DOI: https://doi.org/10.4041/kjod24.201
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40114324
تاريخ النشر: 2025-03-21
المؤلف: Nicolas Nassar وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة فعالية الزرعات الصغيرة تحت الوجنية (زرعات IZ الصغيرة) في تسهيل إبعاد الأسنان العلوية بشكل جماعي عند استخدامها مع الأقواس الشفافة. باستخدام تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد، قام الباحثون بتقييم تأثير أطوال أذرع تطبيق القوة المختلفة (0 مم، 4 مم، و8 مم) على إزاحة الأسنان العلوية. أظهرت النتائج أن جميع أطوال الأذرع أدت إلى انغماس القواطع، مع أنماط إزاحة ساجيتالية مشابهة وإمالة تاجية شفهية. ومن الجدير بالذكر أن الكلاب فقط حققت إبعاداً لكل من التاج والجذر، بينما أظهرت الأسنان الخلفية إبعاداً، حيث حدثت أكبر حركة عند طول الذراع 0 مم، والذي أظهر أيضاً إمالة طفيفة وانخفاض في الإزاحة الرأسية مقارنةً بأطوال الأذرع الأطول.
تخلص الدراسة إلى أن زرعات IZ الصغيرة يمكن أن تدعم بشكل فعال إبعاد الأسنان العلوية بالتزامن مع الأقواس الشفافة، خاصة عند طول ذراع تطبيق القوة 0 مم. تسلط النتائج الضوء على الإمكانية للحركة المستهدفة للأسنان في استراتيجيات العلاج التقويمي، خاصة في الحالات غير المستخرجة. ومع ذلك، يؤكد المؤلفون على ضرورة إجراء تجارب سريرية للتحقق من هذه النتائج وضمان تطبيقها العملي في ممارسة تقويم الأسنان.
مقدمة
أدى إدخال الأقواس الشفافة من قبل شركة Align Technology في عام 1997 إلى تحول كبير في تقويم الأسنان، مفضلاً الجاذبية الجمالية وتفضيل المرضى، خاصة بين البالغين. في البداية كانت محدودة بالحالات غير المعقدة، تطورت معالجة الأقواس الشفافة (CAT) لتتناول سوء الإطباق الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي مرونة الأقواس إلى حركات غير مقصودة للأسنان، مما يستلزم استخدام قوى بين الفكين أو أجهزة مساعدة مثل الزرعات الصغيرة لتعزيز التثبيت الهيكلي، خاصة لإبعاد الأسنان الأمامية بشكل جماعي. تم تحديد قمة تحت الوجنية (IZ) للفك العلوي كموقع مثالي لوضع الزرعات الصغيرة بسبب كثافتها العالية من العظام، مما يوفر الاستقرار والتثبيت الفعال أثناء العلاج.
تدعم الأدبيات الحالية استخدام الزرعات الصغيرة القصيرة (2.0 مم × 12.0 مم) مع زوايا إدخال موصى بها تتراوح بين 50 إلى 60 درجة لتحقيق الاستقرار الأمثل. بينما استكشفت بعض الدراسات الآثار البيوميكانيكية للزرعات الصغيرة بالتزامن مع الأقواس، تظل الأبحاث حول فعاليتها ضمن CAT محدودة. من الجدير بالذكر أن نموذج العناصر المحدودة (FE) يعد أداة قيمة للتنبؤ بنتائج العلاج وتحليل توزيع الإجهاد في العلاجات التقويمية. ومع ذلك، لم تحقق أي دراسات FE بشكل محدد في استخدام زرعات IZ الصغيرة لإبعاد الأسنان العلوية بشكل جماعي مع الأقواس الشفافة. تهدف هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقييم الآثار البيوميكانيكية لزرعات IZ الصغيرة في سياق CAT، وبالتالي المساهمة في فهم أنماط الإزاحة وأنظمة القوة المعنية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تطوير نماذج العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد (FE) للأسنان العلوية باستخدام SolidWorks 2019، وفقًا لمنهجية جيرامي وإبراهيمي. شملت النماذج الفك العلوي، الأسنان العلوية، الرباط اللثوي (PDL)، العظام الإسفنجية والقشرية، وقوس شفاف، مع خصائص المواد المستمدة من الأدبيات الموجودة. تم وضع زرعة صغيرة في المنطقة بين المناطق (IZ)، وتنوعت النماذج حسب ارتفاع ذراع الرافعة المستخدمة لتطبيق القوة، تحديدًا عند نقطة التقاء المينا والعاج (0 مم)، 4 مم، و8 مم فوقها. تم تطبيق قوة إبعاد قدرها 2.8 نيوتن لمحاكاة إبعاد الأسنان العلوية، وتم تحليل النماذج لاحقًا باستخدام ANSYS Workbench V15.0.
تم التعامل مع الخصائص الميكانيكية للمواد على أنها متساوية، متجانسة، ومرنة خطيًا، وتم تقسيم النماذج إلى حوالي 190,000 عقدة و90,000 عنصر. تم إجراء تحليل ثابت لتقييم حركات الأسنان ثلاثية الأبعاد عبر المستويات الرأسية والأفقية والساجيتالية. تم قياس الإزاحات عند معالم تشريحية محددة، بما في ذلك حواف القواطع، رؤوس الكلاب والأضراس، والأخاديد المركزية للضواحك. كانت هذه المقاربة الشاملة للنمذجة تهدف إلى تقييم فعالية نظام الأقواس الشفافة في تسهيل حركات الأسنان العلوية أثناء العلاج التقويمي.
النتائج
تُعرض نتائج تحليل الإزاحة ثلاثي الأبعاد (FE) للأسنان العلوية عبر ثلاثة مستويات متميزة: الرأسية، الأفقية، والساجيتالية. تم توضيح النتائج في الأشكال 2 و3 للمستوى الرأسي، والأشكال 4 و5 للمستوى الأفقي، والأشكال 6 و7 للمستوى الساجيتالي. توفر هذه التحليل الشامل رؤى حول أنماط الإزاحة للأسنان العلوية تحت الظروف المحددة، مما يساهم في فهم أفضل لسلوكها البيوميكانيكي.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الإزاحات الرأسية والأفقية والساجيتالية للأسنان العلوية أثناء الإبعاد الجماعي باستخدام الأقواس الشفافة وزرعات صغيرة بين المناطق (IZ) عبر ثلاثة نماذج مع أطوال أذرع تطبيق القوة المختلفة (0 مم، 4 مم، و8 مم). أظهرت النتائج أن القواطع أظهرت باستمرار انغماسًا عبر جميع النماذج، بينما عانت الأسنان الخلفية بشكل عام من الإخراج، حيث أظهر الضرس الثاني سلوكًا متنوعًا اعتمادًا على طول الذراع. ومن الجدير بالذكر أن الكلب أظهر نمطًا فريدًا، حيث انغمس عند أطوال الأذرع القصيرة وأخرج عند أطول طول ذراع، مما يشير إلى أن وضع الزرعة الصغيرة بالنسبة لنقطة تطبيق القوة يؤثر بشكل كبير على حركة الأسنان.
كشفت أنماط الإزاحة الأفقية أن جميع الأسنان الخلفية انكمشت في المنطقة الإطباقية، مع أكبر انكماش لوحظ عند طول الذراع 8 مم. كما أبرزت الدراسة أن حجم الإبعاد كان الأكثر وضوحًا عند طول الذراع 0 مم، والذي يتميز بإمالة طفيفة وانخفاض في الحركة الرأسية. أظهرت الإزاحة الساجيتالية أنه بينما اتبعت جميع الأسنان العلوية أنماطًا مشابهة، إلا أن الكلب فقط أظهر إبعادًا متزامنًا لكل من التاج والجذر. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات زرعات IZ الصغيرة بالتزامن مع الأقواس الشفافة لتحقيق إبعاد فعال للأسنان العلوية، على الرغم من أن التحقق السريري الإضافي ضروري لتأكيد هذه النتائج في الممارسة العملية.
القيود
تسلط قيود تحليل العناصر المحدودة (FE) في تقويم الأسنان الضوء على الحاجة إلى تفسير حذر لنتائج الدراسة. بينما تعتبر نماذج FE أداة مهمة في التنبؤ بالسلوك البيوميكانيكي للأجهزة التقويمية، فإنها تبسط بطبيعتها الهياكل والأنسجة المعقدة في جسم الإنسان، مما قد يتجاهل عوامل حاسمة متعلقة بالعلاج التقويمي. علاوة على ذلك، تفترض هذه النماذج عمومًا ظروف تحميل ثابتة، والتي قد لا تمثل بدقة القوى الديناميكية التي تحدث أثناء العلاج التقويمي.
نظرًا لأن الدراسة الحالية استخدمت نهج التحليل الثابت، يُوصى بأن تستكشف الأبحاث المستقبلية الإزاحة على المدى الطويل للحصول على فهم أكثر شمولاً لبيوميكانيكا تقويم الأسنان. تعتبر هذه الاعتبارات ضرورية لتعزيز قابلية تطبيق ودقة نماذج FE في البيئات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.4041/kjod24.201
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40114324
Publication Date: 2025-03-21
Author(s): Nicolas Nassar et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
This study investigates the efficacy of infrazygomatic mini-implants (IZ mini-implants) in facilitating en masse maxillary dentition distalization when used with clear aligners. Utilizing a three-dimensional finite element analysis, the researchers assessed the impact of varying force-application arm lengths (0 mm, 4 mm, and 8 mm) on the displacement of maxillary teeth. The results indicated that all arm lengths resulted in intrusion of the incisors, with similar sagittal displacement patterns and labial crown tipping. Notably, only the canines achieved distalization of both the crown and root, while the posterior teeth exhibited distalization, with the most significant movement occurring at the 0-mm arm length, which also demonstrated minimal tipping and reduced vertical displacement compared to longer arm lengths.
The study concludes that IZ mini-implants can effectively support maxillary dentition distalization in conjunction with clear aligners, particularly at a 0-mm force application arm length. The findings highlight the potential for targeted tooth movement in orthodontic treatment strategies, especially in non-extraction cases. However, the authors emphasize the necessity for clinical trials to validate these results and ensure their practical application in orthodontic practice.
Introduction
The introduction of clear aligners by Align Technology in 1997 marked a significant shift in orthodontics, favoring aesthetic appeal and patient preference, particularly among adults. Initially limited to uncomplicated cases, clear aligner therapy (CAT) has evolved to address more complex malocclusions. However, the flexibility of aligners can lead to unintended tooth movements, necessitating the use of intermaxillary forces or auxiliary devices like mini-implants to enhance skeletal anchorage, especially for en masse distalization of anterior teeth. The infrazygomatic (IZ) crest of the maxilla is identified as an optimal site for mini-implant placement due to its high bone density, which provides stability and effective anchorage during treatment.
Current literature supports the use of short mini-implants (2.0 mm × 12.0 mm) with recommended insertion angles of 50 to 60 degrees for optimal stability. While some studies have explored the biomechanical implications of mini-implants in conjunction with braces, research on their efficacy within CAT remains limited. Notably, a finite element (FE) model serves as a valuable tool for predicting treatment outcomes and analyzing stress distribution in orthodontic treatments. However, no FE studies have specifically investigated the use of IZ mini-implants for en masse maxillary dentition distalization with clear aligners. This study aims to fill this gap by evaluating the biomechanical effects of IZ mini-implants in the context of CAT, thereby contributing to the understanding of displacement patterns and force systems involved.
Methods
In this study, three-dimensional finite element (FE) models of the maxillary dentition were developed using SolidWorks 2019, following the methodology of Geramy and Ebrahimi. The models included the maxilla, maxillary teeth, periodontal ligament (PDL), spongy and cortical bone, and a clear aligner, with material properties sourced from existing literature. A mini-implant was positioned in the interzonal (IZ) area, and the models varied by the height of the lever arm used for force application, specifically at the cemento-enamel junction (0 mm), 4 mm, and 8 mm above it. A distalizing force of 2.8 N was applied to simulate maxillary dentition distalization, with the models subsequently analyzed using ANSYS Workbench V15.0.
The mechanical properties of the materials were treated as isotropic, homogeneous, and linearly elastic, and the models underwent meshing into approximately 190,000 nodes and 90,000 elements. A static analysis was performed to assess three-dimensional tooth movements across vertical, horizontal, and sagittal planes. Displacements were measured at specific anatomical landmarks, including the incisal edges of incisors, cusp tips of canines and molars, and the central grooves of premolars. This comprehensive modeling approach aimed to evaluate the efficacy of the clear aligner system in facilitating maxillary tooth movements during orthodontic treatment.
Results
The results of the three-dimensional finite element (FE) displacement analysis for the maxillary teeth are presented across three distinct planes: vertical, horizontal, and sagittal. The findings are illustrated in Figures 2 and 3 for the vertical plane, Figures 4 and 5 for the horizontal plane, and Figures 6 and 7 for the sagittal plane. This comprehensive analysis provides insights into the displacement patterns of the maxillary teeth under the specified conditions, contributing to a better understanding of their biomechanical behavior.
Discussion
In this study, the vertical, horizontal, and sagittal displacements of maxillary teeth during en masse distalization using clear aligners and inter-zonal (IZ) mini-implants were evaluated across three models with varying force application arm lengths (0 mm, 4 mm, and 8 mm). The results indicated that incisors consistently exhibited intrusion across all models, while posterior teeth generally experienced extrusion, with the second molar showing varying behavior depending on the arm length. Notably, the canine displayed a unique pattern, intruding at shorter arm lengths and extruding at the longest arm length, suggesting that the positioning of the mini-implant relative to the force application point significantly influences tooth movement.
Horizontal displacement patterns revealed that all posterior teeth contracted in the occlusal area, with the greatest contraction observed at the 8 mm arm length. The study also highlighted that the magnitude of distalization was most pronounced at the 0 mm arm length, characterized by minimal tipping and reduced vertical movement. Sagittal displacement showed that while all maxillary teeth followed similar patterns, only the canine exhibited simultaneous distalization of both crown and root. These findings underscore the potential of IZ mini-implants in conjunction with clear aligners for effective maxillary distalization, although further clinical validation is necessary to confirm these results in practice.
Limitations
The limitations of finite element (FE) analysis in orthodontics highlight the need for cautious interpretation of study outcomes. While FE models are instrumental in predicting the biomechanical behavior of orthodontic appliances, they inherently simplify the complex structures and tissues of the human body, potentially overlooking critical factors involved in orthodontic treatment. Furthermore, these models generally assume static loading conditions, which may not accurately represent the dynamic forces that occur during orthodontic therapy.
As the current study utilized a static analysis approach, it is recommended that future research investigate long-term displacement to gain a more comprehensive understanding of orthodontic biomechanics. This consideration is crucial for enhancing the applicability and accuracy of FE models in clinical settings.