Finite-Elemente-Analysemodell zur Beurteilung von Expansionsmustern bei chirurgisch unterstützter Gaumenschnellexpansion

Zusammenfassung

Für die weitere Analyse der Expansionsmuster der Hemimaxillen in allen drei Dimensionen wurde eine Reihe neuartiger Finite-Elemente-Modelle der chirurgisch assistierten schnellen Gaumenexpansion (SARPE) erstellt, die eine klinisch erforderliche Menge an Expanderaktivierung mit verschiedenen Winkeln der bukkalen Osteotomie durchführen können.

Zusammenfassung

Die chirurgisch assistierte schnelle Gaumenexpansion (SARPE) wurde eingeführt, um knöcherne Resistenzen zu lösen und die Skelettexpansion bei skelettreifen Patienten zu erleichtern. Eine asymmetrische Ausdehnung zwischen linker und rechter Seite wurde jedoch bei 7,52 % aller SARPE-Patienten berichtet, von denen sich 12,90 % einer zweiten Operation zur Korrektur unterziehen mussten. Die Ätiologien, die zu einer asymmetrischen Ausbreitung führen, sind nach wie vor unklar. Die Finite-Elemente-Analyse wurde verwendet, um die mit SARPE verbundene Spannung in den maxillofazialen Strukturen zu bewerten. Da eine Kollision des Knochens an den LeFort I-Osteotomiestellen jedoch erst nach einer gewissen Ausdehnung erfolgt, stellen die meisten der vorhandenen Modelle die Kraftverteilung nicht wirklich dar, da die Ausdehnung dieser bestehenden Modelle selten 1 mm überschreitet. Daher besteht die Notwendigkeit, ein neuartiges Finite-Elemente-Modell von SARPE zu erstellen, das eine klinisch erforderliche Menge an Expanderaktivierung für die weitere Analyse der Expansionsmuster der Hemimaxillen in allen drei Dimensionen durchführen könnte. Ein dreidimensionales (3D) Schädelmodell aus der Kegelstrahl-Computertomographie (DVT) wurde in Mimics importiert und in mathematische Einheiten umgewandelt, um den Oberkieferkomplex, die oberen ersten Prämolaren und die oberen ersten Molaren zu segmentieren. Diese Strukturen wurden in Geomagic übertragen, um die Oberfläche zu glätten und spongiöse Knochen und parodontale Bänder zu bilden. Die rechte Hälfte des Oberkieferkomplexes wurde dann beibehalten und gespiegelt, um ein perfekt symmetrisches Modell in SolidWorks zu erstellen. Es wurde ein Haas-Expander konstruiert und an den ersten Prämolaren und ersten Molaren des Oberkiefers befestigt. Die Finite-Elemente-Analyse verschiedener Kombinationen von bukkalen Osteotomien in verschiedenen Winkeln mit 1 mm Abstand wurde in Ansys durchgeführt. Es wurde ein Konvergenztest durchgeführt, bis die gewünschte Ausdehnung auf beiden Seiten (insgesamt mindestens 6 mm) erreicht war. Diese Studie legt den Grundstein für die Bewertung, wie die Angulation der bukkalen Osteotomie die Expansionsmuster der SARPE beeinflusst.

Einleitung

Die chirurgisch assistierte schnelle Gaumenerweiterung (SARPE) ist eine häufig verwendete Technik zur transversalen Erweiterung der knöchernen Struktur des Oberkiefers und des Zahnbogens bei skelettreifen Patienten¹. Die Operation umfasst eine LeFort I-Osteotomie, eine mittelpalatinale Kortikotomie und optional die Befreiung der Pterygoid-Oberkiefer-Fissur². Es wurden jedoch unerwünschte Expansionsmuster von SARPE berichtet, wie z. B. eine ungleichmäßige Ausdehnung zwischen linker und rechter Hemimaxillone³ und dentoalveolärer Processus buccal kipping/rotation⁴, die zum Ver....

Protokoll

In dieser Studie wurde ein bereits vorhandenes, anonymisiertes DVT-Bild vor der Behandlung eines Patienten verwendet, der SARPE als Teil der Behandlungspläne hatte. Die Studie wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt und vom Institutional Review Board genehmigt (Protokoll #853608).

1. Probenentnahme und Zahnsegmentierung

1. Nehmen Sie ein humanes DVT-Bild des Kopfes in einer natürlichen Kopfposition auf, das den Oberkieferkomplex des Patienten umfasst, einschließlich des Oberkieferknochens, des Oberkieferalveolarknochens und des Oberkiefergebisses.
2. Importieren Sie die DICOM-Dat....

Diskussion

Die Richtung der bukkalen Osteotomie bei SARPE kann entweder ein horizontaler Schnitt von der Nasenöffnung vor dem Abtreten im Bereich des Oberkieferstrebepfeilers oder ein rampierter Schnitt vom piriformen Rand in Richtung des Strebepfeilers sein, der dem Oberkiefer des ersten Molaren entspricht, wie von Betts² beschrieben. In jedem Fall erstreckt sich die Osteotomie weit unterhalb des Jochbeinfortsatzes des Oberkiefers. Die meisten aktuellen FEA-Studien zu SARPE verwenden jedoch einen horizonta.......

Materialien

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.