم الشدقي لمزيد من التحليل لأنماط تمدد الفك العلوي في جميع الأبعاد الثلاثة.
Abstract
تم إدخال التوسع الحنكي السريع بمساعدة جراحية (SARPE) لإطلاق المقاومة العظمية لتسهيل توسع الهيكل العظمي في المرضى الناضجين بالهيكل العظمي. ومع ذلك ، تم الإبلاغ عن توسع غير متماثل بين الجانبين الأيسر والأيمن في 7.52 ٪ من جميع مرضى SARPE ، منهم 12.90 ٪ اضطروا للخضوع لعملية جراحية ثانية للتصحيح. لا تزال المسببات التي تؤدي إلى التوسع غير المتماثل غير واضحة. تم استخدام تحليل العناصر المحدودة لتقييم الإجهاد المرتبط ب SARPE في هياكل الوجه والفكين. ومع ذلك ، نظرا لأن تصادم العظم في مواقع قطع العظم LeFort I يحدث فقط بعد قدر معين من التوسع ، فإن معظم النماذج الحالية لا تمثل حقا توزيع القوة ، نظرا لأن كمية التمدد لهذه النماذج الحالية نادرا ما تتجاوز 1 مم. لذلك ، هناك حاجة لإنشاء نموذج عنصر محدود جديد ل SARPE يمكنه إجراء كمية مطلوبة سريريا من تنشيط الموسع لمزيد من التحليل لأنماط تمدد hemimaxillae في جميع الأبعاد الثلاثة. تم استيراد نموذج جمجمة ثلاثي الأبعاد (3D) من التصوير المقطعي المحوسب بالشعاع المخروطي (CBCT) إلى Mimics وتحويله إلى كيانات رياضية لتقسيم مجمع الفك العلوي ، والضواحك الأولى الفكية ، والأضراس الأولى الفكية. تم نقل هذه الهياكل إلى Geomagic لتنعيم السطح وإنشاء العظام والأربطة اللثوية. ثم تم الاحتفاظ بالنصف الأيمن من مجمع الفك العلوي وعكسه لإنشاء نموذج متماثل تماما في SolidWorks. تم بناء موسع Haas وربطه بالضواحك الأولى للفك العلوي والأضراس الأولى. تم إجراء تحليل العناصر المحدودة لمجموعات مختلفة من قطع العظم الشدقي بزوايا مختلفة مع إزالة 1 مم في Ansys. تم إجراء اختبار التقارب حتى تم تحقيق مقدار التمدد المطلوب على كلا الجانبين (6 مم على الأقل في المجموع). تضع هذه الدراسة الأساس لتقييم كيفية تأثير قطع العظم الشدقي على أنماط توسع SARPE.
Introduction
التوسع الحنكي السريع بمساعدة جراحية (SARPE) هو تقنية شائعة الاستخدام لتوسيع البنية العظمية الفكية وقوس الأسنان بشكل عرضي في المرضى الناضجين بالهيكل العظمي1. تتضمن الجراحة بضع عظم LeFort I ، وبضع القشرة في منتصف الحنك ، واختياريا ، إطلاق الشق الجناحيةالفكي 2. ومع ذلك ، فقد تم الإبلاغ عن أنماط توسع غير مرغوب فيها من SARPE ، مثل التوسع غير المتكافئ بين نصف الفك العلوي الأيسر والأيمن3 وعملية الشدق السنخية/ الدوران 4 ، مما قد يؤدي إلى فشل SARPE ، وأحيانا يتطلب عمليات جراحية إضافية للتصحيح5. أشارت الدراسات السابقة إلى أن التباين في قطع العظم حول الفك العلوي قد يلعب دورا مهما في نمط توسع ما بعد SARPE 2,3 ، حيث يمكن أن تساهم الاصطدامات بين كتل العظام في مواقع قطع العظم Le Fort I في قوة المقاومة غير المتساوية للتوسع الجانبي للفك العلوي وفي دوران الفك العلوي مع تحرك الحواف السنخية أسفل القطع إلى الداخل بينما تتوسع العملية السنخيةالسنخية 3 ، 4. لذلك ، هناك حاجة للتحقيق في آثار اتجاهات قطع العظم المختلفة ، وخاصة قطع العظم الشدقي ، على أنماط التوسع بعد SARPE.
تم إعداد العديد من نماذج تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتقييم توزيع القوة خلال SARPE. ومع ذلك ، فإن مقدار التمدد المحدد في هذه النماذج يقتصر على ما يصل إلى 1 مم ، وهو أقل بكثير من الكمية السريرية المطلوبة6،7،8،9،10،11،12. يمكن أن يؤدي التوسع غير الكافي في نماذج FEA إلى تنبؤات خاطئة لنتائج ما بعد SARPE. وبشكل أكثر تحديدا ، قد لا يتم إثبات الاصطدام بين العظام في موقع قطع العظم ، كما أفاد تشامبرلاند وبروفيت4 ، إذا لم يتم تدوير الموسع بشكل كاف ، مما قد لا يعكس الواقع السريري الحقيقي. مع المقدار المحدود من التوسع في النماذج السابقة ، ركزت تقييمات نتائج هذه النماذج على تحليل الإجهاد. ومع ذلك ، عادة ما يتم إجراء تحليل الإجهاد ل FEA في طب الأسنان تحت تحميل ثابت مع الخواص الميكانيكية للمواد المحددة على أنها مرنة الخواص وخطية ، مما يقيد بشكل أكبر الأهمية السريرية لدراسات FEA13.
علاوة على ذلك ، لم تأخذ معظم هذه الدراسات في الاعتبار سمك الأداة الجراحية في موقع قطع العظم6،7،8،10،11،12 ، وغالبا ما تضع الاحتكاك إلى الصفر عند الجروح كجزء من الظروف الحدودية. ومع ذلك ، فإن هذا الإعداد يبالغ في تبسيط الاتصالات بين الأنسجة الصلبة والرخوة. قد يؤثر بشكل كبير على توزيع القوة ونمط التوسع الناتج عن الفك العلوي.
ومع ذلك ، لم تحقق أي أدبيات متاحة في تأثير قطع العظم على عدم تناسق ما بعد SARPE باستخدام نماذج تحليل العناصر المحدودة (FEA). استخدمت جميع الدراسات الحالية نماذج ذات أنماط قطع العظم المتماثلة6،7،8،9،10،11،12،14 ، والتي لا تعكس واقع الممارسة السريرية حيث قد تختلف قطع العظم على كل جانب من الجمجمة. يمثل الافتقار إلى الأدبيات التي تدرس تأثير قطع العظم غير المتماثل على عدم التماثل بعد SARPE فجوة معرفية كبيرة يجب معالجتها.
لذلك ، فإن الهدف من هذه الدراسة هو تطوير نموذج FEA جديد ل SARPE يمكنه حقا محاكاة الظروف السريرية ، بما في ذلك كمية التوسع وفجوة قطع العظم ، والتحقيق في أنماط توسع hemimaxillae في جميع الأبعاد الثلاثة مع تصميمات مختلفة من قطع العظم. ومن شأن هذا النهج أن يوفر نظرة ثاقبة قيمة للآليات الكامنة وراء أنماط التوسع بعد SARPE وأن يكون بمثابة أداة مفيدة للأطباء في تخطيط وتنفيذ إجراءات SARPE.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
استخدمت هذه الدراسة صورة CBCT موجودة مسبقا وغير محددة الهوية قبل العلاج لمريض مصاب ب SARPE كجزء من خطط العلاج. أجريت الدراسة وفقا لإعلان هلسنكي ووافق عليها مجلس المراجعة المؤسسية (البروتوكول #853608).
1. الحصول على عينة وتجزئة الأسنان
- الحصول على صورة CBCT البشرية للرأس في وضع الرأس الطبيعي الذي يشمل مجمع الفك العلوي للمريض ، بما في ذلك العظم القاعدي الفكي العلوي والعظم السنخي الفكي العلوي والأسنان الفكية.
- استيراد ملفات التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM) CBCT إلى برنامج المحاكاة.
- قم بإنشاء مشروع جديد (Ctrl + N) ، وحدد جميع صور DICOM ، وانقر فوق التالي وتحويل.
- حدد اتجاه النموذج (A: أمامي ، P: خلفي ، T: أعلى ، B: أسفل ، L: يسار ، R: يمين) وانقر فوق موافق.
- قسم الملف إلى مجمع الفك العلوي ، والضواحك الأولى الفكية ، والأضراس الأولى الفكية.
- انقر فوق العتبة، وحدد حدا مناسبا لتقسيم العظام، وانقر فوق تطبيق.
- قم بإنشاء أقنعة جديدة وانقر فوق تحرير الأقنعة ، باستخدام الرسم والمسح لتقسيم مجمع الفك العلوي للمريض ، والضواحك الأولى الفكية ، والأضراس الأولى الفكية.
- تصدير الأهداف كملفات الطباعة الحجرية المجسمة (STL).
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق الأقنعة وحدد حساب 3D لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق كائنات 3D ، وحدد STL + ، واختر الكائنات المطلوبة ، واضغط على إضافة وإنهاء لإنشاء ملفات STL.
2. تنعيم السطح وإنشاء مساحة عظمية وأربطة لثوية ملغاة
- استيراد ملفات STL إلى برنامج جيوماجيك.
- انقر فوق ملف > فتح، وحدد ملفات STL، ثم اضغط على فتح.
- اختر ملليمترات للبيانات في نافذة الوحدات المنبثقة وانقر موافق.
- قم بتنعيم سطح مجمع الفك العلوي ، الضواحك الأولى الفكية ، والأضراس الأولى الفكية.
- انقر فوق المضلعات > إزالة المسامير، وانقر فوق مستوى النعومة واسحبه بالقرب من منخفض، وانقر فوق تطبيق، وموافق.
- انقر فوق مضلعات > استرخاء المضلعات، وانقر فوق مستوى النعومة واسحبه بالقرب من Min، وانقر فوق تطبيق، وموافق.
- انقر فوق مضلعات > إصلاح التقاطعات، واختر استرخاء/تنظيف في نافذة الوضع ، وانقر فوق تطبيق، وموافق.
- تعديل سطح النموذج إلى منطقة متصلة ومغلقة.
- انقر فوق السطح الحاد واسحبه، واضغط على حذف لإنشاء ثقب.
- انقر فوق المضلعات > تعبئة الثقوب، واستخدم تعبئة، وتعبئة جزئية، وإنشاء جسور في النافذة أسلوب التعبئة لملء الثقوب، وانقر فوق تطبيق، وموافق.
- تحويل سطح 2D إلى نموذج صلب 3D وتصديره كملف تصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD).
- انقر على تحرير > مرحلة > مرحلة الشكل، حدد تحرير الخطوط لرسم ملامح السطح، ثم انقر على موافق.
- انقر على رسم تخطيط رقعة وارسم شبكات رباعية لتغطية كل الأسطح، ثم انقر على موافق.
- انقر فوق إنشاء الشبكات ، وحدد دقة مناسبة ، وانقر فوق موافق لإنشاء شبكة أدق.
- انقر فوق احتواء الأسطح ، وانقر فوق تطبيق ، وموافق لإنشاء نموذج صلب 3D.
- انقر فوق ملف > حفظ باسم لتصدير نموذج 3D وحفظه في ملف IGES (يسمى Maxilla).
- قم بإنشاء العظم الملغي عن طريق تقليل حجم مجمع الفك العلوي بمقدار 1 مم من السطح السنخي الشدقي. إنشاء مساحة الرباط اللثوي عن طريق توسيع محيط الجذور بمقدار 0.2 مم.
- انقر على مرحلة المضلع، اختر حذف في نافذة الخطوط الكنتورية ، حدد حفظ في نافذة تخطيط التصحيح ، ثم اضغط على موافق لتحويل النموذج الصلب ثلاثي الأبعاد إلى سطح 2D.
- انقر على المضلعات > الإزاحة، وأدخل -1 مم و0.2 مم في لوحة المسافة للعظم الملغي والأربطة اللثوية، ثم انقر على تطبيق وموافق.
- انقر فوق تحرير > مرحلة > مرحلة الشكل ، وحدد استعادة تخطيط التصحيح واضغط على موافق.
- انقر فوق إنشاء الشبكات ، وحدد دقة مناسبة ، وانقر فوق موافق لإنشاء شبكة أدق.
- انقر فوق احتواء الأسطح ، وانقر فوق تطبيق ، وموافق لإنشاء نموذج صلب 3D.
- انقر فوق ملف > حفظ باسم لتصدير نموذج 3D وحفظه في ملفات IGES (المسماة CB و PL).
3. بناء نموذج الفك العلوي المتماثل التشريحي
- استيراد ملفات CAD إلى سوليدووركس.
- انقر فوق ملف > فتح، وحدد ملف Maxilla، واضغط على فتح لاستيراد ملف CAD.
- انقر فوق ملف > حفظ لحفظ الملف بتنسيق الجزء .
- بناء العظم الملغي أسفل المستوى الحنكي (PP).
- انقر فوق إدراج > الجزء ، وحدد ملف CB ، واضغط على فتح لاستيراد ملف CAD.
- انقر إدراج > مستوى > هندسة مرجعية، اختر ثلاث نقاط معالم على المستوى الحنكي، وانقر موافق لإنشاء مستوى قطع.
- انقر فوق إدراج > الميزات > تقسيم ، واختر المستوى الحنكي في أدوات القطع ، وانقر فوق قص الجزء لإنشاء معاينة قطع.
- حدد مربعات الاختيار في الأجسام الناتجة ، وانقر فوق "موافق " لفصل العظم الملغى.
- انقر فوق العظم الملغي أعلى المستوى الحنكي ، وانقر بزر الماوس الأيمن واضغط على حذف في قسم الجسم .
- بناء الرباط اللثوي للضواحك الأولى الفكية والأضراس الأولى الفكية.
- انقر فوق إدراج > جزء، وحدد ملف PL، واضغط على فتح لاستيراد ملف CAD.
- انقر إدراج > الميزات > تقاطع، واختر Maxilla و PL في نافذة التحديدات .
- حدد إنشاء كليهما في نافذة التحديدات ، اختر جزء الرباط اللثوي في قائمة المنطقة، ثم انقر على موافق لإنشاء الرباط.
- قم بإجراء مستوى قطع منتصف الحنك من العمود الفقري الأنفي الأمامي (ANS) إلى العمود الفقري الأنفي الخلفي (PNS) واحتفظ بالنصف الأيمن من مجمع الفك العلوي.
- انقر إدراج > هندسة مرجعية > مستوى، اختر ثلاث نقاط معالم على المستوى الحنكي الأوسط، وانقر موافق لإنشاء مستوى قطع.
- انقر فوق إدراج > الميزات > Split، واختر المستوى الحنكي في أدوات الاقتطاع، وانقر فوق قص الجزء لإنشاء معاينة قطع.
- حدد مربعات الاختيار في الأجسام الناتجة ، وانقر فوق "موافق " لفصل مجمع الفك العلوي.
- انقر فوق النصف الأيسر من مجمع الفك العلوي ، وانقر بزر الماوس الأيمن ، واضغط على حذف في قسم الجسم .
- عكس النصف الأيمن من مجمع الفك العلوي وإنشاء نصف أيسر متطابق.
- انقر فوق إدراج > نقش / مرآة > مرآة ، واختر المستوى الحنكي الأوسط في وجه المرآة / المستوى.
- اختر كل مجمع نصف الفك العلوي الأيمن في الأجسام المراد عكسها ، وانقر فوق موافق لإنشاء النصف الأيسر من مجمع الفك العلوي.
4. إنشاء موسع وشريط Haas للضواحك الأولى للفك العلوي والأضراس الأولى
- بناء الشريط الضواحك والفرقة المولية.
- انقر فوق إدراج > الجزء ، وحدد ملف PL ، واضغط على فتح لاستيراد ملف CAD.
- انقر إدراج > الميزات > انقسام ، واختر الأسنان في ملف PL ، وقم بتعيين مقياس موحد 1.05. انقر فوق موافق لإنشاء نطاقات بسمك 0.5 مم.
- انقر إدراج > هندسة مرجعية > مستوى، اختر ثلاث نقاط معالم على مستوى الإطباق، وانقر موافق لإنشاء مستوى مرجعي.
- انقر إدراج > مستوى > هندسة مرجعية، واختر مستوى الإطباق، واضبط مسافة إزاحة 1.5 مم. انقر فوق "موافق " لإنشاء مستوى القطع الأول.
- انقر إدراج > مستوى > هندسة مرجعية، واختر مستوى الإطباق، واضبط مسافة إزاحة 4.0 مم. انقر فوق "موافق " لإنشاء مستوى القطع الثاني.
- انقر فوق إدراج > الميزات > Split ، واختر المستوى الأول والثاني في أدوات القطع والأسنان في الأجسام المستهدفة. انقر قطع الهيئات لإنشاء معاينة قطع.
- حدد مربعات الاختيار في الأجسام الناتجة ، وانقر فوق "موافق " لفصل الأسنان.
- انقر فوق النطاق أعلى المستوى الأول وأسفل المستوى الثاني ، وانقر بزر الماوس الأيمن واضغط على حذف في قسم النص الأساسي .
- بناء لوحة الاكريليك.
- انقر إدراج > هندسة مرجعية > مستوي، اختر ثلاث نقاط معالم على مستوى الحنك الصلب، وانقر موافق لإنشاء مستوى رسم.
- انقر فوق إدراج > رسم تخطيطي، وارسم لوحة أكريليك تشير إلى موسع Haas، وانقر فوق إنهاء الرسم.
- انقر فوق إدراج > Boss/Base > Extrude، واختر رسم لوحة الأكريليك، واضبط عمق 5 مم، وانقر فوق موافق.
- انقر فوق إدراج > الميزات > Flex ، وقم بثني لوحة الأكريليك لتناسب تشريح الحنك.
- انقر فوق إدراج > الميزات > فيليه / دائري ، وشرائح الحواف الحادة للوحة الأكريليك في دائرة نصف قطرها 1 مم.
- بناء أذرع الموسع.
- انقر إدراج > هندسة مرجعية > مستوى، اختر ثلاث نقاط معالم على النطاق، وانقر موافق لإنشاء مستوى رسم (يسمى P1).
- انقر فوق إدراج > رسم تخطيطي، وارسم دائرة قطرها 2 مم، وانقر فوق إنهاء الرسم (المسمى C1).
- انقر إدراج > مستوى > الهندسة المرجعية، اختر ثلاث نقاط معالم على لوح الأكريليك، وانقر موافق لإنشاء مستوى رسم (يسمى P2).
- انقر فوق إدراج > رسم تخطيطي، وارسم دائرة قطرها 2 مم، وانقر فوق إنهاء الرسم (المسمى C2).
- انقر إدراج > مستوى > هندسة مرجعية، واختر المستوى P2، واضبط مسافة إزاحة 6 مم. انقر فوق موافق إلى مستوى رسم.
- انقر فوق إدراج > رسم تخطيطي، وارسم دائرة قطرها 2 مم، وانقر فوق إنهاء رسم تخطيطي (المسمى C3).
- انقر فوق إدراج > رئيس/قاعدة > دور علوي، واختر الرسم C1 وC2 وC3 في نافذة ملفات التعريف .
- حدد السوار ولوحة الأكريليك في نافذة نطاق الميزة ، حدد نتيجة الدمج في نافذة الخيارات ، وانقر موافق.
5. تصميم قطع العظم
- قم بإنشاء مستوى بسمك 1 مم ، أي ما يعادل قطر البر الذي يستخدمه الجراح عادة ، من زاوية فتحة الكمثري (Alar) باتجاه قمة الأشعة تحت الحمراء (IZC) بدرجات مختلفة من المستوى الأفقي.
- انقر إدراج > هندسة مرجعية > مستوى، اختر ثلاث نقاط معالم على مستوى قطع العظم (0°، 10°، 20°، أو 30° إلى المستوى الأفقي)، وانقر موافق لإنشاء المستوى (المسمى O1).
- انقر فوق إدراج > مستوى > الهندسة المرجعية ، واختر مستوى قطع العظم ، وقم بتعيين مسافة إزاحة 1.0 مم. انقر فوق موافق لإنشاء مستوى قطع سفلي (يسمى O2).
- انقر إدراج > الميزات > انقسام، اختر المستوى O1 و O2 في أدوات الاقتطاع، وانقر قص الجزء لإنشاء معاينة قطع.
- حدد مربعات الاختيار في الأجسام الناتجة ، وانقر فوق "موافق " لفصل مجمع الفك العلوي.
- انقر فوق النص الأساسي بين المستويين O1 و O2 ، وانقر بزر الماوس الأيمن ، واضغط على حذف في قسم النص الأساسي .
- تصدير النماذج ذات زوايا قطع العظم الشدقي المختلفة في ملف جزء نموذج Parasolid (X_T) للتحليل.
- انقر فوق ملف > حفظ باسم، واختر Parasolid (x_t) في القائمة نوع الملف .
- انقر فوق حفظ لتصدير النماذج الخاصة ببرنامج تحليل العناصر المحدودة.
6. تحليل العناصر المحدودة
- استيراد وتعيين المعلمات المادية للنموذج المعقد الفكي العلوي في برنامج Ansys.
- انقر فوق الهيكل الثابت في مربع الأدوات واسحبه لإنشاء مساحة عمل تحليل.
- انقر نقرا مزدوجا فوق البيانات الهندسية ، وقم بتعيين معامل Young ونسبة Poisson لجميع المواد في الخصائص. يتم سرد الخصائص المادية للهياكل المختلفة12،15،16 في الجدول 1.
- انقر نقرا مزدوجا فوق الشكل الهندسي، وانقر فوق ملف > استيراد ملف هندسي خارجي، ثم انقر فوق إنشاء لاستيراد النموذج المعقد للفك العلوي.
- انقر فوق إنشاء > منطقي ، وقم بإنشاء العظم القشري والرباط اللثوي بواسطة Boolean مع العظم والأسنان الملغاة.
- قم بإعداد نموذج تحليل العناصر المحدودة.
- قم بالنقر المزدوج على النموذج، وانقر هندسة لتحديد خصائص المادة لكل جزء.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق Mesh وانقر فوق إنشاء شبكة لإنشاء العناصر على النموذج.
- انقر فوق الاتصالات ، وقم بتعيين الجزء الناعم / الصغير في أجسام جهات الاتصال والجزء الصلب / الكبير في الهيئات المستهدفة.
- قم بتعيين نوع الاتصال ومعامل الاحتكاك في التعريف. يتم سرد خصائص الاتصال للأجزاء المختلفة17 في الجدول 2.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق اتصالات ، وانقر فوق إدراج > Spring لتوصيل الأجزاء العلوية والسفلية من مستوى قطع العظم. اضبط الينابيع بطول 1 مم مع ثابت الزنبرك k = 60 N / mm وضع زنبركا واحدا في كل عقدة شبكة.
- اضبط قوة مقبولة سريريا على طول المحور السيني (عموديا على خط الوسط) على لوحة الأكريليك على مجموعات مختلفة من قطع العظم.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق Static Structural ، وانقر فوق إدراج > الدعم الثابت وقم بتعيين الهيكل على المستوى الحنكي غير المنقول.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق Static Structural ، وانقر فوق Insert > Force وقم بتعيين قوة 150 N لتطبيقها على لوحة الأكريليك مع اتجاه بعيدا عن الخط الإنسي.
- انقر بزر الماوس الأيمن فوق حل، ثم انقر فوق إدراج > تشوه > الإجمالي لمراقبة تشوه التوسعة.
- قم بإجراء اختبار التقارب حتى يتم تحقيق التوسعات على كلا الجانبين.
- انقر فوق حل على أشرطة الأدوات ، وانتظر حتى يصل مستوى تقارب القوة إلى معيار القوة.
- انقر فوق التشوه الكلي لعرض نتائج التوسعة.
- قياس إزاحة المعالم التشريحية في جميع الأبعاد الثلاثة كنتائج للتمدد. اقترح المعالم التالية لاستخدامها في تقييم نمط التوسع:
زاوية الخط المتوسط للقاطعة المركزية الفكية (U1).
طرف الشدق من الضاحك الأول الفكي العلوي (U4).
طرف شرف Mesiobuccal من الضرس الأول الفكي العلوي (U6).
الزاوية السفلية المتأخرة من فتحة الكمثري (Alar).
قمة تحت الوجنية (IZC).
نقطة منتصف الموسع.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
استخدم النموذج التوضيحي صورة CBCT لأنثى تبلغ من العمر 47 عاما تعاني من نقص في الفك العلوي. في النموذج الذي تم إنشاؤه ، يتم الحفاظ على التركيب التشريحي لتجويف الأنف ، والجيب الفكي العلوي ، ومساحة الرباط اللثوي للأسنان المثبتة الموسع (الضاحك الأول والضرس الأول) (الشكل 1).
لمحاكاة الإجراء الجراحي بدقة ، تم فصل الحاجز الأنفي والجدران الجانبية لتجويف الأنف والشق الجناحي الفكي عن جسم الفك العلوي في جميع عمليات المحاكاة. علاوة على ذلك ، تم إنشاء طائرة ، تمثل قطع العظم الشدقي أثناء الجراحة ، بسمك 1 مم. بدأ المستوى من زاوية فتحة الكمثري (Alar) وامتد إلى الخلف إلى الشق الجناحي الفكي (PMF) (الشكل 2A-D).
تم إجراء اختبار أولي على النموذج مع قطع متماثلة من درجة الصفر على كلا الجانبين الأيسر والأيمن (الشكل 2E) ، والذي أظهر أن 150 نيوتن من القوة أدت إلى أكثر من 8 مم من التمدد عند الموسع (الشكل 2F) ، وهو ما يتجاوز مقدار التمدد الذي شوهد في معظم الأدبيات. اعتبرت هذه النتيجة مناسبة لأنها تقع ضمن نطاق التوسع المطلوب في أغلب الأحيان لمرضى SARPE. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن بناء مجموعة متنوعة من الزوايا في قطع العظم لتقليد الحالات السريرية المختلفة (الشكل 3).
على عكس معظم دراسات العناصر المحدودة التي ركزت على إجهاد فون ميزس وعلاقته بكسر المواد أو العائد ، تم إجراء النموذج الحالي لمساعدة الأطباء على التنبؤ بكمية ونمط التوسع بعد SARPE. لذلك ، يمكن تصور تغيير نصف الفك العلوي الأيسر والأيمن مباشرة من خلال خريطة الألوان (التي تمثل مقدار الحركة الكلية في 3D) وتراكب نماذج الفك العلوي قبل (الرمادي) وبعد التوسع (اللون) (الشكل 2E). بالإضافة إلى ذلك ، كان إزاحة المعالم التشريحية (كما هو مذكور في الخطوة 6.5.) في جميع الأبعاد الثلاثة هي النتيجة المستهدفة التي يجب تحليلها بشكل أكبر (الشكل 2F).
الشكل 1: النموذج المشيد الذي يحافظ على التركيب التشريحي. (أ ، ب) المناظر الأمامية (أ) والإطباقية (ب) للنموذج المبني. (ج، د) القسم الإكليلي للنموذج المبني على مستوى الضاحك الأول الفكي العلوي (C) ، والذي يمثل التركيب التشريحي الذي لوحظ في CBCT في نفس الشريحة الإكليلية (D). (ه، و) القسم الإكليلي للنموذج المبني على مستوى الضرس الأول الفكي العلوي (E) ، والذي يمثل التركيب التشريحي الذي لوحظ في CBCT في نفس الشريحة الإكليلية (F). يرجى ملاحظة الحفاظ على تجويف الأنف والجيب الفكي العلوي ومساحة الرباط اللثوي لأسنان التثبيت الموسعة (الضاحك الأول والضرس الأول) في النموذج المبني. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: محاكاة تمدد الفك العلوي مع قطع العظم LeFort I المتماثلة من الدرجة الصفرية على كلا الجانبين. (أ-د) المناظر الأمامية (A) والخلفية (B) واليمنى (C) واليسرى (D) للنموذج المشيد مع قطع العظم LeFort I بدرجة الصفر على كلا الجانبين. (ه) التمدد الذي لوحظ في المنظر الإطباقي للنموذج بعد تطبيق قوة 150 نيوتن. توضح الخريطة الملونة المقدار الإجمالي للإزاحة (بالمليمتر) في 3D. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء تراكب نماذج الفك العلوي قبل (الرمادي) وبعد التمدد (اللون). (و) يمكن توليد إزاحة المعالم التشريحية (كما هو مذكور في الخطوة 6.5. وموضح في الشكل 1) في الأبعاد الثلاثة. المحور السيني: البعد الأفقي. القيمة الموجبة تعني الحركة الجانبية ، والقيمة السالبة تعني الحركة الإنسية. المحور الصادي: البعد السهمي. القيمة الموجبة تعني الحركة الأمامية والقيمة السالبة تعني الحركة الخلفية. المحور Z: البعد الرأسي. القيمة الموجبة تعني الحركة السفلية والقيمة السالبة تعني الحركة الفائقة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: قطع العظم بزوايا مختلفة في النموذج الحالي. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
| هيكل | معامل يونغ (MPa) | نسبة بواسون |
| العظم القشري | 1.37 × 104 | 0.3 |
| عظم الكانسيل | 1.37 × 103 | 0.3 |
| الضواحك والأضراس | 2.60 × 104 | 0.3 |
| الرباط اللثوي | 5.00 × 101 | 0.49 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ (الموسع) | 2.10 × 105 | 0.35 |
الجدول 1: المعلمات المادية لكل هيكل.
| نوع | الاتصال / الهدف |
| المستعبدين | (1) العظم الكنسي / العظم القشري |
| (2) الضرس والضواحك / الموسع | |
| (3) الرباط اللثوي / الضرس والضواحك | |
| الاحتكاك (معامل الاحتكاك [μ] = 0.2) | (1) القشرية / القشرية العليا |
| (2) العظم القشري / الضرس والضواحك | |
| الاحتكاك (معامل الاحتكاك [μ] = 0.1) | (1) الحاجز القشري / الأنفي |
| (2) الرباط اللثوي / العظم القشري | |
| (3) الرباط اللثوي / العظم اللثوي | |
| خشن | (1) العظم القشري / الموسع |
| (2) عظم كانسيل / موسع |
الجدول 2: أنواع الاتصال لكل هيكل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
يمكن أن يكون اتجاه قطع العظم الشدقي في SARPE إما قطعا أفقيا من فتحة الأنف قبل التنحي عند منطقة دعامة الفك العلوي أو قطعا منحدرا من حافة الكمثري باتجاه الدعامة المقابلة للضرس الأول الفكي العلوي ، كما هو موضح بواسطة Betts2. في كلتا الحالتين ، يمتد قطع العظم إلى ما دون العملية الوجنية للفك العلوي. ومع ذلك ، فإن معظم دراسات FEA الحالية على SARPE تستخدم قطعا أفقيا يمتد للخلف عند نفس مستوى حافة الكمثري6،7،12،14. هذا ينحرف عما يتم إجراؤه عادة سريريا ويغير الظروف في FEA ، مثل مركز كتلة hemimaxillae واتجاه ومنطقة الاتصال في قطع العظم. نظرا لأن قوة التمدد لا تنتقل دائما عبر مركز الكتلة ، فلا بد أن يحدث الدوران للفك العلوي أثناء FEA. ومع ذلك ، في السيناريو السريري ، يمكن أن يحدث تصادم عند خط قطع العظم ، ويمكن أن يتغير مركز الدوران الناتج لاحقا. لذلك ، لتحقيق نتيجة قابلة للتطبيق سريريا ، من الضروري أن يحاكي قطع العظم في FEA نمط الجراحة الذي يتم إجراؤه في الحياة الواقعية. يسمح النموذج المقدم في الدراسة الحالية للباحثين ببناء قطع العظم بزوايا مختلفة (الشكل 3) لتمثيل ما يتم إجراؤه سريريا حقا.
الفرق الحاسم بين هذه الدراسة والأدبيات السابقة هو أنه بدلا من السماح لسطحي العظم بالاتصال عند الاحتكاك الصفري ، أدخل النموذج الحالي تعديلا من خلال تضمين سمك لمستوى قطع العظم ، والذي يتم تجاهله بشكل شائع في الأدبيات الحالية6،7،8،10،11،12. تجاهلت الأبحاث السابقة الفجوة التي شكلها المنشار الكهرضغطية أو البر الجراحي أثناء قطع العظم ، وهو إشراف حاسم لأنه يؤثر على حرية الفك العلوي وكذلك تمحور أو تدوير الفك العلوي في حالة حدوث تصادم عظمي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يفشل في حساب المقاومة المحتملة أو تأثيرات التوسيد التي قد تنشأ عن تكوين الكالس العظمي أو الأنسجة العظمية أثناء الشفاء الأولي18. يعالج التصميم الذي تم تقديمه في الدراسة الحالية هذه المشكلة من خلال إدخال فجوة بسمك 1 مم بين الجمجمة و hemimaxillae لتعكس عرض البر الجراحي المستخدم في معهد المؤلفين. لمزيد من محاكاة القوى من أنسجة التئام الجروح ، تم تنفيذ الينابيع (بطول 1 مم ، ثابت الزنبرك k = 60 N / mm) لربط وتعليق hemimaxillae في العقد الشبكية ، وكذلك لمحاكاة مقاومة الأنسجة الرخوة عند فجوة قطع العظم ، وبالتالي تطبيق الضغط والتوتر أثناء التمدد. يوفر هذا النهج مزايا كبيرة في إنشاء نموذج FEA ذي الصلة سريريا. تجدر الإشارة إلى أنه يجب تعديل سمك الفجوة بناء على الأدوات الجراحية المستخدمة عندما تخطط مجموعات البحث المستقبلية لاعتماد هذا النموذج لتحليل البيانات. يجب أيضا تعديل تصميم الينابيع وفقا لذلك.
أخيرا ، تعاني جميع دراسات FEA المتاحة تقريبا على SARPE من عدم كفاية التنشيط في الموسع. يتم إجراء SARPE دائما تقريبا على المرضى الذين يحتاجون إلى 5 مم على الأقل من تمدد الفك العلوي2. يعتمد نمط التمدد ، الذي يمكن أن يتأثر بالاصطدام في موقع قطع العظم ، على مقدار التنشيط عند الموسع. إن تمدد 1 مم في معظم دراسات FEA6،8،9،11،12 ، والذي ينتج عنه 0.5 مم فقط من الإزاحة المستعرضة على كل جانب ، غير كاف لتمثيل تأثيرات كميات التنشيط الأكبر سريريا. للتغلب على هذا القيد ، تم إجراء اختبار أولي لتحديد القوة التي من شأنها توسيع نصف الفك العلوي بشكل كاف في نموذج متماثل ، مع انخفاض القوة الناتجة في نطاق مستويات القوة السريرية من موسعات الفك العلوي السريعة19 ، والتي أثبتت كذلك الأهمية السريرية لهذا النموذج. ثم تم استخدام هذه القوة للتنشيط في جميع المجموعات الفرعية اللاحقة ، مما يوفر رؤى رائعة حول التوسع السريري للفك العلوي أثناء SARPE.
توجد قيود متأصلة في هذه الدراسة يجب الاعتراف بها. القيد الأساسي هو عدم وجود مقاومة من الأنسجة الرخوة المحيطة. وشملت هذه المقاومة من منطقة البلعوم ، والحنك الممتد ، والضغط من الخد والشفة. لا ينبغي تجاهل المقاومة في الأنسجة الرخوة الخلفية. سريريا ، عادة ما يظهر نمط توسع على شكل مروحة ، حتى في المرضى الذين خضعوا لإطلاق الشق الظفري والفكي ، مما يشير إلى مقاومة قوية للأنسجة الرخوة الخلفية20. ومع ذلك ، فإن النظر في مقاومة الأنسجة الرخوة في تحليل العناصر المحدودة أمر صعب لأن المقاومة تتغير مع تشوه الأنسجة أثناء التوسع النشط21. كان هناك قيد آخر هو عدم وجود برغي في الموسع. يحد القضيب المعدني الصلب الموجود في المسمار اللولبي النصفي العلوي في وحدة واحدة ، مما قد يقلل من حرية دوران الفك العلوي. أخيرا وليس آخرا ، قد لا يتم الإشارة إلى تصميمنا في بعض الحالات الخاصة ، مثل المرضى الذين يعانون من الحنك المشقوق أو التشوهات القحفية الوجهية الأخرى التي تسبب عدم تناسق كبير في الفك العلوي أو أي أمراض جهازية قد تؤثر على معامل يونغ لعظم المريض.
ومع ذلك ، فإن الأساليب المقدمة في هذه الدراسة أدخلت العديد من التعديلات ، بما في ذلك التحسينات في تقوس العظم الشدقي ، والفجوة في موقع قطع العظم ، والتي تعكس سمك الأداة الجراحية ، ومقدار التنشيط في الموسع ، والتي يمكن أن تنتج مجموعة من نماذج FEA ذات الصلة سريريا والتي تشبه إلى حد كبير الإجراءات الجراحية ل SARPE.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
Acknowledgments
تم دعم هذه الدراسة من قبل جائزة زمالة تطوير أعضاء هيئة التدريس لتقويم الأسنان التابعة للجمعية الأمريكية لأخصائيي تقويم الأسنان (AAOF) (ل CL) ، وجائزة زمالة أعضاء هيئة التدريس بدوام كامل للجمعية الأمريكية لأخصائيي تقويم الأسنان (AAO) (ل CL) ، وجائزة جوزيف وجوزفين رابينوفيتش لكلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا للتميز في البحث (ل CL) ، ومنحة J. Henry O'Hern Jr. التجريبية من قسم تقويم الأسنان ، كلية طب الأسنان بجامعة بنسلفانيا (ل CL) ، ومنحة أبحاث الشباب للمؤسسة الدولية لتقويم الأسنان (ل C.L.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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.
- 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).
