Determining the optimum screw configuration for the stabilization of callus

Abstract

Distraction osteogenesis is a common clinical procedure to correct mandibular retrognathia cases. In spite of consolidated clinical use, lots of questions still remain to be answered concerning distraction osteogenesis. One of them is to determine the best screw configuration providing boneremodelling in a healthy way due to the stabilization of callus. In this study, some suggestions will be presented about the points “what best screw locations are” and “what the optimum screw quantity is”. A three dimensional solid model was obtained by processing patient-specific computed tomography data in DICOM format. Teeth, cortical and trabecular bone segments were modelled separately with the segmentation process. Ramus and corpus segments were separated from each other by virtual surgery and corpus segment was positioned 11 mm forward. The distractors modelled were assembled into the mandible after modelling the callus. The volume meshes created for all the parts were transferred to a finite element software. Finite element analyses were run as bilaterally symmetric which means the same screw configurations were set for both sides of the mandible. The studies carried out in this paper have shown that screws located closer to the osteotomy line provide more stability, and triangular configuration has a better impact on stability than linear configuration. The reference stabilization case was identified as the scenario of using 22 screws in total, including 8 screws in ramus segment and 14 screws in corpus segment. This case was assumed as maximum stabilization case and other analyses were compared with this result. The results of the configuration including triangularly located 3 screws in ramus segment and closely located 2 screws near the osteotomy line in corpus segment have shown similarity with the reference stabilization case. The closest configuration to the reference case has been tried to determine by using as few screws as possible and has been recommended for clinical use

Keywords

• Distraction Osteogenesis
• Callus Stabilization
• Finite Element Method

Kallus Stabilizasyonu’nda Optimum Vida Konfigürasyonunun Belirlenmesi

Abstract

Mandibular distraksiyon osteogenezisi alt çene gelişim yetersizliği tedavisinde sıklıkla uygulanan klinik bir yöntemdir. Klinikteki yaygın kullanımına rağmen distraksiyon osteogenezisi hakkında cevaplandırılmayı bekleyen pek çok soru bulunmaktadır. Bunlardan birisi de kallus stabilizasyonunu sağlayarak, yeniden kemikleşmenin sağlıklı bir şekilde gerçekleşmesine imkan verecek en iyi vida konfigürasyonunun belirlenmesidir. Bu çalışmada, kallus stabilizasyonunu sağlamak için hangi konumlarda ve kaç adet vida kullanımının gerekli ve yeterli olacağı hususunda öneriler sunulacaktır. Hastaya özel DICOM formatındaki bilgisayarlı tomografi verisi işlenerek üç boyutlu katı model haline getirilmiştir. Segmentasyon işlemiyle dişler, kortikal ve trabeküler kemik katmanları ayrı ayrı modellenmiştir. Sanal cerrahi işlemiyle ramus ve korpus segmentleri birbirinden ayrılmış, sanal distraksiyon gerçekleştirilerek korpus 11 mm öne konumlandırılmıştır. Kallus modellemesini takiben, modellenen distraktörler model üzerine yerleştirilmiştir. Tüm parçalar için hacimsel mesh oluşturulmuş ve sonluelemanlar programına aktarılmıştır. Sonlu elemanlar analizleri bilateral simetrik olarak gerçekleştirilmiş, sağ ve sol distraktörlerde aynı vida konfigürasyonları seçilmiştir. Yapılan analizlerde, kesi hattı yakınındaki
vidaların stabilizasyon üzerine etkisinin daha fazla olduğu ve üçgen pozisyonlamanın lineer pozisyonlamaya kıyasla stabilizasyon açısından daha uygun olacağı sonucuna varılmıştır. Maksimum stabilizasyon durumu olarak ramusta 14 ve korpusta 8 olmak üzere toplamda 22 vida kullanılan durum, referans stabilizasyon konfigürasyonu olarak belirlenmiş, diğer analizler bu referansa göre karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Ramus kısmında üçgen pozisyonda kullanılan 3 vida ve korpus kısmında kesi hattı yakınında kullanılan 2 vida konfigürasyonunda, referans stabilizasyon konfigürasyonuna çok yakın sonuçlar elde edilmiştir. Mümkün olduğunca az sayıda vida ile maksimum stabilizasyon durumuna en yakın konfigürasyon belirlenmeye çalışılmış ve klinikte kullanımı önerilmiştir. 

Keywords

• Mandibular Distraksiyon
• Osteogenezisi
• Kallus stabilizasyonu
• Sonlu elemanlar yöntemi

References

1. Boccaccio, A., Lamberti, L., Pappalettere, C., Carano, A., Cozzani, M., 2006. Mechanical behavior of an osteotomized mandible with distraction orthodontic devices. Journal of Biomechanics, 39(15), 2907-2918. 146 disturbance after