Модель анализа методом конечных элементов для оценки паттернов расширения при хирургическом быстром расширении неба

Резюме

Для дальнейшего анализа паттернов расширения полушарий во всех трех измерениях был создан набор новых конечно-элементных моделей хирургически ассистированного быстрого расширения неба (SARPE), которые могут выполнять клинически необходимую активацию экспандера с различными углами буккальной остеотомии.

Аннотация

Хирургически ассистированное быстрое расширение неба (SARPE) было введено для снижения костной резистентности и облегчения расширения скелета у пациентов со зрелым скелетом. Тем не менее, асимметричное расширение между левой и правой сторонами было зарегистрировано у 7,52% всех пациентов с SARPE, из которых 12,90% пришлось пройти повторную операцию для коррекции. Этиология, приводящая к асимметричному расширению, остается неясной. Для оценки напряжений, связанных с SARPE в челюстно-лицевых структурах, был использован анализ методом конечных элементов. Однако, поскольку столкновение кости в местах остеотомии LeFort I происходит только после определенного расширения, большинство существующих моделей не отражают истинного распределения силы, учитывая, что величина расширения этих существующих моделей редко превышает 1 мм. Таким образом, существует необходимость в создании новой конечно-элементной модели SARPE, которая могла бы выполнять клинически необходимое количество экспандерной активации для дальнейшего анализа паттернов расширения полушарий во всех трех измерениях. Трехмерная (3D) модель черепа, полученная с помощью конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ), была импортирована в Mimics и преобразована в математические сущности для сегментации верхнечелюстного комплекса, верхнечелюстных первых премоляров и верхнечелюстных первых моляров. Эти структуры были перенесены в Geomagic для сглаживания поверхности и создания губчатой кости и периодонтальной связки. Затем правая половина верхнечелюстного комплекса была сохранена и зеркально отражена для создания идеально симметричной модели в SolidWorks. Был сконструирован эспандер Хааса, который был прикреплен к первым премолярам и первым молярам верхней челюсти. Конечно-элементный анализ различных комбинаций буккальных остеотомий под разными углами с клиренсом 1 мм выполнен в Ansys. Испытание на сходимость проводилось до тех пор, пока не была достигнута желаемая величина расширения с обеих сторон (всего не менее 6 мм). Это исследование закладывает основу для оценки того, как угол буккальной остеотомии влияет на паттерны расширения SARPE.

Введение

Хирургическое быстрое расширение неба (SARPE) является широко используемым методом поперечного расширения костной структуры верхней челюсти и зубной дуги у пациентов со зрелым скелетом¹. Операция включает в себя остеотомию по методу Лефорта I, средненебную кортикотомию и, при необходимости, освобождение крыловидно-верхнечелюстной щели². Тем не менее, сообщалось о нежелательных моделях расширения, вызванных SARPE, таких как неравномерное расширение между левым и правым^{полушариями} 3 и буккальное наклонение/ротация зубочелюстного отростка⁴, что может привести к отторжению SARP....

протокол

В этом исследовании использовалось ранее существовавшее, обезличенное изображение КЛКТ пациента, у которого был SARPE в рамках плана лечения. Исследование проводилось в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрено Институциональным наблюдательным советом (протокол #853608).

1. Отбор образцов и сегментация зубов

1. Получить КЛКТ-изображение головы человека в естественном положении головы, которое включает верхнечелюстной комплекс пациента, включая верхнечелюстную базальную кость, верхнечелюстную альвеолярную кость и верхнечелюстной зубной ряд.
2. Импортируйте файлы ДМКТ для цифровой визуализации и коммуни....

Результаты

В демонстрационной модели использовалось изображение КЛКТ 47-летней женщины с верхнечелюстной недостаточностью. В сгенерированной модели сохранено анатомическое строение полости носа, гайморовой пазухи и пространство периодонтальной связки для зубов, закрепленных экспандером (перв.......

Обсуждение

Направление буккальной остеотомии при SARPE может быть либо горизонтальным разрезом от носового отверстия перед опусканием в области верхнечелюстного контрфорса, либо наклонным разрезом от грушевидного края к контрфорсу, соответствующему первому моляру верхней челюсти, как описано в B.......

Материалы

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.