Трехмерный конечно-элементный анализ протракции верхней челюсти при различных вариантах быстрого расширения нёба

Введение: Трехмерный анализ методом конечных элементов (МКЭ) — современный инструмент для численного моделирования механических процессов в реальных физических системах. МКЭ позволяет анализировать и сравнивать различные аппараты для быстрого расширения нёба, а также определять распределение напряжений в костях лицевого отдела черепа, смещение и биомеханическое воздействие на околочелюстные швы. В этом исследовании с помощью МКЭ оценивали влияние различных вариантов быстрого расширения нёба на протракцию верхней челюсти при скелетном нарушении окклюзии III класса, определяя напряжения и смещения в околочелюстных швах.

Материалы и методы: По данным конусно-лучевой компьютерной томографии взрослого пациента 30 лет с нормальной окклюзией в программе Mimics (Лёвен, Бельгия) создали трехмерную конечно-элементную модель лицевого скелета и швов. Геометрические модели трех аппаратов для расширения нёба — гибридного аппарата MARPE с опорой на мини-винты (Fav anchor, Индия), зубо-опорного аппарата HYRAX (Welcare Orthodontics, Керала) и модифицированного костно-опорного аппарата MARPE (Biomaterials, Корея) — перенесли в программу ANSYS WORKBENCH, 2020 R1 (ANSYS, Inc., США) и создали три конечно-элементные модели. К окклюзионной плоскости приложили силу протракции 500 г, направленную под углом 20° вниз. Во всех трех моделях оценивали и сравнивали напряжения растяжения и сжатия, а также величину смещения в околочелюстных швах. Для расчета напряжений и смещений в швах, прилежащих к верхней челюсти, использовали модуль Юнга (кг/мм) и коэффициент Пуассона (V).

Результаты: При анализе распределения напряжений максимальное напряжение растяжения обнаружено в медиальном отделе лобно-верхнечелюстного шва при использовании модифицированного костно-опорного аппарата MARPE (C), а минимальное — в латеральном отделе клиновидно-скулового шва при использовании гибридного аппарата MARPE (A). Во всех трех моделях максимальное напряжение сжатия отмечено в медиальном отделе лобно-верхнечелюстного шва. Минимальное напряжение сжатия наблюдалось в верхнем отделе межносового шва при использовании гибридного аппарата MARPE (A), а при использовании зубо-опорного аппарата HYRAX (B) и модифицированного костно-опорного аппарата MARPE (C) — в медиальном отделе лобно-носового шва. Во всех плоскостях наибольшее смещение верхней челюсти наблюдалось при использовании модифицированного костно-опорного аппарата MARPE (C), а наименьшее — при использовании зубо-опорного аппарата HYRAX (B).

Выводы: Все три варианта аппаратов для быстрого расширения нёба при приложении силы протракции вызывали напряжения и смещения в околочелюстных швах. Модифицированный костно-опорный аппарат MARPE оказался более эффективным при лечении заднего перекрёстного прикуса и коррекции скелетного нарушения окклюзии III класса.