DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05966-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40405193
تاريخ النشر: 2025-05-22
المؤلف: Enas Senan Alyafrusee وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة توزيع الإجهاد في الهياكل السنية الفكية لسن القاطع العلوي المركزي المائل والمشوه أثناء الشد التقويمي، باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتقييم تأثيرات مواضع أزرار الشد المختلفة. تم تطوير أربعة نماذج ثلاثية الأبعاد من العناصر المحدودة لمحاكاة الفك العلوي لمريضة تبلغ من العمر 9 سنوات، مع تغيير موضع زر الشد عبر الأسطح القاطعة والحنكية. تم تطبيق قوة شد إجمالية قدرها 100 جرام، وتم تحليل التغيرات الناتجة في الأسنان، والإجهادات البيوميكانيكية عند قمة الجذر، وإجهاد فون ميسيس في العظم السنخي، والإجهاد الهيدروستاتيكي في الرباط اللثوي (PDL).
أشارت النتائج إلى أن موضع زر الشد أثر بشكل كبير على حركة الأسنان وتوزيع الإجهاد. أظهر النموذج B، مع وضع الزر في الثلث القاطع من السطح الحنكي، أكبر إزاحة لبيوباليتال والعمودية، بالإضافة إلى أعلى تركيزات للإجهاد في جذر السن المائل والعظم السنخي. على العكس، أظهر النموذج D، مع وضع الزر في الثلث العنقي من السطح الحنكي، أدنى مستويات للإجهاد، مما يشير إلى نهج مفيد للحفاظ على السلامة الهيكلية، خاصة في المرضى الذين يعانون من ضعف لثوي. تؤكد النتائج على الحاجة إلى نهج متوازن في الشد التقويمي، حيث يتم weighing حركة الأسنان الفعالة مقابل مخاطر المضاعفات المرتبطة بالإجهاد، مع توفير النموذج C تسوية معتدلة بين هذه العوامل.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية القواطع العلوية في الجماليات الوجهية ودورها في الأنشطة الوظيفية مثل العض والمضغ والكلام. يمكن أن تؤدي القواطع المفقودة إلى مضاعفات مختلفة، بما في ذلك عدم المحاذاة والمخاوف الجمالية. يحدث فشل البزوغ، خاصة للقاطع العلوي، خلال مرحلة الأسنان المختلطة (من 7 إلى 9 سنوات) ويتميز بحدوث منخفض يتراوح بين 0.06-0.20%. تشمل أسباب هذا الفشل انسدادات مرضية، تشوهات الأسنان، وإصابات، حيث تقدم القواطع المائلة تحديات فريدة بسبب وضعها المعقد ومعدلات النجاح المنخفضة للتصحيح.
تستخدم الدراسة تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد (3D FEA) للتحقيق في التأثيرات البيوميكانيكية لمواضع أزرار الشد المختلفة على القواطع العلوية المركزية المائلة والمشوهة. من خلال تحليل معايير مثل إزاحة الأسنان، وإجهاد الجذر، وإجهاد العظم السنخي، تهدف الأبحاث إلى وضع استراتيجيات شد مثلى تعزز حركة الأسنان مع تقليل المخاطر على الهياكل المحيطة. تمثل هذه العمل تحليلًا بيوميكانيكيًا جديدًا في سياق العلاج التقويمي، مما يوفر رؤى قيمة للتطبيقات السريرية. حصلت الدراسة على موافقة أخلاقية وتلتزم بمبادئ البحث المعتمدة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على الفروق أو التأكيدات المهمة.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس محددة، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، أو قيم p، لدعم مطالباتهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي اتجاهات أو أنماط ملحوظة في البيانات، مما يوفر رؤى حول تداعيات النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم أهداف البحث والاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل بيوميكانيكي شامل على القواطع العلوية المركزية المائلة والمشوهة باستخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد (FEA) لتقييم تأثيرات مواضع أزرار الشد المختلفة أثناء الشد التقويمي. تم تطوير النماذج ثلاثية الأبعاد من مسح التصوير المقطعي بالكمبيوتر (CBCT) وتم تحسينها لمحاكاة الرباط اللثوي (PDL)، والعظم السنخي، وهياكل الأسنان بدقة. أشارت النتائج إلى أن موضع زر الشد أثر بشكل كبير على إزاحة الأسنان وتوزيع الإجهاد في كل من الأسنان والهياكل السنخية المحيطة. على سبيل المثال، أظهرت النماذج التي تم وضع زر الشد فيها على الثلث القاطع من السطح الحنكي أعلى إزاحات عمودية وبيوباليتال، بينما أدى وضع الثلث العنقي إلى أقل حركة، مما يبرز الدور الحاسم لوضع الزر في تحقيق النتائج التقويمية المرغوبة.
كما كشفت الدراسة أن تركيزات الإجهاد كانت تقع بشكل أساسي في المنطقة العنقية من السن المائل، مع أعلى إجهاد جذر لوحظ في النموذج الذي يحتوي على زر الشد على الثلث القاطع من السطح الحنكي. على العكس، أدى وضع الثلث العنقي إلى تقليل تركيزات الإجهاد، مما يشير إلى توزيع أكثر ملاءمة للتطبيقات التقويمية. تتماشى هذه النتائج مع الأبحاث السابقة التي تؤكد أهمية تحسين تطبيق القوة ووضع الزر لتخفيف المخاطر مثل امتصاص الجذر وفقدان العظم السنخي. بشكل عام، تؤكد الدراسة على ضرورة الإدارة الدقيقة لقوى الشد واستراتيجيات العلاج الفردية لتعزيز فعالية التدخلات التقويمية مع الحفاظ على صحة اللثة.
القيود
تقدم الدراسة حول البيوميكانيكا للشد التقويمي للقواطع العلوية المركزية المائلة والمشوهة عدة قيود يجب الاعتراف بها. أولاً، تم تبسيط خصائص المواد المستخدمة في النموذج الحسابي لتسهيل الأمر؛ على وجه الخصوص، تم نمذجة الرباط اللثوي (PDL) كمادة مرنة خطية موحدة، متجاهلة سلوكها الفعلي غير الخطي واللزوجة المتغيرة. قد تؤثر هذه التبسيطات على توزيع الإجهاد في الرباط اللثوي والهياكل المحيطة، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تستخدم نماذج مواد أكثر دقة فسيولوجيًا لتعكس بشكل أفضل استجابة الأنسجة اللثوية للقوى التقويمية.
بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة تحليل العناصر المحدودة الثابت (FEA)، الذي لم يأخذ في الاعتبار ظروف التحميل الديناميكية مثل القوى التقويمية الدورية والأحمال المضغية التي تحدث في البيئات السريرية. كانت غياب إعادة تشكيل البيولوجية مع مرور الوقت قيدًا آخر، حيث تؤدي القوى التقويمية إلى تغييرات تدريجية في العظام وهياكل الرباط اللثوي التي لم يتم التقاطها في المحاكاة. يحد الاعتماد على نموذج واحد محدد للمريض من تعميم النتائج، حيث يمكن أن تؤثر الاختلافات التشريحية بين المرضى بشكل كبير على الاستجابات الميكانيكية. يجب أن تتضمن الدراسات المستقبلية نماذج متعددة المرضى وسيناريوهات تحميل ديناميكية لتعزيز قابلية التطبيق ودقة تحليلات البيوميكانيكا التقويمية. على الرغم من هذه القيود، تعتبر الدراسة تحليلًا أساسيًا لتحسين استراتيجيات العلاج للقواطع العلوية المركزية المائلة والمشوهة باستخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05966-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40405193
Publication Date: 2025-05-22
Author(s): Enas Senan Alyafrusee et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the stress distribution in the dentoalveolar structures of a labially impacted dilacerated maxillary central incisor during orthodontic traction, utilizing finite element analysis (FEA) to evaluate the effects of different traction button placements. Four three-dimensional finite element models were developed to simulate the maxilla of a 9-year-old female patient, varying the traction button’s position across the incisal and palatal surfaces. A total traction force of 100 g was applied, and the resulting tooth displacements, biomechanical stresses at the root apex, von Mises stress in the alveolar bone, and hydrostatic stress in the periodontal ligament (PDL) were analyzed.
The results indicated that the position of the traction button significantly influenced tooth movement and stress distribution. Model B, with the button placed at the incisal third of the palatal surface, exhibited the greatest labiopalatal and vertical displacement, along with the highest stress concentrations in the impacted tooth’s root and the alveolar bone. Conversely, Model D, with the button positioned at the cervical third of the palatal surface, demonstrated the lowest stress levels, suggesting a beneficial approach for preserving structural integrity, especially in patients with periodontal vulnerabilities. The findings emphasize the need for a balanced approach in orthodontic traction, where effective tooth movement is weighed against the risks of stress-related complications, with Model C providing a moderate compromise between these factors.
Introduction
The introduction highlights the significance of maxillary incisors in facial aesthetics and their role in functional activities such as biting, chewing, and speech. Missing incisors can lead to various complications, including misalignment and aesthetic concerns. Eruption failure, particularly of the maxillary incisor, occurs during the mixed dentition stage (ages 7-9) and is characterized by a low incidence of 0.06-0.20%. Causes of this failure include pathological obstructions, tooth malformations, and trauma, with labially impacted incisors presenting unique challenges due to their complex positioning and low success rates for correction.
The study employs three-dimensional finite element analysis (3D FEA) to investigate the biomechanical effects of different traction button positions on labially impacted dilacerated maxillary central incisors. By analyzing parameters such as tooth displacement, root stress, and alveolar bone stress, the research aims to establish optimal traction strategies that enhance tooth movement while minimizing risks to surrounding structures. This work represents a novel biomechanical analysis in the context of orthodontic treatment, providing valuable insights for clinical applications. The study has received ethical approval and adheres to established research principles.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables to illustrate the outcomes. The results are often compared against the hypotheses or previous studies to highlight significant differences or confirmations.
In this section, the authors may report specific metrics, such as means, standard deviations, or p-values, to substantiate their claims. Additionally, any observed trends or patterns in the data are discussed, providing insights into the implications of the findings. Overall, this section serves to convey the empirical evidence that supports the research objectives and conclusions drawn in the study.
Discussion
In this study, a comprehensive biomechanical analysis was conducted on labially impacted dilacerated maxillary central incisors using three-dimensional finite element analysis (FEA) to evaluate the effects of different traction button placements during orthodontic traction. The 3D models were developed from cone beam computed tomography (CBCT) scans and refined to simulate the periodontal ligament (PDL), alveolar bone, and tooth structures accurately. The results indicated that the positioning of the traction button significantly influenced tooth displacement and stress distribution in both the tooth and surrounding alveolar structures. For instance, models with the traction button placed on the incisal third of the palatal surface exhibited the highest vertical and labiopalatal displacements, while the cervical third positioning resulted in the least movement, highlighting the critical role of button placement in achieving desired orthodontic outcomes.
The study also revealed that stress concentrations were primarily located in the cervical region of the impacted tooth, with the highest root stress observed in the model with the traction button on the incisal third of the palatal surface. Conversely, the cervical third positioning minimized stress concentrations, suggesting a more favorable distribution for orthodontic applications. These findings align with previous research emphasizing the importance of optimizing force application and button placement to mitigate risks such as root resorption and alveolar bone loss. Overall, the study underscores the necessity for careful management of traction forces and individualized treatment strategies to enhance the effectiveness of orthodontic interventions while preserving periodontal health.
Limitations
The study on the biomechanics of orthodontic traction for labially impacted dilacerated maxillary central incisors presents several limitations that must be acknowledged. Firstly, the material properties used in the computational model were simplified for feasibility; specifically, the periodontal ligament (PDL) was modeled as a uniform linear elastic material, neglecting its actual nonlinear viscoelastic behavior and variable thickness. This simplification could affect stress distribution in the PDL and surrounding structures, suggesting that future research should employ more physiologically accurate material models to better reflect the response of periodontal tissues to orthodontic forces.
Additionally, the study utilized a static finite element analysis (FEA), which did not account for dynamic loading conditions such as cyclic orthodontic forces and masticatory loads that occur in clinical settings. The absence of biological remodeling over time was another limitation, as orthodontic forces induce gradual changes in bone and PDL structures that were not captured in the simulation. The reliance on a single patient-specific model further limits the generalizability of the findings, as anatomical variations among patients can significantly influence mechanical responses. Future studies should incorporate multi-patient models and dynamic loading scenarios to enhance the applicability and accuracy of orthodontic biomechanics analyses. Despite these limitations, the study serves as a foundational analysis for optimizing treatment strategies for impacted dilacerated maxillary central incisors using 3D FEA.