Образец для цитирования:
Босяков С. М., Доста А. Н., Винокурова А. В. Конечно-элементный анализ влияния конструкции ортодонтического аппарата на расширение верхней челюсти // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2013. Т. 13, вып. 4. С. 42-51. DOI: https://doi.org/10.18500/1816-9791-2013-13-4-42-52
Конечно-элементный анализ влияния конструкции ортодонтического аппарата на расширение верхней челюсти
В работе представлены результаты конечно-элементного расчета напряженно-деформированного состояния верхнечелюстного комплекса человека, возникающего при активации ортодонтического аппарата HYRAX. Модели черепа и опорных зубов верхнего зубного ряда получены на основании томографических данных для сухого интактного черепа взрослого человека. Конструкции ортодонтического аппарата отличаются расположением винта и стержней относительно неба.
Определены эквивалентные напряжения и перемещения костей верхней челюсти и опорных зубов. Показано, что при расположении стержней и винта ортодонтического аппарата в горизонтальной плоскости в верхнечелюстном комплексе возникают наиболее высокие напряжения, но наблюдается наклонно-вращательное перемещение зубов и перемещение вверх костей верхней челюсти. При активации ортодонтического аппарата с винтом, расположенным у неба, возникают нежелательные напряжения в костях черепа; перемещения костей и опорных зубов направлены вниз.
Определены положения винта ортодонтического аппарата, обуславливающие поступательное перемещение костей верхней челюсти.
1. Chaconas S. J., Caputo A. A. Observation of orthopedic force distribution produced by maxillary orthodontic appliances // Am. J. Orthod. 1982. Vol. 82. P. 492–501.
2. Iseri H., Tekkaya A. E., Oztan O., Bilgic S. Biomechanical effects of rapid maxillary expansion on the craniofacial skeleton, studied by the finite element method // Eur. J. Orthod. 1998. Vol. 20. P. 347–356.
3. Provatidis C., Georgiopoulos B., Kotinas A., McDonald J. P. On the FEM modeling of craniofacial changes during rapid maxillary expansion // Med. Eng. Phys. 2007. Vol. 29. P. 566–579.
4. Wang D., Cheng L., Wang C., Qian Y., Pan X. Biomechanical analysis of rapid maxillary expansion in the UCLP patient // Med. Eng. Phys. 2009. Vol. 31. P. 409–417.
5. Ludwig B., Baumgaertel S., Zorkun B., Bonitz L., Glasl B., Wilmes B., Lisson J. Application of a new viscoelastic finite element method model and analysis of miniscrew-supported hybrid hyrax treatment // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2013. Vol. 143. P. 426–435.
6. Chung C. H., Font B. Skeletal and dental changes in the sagittal, vertical, and transverse dimensions after rapid palatal expansion // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2004. Vol. 126. P. 569–575.
7. Cozzani M., Rosa M., Cozzani P., Siciliani G. Deciduous dentitionanchored rapid maxillary expansion in crossbite and non-crossbite mixed dentition patients: reaction of the permanent first molar // Prog. Orthod.
2003. Vol. 4. P. 15–22.
8. Wertz R. A. Skeletal and dental changes accompanying rapid midpalatal suture opening // Am. J. Orthod. 1970. Vol. 58. P. 41–46.
9. Timms D. J. A study of basal movement with rapid maxillary expansion // Am. J. Orthod. 1980. Vol. 77. P. 500–507.
10. Baccetti T., Franchi L., Cameron C. G., McNamara J. A. Jr. Treatment timing for rapid maxillary expansion // Angle Orthod. 2001. Vol. 71. P. 343–350.
11. Shetty V., Caridad J. M., Caputo A. A., Chaconas S. J. Biomechanical rationale for surgicalorthodontic expansion of the adult maxilla // J. Oral Maxillofac. Surg. 1994. Vol. 52. P. 742–749.
12. Pavlin D., Vukicevic D. Mechanical reactions of facial skeleton to maxillary expansion determined by laser holography // Am. J. Orthod. 1984. Vol. 85. P. 498–507.
13. Kragt G., Duterloo H. S., Ten Bosch J. J. The initial reaction of a macerated human skull caused by orthodontic cervical traction determined by laser metrology // Am. J. Orthod. 1982. Vol. 81. P. 49–56.
14. Braun S., Bottrel J. A., Lee K. G., Lunazzi J. J., Legan H. L. The biomechanics of maxillary sutural expansion // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2000.Vol. 118. P. 257–261.
15. Book D., Lavelle C. Changes in craniofacial size and shape with two modes of orthodontic treatment // J. Craniofac. Genet. Dev. Biol. 1988. Vol. 8. P. 207–223.
16. Tanne K., Miyasaka J., Yamagata Y., Sakuda M., Burstone C. J. Biomechanical changes in the craniofacial skeleton by the rapid expansion appliance // J. Osaka Univ. Dental Soc. 1985. Vol. 30. P. 345–356.
17. Nakagawa M., Ichikawa K. Biomechanical effects of maxillary protraction on the craniofacial complex on the strain gauge measurements // J. Japan Orthod. Soc. 1986. Vol. 45. P. 109–118.
18. Boryor A., Geigera M., Hohmann A., Wunderlich A., Sander C., Sander F. M., Sander F. G. Stress distribution and displacement analysis during an intermaxillary disjunction A three-dimensional FEM study of a human skull // J. Biomech. 2008. Vol. 41. P. 376–382.
19. Capelozza Filho L., De Almeida A. M., Ursi W. J. Rapid maxillary expansion in cleft lip and palate patients // J. Clin. Orthod. 1994. Vol. 28. P. 34–39.
20. Cattaneo P., Dalstra M., Melsen B. The transfer of occlusal forces through the maxillary molars: a finite element study // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2003. Vol. 123. P. 367–373.
21. Gautam P., Valiathan A., Adhikari R. Stress and displacement patterns in the craniofacial skeleton with rapid maxillary expansion: a finite element method study // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2007. Vol. 132. P. 5.e1–5.e11.
22. Holberg C., Holberg N., Schwenzer K., Wichelhaus A., Rudzki-Janson I. Biomechanical analysis of maxillary expansion in CLP patients // Angle Orthod. 2007. Vol. 77. P. 280–287.
23. Jafari A., Shetty K. S., Kumar M. Study of stress distribution and displacement of various craniofacial structures following application of transverse orthopedic forces-a three dimensional FEM study // Angle Orthod. 2003. Vol. 73. P. 12–20.
24. Lee H., Ting K., Nelson M., Sun N., Sung S. J. Maxillary expansion in customized finite element method models // Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. 2009.
Vol. 136. P. 367–374.
25. Miyasaka-Hiraga J., Tanne K., Nakamura S. Finite element analysis for stresses in the craniofacial sutures produced by maxillary protraction forces applied at the upper canines // Br. J. Orthod. 1994. Vol. 21. P. 343–
348.
26. Nicholson P. T., Plint D. A. A long-term study of rapid maxillary expansion and bone grafting in cleft lip and palate patients // Eur. J. Orthod. 1989. Vol. 11. P. 186–192.
27. Pan X., Qian Y., Yu J., Wang D., Tang Y., Shen G. Biomechanical effects of rapid palatal expansion on the craniofacial skeleton with cleft palate: a three-dimensional finite element analysis // Cleft Palate Craniofac J. 2007.
Vol. 44. P. 149–154.
28. Tanne K., Hiraga J., Kakiuchi K., Yamagata Y., Sakuda M. Biomechanical effect of anteriorly directed extraoral forces on the craniofacial complex: a study using the finite element method // Am. J. Orthod. Dentofac.
Orthop. 1989. Vol. 95. P. 200–207.
29. Tindlund R. S., Rygh P., Boe O. E. Intercanine widening and sagittal effect of maxillary transverse expansion in patients with cleft lip and palate during the deciduous and mixed dentitions // Cleft Palate Craniofac.
J. 1993. Vol. 30. P. 195–207.
30. Yu H. S., Baik H. S., Sung S. J., Kim K. D., Cho Y. S. Three-dimensional finite-element analysis of maxillary protraction with and without rapid palatal expansion // Eur. J. Orthod. 2007. Vol. 29. P. 118–125.
31. Landes C. A., Laudermann K., Petruchin O., Mack M. G., Kopp S., Ludwig B., Sader R. A., Seitz O. Comparison of bipartite versus tripartite osteotomy for maxillary transversal expansion using 3-dimensional preoperative and postexpansion computed tomography data // J. Oral. Maxillofac. Surg. 2009. Vol. 67. P. 2287–2301.
32. Zimring J. F., Isaacson R. J. Forces produced by rapid maxillary expansion III. Forces present during retention // Angle Orthod. 1965. Vol. 35. P. 178–186.
33. Wood S. A., Strait D. S., Dumont E. R., Ross C. F., Grosse I. R. The effects of modeling simplifications on craniofacial finite element models: The alveoli (tooth sockets) and periodontal ligaments // J. Biomech. 2011. Vol. 44. P. 1831–1838.
