Summary
Her üç boyutta hemimaksillaların genişleme modellerinin daha fazla analizi için, çeşitli bukkal osteotomi açıları ile klinik olarak gerekli miktarda genişletici aktivasyonu gerçekleştirebilen, cerrahi yardımlı hızlı damak genişlemesinin (SARPE) bir dizi yeni sonlu eleman modeli oluşturuldu.
Abstract
İskelet olgunluğundaki hastalarda iskelet genişlemesini kolaylaştırmak için kemik direncini serbest bırakmak için cerrahi yardımlı hızlı damak genişletme (SARPE) tanıtıldı. Bununla birlikte, tüm SARPE hastalarının %7.52'sinde sol ve sağ taraflar arasında asimetrik genişleme bildirilmiştir ve bunların %12.90'ı düzeltme için ikinci bir ameliyat geçirmek zorunda kalmıştır. Asimetrik genişlemeye yol açan etiyolojiler belirsizliğini korumaktadır. Sonlu elemanlar analizi, maksillofasiyal yapılarda SARPE ile ilişkili stresi değerlendirmek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, LeFort I osteotomi bölgelerindeki kemiğin çarpışması yalnızca belirli bir miktarda genişlemeden sonra meydana geldiğinden, bu mevcut modellerin genişleme miktarının nadiren 1 mm'yi aştığı göz önüne alındığında, mevcut modellerin çoğu kuvvet dağılımını tam olarak temsil etmemektedir. Bu nedenle, her üç boyutta hemimaksillaların genişleme modellerinin daha fazla analizi için klinik olarak gerekli miktarda genişletici aktivasyonu gerçekleştirebilecek yeni bir sonlu eleman modeli oluşturmaya ihtiyaç vardır. Koni ışınlı bilgisayarlı tomografiden (CBCT) üç boyutlu (3D) bir kafatası modeli Mimics'e aktarıldı ve maksiller kompleks, maksiller birinci küçük azı dişleri ve maksiller birinci azı dişlerini segmentlere ayırmak için matematiksel varlıklara dönüştürüldü. Bu yapılar yüzey düzleştirme, süngerimsi kemik ve periodontal ligament oluşturma için Geomagic'e aktarıldı. Maksiller kompleksin sağ yarısı daha sonra SolidWorks'te mükemmel simetrik bir model oluşturmak için tutuldu ve yansıtıldı. Bir Haas genişletici yapıldı ve maksiller birinci küçük azı dişlerine ve birinci büyük azı dişlerine bantlandı. Bukkal osteotomilerin farklı açılarda 1 mm açıklıklı çeşitli kombinasyonlarının sonlu elemanlar analizi Ansys'de yapıldı. Her iki tarafta istenen genleşme miktarı (toplamda en az 6 mm) elde edilene kadar yakınsama testi yapıldı. Bu çalışma, bukkal osteotomi açılanmasının SARPE'nin genişleme modellerini nasıl etkilediğini değerlendirmek için temel oluşturmaktadır.
Introduction
Cerrahi yardımlı hızlı damak genişletme (SARPE), iskeletsel olarak olgun hastalarda maksiller kemik yapısını ve diş arkını enine genişletmek için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir1. Ameliyat, bir LeFort I osteotomisi, bir orta palatal kortikotomi ve isteğe bağlı olarak pterygoid-maksiller fissür2'nin serbest bırakılmasını içerir. Bununla birlikte, sol ve sağ hemimaksilla3 ve dentoalveolar süreç bukkal devrilme/rotasyon4 arasındaki eşit olmayan genişleme gibi SARPE'den kaynaklanan istenmeyen genişleme paternleri bildirilmiştir, bu da SARPE'nin başarısızlığına yol açabilir ve hatta bazen düzeltme için ek ameliyatlar gerektirebilir5. Önceki çalışmalar, Le Fort I osteotomi bölgelerindeki kemik blokları arasındaki çarpışmalar, hemimaksillanın lateral genişlemesinin eşit olmayan direnç kuvvetine katkıda bulunabileceğinden, sirkum-maksiller osteotomilerdeki varyasyonun SARPE sonrası genişleme paterni 2,3'te önemli bir rol oynayabileceğini göstermiştir ve dentoalveolar süreç genişlerken kesiğin altındaki alveolar kenarlar içe doğru hareket ederken hemimaksillaların rotasyonuna katkıda bulunabilir 3, 4. Bu nedenle, farklı osteotomi yönlerinin, özellikle bukkal osteotominin, SARPE sonrası genişleme paternleri üzerindeki etkilerinin araştırılmasına ihtiyaç vardır.
SARPE sırasında kuvvet dağılımını değerlendirmek için çeşitli sonlu elemanlar analizi (FEA) modelleri oluşturulmuştur. Bununla birlikte, bu modellerde ayarlanan genleşme miktarı 1 mm'ye kadar sınırlıdır, bu da gerekli klinik miktarolan 6,7,8,9,10,11,12'nin çok altındadır. FEA modellerindeki yetersiz genişleme, SARPE sonrası sonuçların hatalı tahminlerine yol açabilir. Daha spesifik olarak, Chamberland ve Proffit4 tarafından bildirildiği gibi, osteotomi bölgesindeki kemikler arasındaki çarpışma, genişletici yeterince döndürülmezse gösterilemeyebilir, bu da gerçek klinik gerçeği yansıtmayabilir. Önceki modellerde inşa edilen sınırlı miktarda genişleme ile bu modellerin sonuç değerlendirmeleri stres analizine odaklanmıştır. Bununla birlikte, diş hekimliğinde FEA'nın stres analizi genellikle izotropik ve doğrusal elastik olarak ayarlanmış malzemelerin mekanik özellikleri ile statik yükleme altında gerçekleştirilir ve bu da FEA çalışmalarının klinik önemini daha da kısıtlar13.
Ayrıca, bu çalışmaların çoğu,osteotomi bölgesi 6,7,8,10,11,12'deki cerrahi aletin kalınlığını dikkate almadı ve genellikle sınır koşullarının bir parçası olarak kesiklerde sürtünmeyi sıfıra ayarladı. Bununla birlikte, bu ayar sert ve yumuşak dokular arasındaki temasları aşırı basitleştirir. Kuvvet dağılımını ve hemimaksillanın ortaya çıkan genişleme modelini önemli ölçüde etkileyebilir.
Bununla birlikte, sonlu elemanlar analizi (FEA) modelleri kullanılarak osteotominin SARPE sonrası asimetri üzerindeki etkisini araştıran mevcut hiçbir literatür yoktur. Mevcut tüm çalışmalar, osteotomilerin kafatasının her iki tarafında farklılık gösterebileceği klinik uygulamanın gerçekliğini yansıtmayan simetrik osteotomi paternleri6,7,8,9,10,11,12,14 olan modeller kullanmıştır. Asimetrik osteotomilerin SARPE sonrası asimetri üzerindeki etkisini inceleyen literatür eksikliği, ele alınması gereken önemli bir bilgi boşluğunu temsil etmektedir.
Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, genişleme miktarı ve osteotomi boşluğu da dahil olmak üzere klinik koşulları gerçekten taklit edebilen yeni bir FEA modeli geliştirmek ve hemimaksillaların çeşitli osteotomi tasarımları ile her üç boyutta da genişleme modellerini araştırmaktır. Böyle bir yaklaşım, SARPE sonrası genişleme modellerinin altında yatan mekanik hakkında değerli bilgiler sağlayacak ve SARPE prosedürlerinin planlanması ve yürütülmesinde klinisyenler için yararlı bir araç olarak hizmet edecektir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu çalışmada, tedavi planlarının bir parçası olarak SARPE uygulanan bir hastanın önceden var olan, tanımlanmamış, tedavi öncesi CBCT görüntüsü kullanılmıştır. Çalışma, Helsinki Bildirgesi'ne uygun olarak yürütülmüş ve Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır (protokol #853608).
1. Örnek alımı ve diş segmentasyonu
- Maksiller bazal kemik, maksiller alveolar kemik ve maksiller dişler dahil olmak üzere hastanın maksiller kompleksini içeren doğal bir baş pozisyonunda başın bir insan CBCT görüntüsünü elde edin.
- CBCT Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) dosyalarını Mimics yazılımına aktarın.
- Yeni Proje Oluştur (Ctrl + N), tüm DICOM görüntülerini seçin ve İleri ve Dönüştür'e tıklayın.
- Modelin yönünü tanımlayın (A: ön, P: arka, T: üst, B: alt, L: sol, R: sağ) ve Tamam'a tıklayın.
- Dosyayı maksiller kompleks, maksiller birinci küçük azı dişleri ve maksiller birinci azı dişleri olarak bölümlere ayırın.
- Eşikleme'yi tıklatın, kemikleri segmentlere ayırmak için uygun bir eşik seçin ve Uygula'yı tıklatın.
- Yeni maskeler oluşturun ve hastanın maksiller kompleksini, maksiller birinci küçük azı dişlerini ve maksiller birinci azı dişlerini segmentlere ayırmak için Çiz ve Sil'i kullanarak Maskeleri Düzenle'ye tıklayın.
- Hedefleri stereolitografi (STL) dosyaları olarak dışa aktarın.
- Maskelere sağ tıklayın ve 3B nesneler oluşturmak için 3B Hesapla'yı seçin.
- 3B nesnelere sağ tıklayın, STL+'ı seçin, istenen nesneleri seçin ve STL dosyaları oluşturmak için Ekle ve Bitir'e basın.
2. Yüzey düzleştirme ve süngerimsi kemik ve periodontal ligament boşluğu oluşturulması
- STL dosyalarını Geomagic yazılımına aktarın.
- Dosya > Aç'a tıklayın, STL dosyalarını seçin ve ardından Aç'a basın.
- Birimler açılır penceresindeki veriler için Milimetre'yi seçin ve Tamam'a tıklayın.
- Maksiller kompleksin, maksiller birinci küçük azı dişlerinin ve maksiller birinci azı dişlerinin yüzeyini pürüzsüzleştirin.
- Çokgenler'i tıklatın > Ani Artışları Kaldır'ı tıklatın, düzgünlük düzeyini tıklatın ve Düşük'ün yanına sürükleyin, Uygula'yı tıklatın ve Tamam'ı tıklatın.
- Çokgenler'i tıklatın > Çokgenleri Gevşet'i tıklatın, Min'in yanındaki düzgünlük düzeyini tıklatıp sürükleyin, Uygula'yı tıklatın ve Tamam'ı tıklatın.
- Kesişimleri onar > Çokgenler'e tıklayın, Mod penceresinde Rahatla/Temizle'yi seçin, Uygula'ya tıklayın ve Tamam'a tıklayın.
- Modelin yüzeyini sürekli ve kapalı bir bölgeye değiştirin.
- Keskin yüzeyi tıklatıp sürükleyin ve bir delik oluşturmak için delete tuşuna basın.
- Delikleri doldurmak için Çokgenler > Dolgu Delikleri'ni tıklatın, Dolgu Yöntemi penceresinde Doldur, Kısmi Dolgu, Köprüler Oluştur'u kullanın, Uygula'yı tıklatın ve Tamam'ı tıklatın.
- 2B yüzeyi 3B katı modele dönüştürün ve bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyası olarak dışa aktarın.
- Biçim Aşaması > > Aşamasını Düzenle'yi tıklayın, yüzeyin konturlarını çizmek için Konturları düzenle'yi seçin, sonra Tamam'ı tıklayın.
- Yama Düzeni Çiz'i tıklayın ve tüm yüzeyleri kaplamak için dörtgen kafesler çizin, ardından Tamam'ı tıklayın.
- Izgaralar Oluştur'a tıklayın, uygun bir Çözünürlük tanımlayın ve daha ince bir ağ oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Yüzeyleri Sığdır'ı tıklatın, Uygula'yı tıklatın ve bir 3B katı model oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- 3D modeli dışa aktarmak ve bir IGES dosyasına (Maxilla adında) kaydetmek için Dosya > Farklı kaydet'i tıklatın.
- Maksiller kompleksin hacmini bukkal alveolar yüzeyden 1 mm azaltarak süngerimsi kemiği oluşturun. Köklerin konturunu 0,2 mm genişleterek periodontal ligament boşluğu oluşturun.
- Poligon Fazı'nı tıklayın, Kontur Çizgileri penceresinde Sil'i seçin, Yama Düzeni penceresinde Koru'yu seçin, sonra 3B katı modeli 2B yüzeye dönüştürmek için Tamam'a basın.
- Çokgenler > Ofset'e tıklayın, süngerimsi kemik ve periodontal ligament için Uzaklık paneline -1 mm ve 0,2 mm girin, ardından Uygula ve Tamam'a tıklayın.
- Aşama > Şekil Aşaması > Düzenle'ye tıklayın, Yama Düzenini Geri Yükle'yi seçin ve Tamam'a basın.
- Izgaralar Oluştur'a tıklayın, uygun bir Çözünürlük tanımlayın ve daha ince bir ağ oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Yüzeyleri Sığdır'ı tıklatın, Uygula'yı tıklatın ve bir 3B katı model oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- 3D modeli dışa aktarmak ve IGES dosyalarına (CB ve PL olarak adlandırılır) kaydetmek için Dosya > Farklı kaydet'i tıklatın.
3. Anatomik simetrik bir maksilla modeli oluşturun
- CAD dosyalarını SolidWorks'e alın.
- Dosya > Aç'a tıklayın, Maxilla dosyasını seçin ve CAD dosyasını içe aktarmak için Aç'a basın.
- Dosyayı Parça formatında kaydetmek için Dosya > Kaydet'i tıklatın.
- Süngerimsi kemiği damak düzleminin (PP) altında oluşturun.
- Insert > Part (Parça Ekle) öğesine tıklayın, CB dosyasını seçin ve CAD dosyasını içe aktarmak için Aç'a basın.
- Referans Geometrisi > Düzlemi > Ekle'ye tıklayın, damak düzleminde üç unsur noktası seçin ve bir kesme düzlemi oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Böl > > Unsurları Ekle'yi tıklatın, Kırpma Araçları'nda damak düzlemini seçin ve bir kesme önizlemesi oluşturmak için Parçayı Kes'i tıklatın.
- Ortaya Çıkan Gövdeler'deki onay kutularını işaretleyin ve süngerimsi kemiği ayırmak için Tamam'ı tıklayın.
- Damak düzleminin üzerindeki süngerimsi kemiğe tıklayın, sağ tıklayın ve Gövde bölümünde Sil'e basın.
- Maksiller birinci küçük azı dişlerinin ve üst çene birinci azı dişlerinin periodontal ligamını oluşturun.
- Insert > Part (Parça Ekle) öğesine tıklayın, PL dosyasını seçin ve CAD dosyasını içe aktarmak için Aç'a basın.
- Kesişen > > Özellikleri Ekle'ye tıklayın ve Seçimler penceresinde Maxilla ve PL'yi seçin.
- Seçimler penceresinde Her ikisini de oluştur'u seçin, Bölge Listesi'nde periodontal bağ bölümünü seçin ve ardından bağı oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Anterior nazal omurgadan (ANS) posterior nazal omurgaya (PNS) bir midpalatal kesme düzlemi uygulayın ve maksiller kompleksin sağ yarısını koruyun.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'ye tıklayın, orta palatal düzlemde üç özellik noktası seçin ve bir kesme düzlemi oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Böl > > Unsurları Ekle'yi tıklatın, Kırpma Araçları'nda damak düzlemini seçin ve bir kesme önizlemesi oluşturmak için Parçayı Kes'i tıklatın.
- Ortaya Çıkan Gövdeler'deki onay kutularını işaretleyin ve maksiller kompleksi ayırmak için Tamam'ı tıklayın.
- Maksiller kompleksin sol yarısına tıklayın, sağ tıklayın ve Gövde bölümünde Sil'e basın.
- Maksiller kompleksin sağ yarısını yansıtın ve özdeş bir sol yarısı oluşturun.
- Ayna Deseni/Aynası > > Ekle'ye tıklayın ve Ayna Yüzü/Düzlemi'nde orta palatal düzlemi seçin.
- Bodies to Mirror'da tüm sağ yarım maksiller kompleksi seçin ve maksiller kompleksin sol yarısını oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
4. Bir Haas genişletici oluşturun ve maksiller birinci küçük azı dişlerine ve birinci azı dişlerine bant ekleyin
- Premolar bandı ve molar bandı oluşturun.
- Parça Ekle>ye tıklayın, PL dosyasını seçin ve CAD dosyasını içe aktarmak için Aç'a basın.
- Ekle > Özellikleri > Böl'e tıklayın, PL dosyasındaki dişleri seçin ve Tekdüzen Ölçekleme'yi 1,05 olarak ayarlayın. 0,5 mm kalınlığında bantlar oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Referans Geometrisi > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, oklüzal düzlemde üç unsur noktası seçin ve bir referans düzlemi oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, oklüzal düzlemi seçin ve 1,5 mm'lik bir uzaklık mesafesi ayarlayın. İlk kesme düzlemini oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, oklüzal düzlemi seçin ve 4,0 mm'lik bir uzaklık mesafesi ayarlayın. İkinci kesme düzlemini oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- Böl > > Unsurları Ekle'yi tıklatın ve Kırpma Araçları'nda birinci ve ikinci düzlemi, Hedef Gövdeler'de ise dişleri seçin. Kesim önizlemesi oluşturmak için Kesim Gövdeleri'ni tıklatın.
- Ortaya Çıkan Gövdeler'deki onay kutularını işaretleyin ve dişleri ayırmak için Tamam'a tıklayın.
- İlk düzlemin üstündeki ve ikinci düzlemin altındaki banda tıklayın, sağ tıklayın ve Gövde bölümünde Delete tuşuna basın.
- Akrilik plakayı oluşturun.
- Referans Geometrisi > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, sert palet düzleminde üç unsur noktası seçin ve bir çizim düzlemi oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- > Çizim Ekle'ye tıklayın, Haas genişleticiye bakın ve Çizimden Çık'a bakın.
- Ekle > Patron/Taban > Yükselt'e tıklayın, akrilik plakanın taslağını seçin, Derinlik'te 5 mm'ye ayarlayın ve Tamam'a tıklayın.
- Ekle > Özellikleri > Flex'e tıklayın ve akrilik plakayı damağın anatomisine uyacak şekilde bükün.
- Ekle'ye tıklayın > Özellikler > Fileto/Yuvarlak'a tıklayın ve akrilik plakanın keskin kenarlarını 1 mm'lik bir yarıçap içinde fileto haline getirin.
- Genişletme kollarını oluşturun.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, şeritte üç unsur noktası seçin ve bir çizim düzlemi (P1 adlı) oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- > Çizimi Ekle'yi tıklatın, 2 mm çapında bir daire çizin ve Çizimden Çık'ı (C1 adlı) tıklatın.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, akrilik plaka üzerinde üç unsur noktası seçin ve bir çizim düzlemi (P2 adlı) oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- > Çizim Ekle'ye tıklayın, 2 mm çapında bir daire çizin ve Çizimden Çık'a (C2 adlı) tıklayın.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'yi tıklatın, P2 düzlemini seçin ve 6 mm'lik bir uzaklık mesafesi ayarlayın. Çizim düzlemi için Tamam'ı tıklatın.
- Çizim Ekle'> tıklayın, 2 mm çapında bir daire çizin ve Çizimden Çık'a (C3 adlı) tıklayın.
- Loft> > Boss/Base Ekle'yi tıklatın ve Profiller penceresinde C1, C2 ve C3 çizimini seçin.
- Özellik Kapsamı penceresinde bandı ve akrilik plakayı seçin, Seçenekler penceresinde Sonucu Birleştir'i işaretleyin ve Tamam'ı tıklatın.
5. Osteotomiyi tasarlayın
- Genellikle cerrah tarafından kullanılan bir frezin çapına eşdeğer, piriform açıklığın (Alar) köşesinden yatay düzlemden çeşitli derecelerde infra zigomatik tepeye (IZC) doğru 1 mm kalınlığında bir düzlem oluşturun.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'ye tıklayın, osteotomi düzleminde üç özellik noktası seçin (yatay düzleme 0°, 10°, 20° veya 30°) ve düzlemi (O1 adlı) oluşturmak için Tamam'a tıklayın.
- Referans Geometri > Düzlemi > Ekle'ye tıklayın, osteotomi düzlemini seçin ve 1,0 mm'lik bir uzaklık mesafesi ayarlayın. Daha düşük bir kesme düzlemi (O2 adlı) oluşturmak için Tamam'ı tıklatın.
- Böl'> > Unsurları Ekle'yi tıklatın, Kırpma Araçları'nda O1 ve O2 düzlemini seçin ve bir kesme önizlemesi oluşturmak için Parçayı Kes'i tıklatın.
- Ortaya Çıkan Gövdeler'deki onay kutularını işaretleyin ve maksiller kompleksi ayırmak için Tamam'ı tıklayın.
- O1 ve O2 düzlemleri arasında gövdeye tıklayın, sağ tıklayın ve Gövde bölümünde Delete tuşuna basın.
- Farklı bukkal osteotomi açılarına sahip modelleri analiz için Parasolid Model Parça Dosyasına (X_T) aktarın.
- Dosya > Farklı kaydet'e tıklayın ve Dosya Türü listesinden Parasolid (x_t) öğesini seçin.
- Sonlu elemanlar analiz yazılımı modellerini dışa aktarmak için Kaydet'e tıklayın.
6. Sonlu elemanlar analizi
- Maksiller kompleks modelin malzeme parametrelerini Ansys yazılımına aktarın ve ayarlayın.
- Bir analiz çalışma alanı oluşturmak için Araç Kutusu'ndaki Statik Yapısal'a tıklayın ve sürükleyin.
- Mühendislik Verileri'ne çift tıklayın ve Özellikler'deki tüm malzemelerin Young modülünü ve Poisson oranını ayarlayın. Farklı yapılarınmalzeme özellikleri 12,15,16 Tablo 1'de listelenmiştir.
- Geometri'ye çift tıklayın, Dosya'ya > Harici Geometri Dosyasını İçe Aktar'a tıklayın, ardından maksiller karmaşık modeli içe aktarmak için Oluştur'a tıklayın.
- Boolean > Oluştur'a tıklayın ve süngerimsi kemik ve dişlerle Boolean ile kortikal kemik ve periodontal ligament oluşturun.
- Sonlu elemanlar analizi modelini kurun.
- Model'i çift tıklatın ve her parçanın malzeme özelliklerini seçmek için Geometri'yi tıklatın.
- Modeldeki öğeleri oluşturmak için Mesh'e sağ tıklayın ve Mesh Oluştur'a tıklayın.
- Bağlantılar'a tıklayın ve Temas Gövdeleri'nde yumuşak/küçük parçayı ve Hedef Gövdeler'de sert/büyük parçayı atayın.
- Tanım'da kontak tipini ve sürtünme katsayısını atayın. Farklı parçaların17 bağlantı özellikleri Tablo 2'de listelenmiştir.
- Bağlantılar'a sağ tıklayın, osteotomi düzleminin üst ve alt kısımlarını bağlamak için > Yay Ekle'ye tıklayın. Yayları k = 60 N/mm yay sabiti ile 1 mm uzunluğunda ayarlayın ve her ızgara düğümüne bir yay yerleştirin.
- Çeşitli osteotomi kombinasyonlarında akrilik plaka üzerinde x ekseni boyunca (orta hatta dik) klinik olarak kabul edilebilir bir kuvvet ayarlayın.
- Statik Yapısal'a sağ tıklayın, Sabit Destek Ekle'> tıklayın ve damak düzlemindeki yapıyı taşınmaz olarak ayarlayın.
- Statik Yapısal'a sağ tıklayın, > Kuvveti Ekle'ye tıklayın ve akrilik plakaya medial çizgiden uzak bir yönde uygulanacak 150 N'luk bir kuvvet ayarlayın.
- Çözüm'ü sağ tıklatın ve genişletmenin deformasyonunu izlemek için Deformasyon > Toplam> Ekle'yi tıklatın.
- Her iki tarafta da genişlemeler elde edilene kadar bir yakınsama testi yapın.
- Araç çubuklarında Çöz'e tıklayın ve Kuvvet Yakınsama düzeyi Kuvvet Kriteri'ne ulaşana kadar bekleyin.
- Genişletme sonuçlarını görüntülemek için Toplam Deformasyon'u tıklatın.
- Genişlemenin sonuçları olarak anatomik yer işaretlerinin yer değiştirmelerini her üç boyutta da ölçün. Genişletme desenini değerlendirmek için kullanılacak aşağıdaki yer işaretlerini önerin:
Maksiller santral kesici dişin (U1) mesioinsizal çizgi açısı.
Maksiller birinci premolar (U4) bukkal tüberkül ucu.
Maksiller birinci azı dişinin (U6) mesiobukkal tüberkül ucu.
Piriform açıklığın lateroinferior köşesi (Alar).
Kızılötesi elmacık tepesi (IZC).
Genişleticinin orta noktası.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Gösteri modeli, maksiller eksikliği olan 47 yaşında bir kadının CBCT görüntüsünü kullandı. Oluşturulan modelde, nazal kavitenin anatomik yapısı, maksiller sinüs ve genişletici ankrajlı dişler (birinci küçük azı dişi ve birinci azı dişi) için periodontal ligament boşluğu korunmuştur (Şekil 1).
Cerrahi prosedürü doğru bir şekilde simüle etmek için, tüm simülasyonlarda nazal septum, nazal kavitenin yan duvarları ve pterygomaksiller fissür maksiller gövdeden ayrıldı. Ayrıca, ameliyat sırasında bukkal osteotomiyi temsil eden 1 mm kalınlığında bir düzlem oluşturuldu. Düzlem piriform açıklığın (Alar) köşesinden başladı ve posteriorda pterygomaksiller fissüre (PMF) kadar uzandı (Şekil 2A-D).
Hem sol hem de sağ tarafta simetrik sıfır derecelik kesimlere sahip model üzerinde bir ön test yapıldı (Şekil 2E), bu da 150 N'luk kuvvetin genişleticide 8 mm'den fazla genişlemeye neden olduğunu gösterdi (Şekil 2F), çoğu literatürde görülen genişleme miktarını aştı. Bu sonuç, SARPE hastaları için en sık ihtiyaç duyulan genişleme aralığına girdiği için uygun görülmüştür. Ek olarak, farklı klinik durumları taklit etmek için osteotomide çeşitli açılar oluşturulabilir (Şekil 3).
Von Mises stresine ve bunun malzeme kırılması veya akması ile ilişkisine odaklanan çoğu sonlu eleman çalışmasının aksine, mevcut model, klinisyenlerin SARPE sonrası genişleme miktarını ve modelini öngörmelerine yardımcı olmak için yapılmıştır. Bu nedenle, sol ve sağ hemi-maksilla değişimi, renk haritası (3B'deki toplam hareket miktarını temsil eder) ve genişleme öncesi (gri) ve genişleme sonrası (renkli) maksilla modellerinin üst üste binmesi ile doğrudan görselleştirilebilir (Şekil 2E). Ek olarak, anatomik işaretlerin (adım 6.5'te belirtildiği gibi) her üç boyutta da yer değiştirmesi, daha fazla analiz edilmesi gereken hedef sonuçtu (Şekil 2F).
Şekil 1: Anatomik yapıyı koruyan inşa edilmiş model. (A,B) İnşa edilen modelin önden (A) ve oklüzal (B) görünümleri. (C,D) Oluşturulan modelin maksiller birinci premolar (C) seviyesindeki koronal kesiti, aynı koronal slaytta (D) CBCT'de gözlenen anatomik yapıyı temsil eder. (E,F) Oluşturulan modelin maksiller birinci azı dişi (E) seviyesindeki koronal kesiti, aynı koronal slaytta (F) CBCT'de gözlenen anatomik yapıyı temsil eder. Oluşturulan modelde burun boşluğunun, maksiller sinüsün ve genişletici ankraj dişleri (birinci küçük azı dişi ve birinci azı dişi) için periodontal ligament boşluğunun korunmasına dikkat edin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Her iki tarafta simetrik sıfır dereceli LeFort I osteotomi kesimleri ile maksiller ekspansiyon simülasyonu. (A-D) Her iki tarafta sıfır dereceli LeFort I osteotomi kesimleri ile inşa edilen modelin frontal (A), posterior (B), sağ (C) ve sol (D) görünümleri. (E) 150 N kuvvet uygulandıktan sonra modelin oklüzal görünümünde gözlenen genişleme. Renk haritası, toplam yer değiştirme miktarını (milimetre cinsinden) 3B olarak gösterir. Ek olarak, genişlemeden önce (gri) ve genişleme sonrası (renkli) maksilla modellerinin üst üste bindirilmesi gerçekleştirilebilir. (F) Anatomik işaretlerin yer değiştirmesi (adım 6.5.'te belirtildiği ve Şekil 1'de gösterildiği gibi) her üç boyutta da oluşturulabilir. X ekseni: yatay boyut; Pozitif bir değer yanal hareket anlamına gelir ve negatif bir değer medial hareket anlamına gelir. Y ekseni: sagital boyut; Pozitif bir değer öne doğru hareket anlamına gelir ve negatif bir değer arka hareket anlamına gelir. Z ekseni: dikey boyut; Pozitif bir değer, daha düşük bir hareket anlamına gelir ve negatif bir değer, üstün bir hareket anlamına gelir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Mevcut modelde farklı açılarda osteotomiler. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Yapı | Young modülü (MPa) | Poisson oranı |
| Kortikal kemik | 1.37 × 104 | 0.3 |
| Cancellous kemik | 1.37 × 103 | 0.3 |
| Küçük azı dişleri ve azı dişleri | 2.60 × 104 | 0.3 |
| Periodontal bağ | 5.00 × 101 | 0.49 |
| Paslanmaz çelik (genişletici) | 2.10 × 105 | 0.35 |
Tablo 1: Her yapı için malzeme parametreleri.
| Tür | İletişim/Hedef |
| Gümrüklü | (1) Hücreli kemik / Kortikal kemik |
| (2) Molar ve Premolar / Genişletici | |
| (3) Periodontal ligament / Molar ve Premolar | |
| Sürtünme (sürtünme katsayısı [μ] = 0.2) | (1) Kortikal / Üst kortikal |
| (2) Kortikal kemik / Molar ve Premolar | |
| Sürtünme (sürtünme katsayısı [μ] = 0.1) | (1) Kortikal / Nazal septum |
| (2) Periodontal ligament / Kortikal kemik | |
| (3) Periodontal ligament / Kancellous kemik | |
| Pürüzlü | (1) Kortikal kemik / Genişletici |
| (2) Hücreli kemik / Genişletici |
Tablo 2: Her yapının bağlantı tipleri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
SARPE'deki bukkal osteotominin yönü, maksiller payanda bölgesinde aşağı inmeden önce burun açıklığından yatay bir kesim veya Betts2'de tarif edildiği gibi maksiller birinci azı dişine karşılık gelen payandaya doğru piriform kenardan rampalı bir kesim olabilir. Her iki durumda da, osteotomi, maksillanın elmacık sürecinin çok altına uzanır. Bununla birlikte, SARPE ile ilgili güncel FEA çalışmalarının çoğunda, piriform jant 6,7,12,14 ile aynı seviyede posteriorda uzanan yatay bir kesim kullanılmaktadır. Bu, genellikle klinik olarak yapılandan saparlar ve hemimaksillanın kütle merkezi ve osteotominin yönü ve temas alanı gibi FEA'daki koşulları değiştirir. Genleşme kuvveti her zaman kütle merkezinden geçmediğinden, FEA sırasında hemimaksillalarda rotasyon olması kaçınılmazdır. Bununla birlikte, klinik senaryoda, osteotomi hattında çarpışma meydana gelebilir ve ortaya çıkan dönme merkezi daha sonra değişebilir. Bu nedenle, klinik olarak uygulanabilir bir sonuç elde etmek için, FEA'daki osteotominin gerçek hayatta yapılan ameliyat modelini taklit etmesi zorunludur. Bu çalışmada tanıtılan model, araştırmacıların klinik olarak yapılanları gerçekten temsil etmek için osteotomiyi farklı açılarda (Şekil 3) oluşturmalarına izin vermektedir.
Bu çalışma ile önceki literatür arasındaki kritik fark, osteotominin iki yüzeyinin sıfır sürtünmede temas etmesine izin vermek yerine, mevcut modelin, mevcut literatürde yaygın olarak göz ardı edilen osteotomi düzlemine kalınlık ekleyerek bir modifikasyon getirmesidir 6,7,8,10,11,12 . Önceki araştırmalar, osteotomi sırasında piezoelektrik testere veya cerrahi frez tarafından oluşturulan boşluğu göz ardı etmiştir, bu da hemimaksillaların özgürlüğünü ve ayrıca kemikli bir çarpışma durumunda hemimaksillaların dönmesini veya dönmesini etkilediği için kritik bir gözetimdir. Ek olarak, ilk iyileşme sırasında kemik kallus veya osteoid doku oluşumundan kaynaklanabilecek potansiyel direnç veya yastıklama etkilerini hesaba katmaz18. Mevcut çalışmada tanıtılan tasarım, yazarların enstitüsünde kullanılan cerrahi frezin genişliğini yansıtmak için kafatası ve hemimaksilla arasına 1 mm kalınlığında bir boşluk koyarak bu sorunu ele almaktadır. Yara iyileştirici dokudan gelen kuvvetleri daha fazla simüle etmek için, hemimaksillaları ızgara düğümlerinde bağlamak ve askıya almak ve ayrıca osteotomi boşluğunda yumuşak doku direncini simüle etmek için yaylar (1 mm uzunluğunda, yay sabiti k = 60 N / mm) uygulandı, böylece genişleme sırasında kompresyon ve gerilim uygulandı. Bu yaklaşım, klinik olarak anlamlı bir FEA modeli oluşturmada önemli avantajlar sunar. Gelecekteki araştırma grupları veri analizi için bu modeli benimsemeyi planladıklarında, boşluğun kalınlığının kullanılan cerrahi aletlere göre ayarlanması gerektiğini belirtmekte fayda var. Yayların tasarımının da buna göre ayarlanması gerekecektir.
Son olarak, SARPE ile ilgili mevcut FEA çalışmalarının neredeyse tamamı, genişleticide yetersiz aktivasyondan muzdariptir. SARPE hemen hemen her zaman en az 5 mm maksiller ekspansiyon gerektiren hastalarda yapılır2. Osteotomi bölgesindeki çarpışmadan etkilenebilen genişleme paterni, genişleticideki aktivasyon miktarına bağlıdır. Çoğu FEA çalışmasında 1 mm'lik genişleme 6,8,9,11,12, her iki tarafta sadece 0,5 mm enine yer değiştirme ile sonuçlanır, klinik olarak daha büyük aktivasyon miktarlarının etkilerini temsil etmek için yetersizdir. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, simetrik bir modelde hemimaksillayı yeterince genişletecek bir kuvveti belirlemek için bir ön test yapıldı ve ortaya çıkan kuvvet, hızlı maksiller genişleticilerden19 klinik kuvvet seviyeleri aralığına düştü ve bu da bu modelin klinik uygunluğunu daha da kanıtladı. Bu kuvvet daha sonra sonraki tüm alt kümelerde aktivasyon için kullanıldı ve SARPE sırasında maksillanın klinik genişlemesi hakkında büyük bilgiler sağladı.
Bu çalışmada kabul edilmesi gereken doğal sınırlamalar vardır. Birincil sınırlama, çevredeki yumuşak dokudan direnç olmamasıdır. Bunlar arasında faringeal bölgeden gelen direnç, gergin damak ve yanak ve dudaktan gelen basınç vardı. Posterior yumuşak dokudaki direnç göz ardı edilmemelidir. Klinik olarak, pterygomaksiller fissür gevşetme uygulanan hastalarda bile tipik olarak yelpaze şeklinde bir genişleme paterni görülür ve bu da güçlü posterior yumuşak doku direncini gösterir20. Bununla birlikte, aktif genişleme sırasında dokular deforme olduğu için direnç değiştiğinden, sonlu elemanlar analizinde yumuşak doku direncini dikkate almak zordur21. Diğer bir sınırlama, genişleticide bir kriko bulunmamasıydı. Krikodaki sert metal çubuk, iki hemimaksillayı tek bir üniteye bağlar ve bu da hemimaksillanın dönme özgürlüğünü azaltabilir. Son olarak, yarık damak veya önemli maksiller asimetriye neden olan diğer kraniyofasiyal deformiteleri olan hastalar veya hastanın kemiğinin Young modülünü etkileyebilecek herhangi bir sistemik hastalık gibi bazı özel durumlarda tasarımımız endike olmayabilir.
Bununla birlikte, bu çalışmada sunulan yöntemler, bukkal osteotominin açılanmasındaki iyileştirmeler, cerrahi aletin kalınlığını yansıtan osteotomi bölgesindeki boşluk ve genişleticideki aktivasyon miktarı dahil olmak üzere çeşitli modifikasyonlar getirmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmezler.
Acknowledgments
Bu çalışma, Amerikan Ortodontistler Derneği Vakfı (AAOF) Ortodonti Fakültesi Geliştirme Bursu Ödülü (CL için), Amerikan Ortodontistler Derneği (AAO) Tam Zamanlı Fakülte Bursu Ödülü (CL için), Pennsylvania Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Joseph ve Josephine Rabinowitz Araştırmada Mükemmellik Ödülü (CL için), Ortodonti Bölümü'nden J. Henry O'Hern Jr. Pilot Bursu, Pennsylvania Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi (CL için) ve Uluslararası Ortodonti Vakfı Genç Araştırma Bursu (CL için).
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).
