Mandibular Symphyseal Distraction Osteogenesis (DOMS) is utilized in Orthodontics for solving problems of dental overcrowding on the mandibular arch. A critical issue is the evaluation of the optimal duration of the latency period which depends on the patient’s age. For this reason, a computational mechano-biological model is presented in this paper in order to assess the optimal duration of latency period in three different cases: a young, an adult and an elder patient. The model is implemented in a FEM framework simulating the process of tissue differentiation in the bone callus formed after the osteotomy. The biophysical stimulus regulating tissue differentiation process depends on octahedral shear strain and interstitial fluid flow velocity. The 3D FEM model of the mandible is reconstructed from CT scans and includes a tooth-borne distraction device. The resulting spatial distribution of bone callus properties is analyzed in order to assess the risk of premature bone union of osteotomy edges. Results show that the optimal duration of the latency period for avoiding premature bone union is of about 5-6 days for the young patient, 7-8 days for the adult and 9-10 days for the elder patient. These findings seem rather insensitive to the magnitude of mastication forces.

La Distrazione Osteogenetica Mandibolare Sinfisaria (DOMS) si usa in Ortodonzia per risolvere problemi di sovraffollamento dentale sull’arcata mandibolare. La valutazione della durata ottimale del periodo di latenza è estremamente importante poiché dipende dall’età del paziente. Questo lavoro presenta, pertanto, un modello meccano-biologico per valutare la durata ottimale del periodo di latenza in tre diverse situazioni: un paziente giovane, uno adulto ed uno anziano. Il modello è implementato da un algoritmo FEM-based che studia il processo di differenziazione dei tessuti nel callo osseo formatosi nella zona osteotomizzata. Lo stimolo biofisico che regola il rimodellamento osseo è funzione della deformazione ottaedrale di taglio e della velocità del flusso interstiziale. Il modello FEM 3D della mandibola è stato ricostruito da scansioni TAC ed include un distrattore di tipo tooth-borne. Si é analizzata la distribuzione spaziale delle proprietà meccaniche del callo osseo per valutare il rischio di una eventuale prematura unione dei bordi della osteotomia. I risultati mostrano che la durata ottimale del periodo di latenza per evitare unioni ossee premature è di circa 5-6 giorni per il paziente giovane, 7-8 giorni per l’adulto, 9-10 giorni per l’anziano. Tali valori non dipendono in modo significativo dall’intensità delle forze di masticazione.

Effetti dell’invecchiamento sul periodo di latenza nella distrazione osteogenetica mandibolare: un modello numerico meccano-biologico

BOCCACCIO, Antonio;LAMBERTI, Luciano;PAPPALETTERE, Carmine
2007

Abstract

Mandibular Symphyseal Distraction Osteogenesis (DOMS) is utilized in Orthodontics for solving problems of dental overcrowding on the mandibular arch. A critical issue is the evaluation of the optimal duration of the latency period which depends on the patient’s age. For this reason, a computational mechano-biological model is presented in this paper in order to assess the optimal duration of latency period in three different cases: a young, an adult and an elder patient. The model is implemented in a FEM framework simulating the process of tissue differentiation in the bone callus formed after the osteotomy. The biophysical stimulus regulating tissue differentiation process depends on octahedral shear strain and interstitial fluid flow velocity. The 3D FEM model of the mandible is reconstructed from CT scans and includes a tooth-borne distraction device. The resulting spatial distribution of bone callus properties is analyzed in order to assess the risk of premature bone union of osteotomy edges. Results show that the optimal duration of the latency period for avoiding premature bone union is of about 5-6 days for the young patient, 7-8 days for the adult and 9-10 days for the elder patient. These findings seem rather insensitive to the magnitude of mastication forces.
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