BACKGROUND: Although osteoperforation techniques are widely used in orthodontics, the effect of perforation size on stress distribution within mandibular bone and subsequent bone remodeling remains unclear. This study addresses this gap by comparing the effects of nano- and micro-osteoperforations in the mandible using finite element analysis.
AIM: This study aimed to evaluate the effects of nano- and micro-osteoperforations on mandibular bone during orthodontic treatment.
METHODS: A three-dimensional mandibular model was constructed with crowded incisors and a fixed orthodontic appliance incorporating a Bio Edge 16 × 16 archwire (A form), which is used at the alignment phase. Two types of osteoperforations were simulated: nano-osteoperforations with small diameters (1.1–1.5 mm) and conventional micro-osteoperforations with larger diameters (1.6–2.5 mm). Finite element analysis was used to determine the mechanical response of the bone, including stress and strain levels, at the osteoperforation sites. The resulting data were used to compare the two osteoperforation techniques and substantiate recommendations regarding the most effective approach.
RESULTS: Orthodontic treatment with nano-osteoperforations resulted in moderate stress levels in the bone, with maximum values of 43.845 MPa and minimum values of 0.0001349 MPa. In contrast, micro-osteoperforations produced substantially higher stress levels, with maximum and minimum values of 46.81 MPa and 0.00013798 MPa, respectively. Finite element analysis showed that nano-osteoperforations led to a more uniform distribution of mechanical stresses in the bone compared with conventional micro-osteoperforation techniques.
CONCLUSION: The results indicate reduced stress levels in the bone when nano-osteoperforations are used, creating favorable conditions for physiological bone remodeling. Thus, nano-osteoperforations represent a promising approach in orthodontic treatment, as they reduce the risk of complications and improve the efficiency of orthodontic tooth movement.
Обоснование. Несмотря на распространенность методов остеоперфораций в ортодонтии, остается открытым вопрос о влиянии размеров создаваемых отверстий на распределение напряжений в костной ткани и последующее ремоделирование. Настоящее исследование направлено на заполнение этого пробела путем сравнения эффектов нано- и микроостеоперфораций нижней челюсти с помощью метода конечных элементов.
Цель — оценить с помощью метода конечных элементов влияние нано- и микроостеоперфораций на костную ткань нижней челюсти при ортодонтическом лечении.
Методы. Построена трехмерная модель нижней челюсти с тесно расположенными резцами и установленной брекет-системой с ортодонтической дугой Bio Edge 16×16 (форма A), применяемой на этапе выравнивания зубов. Воспроизведены различные типы остеоперфораций: наноостеоперфорации малого диаметра (1,1–1,5 мм) и классические большие микроостеоперфорации (1,6–2,5 мм). На основании численных расчетов определялись механические свойства костной ткани (уровни напряжений и деформаций) в точках остеоперфораций. Полученные данные использованы для сравнения обоих типов остеоперфораций и обоснования рекомендаций по применению наиболее эффективной методики.
Результаты. Ортодонтическое лечение с использованием наноостеоперфораций вызывает умеренные напряжения в костной ткани, максимальные показатели достигают 43,845 МПа, минимальные — 0,0001349 МПа. Применение микроостеоперфораций провоцирует значительно большее напряжение в костной ткани, достигая максимального показателя 46,81 МПа и минимального — 0,00013798 МПа. Исследование методом конечных элементов показало, что применение наноостеоперфораций способствует более равномерному распределению механических напряжений в костной ткани по сравнению с традиционным методом микроостеоперфораций.
Заключение. Результаты показывают уменьшение напряжений в костной ткани при использовании наноостеоперфораций, что создает благоприятные условия для нормального ремоделирования костной ткани. Таким образом, наноостеоперфорации являются перспективным направлением в ортодонтическом лечении, поскольку снижают риск осложнений и улучшают эффективность ортодонтического перемещения зубов.