Atrofik mandibula kırıklarında titanyum plaklar ve karbon fiber destekli polimer plakların stres dağılımlarının sonlu eleman analizi ile değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı; sınıf III atrofik mandibula kırıklarında, farklı kalınlıklardaki titanyum ve karbon fiber destekli polietereterketon(CFR-PEEK) plak uygulamalarının biyomekanik stabilitelerinin sonlu elemanlar analizi ile değerlendirilmesidir. Sınıf III atrofik mandibula modelleri oluşturularak sonlu elemanlar analizine aktarıldı. Sol mandibula ramusunda 1,0 mm kalınlığında kallus dokusu oluşturularak kırık simüle edildi. Farklı kalınlıklardaki (1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, ve 2,5 mm) plaklar modellere uyumlandıktan sonra kırık hattının her iki tarafında üçer vida olacak şekilde fiksasyon simüle edildi. Keser ve molar bölgeden ısırma durumlarının simüle edilebilmesi için keser ve molar bölgelerde vertikal hareketlilik engellendi. Hareket kısıtlamalarını takiben modellere her kas için ayrı vektörel kuvvetler uygulanarak yükleme koşulları oluşturuldu. Titanyum ve CFR-PEEK materyal değerleri plak modellerine uygulanarak analizler yapıldı. En yüksek Von Mises stres değerleri 1,0 mm kalınlığındaki plaklarda görülürken plak kalınlığının 2,5 mm ye artışıyla stres değerlerinin düştüğü gözlenmiştir. Plak ve vidalarda oluşan Von Mises stresleri CFR-PEEK materyalden simüle edilen plakların kullanıldığı modellerde daha düşük bulunmuştur. Kortikal kemikteki en yüksek sıkışma gerilimleri kırığın proksimalindeki vida etrafında gözlenmiş ve bu gerilimler bazı bölgelerde fizyolojik limitlerin üzerine çıkmıştır. Vidalar etrafındaki sıkışma gerilimleri CFR-PEEK plakların kullanıldığı modellerde daha düşük bulunmuştur. Diğer taraftan hem molar hem keser bölgeden ısırma koşullarında kemik segmentlerindeki yer değiştirme CFR-PEEK plakların kullanıldığı modellerde titanyum plakların kullanıldığı modellere göre daha fazla olmuştur. Kortikal kemiğe benzer Young Modülleriyle CFR-PEEK materyaller, sonlu elamanlar analizlinin sınırları dahilinde, atrofik mandibula kırıklarının fiksasyonunda kullanılabilir gözükmektedir. CFR-PEEK materyallerin ortopedik cerrahide güncel olarak kullanılsa da bu materyallerin çene-yüz bölgesindeki kullanımı için konuyla ilgili daha kapsamlı çalışmaların yapılması gerekmektedir.

The objective of the present study was to conduct a computational assessment of the biomechanical stability of fixation plates with different thickness, made of titanium alloy and carbon-fiber reinforced polyetheretherkotone (CFR-PEEK) in Class III atrophic mandibular fractures.Class III atrophic mandibular models were constructed with three dimensional finite element models. After simulation of fracture on the left ramus of mandible, plates with different thickness (1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 mm) were adapted to models and three locking screw on each side of fracture were used for fixation. For simulation of incisal and molar clenching tasks, vertical displacement of models were restricted in incisal and molar regions. Load was applied to all models via simulation of force vectors for each muscle. Titanium and CFR-PEEK material properties were applied to all plate models respectively.Highest Von Mises stress values were observed for the 1.0 mm plate and values decrease gradually with plate thickness to the 2.5 mm plate. Von Mises stress values of screws and plates were lower in models of CFR-PEEK plates. In buccal cortical bone around the screw that proximal to fracture, physiological limit of compressive stress exceeded in some areas. Compressive stresses around screws were lower in models of CFR-PEEK plates. On the other hand, during both incisal and molar clenching tasks CFR-PEEK plates allow more displacement between bone segments compared with titanium plates.With their young modulus similarity with cortical bone, CFR-PEEK materials seems to be suitable for atrophic mandibular fixation with in the limits of finite element analysis. In spite of current usage of CFR-PEEK materials in the field of orthopaedic surgery, usage of CFR-PEEK materials in the maxillofacial region need further investigation.