Форма резьбы, толщина кортикального слоя кости, а также величина и распределение напряжений, вызванных нагрузкой ортодонтических мини-винтов: анализ методом конечных элементов

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12367 (2022) Цитировать эту статью

1148 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Предполагается, что толщина кортикальной кости является основным фактором, регулирующим стабильность минивинтов. Мы исследовали распределение напряжений в двух мини-винтах с различной формой резьбы (типа А и В) и в кортикальной кости трех разных толщин, используя трехмерные (3D) модели конечных элементов (FE). В частности, были созданы 3D-модели FE двух разных минивинтов и помещены наклонно или вертикально в цилиндрическую модель кости, представляющую разную толщину кортикального слоя кости. При приложении силы к мини-винту распределение напряжения на поверхности винта и в кости вокруг имплантата оценивалось с использованием метода FE. Безопасность минивинта оценивалась с использованием модифицированного коэффициента безопасности Содерберга. Смещение головки винта увеличивалось с уменьшением толщины кортикального слоя кости независимо от типа винта. Наименьшие минимальные главные напряжения на поверхности винтов оставались постоянными для минивинтов типа А при изменении толщины кортикальной кости. На кортикальной поверхности кости также возникали минимальные главные напряжения. Более низкие абсолютные значения минимальных главных напряжений наблюдались у минивинтов типа А при вертикальном расположении и при тяге вверх у наклонно расположенных минивинтов типа В. Оба минивинта имели приемлемые значения коэффициента запаса прочности. В целом ортодонты должны выбрать и использовать подходящий мини-винт для каждого пациента с учетом свойств кости.

В клинической ортодонтии мини-винты имплантируются непосредственно в кость и обеспечивают абсолютную фиксацию при различных типах перемещения зубов1,2. Они также обеспечивают биосовместимость, меньший дискомфорт, меньшую инвазивность и незначительные ограничения при размещении по сравнению с мини-пластинами3,4. Несмотря на небольшой диаметр и короткую длину, мини-винты являются эффективным методом современного ортодонтического лечения1,2,5. По этим причинам мини-винты широко используются как ортодонтами, так и пациентами6,7.

С другой стороны, клиническое использование минивинтов сопряжено с некоторыми рисками и проблемами. Отказ винта может быть одним из наиболее нежелательных побочных эффектов при клиническом использовании мини-винтов8. Даже правильно установленные мини-винты могут выйти из строя. Сообщается, что вероятность успеха мини-винтов составляет примерно 80%8. Если принять во внимание более высокий уровень успеха дентальных имплантатов (который, как сообщается, колеблется от 96 до 99%), процент неудач при использовании ортодонтических мини-винтов сравнительно выше9. Более того, выход винта из строя может произойти вскоре после его установки. Таким образом, первичная стабильность является наиболее распространенным параметром, связанным с отказом винта, и ее повышение является актуальной проблемой для практикующих врачей.

Первичная стабильность ортодонтических минивинтов связана со многими факторами9,10,11,12,13,14,15. Например, исследования показывают, что первичная стабильность ортодонтических мини-винтов тесно связана со свойствами кортикальной кости, конструкцией винта, воспалением в ткани вокруг имплантата и приложенной силой16,17,18. Обычно считается, что хрупкость кортикальной кости является основным фактором, регулирующим стабильность минивинтов19,20, а толщина кортикальной кости является важным фактором в успешной установке минивинтов, поскольку более тонкая кортикальная кость имеет недостаточную первичную стабильность21,22. Низкая плотность костной ткани является еще одной распространенной причиной отказа винтов23.

Различные клинические особенности можно моделировать с помощью трехмерных (3-D) моделей конечных элементов (FE), оценивающих распределение и величину напряжения, возникающего в минивинте и кости вокруг имплантата. Высокая концентрация стресса перегружает окружающую кость и стимулирует микропереломы кости в этой области24. Распределение и величина напряжения в кости можно использовать для исследования эффективности мини-винтов и прогнозирования риска отказа винта25,26,27. Ghorbanyjavadpour и соавт. 28 исследовали напряжение, возникающее во время введения мини-винта в кость, используя трехмерную модель FE, и предположили, что большая часть стресса и деформации хорошо переносится кортикальным слоем кости, но не губчатой ​​костью. Однако имеется мало информации о влиянии толщины кортикальной кости на распределение напряжения и стабильность винта.