DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-10035-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40617956
تاريخ النشر: 2025-07-05
المؤلف: Fırat Oğuz وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة فعالية ثلاثة أنظمة تثبيت هيكلي—مساعد برغي مصغر (MKS)، برغي قمة تحت الوجني (IZC)، وبرغي نتوء الفك العلوي (MT)—لإبعاد قوس الفك العلوي بالكامل باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA). تم تطوير نموذج ثلاثي الأبعاد شامل للجمجمة والفك العلوي، وتم اختبار تطبيقات القوة المختلفة عبر تسع سيناريوهات محاكاة. أشارت النتائج إلى أن مجموعة MKS حققت أكبر إزاحة لتاج الضرس في السيناريو الأول، بينما أسفر السيناريو الثالث عن حركة ملحوظة على مستوى الجذر. أظهرت مجموعة MT أكبر إزاحة لتاج القواطع في السيناريو التاسع، وأظهر السيناريو السادس لـ IZC أعلى حركة جذر. تشير النتائج إلى أن تطبيقات القوة القمية في مجموعتي MKS وIZC مفيدة في إدارة سوء الإطباق من الفئة الثانية القسم الثاني، بينما تعتبر سيناريوهات مستوى سلك القوس وMT أكثر ملاءمة لحالات الفئة الثانية القسم الأول.
في الختام، بينما أسفر السيناريو الأول لمجموعة MKS عن إبعاد ملحوظ للتاج، إلا أنه كان يعرض لخطر فقدان التثبيت بسبب ميل التاج. على العكس، قدم السيناريو الثالث إزاحة أكثر تحكمًا مع تحسين حركة الجذر، مما يشير إلى استقرار أفضل على المدى الطويل. وضعت تطبيقات القوة عند 3 مم و6 مم قميًا في مجموعتي MKS وIZC متجه القوة بالقرب من مركز المقاومة، وهو ما يعد ميزة لحركة جذر القواطع بشكل متحكم فيه في سوء الإطباق من الفئة الثانية القسم الثاني. تؤكد الدراسة على أهمية اختيار أنظمة التثبيت المناسبة ومتجهات القوة المصممة لتناسب اختلافات المرضى الفردية لتحسين نتائج العلاج وتعزيز الاستقرار في إبعاد قوس الفك العلوي.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تضمنت التصميم التجريبي ثلاث مجموعات متميزة، كل منها خضعت لسيناريوهات مختلفة لتقييم إزاحة الأسنان. تضمنت المجموعة 1، مجموعة جهاز MKS، ثلاثة سيناريوهات مع مواضع قمية مختلفة بالنسبة لمستوى شريط الضرس الأول: 0 مم، 3 مم، و6 مم. اختبرت المجموعة 2، مجموعة برغي IZC، أيضًا ثلاثة سيناريوهات عند 0 مم، 3 مم، و6 مم قميًا من مستوى سلك القوس. فحصت المجموعة 3، مجموعة برغي MT، ثلاثة سيناريوهات بناءً على مستويات الزر البوكالي والحنكي للكلب الفك العلوي، بما في ذلك المواضع عند مستوى الزر البوكالي، مستوى الزر الحنكي، وكلا المستويين.
لتقييم النتائج، تم تحليل إزاحات الأسنان بدقة عبر ثلاثة محاور: X، Y، وZ. كانت هذه المقاربة الشاملة تهدف إلى توضيح أنماط الحركة المرتبطة بكل سيناريو، مما يوفر رؤى قيمة حول فعالية تكوينات الأجهزة المختلفة. يتم تمثيل التحليل التفصيلي بصريًا في الشكل 5، الذي يدعم نتائج الدراسة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن توزيعات إجهاد فون ميسيس حول الزرع المصغر تظهر تركيزات إجهاد قصوى في منطقة “الرقبة” عبر جميع المجموعات التجريبية. على وجه التحديد، اختلفت أنماط الإجهاد داخل جذور الأسنان: في مجموعة ‘MKS’ (السيناريوهات 1-3)، وُجد أعلى إجهاد في الجذر الحنكي للضرس الأول؛ في مجموعة ‘IZC’ (السيناريوهات 4-6)، تم تحديد أقصى إجهاد في جذر القاطع الجانبي؛ وفي مجموعة ‘MT’ (السيناريوهات 7-9)، لوحظت أعلى مستويات الإجهاد في الكلب والأسنان المجاورة.
كشفت تحليلات الإزاحة عن اختلافات ملحوظة عبر المجموعات. بالنسبة لمجموعة ‘MKS’، حدثت أكبر إزاحات عند طرف التاج الحنكي للضرس الثاني (محور X)، طرف التاج الحنكي للضرس الأول (محور Y)، وطرف التاج البوكالي للضرس الثاني (محور Z). في مجموعة ‘IZC’، تم ملاحظة أقصى إزاحات عند القمة الحنكية للضرس الأول (محور X)، حافة القاطع الجانبي (محور Y)، وطرف التاج الحنكي للضرس الثاني (محور Z) في السيناريو الرابع، مع اختلافات في السيناريوهات اللاحقة. أظهرت مجموعة ‘MT’ أعلى إزاحات عند طرف التاج البوكالي للضرس الثاني (محور X) وطرف التاج للكلب (محور Z) في عدة سيناريوهات، مما يشير إلى أنماط إزاحة معقدة تأثرت بالظروف المحددة لكل مجموعة.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على الدور الحاسم لتطبيق القوة بدقة والتثبيت الاستراتيجي في فعالية إبعاد قوس الفك العلوي. استخدمت الدراسة تحليل العناصر المحدودة (FEA) لنمذجة أجهزة تقويم الأسنان المختلفة، بما في ذلك جهاز مساعد برغي مصغر (MKS)، برغي قمة تحت الوجني (IZC)، وبرغي نتوء الفك العلوي (MT)، كل منها يطبق قوة موحدة قدرها 400 جرام على مستويات عمودية مختلفة. كشفت النتائج أن التغيرات في تطبيق القوة أثرت بشكل كبير على أنماط حركة الأسنان، توزيعات الإجهاد، ونتائج العلاج بشكل عام. على وجه التحديد، أظهر جهاز MKS إبعادًا متفوقًا للتاج بسبب تثبيته الحنكي، بينما قدم برغي IZC وMT مزايا بيوميكانيكية مميزة، مثل تقليل ميل الجذر وزيادة الاستقرار.
كما أبرزت الدراسة أهمية موضع متجه القوة، مشيرة إلى أن القوى المطبقة بالقرب من مركز المقاومة أدت إلى حركات أسنان أكثر تحكمًا، خاصة في سوء الإطباق من الفئة الثانية القسم الثاني. على العكس، كانت السيناريوهات التي أدت إلى ميل أكبر للتاج الحنكي للقواطع بالنسبة لجذورها مفيدة في إدارة الميل المفرط للقواطع في سوء الإطباق من الفئة الثانية القسم الأول. على الرغم من قيود FEA في تكرار التعقيدات البيولوجية والتكيفات طويلة الأمد، تؤكد البحث على ضرورة اختيار أنظمة التثبيت المناسبة ومتجهات القوة المصممة لتناسب اختلافات المرضى الفردية، بهدف تحسين استراتيجيات العلاج التقويمي وتحسين النتائج السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-10035-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40617956
Publication Date: 2025-07-05
Author(s): Fırat Oğuz et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
This study investigates the effectiveness of three skeletal anchorage systems—Mini Screw-Assisted Keleş Slider (MKS), infrazygomatic crest (IZC) screw, and maxillary tuberosity (MT) screw—for total maxillary arch distalization using finite element analysis (FEA). A comprehensive 3D cranio-maxillary model was developed, and various force applications were tested across nine simulation scenarios. The results indicated that the MKS group achieved the greatest molar crown displacement in the first scenario, while the third scenario yielded significant root-level movement. The MT group showed the most palatal crown displacement of incisors in the ninth scenario, and the sixth IZC scenario demonstrated the highest root movement. The findings suggest that apical force applications in the MKS and IZC groups are beneficial for managing Class II Division 2 malocclusions, whereas archwire-level and MT scenarios are more suitable for Class II Division 1 cases.
In conclusion, while the first scenario of the MKS group resulted in notable crown distalization, it risked anchorage loss due to crown tipping. Conversely, the third scenario provided more controlled displacement with enhanced root movement, indicating better long-term stability. The application of forces at 3 mm and 6 mm apically in the MKS and IZC groups positioned the force vector closer to the center of resistance, which is advantageous for controlled incisor root movement in Class II Division 2 malocclusions. The study emphasizes the importance of selecting appropriate anchorage systems and force vectors tailored to individual patient discrepancies to optimize treatment outcomes and enhance stability in maxillary arch distalization.
Methods
In this study, the experimental design involved three distinct groups, each subjected to varying scenarios to assess tooth displacement. Group 1, the MKS Appliance Group, included three scenarios with different apical placements relative to the first molar band level: 0 mm, 3 mm, and 6 mm. Group 2, the IZC Screw Group, similarly tested three scenarios at 0 mm, 3 mm, and 6 mm apically from the archwire level. Group 3, the MT Screw Group, examined three scenarios based on the buccal and palatal button levels of the maxillary canine, including placements at the buccal button level, palatal button level, and both levels.
To evaluate the outcomes, tooth displacements were analyzed meticulously across three axes: X, Y, and Z. This comprehensive approach aimed to elucidate the movement patterns associated with each scenario, providing valuable insights into the effectiveness of the different appliance configurations. The detailed analysis is visually represented in Figure 5, which supports the findings of the study.
Results
The results of the study indicate that Von Mises stress distributions around mini-implants show peak stress concentrations at the “neck” region across all experimental groups. Specifically, stress patterns within tooth roots varied: in the ‘MKS group’ (scenarios 1-3), the highest stress was found at the palatal root of the first molar; in the ‘IZC group’ (scenarios 4-6), maximum stress was localized at the lateral incisor root; and in the ‘MT group’ (scenarios 7-9), the greatest stress levels were observed in the canine and adjacent teeth.
Displacement analyses revealed notable variations across the groups. For the ‘MKS group’, the most significant displacements occurred at the distopalatal cusp tip of the second molar (X-axis), the mesiopalatal cusp tip of the first molar (Y-axis), and the distobuccal cusp tip of the second molar (Z-axis). In the ‘IZC group’, maximum displacements were noted at the palatal apex of the first premolar (X-axis), the incisal edge of the lateral incisor (Y-axis), and the distopalatal cusp tip of the second molar (Z-axis) in the 4th scenario, with variations in subsequent scenarios. The ‘MT group’ exhibited the highest displacements at the buccal cusp tip of the second premolar (X-axis) and the canine cusp tip (Z-axis) in several scenarios, indicating complex displacement patterns influenced by the specific conditions of each group.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the critical role of precise force application and strategic anchorage in the effectiveness of maxillary arch distalization. The study utilized finite element analysis (FEA) to model various orthodontic appliances, including the Mini Screw-Assisted Keleş slider (MKS), Infra-Zygomatic Crest (IZC) screw, and Maxillary Tuberosity (MT) screw, each applying a standardized force of 400 g at different vertical levels. The findings revealed that variations in force application significantly influenced tooth movement patterns, stress distributions, and overall treatment outcomes. Specifically, the MKS appliance demonstrated superior crown distalization due to its palatal anchorage, while the IZC and MT screws provided distinct biomechanical advantages, such as reduced root tipping and enhanced stability.
The study also highlighted the importance of force vector positioning, noting that forces applied closer to the center of resistance resulted in more controlled tooth movements, particularly in Class II Division 2 malocclusions. Conversely, scenarios that induced greater palatal tipping of incisor crowns relative to their roots were beneficial for managing excessive incisor inclination in Class II Division 1 malocclusions. Despite the limitations of FEA in replicating biological complexities and long-term adaptations, the research underscores the necessity of selecting appropriate anchorage systems and force vectors tailored to individual patient discrepancies, ultimately aiming to optimize orthodontic treatment strategies and improve clinical outcomes.