DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1388876
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38903188
تاريخ النشر: 2024-06-06
المؤلف: Yiyan Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التأثيرات البيوميكانيكية لاستراتيجيات العلاج الزائد في علاج التقويم باستخدام التقويم الشفاف (CAT) لحالات الاستخراج، مع التركيز على أنماط مختلفة من انغماس الأسنان الأمامية العلوية أثناء التراجع. تسلط الأبحاث الضوء على أن تصاميم العلاج الحالية تعتمد إلى حد كبير على الخبرة السريرية لأطباء التقويم بدلاً من الأدلة البيوميكانيكية القوية. تم تطوير نموذج عنصر نهائي لمحاكاة حركة الأسنان التقويمية تحت الحمل الميكانيكي للتقويمات الشفافة، مع تحليل ثلاث مجموعات: مجموعة التحكم (G0)، مجموعة انغماس القواطع (G1)، ومجموعة انغماس الأسنان الأمامية (G2).
أشارت النتائج إلى أنه في مجموعة التحكم (G0)، أدى CAT إلى حركات غير مرغوب فيها مثل الميل اللساني والإخراج للقواطع، بينما أظهرت G1 إخراجًا طفيفًا للقواطع ولكن زيادة في الإخراج والميل الخلفي للأنياب. أظهرت G2 أقل دوران لزاوية مستوى الإطباق الخلفي وانخفاض ميل الأنياب والثنايا الثانية. تشير النتائج إلى أن ميل إزاحة الأسنان أثناء CAT قد يختلف مع وقت الاستخدام، وأن تنفيذ نمط انغماس القواطع أثناء التراجع الأمامي يمكن أن يعزز بشكل فعال التحكم العمودي للأسنان الجانبية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الشعبية المتزايدة لعلاج التقويم باستخدام التقويم الشفاف (CAT) بين أطباء التقويم والمرضى بسبب جاذبيته الجمالية، وراحته، وملاءمته. كان فعالًا في البداية لحالات سوء الإطباق الخفيفة إلى المتوسطة، ويتم الآن تطبيق CAT على حالات أكثر تعقيدًا، بما في ذلك تقويم الأسنان قبل الجراحة وسيناريوهات الاستخراج. ومع ذلك، تشير الدراسات الحديثة إلى عدم اتساق فعالية CAT لحركات الأسنان المختلفة، مع حدوث حركات غير متوقعة أثناء العلاج. من الجدير بالذكر أنه بينما تظهر التقويمات الشفافة وعدًا في تحقيق توسيع القوس العرضي، تم الإبلاغ عن تناقضات بين الحركات المتوقعة والحركات الفعلية للأسنان، خاصة في حالات الاستخراج حيث تكون قابلية التنبؤ بحركة الأسنان محدودة بسبب “تأثير الأفعوانية”.
لتخفيف هذه الآثار السلبية، غالبًا ما يستخدم أطباء التقويم استراتيجيات العلاج الزائد، مثل انغماس الأسنان الأمامية وعزم التاج الشفوي، بناءً على الخبرة السريرية بدلاً من الأدلة البيوميكانيكية القوية. تؤكد المقدمة على الحاجة إلى دراسات سريرية عالية الجودة لتقييم فعالية هذه الأنماط من العلاج الزائد في CAT. علاوة على ذلك، تناقش تطبيق تحليل العناصر المحدودة (FEA) في أبحاث تقويم الأسنان، مشيرة إلى إمكانيته في تعزيز فهم الآثار البيوميكانيكية للعلاج الزائد أثناء تراجع الأسنان الأمامية. تهدف الدراسة إلى بناء نموذج عنصر نهائي للتحقيق في التأثيرات البيوميكانيكية لاستراتيجيات العلاج الزائد المختلفة، باستخدام طريقة تحميل مبتكرة لمحاكاة الديناميات المعقدة لحركة الأسنان في CAT.
طرق البحث
في هذا القسم، يناقش المؤلفون الطرق المستخدمة في تحليل العناصر المحدودة (FEA) للتقويمات الشفافة (CAs) في مجال تقويم الأسنان، مع التأكيد على أهمية جودة النموذج الهندسي، ودقة معلمات المواد، وأنماط التحميل على موثوقية النتائج. تعتبر CAs أجهزة قابلة للإزالة مصنوعة من صفائح بوليمرية، وعادة ما يكون سمكها المتوسط حوالي 0.5 مم، كما أشار إليه زو وآخرون (2023). تتبنى هذه الدراسة نموذج CA موحد بهذا السمك لضمان الاتساق في التحليل.
يستعرض المؤلفون طرق التحميل المختلفة التي تم استخدامها سابقًا لـ CAs، بما في ذلك إعادة توزيع الإجهاد، والتناسب التدخلي، والانكماش الحراري، وحمل الإزاحة، وعناصر الولادة-الموت، مشيرين إلى فعاليتها كما ورد في الأدبيات. بناءً على دراسة جيانغ وآخرون (2020)، تقدم الدراسة طريقة تحميل محسّنة تعتمد على حالة الحقل الأولية، والتي تحاكي بشكل أكثر دقة تطبيق CAs على الأسنان. تظهر هذه الطريقة الجديدة تحسينًا في التقارب والدقة في المحاكاة التكرارية لحركة الأسنان التقويمية (OTM) في علاج التقويم الشفاف (CAT)، كاشفة أن القوى المؤثرة على الأسنان بواسطة CAs تتأثر بإزاحة الأسنان.
النتائج
في هذه الدراسة، ركز التحليل على الأسنان العلوية المتناظرة، مستخدمًا الأسنان العلوية اليمنى للتقييم. تشير النتائج إلى ميول إزاحة مميزة بين الأسنان والأسنان عبر ثلاث مجموعات، كما هو موضح في الأشكال 4 و5. علاوة على ذلك، تكشف البيانات عن تباين في الإزاحة العمودية والسهمية للأسنان الفردية مع كل تكرار، كما هو مفصل في الأشكال 6 و7. تؤكد هذه النتائج على تعقيد أنماط إزاحة الأسنان ضمن السكان المدروسين.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم بناء نموذج عنصر نهائي لتحليل التأثيرات البيوميكانيكية للتقويمات الشفافة (CAs) على إزاحة الأسنان أثناء العلاج التقويمي. باستخدام بيانات التصوير المقطعي المحوسب بواسطة شعاع المخروط (CBCT) من متطوع بالغ صحي، تم إنشاء نماذج هندسية للأسنان والرباط اللثوي (PDL) وتحليلها باستخدام برامج متقدمة. تضمن النموذج خصائص مادية محددة وظروف حدودية لمحاكاة التفاعلات المعقدة بين الأسنان والهياكل المحيطة. استخدمت الدراسة طريقة تكرارية لتقييم إزاحة الأسنان تحت ظروف تحميل مختلفة، كاشفة أن ميول إزاحة الأسنان تطورت مع مرور الوقت، متأثرة بإعادة تشكيل العظم السنخي والتفاعلات الديناميكية بين الأسنان المجاورة.
أشارت النتائج إلى أن إخراج القواطع المركزية زاد مع كل تكرار، مع أكبر إخراج لوحظ في مجموعة انغماس الأسنان الأمامية (G2). من الجدير بالذكر أن القواطع الجانبية أظهرت في البداية انغماسًا قبل الانتقال إلى الإخراج، مما يبرز الاستجابات البيوميكانيكية المعقدة للقوى المطبقة. كما درست الدراسة ميول الدوران لمستويات الإطباق الأمامية والخلفية، ووجدت أن أنماط العلاج الزائد المختلفة أثناء تراجع الأسنان الأمامية أثرت بشكل كبير على هذه الدورانات. تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن أن يساعد الانغماس المنضبط في تخفيف ميول الإخراج غير المرغوب فيه، إلا أن تحقيق التحكم العمودي الأمثل لا يزال يمثل تحديًا. يدعو المؤلفون إلى استراتيجيات علاج مصممة خصيصًا، قد تتضمن أجهزة مساعدة، لتعزيز فعالية CAs في التطبيقات التقويمية.
القيود
تسلط قيود هذه الدراسة الضوء على عدة عوامل حاسمة قد تؤثر على النتائج. أولاً، لا يرتبط عدد التكرارات في تحليل العناصر المحدودة (FEA) بشكل مباشر مع وقت الاستخدام السريري، مما قد يؤثر على دقة النتائج. بالإضافة إلى ذلك، حافظت الدراسة على الحالة الأولية الثابتة لمواد الأجهزة الخزفية (CA)، متجاهلة آثار استرخاء الإجهاد وشيخوخة المواد بسبب اللعاب والقوى الإطباقية. علاوة على ذلك، كانت التحقيقات محدودة بتأثيرات العلاج الزائد في أنماط انغماس الأسنان الأمامية المختلفة، دون النظر في تأثير عزم الأسنان الأمامية أو استخدام الأجهزة المساعدة. تشير هذه العوامل إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لفهم أدوارها بشكل شامل.
علاوة على ذلك، قد تؤثر الامتثال الفردي للمرضى والاستجابات البيولوجية للقوى التقويمية بشكل كبير على نتائج العلاج، مما يبرز ضرورة إجراء دراسات سريرية للتحقق من النتائج المقدمة. على الرغم من هذه القيود، تستنتج الدراسة أنه في سياق الأجهزة الخزفية (CAT)، قد تتطور ميول إزاحة الأسنان مع زيادة وقت الاستخدام. على وجه الخصوص، أثناء تراجع الأسنان الأمامية، يتحكم نمط الانغماس بشكل فعال في الوضع العمودي للقواطع الجانبية مع تأثير ضئيل على القواطع المركزية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد هذا النمط من الانغماس في تخفيف ميل الأنياب والثنايا الثانية، مما يوفر تخفيفًا جزئيًا من تأثير الأفعوانية الملحوظ في علاج تقويم الأسنان.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1388876
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38903188
Publication Date: 2024-06-06
Author(s): Yiyan Zhang et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
This study investigates the biomechanical effects of overtreatment strategies in clear aligner treatment (CAT) for extraction cases, focusing on different patterns of maxillary anterior teeth intrusion during retraction. The research highlights that current treatment designs are largely based on orthodontists’ clinical experience rather than solid biomechanical evidence. A finite element model was developed to simulate the orthodontic tooth movement under the mechanical load of clear aligners, with three groups analyzed: a control group (G0), an incisors intrusion group (G1), and an anterior teeth intrusion group (G2).
Results indicated that in the control group (G0), CAT led to undesirable movements such as lingual tipping and extrusion of incisors, while G1 demonstrated minimal extrusion of incisors but increased extrusion and distal tipping of canines. G2 exhibited the least rotation of the posterior occlusal plane angle and reduced inclination of canines and second premolars. The findings suggest that the tendency of tooth displacement during CAT may vary with wear time, and that implementing an incisor intrusion pattern during anterior retraction can effectively enhance vertical control of the lateral teeth.
Introduction
The introduction highlights the growing popularity of clear aligner treatment (CAT) among orthodontists and patients due to its aesthetic appeal, comfort, and convenience. Initially effective for mild to moderate malocclusions, CAT is now being applied to more complex cases, including presurgical orthodontics and extraction scenarios. However, recent studies indicate inconsistencies in the efficacy of CAT for various tooth movements, with unexpected movements occurring during treatment. Notably, while clear aligners show promise in achieving transversal arch expansion, discrepancies between predicted and actual tooth movements have been reported, particularly in extraction cases where the predictability of tooth movement is limited due to the “roller-coaster effect.”
To mitigate these adverse effects, orthodontists often employ overtreatment strategies, such as anterior teeth intrusion and crown-labial torque, based on clinical experience rather than robust biomechanical evidence. The introduction emphasizes the need for high-quality clinical studies to evaluate the effectiveness of these overtreatment patterns in CAT. Furthermore, it discusses the application of finite element analysis (FEA) in orthodontic research, noting its potential to enhance understanding of the biomechanical implications of overtreatment during anterior tooth retraction. The study aims to construct a finite element model to investigate the biomechanical effects of various overtreatment strategies, employing an innovative loading method to simulate the complex dynamics of tooth movement in CAT.
Methods
In this section, the authors discuss the methods employed in the finite element analysis (FEA) of clear aligners (CAs) within orthodontics, emphasizing the significance of geometric model quality, material parameter accuracy, and loading modes on result reliability. CAs, which are thermoformed removable appliances made from polymetric sheets, typically have an average thickness of approximately 0.5 mm, as established by Zhu et al. (2023). This study adopts a standardized CA model with this thickness to ensure consistency in analysis.
The authors review various loading methods previously utilized for CAs, including stress redistribution, interference fit, thermal contraction, displacement load, and birth-death elements, noting their effectiveness as reported in the literature. Building on Jiang et al. (2020), the study introduces an optimized loading method based on the initial state field, which more accurately simulates the application of CAs to dentition. This new approach demonstrates improved convergence and accuracy in the iterative simulation of orthodontic tooth movement (OTM) in clear aligner therapy (CAT), revealing that the forces exerted on teeth by CAs are influenced by tooth displacement.
Results
In this study, the analysis focused on the symmetrical maxillary dentition, utilizing the right maxillary dentition for evaluation. The results indicate distinct displacement tendencies among the teeth and dentition across three groups, as illustrated in Figures 4 and 5. Furthermore, the data reveal variability in the vertical and sagittal displacement of individual teeth with each iteration, detailed in Figures 6 and 7. These findings underscore the complexity of dental displacement patterns within the studied populations.
Discussion
In this study, a finite element model was constructed to analyze the biomechanical effects of clear aligners (CAs) on tooth displacement during orthodontic treatment. Utilizing cone beam computed tomography (CBCT) data from a healthy adult volunteer, geometric models of the teeth and periodontal ligament (PDL) were created and analyzed using advanced software. The model incorporated specific material properties and boundary conditions to simulate the complex interactions between the teeth and the surrounding structures. The study employed an iterative method to assess tooth displacement under various loading conditions, revealing that the displacement tendencies of teeth evolved over time, influenced by the remodeling of the alveolar bone and the dynamic interactions among adjacent teeth.
The findings indicated that the extrusion of central incisors increased with each iteration, with the greatest extrusion observed in the anterior teeth intrusion group (G2). Notably, the lateral incisors initially exhibited intrusion before transitioning to extrusion, highlighting the intricate biomechanical responses to the applied forces. The study also examined the rotational tendencies of the anterior and posterior occlusal planes, finding that different overtreatment patterns during anterior tooth retraction significantly affected these rotations. The results suggest that while controlled intrusion can mitigate undesirable extrusion tendencies, achieving optimal vertical control remains challenging. The authors advocate for tailored treatment strategies, potentially incorporating auxiliary devices, to enhance the effectiveness of CAs in orthodontic applications.
Limitations
The limitations of this study highlight several critical factors that may influence the findings. Primarily, the number of iterations in the finite element analysis (FEA) does not directly correlate with clinical wear time, which may affect the accuracy of the results. Additionally, the study maintained the constant initial condition of the ceramic appliance (CA) materials, neglecting the effects of stress relaxation and material aging due to saliva and occlusal forces. Furthermore, the investigation was limited to the biomechanical effects of overcorrection in various anterior teeth intrusion patterns, without considering the impact of anterior tooth torque or the use of auxiliary devices. These factors suggest a need for further research to comprehensively understand their roles.
Moreover, individual patient compliance and biological responses to orthodontic forces could significantly influence treatment outcomes, underscoring the necessity for clinical studies to validate the findings presented. Despite these limitations, the study concludes that in the context of ceramic appliances (CAT), tooth displacement tendencies may evolve with extended wear time. Specifically, during anterior teeth retraction, the intrusion pattern effectively controls the vertical positioning of lateral incisors while minimally affecting central incisors. Additionally, this intrusion pattern can mitigate the inclination of canines and second premolars, offering partial relief from the roller-coaster effect observed in orthodontic treatment.