La calidad ósea afecta la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 2849 (2022) Citar este artículo

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El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del porcentaje de contacto hueso-minitornillo (BMC%) y la calidad y cantidad del hueso sobre la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia y el valor máximo de torque de inserción (ITV). En la evaluación se utilizaron minitornillos de ortodoncia de cinco dimensiones diferentes y varias muestras de hueso ilíaco bovino. Se insertaron minitornillos de cada grupo de dimensiones en 20 posiciones en muestras de hueso ilíaco bovino. El experimento se dividió en tres partes: (1) La calidad y cantidad de hueso se evaluaron mediante tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) y tomografía microcomputada. (2) Se calculó el % de BMC 3D. (3) Se registraron los ITV durante la inserción de los minitornillos para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia. Los resultados indicaron que los minitornillos más largos y gruesos permitieron ITV más altos. Se utilizó CBCT para medir con precisión el espesor del hueso cortical (r = 0,939, P <0,05) y para predecir la fracción de volumen óseo del hueso esponjoso (r = 0,752, P <0,05). El % de BMC estuvo significativamente influenciado por la longitud del minitornillo. La contribución del espesor del hueso cortical al ITV es mayor que la de la estructura del hueso esponjoso, y la contribución del espesor del hueso cortical al BMC% es mayor que la de la estructura del hueso esponjoso. Finalmente, cuanto mayor es el BMC%, mayor es la ITV. Este estudio concluye que el uso de CBCT puede predecir la estabilidad mecánica de los minitornillos de ortodoncia.

El tratamiento de ortodoncia consiste en mejorar y ajustar los dientes desalineados mediante dispositivos de ortodoncia fijos o móviles. Para mover dichos dientes de manera más efectiva, generalmente se selecciona un punto fijo como punto de anclaje para extraer los dientes; por lo tanto, el control del anclaje juega un papel importante en el tratamiento de ortodoncia1,2,3,4. El tratamiento relacionado generalmente implica el uso del molar posterior como punto de anclaje y se aplican resortes a los brackets para tirar de los dientes anteriores hacia atrás. Sin embargo, una tensión excesiva del resorte puede producir una fuerza de reacción en los dientes del anclaje, provocando que el paciente se sienta incómodo durante el tratamiento o que se aflojen los dientes del anclaje5,6. Para superar esta desventaja, recientemente se han desarrollado minitornillos de ortodoncia. Se inserta un minitornillo de ortodoncia entre la raíz de dos dientes para proporcionar un anclaje fuerte y fijo. El uso de minitornillos de ortodoncia tiene varias ventajas, incluida una fácil inserción y extracción, una multitud de opciones de posiciones de inserción, procedimientos quirúrgicos simples, heridas quirúrgicas más pequeñas, un tiempo de recuperación de la herida corto y un precio bajo7,8,9,10.

A pesar de las ventajas antes mencionadas, pueden surgir fracasos quirúrgicos, como lesiones accidentales al tejido circundante (raíz del diente y nervio alveolar inferior), inflamación e infección del tejido circundante después de la inserción y fractura del minitornillo de ortodoncia causada por un torque excesivo durante la extracción. . Sin embargo, la razón principal detrás de tal fracaso puede ser que las posiciones de inserción no pueden proporcionar suficiente estabilidad para el minitornillo de ortodoncia11,12,13. Cuanto menor es la estabilidad después de la inserción, mayor es la posibilidad de que el minitornillo de ortodoncia se afloje14,15. En la práctica clínica y en la investigación, hay muchos métodos disponibles para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia; Entre estos métodos, el más utilizado es la medición del valor máximo de torque de inserción (ITV) durante la inserción. El ITV máximo se utiliza a menudo como índice para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia16.

Muchos factores afectan la estabilidad de los minitornillos, incluido el diseño exterior y el método de inserción adoptado por el dentista tratante. Sin embargo, los factores más importantes que afectan la estabilidad son el espesor del hueso cortical y la estructura del hueso esponjoso en la posición de inserción de los huesos de la mandíbula del paciente17. En la práctica clínica, la calidad y cantidad de los huesos de la mandíbula en la posición de inserción del minitornillo de ortodoncia a menudo se evalúan mediante imágenes bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). En comparación con las imágenes 2D, es menos probable que las imágenes 3D encuentren problemas como la distorsión de la imagen, y las imágenes se pueden reconstruir en una computadora para obtener imágenes estructurales internas de la posición que se va a medir. Por lo tanto, las imágenes 3D se utilizan a menudo como herramienta auxiliar para la medición clínica cuantitativa de la calidad ósea del maxilar y la mandíbula18,19. Britz et al.20 han indicado que las imágenes obtenidas mediante tomografía microcomputarizada (micro-CT) son el estándar de oro para evaluar la microestructura del hueso trabecular. Sin embargo, las imágenes de micro-CT no son útiles en exámenes clínicos debido al pequeño rango de exploración de la micro-CT. Recientemente, la tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) se ha utilizado a menudo para capturar imágenes en 3D en odontología clínica. Sin embargo, la mayoría de los estudios relacionados que han utilizado CBCT para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia se han centrado en la influencia del espesor del hueso cortical en la posición de inserción sobre la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia21; Los estudios que se han centrado en la densidad del hueso esponjoso son relativamente raros. Varios investigadores han utilizado CBCT para evaluar la calidad ósea y la masa de la mandíbula en el sitio del implante dental22,23,24. Además, numerosos investigadores han discutido la influencia del nivel de contacto del implante óseo (BIC) en la estabilidad del implante dental después de la inserción. Sin embargo, la mayoría de los estudios se han centrado en los implantes dentales25,26,27; Los estudios que han explorado la correlación entre la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia después de la inserción y el porcentaje de contacto hueso-minitornillo (BMC%) son relativamente raros28,29.

Los estudios relacionados con minitornillos de ortodoncia han explorado principalmente el efecto de diferentes marcas de minitornillos o diseños exteriores sobre la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia30,31,32,33,34; Se discute menos si la calidad o cantidad del hueso influye en la estabilidad29. Además, ningún estudio ha examinado las correlaciones entre los tres factores que afectan la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia, a saber, la calidad y cantidad de hueso, el% de BMC y el ITV. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue predecir la estructura ósea en la posición de inserción del minitornillo de ortodoncia mediante CBCT y determinar la influencia del minitornillo de ortodoncia en la estabilidad mecánica después de la inserción.

En el experimento se utilizaron minitornillos de ortodoncia de cinco dimensiones diferentes, con 20 minitornillos de ortodoncia en cada grupo y 100 ejemplares en total. La Tabla 1 muestra el ITV máximo de los cinco minitornillos de ortodoncia insertados en la muestra ósea; La dimensión pareció influir significativamente en el ITV máximo (P <0,05). Las especificaciones se agruparon para compararlas según la longitud y el diámetro: primero, no se observó ninguna diferencia estadística (P = 0,091) en la influencia de los minitornillos de ortodoncia con el mismo diámetro (1,5 mm) y diferentes longitudes (6, 8 y 10 mm). en la ITV máxima; sin embargo, cuanto más largo era el minitornillo, mayor era el ITV máximo. Los minitornillos de ortodoncia con diferentes diámetros (1,4, 1,5 y 1,6 mm) y la misma longitud (8 mm) no tuvieron efectos significativamente diferentes en el ITV máximo (P = 0,07); sin embargo, cuanto mayor era el diámetro, mayor era el ITV máximo. La prueba post hoc U de Mann Whitney encontró que los grupos de minitornillos de diferentes dimensiones no diferían significativamente (grupo de minitornillos de 1,4 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm: P = 0,417; grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,6 × 8 mm grupo: P = 0,113; grupo de minitornillo de 1,5 × 6 mm y grupo de minitornillo de 1,5 × 8 mm: P = 0,208; grupo de minitornillo de 1,5 × 8 mm y grupo de minitornillo de 1,5 × 10 mm: P = 0,199), pero las diferencias de dimensiones fueron significativamente diferentes (Grupo de minitornillos de 1,4 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,6 × 8 mm: P <0,05; grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm y grupo de minitornillos de 1,5 × 10 mm: P <0,05).

Este estudio comparó el espesor del hueso cortical medido con los dos instrumentos mediante una prueba t pareada (valor de P = 0,389). Los resultados indicaron que el espesor del hueso cortical medido utilizando diferentes técnicas de imagen era el mismo y se observó una correlación altamente positiva entre ellas (r = 0,939, valor de P <0,05; Fig. 1a).

(a) Relación entre el espesor del hueso cortical medido a partir de imágenes CBCT y micro-CT. ( b – e ) Relación entre la densidad del hueso esponjoso medida a partir de imágenes CBCT y cuatro parámetros microestructurales del hueso trabecular medidos a partir de imágenes de micro-CT.

Se observó una correlación alta entre GV medido y BV/TV (r = 0,752, valor de P < 0,05), se observó una correlación moderada entre GV medido y Tb.Th (r = 0,580, valor de P < 0,05), se observó una correlación moderada Se observó entre GV medido y Tb.N (r = 0,557, valor de P <0,05), y se observó una correlación moderada entre GV medido y Tb.Sp (r = − 0,439, P <0,05; Fig. 1b-e).

La Tabla 2 muestra el % de BMC de cinco minitornillos de ortodoncia. La dimensión tuvo un efecto significativo sobre el % de BMC (P < 0,05). Las muestras se agruparon y compararon según su longitud y diámetro: bajo la misma condición de diámetro (1,5 mm), la longitud (6, 8 y 10 mm) de los minitornillos de ortodoncia tuvo un efecto significativo en el% de BMC (P <0,05). y la prueba U de Mann Whitney reveló diferencias estadísticamente significativas (P < 0,05); cuanto más corta era la longitud, mayor era el % de BMC. Bajo la misma condición de longitud (8 mm), el diámetro del minitornillo de ortodoncia no tuvo una influencia significativa en el % de BMC (P = 0,718).

Los resultados indicaron que el ITV máximo y el espesor del hueso cortical medidos mediante imágenes de micro-CT estaban altamente correlacionados (r = 0,885, P <0,05; Fig. 2a). De manera similar, existió una alta correlación entre el ITV máximo y el espesor del hueso cortical medido mediante imágenes CBCT (r = 0,873, P <0,05; Fig. 2b). Se observó una baja correlación entre el espesor del hueso cortical y la microestructura del hueso trabecular BV/TV medido mediante imágenes de micro-CT (r = 0,227, P <0,05; Fig. 2c). Finalmente, se observó una baja correlación entre el ITV máximo y la densidad del hueso esponjoso medida mediante imágenes CBCT (r = 0,387, P <0,05; Fig. 2d).

Relaciones entre ITV y los parámetros de calidad y cantidad ósea: (a) espesor del hueso cortical medido a partir de imágenes de micro-CT, (b) espesor del hueso cortical medido a partir de imágenes CBCT, (c) BV/TV medido a partir de imágenes de micro-CT, y (d ) GV medido a partir de imágenes CBCT.

Esta sección detalla la correlación entre (1)% de BMC y el espesor del hueso cortical y (2)% de BMC y densidad del hueso esponjoso/microestructura del hueso trabecular. El % de BMC y el espesor del hueso cortical en todos los grupos de minitornillos estuvieron altamente correlacionados (r = 0,775–0,878). La correlación entre el % de BMC y la densidad del hueso esponjoso/la microestructura del hueso trabecular se puede observar en la Tabla 3. El % de BMC y la densidad del hueso esponjoso/la microestructura del hueso trabecular de la mayoría de los grupos de minitornillos de ortodoncia tuvieron una correlación de moderada a alta (r = 0,577–0,776). Las únicas excepciones son las siguientes: el % de BMC y la densidad del hueso esponjoso del grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm se correlacionaron moderadamente (r = 0,577), y se encontró una correlación no significativa entre el % de BMC y la microestructura del hueso trabecular del grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm. grupo de minitornillos (r = 0,373, P = 0,105).

Existió una alta correlación entre el ITV máximo y el% de BMC de cada grupo de minitornillos de ortodoncia. El valor de r para la correlación entre ITV y BMC% del grupo de minitornillos de 1,4 × 8 mm fue 0,938 (P <0,05; Fig. 3a); el valor de r para la correlación entre ITV y BMC% del grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm fue 0,939 (P <0,05; Fig. 3b); el valor de r para la correlación entre ITV y BMC% del grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm fue 0,904 (P <0,05; Fig. 3c); el valor de r para la correlación entre ITV y BMC% del grupo de minitornillos de 1,5 × 10 mm fue 0,923 (valor de P <0,05; Fig. 3d); y el valor de r para la correlación entre ITV y BMC% del grupo de minitornillos de 1,6 × 8 mm fue 0,837 (P <0,05; Fig. 3e)

Relaciones entre ITV y BMC% en (a) grupo de minitornillos de 1,4 × 8 mm2, (b) grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm2, (c) grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm2, (d) grupo de minitornillos de 1,5 × 10 mm2, (e ) y grupo de minitornillos de 1,6 × 8 mm2.

Los minitornillos de ortodoncia se han utilizado ampliamente en el tratamiento de ortodoncia. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre minitornillos de ortodoncia han comparado los efectos del diseño de minitornillos de ortodoncia sobre la estabilidad30,31,32,34; pocos han discutido la estructura ósea en la posición de inserción21,29,35. Además, ningún estudio ha analizado las relaciones entre la calidad y cantidad de hueso, el % de BMC y la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia. Por lo tanto, en este estudio, se insertaron minitornillos de ortodoncia en muestras de hueso y se evaluaron las correlaciones entre el ITV máximo, la calidad y cantidad de hueso y el % de BMC. Los investigadores utilizaron este enfoque para evaluar métodos de predicción de la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia utilizando la calidad y cantidad del hueso según imágenes CBCT para obtener una mejor comprensión de la estructura ósea en la posición de inserción. Esto podría aumentar la tasa de éxito de la cirugía de minitornillos de ortodoncia.

Muchos estudios han indicado que la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia es un factor clave que afecta el éxito de la cirugía de minitornillos de ortodoncia11,12,13,14,15. Otros estudios han indicado que los factores que afectan la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia después de la inserción incluyen el diseño exterior del minitornillo de ortodoncia, las modalidades de inserción adoptadas por el dentista y la calidad y cantidad del hueso17. La estabilidad de los minitornillos de ortodoncia está estrechamente relacionada con la buena progresión del tratamiento de ortodoncia. Cuanto menor sea la estabilidad después de la inserción, mayor será el riesgo de que un minitornillo de ortodoncia se afloje y se desprenda de su posición. Se pueden utilizar muchos métodos para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia, como la medición del valor máximo de ITV y Periotest en experimentos mecánicos36,37, la medición de la calidad y cantidad de hueso y la determinación del nivel de contacto hueso-minitornillo en experimentos basados en imágenes. mediciones. Muchos estudios han utilizado el ITV máximo durante el proceso de inserción como índice para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia16,38,39. El Periotest es un dispositivo electrónico utilizado originalmente para medir los cambios en la amortiguación del tejido del ligamento periodontal. La generación actual de probadores periodontales portátiles se utiliza principalmente para probar la dureza del hueso alrededor de implantes de raíces artificiales y determinar la estabilidad del implante, pero los investigadores utilizan este tipo de dispositivos para probar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia. Dado que la cabeza del minitornillo de ortodoncia utilizado en este estudio es pequeña, este experimento no consideró el uso de un Periotest para medir la estabilidad del minitornillo de ortodoncia.

En estudios previos que examinaron minitornillos de ortodoncia, se utilizaron diversas muestras de hueso, incluidos huesos de cadáveres humanos40,41, huesos artificiales15,29 y huesos de animales42,43,44. Los huesos frescos de cadáveres humanos son costosos y difíciles de obtener. Aunque los huesos artificiales ofrecen ventajas como una fácil determinación de las propiedades del material de la muestra y una mayor comodidad en los experimentos, tienen propiedades diferentes a las de los huesos reales. Por lo tanto, este experimento utilizó huesos de animales. En estudios anteriores, se utilizaron costillas porcinas, cabezas femorales porcinas y pelvis bovinas como materiales de muestra ósea45,46,47. Algunos estudios han indicado que el hueso de la pelvis bovina es el más cercano al del maxilar y la mandíbula humanos42. Por lo tanto, se seleccionaron huesos de pelvis bovina como muestra ósea en este estudio. En el estudio clínico de Watanabe et al.48, se insertaron minitornillos de 1,4 × 6 mm en el maxilar de 60 mujeres con una edad promedio de 25,4 años. El rango máximo de ITV medido en el estudio fue de 8,5 ± 2,1 N.cm. Suzuki et al.49 insertaron minitornillos de ortodoncia de 1,5 × 6 mm o minitornillos de ortodoncia de 1,5 × 8 mm en el maxilar y la mandíbula de 105 pacientes (30 hombres y 75 mujeres) con una edad media de 20,9 años. El rango máximo de ITV medido en ese estudio estuvo entre 13,6 y 15,3 Ncm. El rango máximo de ITV medido en este estudio fue consistente con estos resultados. Por lo tanto, el hueso ilíaco bovino es aceptable para su uso como muestra de hueso.

En una comparación de diferentes dimensiones de minitornillos de ortodoncia sobre el impacto del ITV máximo, Lim et al.48 compararon el ITV máximo de minitornillos de ortodoncia cilíndricos y cónicos con diferentes longitudes. Los resultados indicaron que cuanto mayor era la longitud del minitornillo, mayor era el ITV máximo. Sin embargo, sólo los minitornillos de ortodoncia cilíndricos tienen efectos significativos sobre el ITV máximo (P = 0,021). Lim et al.48 también analizaron el efecto de los minitornillos de ortodoncia cilíndricos con la misma longitud pero diferentes diámetros sobre la ITV máxima. La diferencia entre los diámetros de los minitornillos seleccionados fue de aproximadamente 3 mm, lo cual es estadísticamente significativo (P <0,001). Möhlhenrich et al.49 compararon los efectos de diferentes dimensiones de minitornillos de ortodoncia insertados en huesos artificiales con diferente calidad ósea sobre la ITV máxima. Los resultados mostraron que la diferente calidad ósea de los huesos artificiales afectaba al ITV máximo. Los cinco tipos y dimensiones de minitornillos utilizados en este estudio fueron los utilizados habitualmente en el tratamiento de ortodoncia clínica. Sin embargo, las diferencias de dimensiones en los minitornillos de ortodoncia fueron pequeñas, por lo que no se evidenciaron diferencias significativas en el ITV máximo entre los grupos de minitornillos de ortodoncia con diferentes dimensiones (grupo de minitornillos de 1,4 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm: P = 0,417; Grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,6 × 8 mm: P = 0,113; grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm y grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm: P = 0,208; grupo de minitornillos de 1,5 × 8 mm y grupo de minitornillos de 1,5 × 10 mm: P = 0,199). Sin embargo, cuanto mayor era el diámetro o la longitud del minitornillo de ortodoncia, mayor era el ITV máximo. Todos los estudios antes mencionados y los resultados experimentales han indicado que el ITV máximo se vio afectado por las dimensiones de los minitornillos de ortodoncia y difirió según los diferentes diseños de minitornillos de ortodoncia y la diferente calidad del hueso en el que se insertaron los minitornillos.

La microestructura del hueso trabecular del hueso esponjoso es uno de los factores cruciales en la evaluación de la calidad y cantidad del hueso, y la evaluación de la microestructura del hueso trabecular depende en gran medida de la resolución de escaneo de la tecnología de imágenes50. La imagen micro-CT es el estándar de oro para la evaluación de la microestructura del hueso trabecular. Sin embargo, la exploración por micro-CT no se puede utilizar en exámenes clínicos debido a su pequeño rango de exploración. Con el creciente desarrollo de las técnicas de CBCT, se ha utilizado ampliamente en exámenes clínicos dentales. Algunos investigadores indicaron previamente que la CBCT no era adecuada para determinar la densidad ósea51,52. Sin embargo, desde entonces más investigadores han demostrado que el uso de CBCT es un método confiable para medir la densidad ósea24,53,54,55,56. Suttapreyasri et al.57 compararon el espesor del hueso cortical medido mediante CBCT y micro-CT. Los resultados no indicaron diferencias entre el espesor del hueso cortical medido utilizando las dos modalidades de imagen, lo que indica una alta correlación entre las mediciones CBCT y micro-CT (r = 0,993, P <0,01). En este estudio, se utilizaron pruebas t pareadas para comparar las mediciones del espesor del hueso cortical obtenidas mediante CBCT con las de imágenes micro-CT. El valor de P fue 0,389 y se observó una correlación altamente positiva entre las mediciones (r = 0,939, P <0,05). Tsutusmi et al.58 informaron que cuando el espesor del hueso cortical era de 3 a 4 veces mayor que la resolución del vóxel de escaneo CBCT, la CBCT es adecuada para medir el espesor del hueso cortical de las muestras de hueso. En este estudio, la resolución de escaneo CBCT fue de 200 μm y el grosor del hueso cortical fue de 3 a 4 veces mayor que la resolución de escaneo. Tsutsumi et al.58 y Hsu et al.59 también han comparado la correlación entre la densidad mineral ósea (DMO) y los cuatro parámetros microestructurales del hueso trabecular antes mencionados medidos mediante micro-CT. Los resultados indicaron que la DMO estaba altamente correlacionada con BV/TV pero tenía solo una correlación baja a moderada con las otras tres microestructuras óseas trabeculares. Los resultados de este estudio son consistentes con los de la mayoría de los estudios relacionados.

La investigación sobre el grado de contacto hueso-implante se ha centrado principalmente en las correlaciones entre el% BIC y la estabilidad de los implantes dentales después de la inserción. Hay dos métodos disponibles para evaluar el % BIC, a saber, el % BIC 2D y el % BIC 3D. Zhou et al.27 revelaron una correlación altamente positiva entre la estabilidad del implante ISQ y el % BIC 2D (r = 0,646). Sin embargo, algunos estudios no han reportado correlación entre ISQ y 2D BIC%60,61. Una posible razón para este resultado es que solo se utilizó un corte de tejido 2D; un solo corte de tejido 2D no puede mostrar completamente los sitios de contacto 3D entre el hueso y el implante. Rebaudi et al.62 utilizaron micro-CT para medir el contacto 3D hueso-implante e indicaron que la micro-CT era adecuada para evaluar el grado de contacto hueso-implante. Un estudio previo realizado por nuestro equipo63 demostró una diferencia significativa entre implantes dentales de diferentes longitudes y el% de BIC 3D medido mediante imágenes de micro-CT (P <0,05). Los estudios han investigado los niveles de contacto entre el hueso y los minitornillos y la estabilidad después de la inserción. Inaba et al.28 insertaron minitornillos de ortodoncia en la mandíbula de conejos adultos y determinaron el % de BMC 2D utilizando un microscopio electrónico; El BMC% en este estudio fue 54,48 ± 11,74. En un estudio previo realizado por nuestro equipo29, capturamos imágenes de micro-CT de minitornillos de ortodoncia y cuatro tipos de hueso artificial con diferentes resistencias óseas, importamos estas imágenes al software de imágenes y calculamos el% de BMC 3D mediante una operación booleana. El rango de % de BMC fue de 18 a 43. El BMC% en esta investigación estuvo dentro de los valores de dos estudios antes mencionados. Además, se observaron diferencias significativas entre las cinco dimensiones de los minitornillos de ortodoncia y el % de BMC (P <0,05). Se observaron diferencias significativas en los efectos de los minitornillos del mismo diámetro (1,5 mm) pero de diferentes longitudes (6, 8 y 10 mm) sobre el% de BMC (valor de p <0,05). En la prueba post hoc U de Mann Whitney, se observaron diferencias significativas en la comparación pareada (P <0,05); cuanto más corta era la longitud del minitornillo, mayor era el valor de % de BMC. Esto se debe a que cuando el minitornillo es corto, una mayor porción del mismo ingresa al hueso cortical. La misma longitud (8 mm), pero diferente diámetro (1,4, 1,5 y 1,6 mm) de minitornillos de ortodoncia no tuvieron efecto sobre el % de BMC (P = 0,718). En una prueba post hoc U de Mann Whitney, se observaron diferencias no significativas en la comparación pareada (P > 0,05), lo que puede deberse a la pequeña diferencia en el diámetro de los minitornillos de ortodoncia seleccionados en este estudio. Debido a que el rango de diámetros de minitornillos de ortodoncia utilizados en entornos clínicos es limitado, se infiere que el diámetro no ejerce ningún efecto sobre el % de BMC.

En cuanto a los estudios sobre la correlación entre el ITV máximo y la calidad y cantidad ósea, Marquezan et al.21,45 dividieron muestras de pelvis bovina en cuatro grupos después del procesamiento relevante según la región ósea y la presencia de hueso cortical: los cuatro grupos eran regiones óseas ilíacas. sin huesos corticales (GI0), regiones de hueso ilíaco con huesos corticales (GI1), regiones de hueso púbico sin huesos corticales (GP0) y regiones de hueso púbico con huesos corticales (GP1). Los resultados indicaron que la DMO de las muestras de prueba en GP0 era mayor que la de las muestras de prueba en GI1. Sin embargo, el ITV máximo requerido para las muestras de prueba en GP0 es menor que el de las de GI1. En otras palabras, aunque la DMO de las muestras de hueso de la región sin huesos corticales era mayor que la de las muestras de hueso de una región con huesos corticales, las muestras de hueso de las regiones con hueso cortical requieren un ITV máximo mayor. Esto indicó que los huesos corticales ejercen una mayor influencia en el ITV máximo que los huesos esponjosos. También se obtuvieron resultados similares en el estudio actual: existe una alta correlación entre el ITV máximo y el espesor del hueso cortical medido mediante CBCT y micro-CT. Esto indicó que cuanto más grueso es el hueso cortical, mayor es el nivel de valor de torque de inserción requerido para la inserción. El GV del hueso esponjoso medido por CBCT y el parámetro de microestructura del hueso trabecular BV/TV medido por micro-CT tuvieron solo una correlación baja a media con el ITV máximo. Por lo tanto, la contribución del espesor del hueso cortical al ITV máximo fue mayor que la de la densidad del hueso esponjoso.

En cuanto a la correlación entre el % de BMC y la calidad y cantidad de hueso en la posición de inserción, los resultados de este estudio indicaron que el valor de % de BMC del minitornillo de ortodoncia de cada dimensión está altamente correlacionado con el espesor del hueso cortical (r > 0,8). Los resultados de correlación para el % de BMC y la densidad del hueso esponjoso/la microestructura del hueso trabecular presentados en la Tabla 3 indican que el % de BMC de la mayoría de los grupos de minitornillos de ortodoncia se correlacionó de moderada a alta con la densidad del hueso esponjoso/la microestructura del hueso trabecular. Sin embargo, el % de BMC y la densidad del hueso esponjoso del grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm se correlacionaron moderadamente (r = 0,577, P <0,05). No se encontró una correlación significativa entre el valor de BMC% y la microestructura del hueso trabecular del grupo de minitornillos de 1,5 × 6 mm (r = 0,373, P = 0,105). La posible razón detrás de esto es que los minitornillos de ortodoncia de este grupo eran demasiado cortos y la proporción de minitornillos en el hueso esponjoso era demasiado pequeña. Por tanto, el espesor del hueso cortical ejerce una marcada influencia en el% de BMC. Para determinar la relación entre el % de BMC y la estructura del hueso esponjoso, se debe tener en cuenta la longitud de los minitornillos de ortodoncia. Cuanto más corto es el minitornillo, menor es la proporción del minitornillo presente en el hueso esponjoso y menor es el impacto de estos factores en el % de BMC.

En cuanto a las correlaciones entre el BMC% y el ITV máximo, Inaba et al.28 insertaron minitornillos de 1,4 × 4 mm en la mandíbula de conejos adultos y compararon la correlación entre el BMC% y la estabilidad del Periotest; los resultados indicaron una alta correlación (r = 0,722) entre las dos variables. Nuestro equipo insertó previamente minitornillos de 1,6 × 10 mm en muestras de hueso artificial y comparó la correlación entre el BMC% y el ITV máximo. Los resultados indicaron una alta correlación entre los dos (r = 0,97). Los estudios citados únicamente han utilizado minitornillos de ortodoncia de una única dimensión. En este estudio, utilizamos cinco dimensiones de minitornillos de ortodoncia para una evaluación adicional. Los resultados revelaron una alta correlación entre el ITV máximo y el % de BMC de cada grupo diferente de dimensiones de minitornillos de ortodoncia. El valor de r para la correlación entre un grupo de minitornillos de ortodoncia de 1,4 × 8 mm fue 0,938 (P <0,05); el valor de r para la correlación entre un grupo de minitornillos de ortodoncia de 1,5 × 6 mm fue 0,939 (P < 0,05); el mismo valor para la correlación entre un grupo de minitornillos de ortodoncia de 1,5 × 8 mm fue 0,904 (P < 0,05); el valor de r para la correlación entre un grupo de minitornillos de ortodoncia de 1,5 × 10 mm fue 0,923 (P <0,05); y el valor de r para la correlación entre un grupo de minitornillos de ortodoncia de 1,6 × 8 mm fue 0,837 (P <0,05). Por tanto, el% BMC es una medida útil para evaluar la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia. Cuanto mayor sea el % de BMC, mayor será el ITV máximo para insertar minitornillos de ortodoncia en muestras de hueso.

Las limitaciones de este estudio son las siguientes. De acuerdo con los protocolos utilizados en estudios anteriores, las muestras de hueso utilizadas en este estudio se obtuvieron de animales. En el futuro, se deberían utilizar muestras de huesos de animales de una mayor variedad de especies animales o muestras de huesos humanos para confirmar los hallazgos de este estudio. Sólo se seleccionaron cinco dimensiones representativas de minitornillos de ortodoncia para la evaluación de la estabilidad. El efecto de otras dimensiones sobre la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia aún requiere investigación. Además, un experimento mecánico in vitro no puede simular situaciones reales en las que los dentistas clínicos insertan minitornillos de ortodoncia en la mandíbula de un paciente. Finalmente, este estudio solo examinó el valor del torque de inserción, la calidad y cantidad de hueso y la estabilidad del contacto hueso-minitornillo. No habló sobre inflamación, infección, fractura durante la extirpación ni otras preocupaciones.

En conclusión, bajo la configuración y limitaciones experimentales, se obtuvieron los siguientes hallazgos:

CBCT se puede utilizar para medir con precisión el espesor del hueso cortical y predecir el valor BV/TV del hueso esponjoso.

El BMC% se ve significativamente afectado por la longitud de los minitornillos de ortodoncia.

La contribución del espesor del hueso cortical al ITV máximo es mayor que la de la estructura del hueso esponjoso.

La contribución del espesor del hueso cortical al % de BMC es mayor que la de la estructura del hueso esponjoso.

Cuanto mayor sea el BMC%, mayor será la ITV máxima.

El estudio prospectivo se realizó según las directrices STARD. El diseño del estudio se ilustra en la Fig. 4. En este estudio, se midieron o calcularon 9 parámetros en total. Como se informó en la segunda subsección de la sección "Materiales y métodos", se midieron el espesor del hueso cortical y los valores en escala de grises del hueso esponjoso para las posiciones insertadas de los minitornillos de ortodoncia en imágenes CBCT, y se midieron el espesor del hueso cortical y cuatro parámetros de la estructura ósea trabecular de Se midió la posición insertada de los minitornillos de ortodoncia en las imágenes de micro-CT. Como se describe en la subsección 3 de la sección Materiales y Métodos, se calcularon los parámetros de% de BMC y, como se explica en la subsección 4, se registraron los ITV máximos.

Esquema del estudio.

Se extrajeron doce muestras de hueso de la región ilíaca de cuatro pelvis bovinas utilizando una motosierra eléctrica. Las muestras de huesos bovinos frescos congelados se obtuvieron de un mercado de carne local. La dimensión de cada muestra de hueso fue de aproximadamente 3 × 3 × 2 cm3, y se perforaron dos pequeños orificios en una esquina de las muestras de hueso como marcadores; Los marcadores sirvieron como referencia para las posiciones relativas correspondientes en imágenes y experimentos mecánicos reales. En la muestra de hueso, se marcaron nueve puntos como posiciones para insertar los minitornillos (Fig. 5a). Se utilizaron minitornillos de ortodoncia Absoanchor de cinco dimensiones diferentes (Dentos, Daegu, Corea del Sur). Las dimensiones de los cinco minitornillos fueron las siguientes: 1,4 mm × 8 mm, 1,5 mm × 6 mm, 1,5 mm × 8 mm, 1,5 mm × 10 mm y 1,6 mm × 8 mm (Fig. 5b).

(a) Dimensiones de los minitornillos de ortodoncia; (b) Muestra de hueso ilíaco bovino que muestra nueve posiciones de inserción.

Primero, se tomaron imágenes CBCT de muestras óseas. El dispositivo CBCT utilizado fue un Promax 3D Max (Planmeca Oy, Finlandia) y los parámetros de escaneo fueron una resolución de 200 µm, voltaje de 96 kVp y corriente de 12,5 mA; La densidad del hueso esponjoso se midió y se expresó como un valor en escala de grises (GV). Las imágenes DICOM de la muestra ósea capturadas se importaron al software de imágenes MIMICS 15.4 (Materialise, Lovaina, Bélgica) para medir el espesor del hueso cortical y la densidad del hueso esponjoso en la posición de inserción (región de interés [ROI]; Fig. 6a).

(a) Espesor del hueso cortical (en mm) y densidad del hueso esponjoso (GV) medidos a partir de imágenes CBCT; (b) espesor del hueso cortical (en mm) y cuatro parámetros de mala construcción del hueso trabecular [BV/TV (%), Tb.Th. (mm), Tb.Sp. (mm), y Tb.N. (1/mm) medido a partir de imágenes de micro-CT.

El escaneo posterior de muestras óseas y minitornillos de ortodoncia se realizó mediante micro-CT (SkyScan 2211, Bruker, Bélgica), y los parámetros de escaneo fueron una resolución de 25 μm, un voltaje de 110 kVp y una corriente de 300 μA. Primero, las imágenes de micro-CT de las muestras óseas se importaron a CTAn (Skyscan). Posteriormente, se midieron el espesor del hueso cortical y los cuatro parámetros de la microestructura del hueso trabecular en las posiciones de inserción de los minitornillos de ortodoncia (ROI). Los cuatro parámetros de la microestructura ósea trabecular medidos son los siguientes: porcentaje de volumen óseo (volumen óseo/volumen total; [BV/TV]), espesor trabecular (Tb.Th), número trabecular (Tb.N) y separación trabecular (Tb. Sp; figura 6b).

Todos los parámetros fueron medidos por un radiólogo con cuatro años de experiencia en radiología. La precisión de la medición se validó antes de analizar los siete parámetros (grosor del hueso cortical en imágenes CBCT y micro-CT, densidad del hueso esponjoso en imágenes CBCT y cuatro parámetros de microestructura del hueso trabecular). Se utilizó el coeficiente de correlación intraclase (ICC) para determinar la confiabilidad de las mediciones intraexaminador e interexaminador. → Para calcular el error entre examinadores, dos examinadores midieron una vez cada uno los siete parámetros de una determinada posición insertada de las imágenes CBCT y micro-CT y luego los compararon. El valor de ICC fue 0,899. Para calcular el error intraexaminador, un solo examinador midió dos veces los siete parámetros de una determinada posición insertada de las imágenes CBCT y micro-CT, y luego esas mediciones se compararon. El valor del CCI fue de 0,955. Estos valores indicaron que el efecto del error intraexaminador e interexaminador para este método fue mínimo y podría ignorarse en este estudio.

Las imágenes de micro-CT de las 12 muestras de hueso y las cinco dimensiones de los minitornillos de ortodoncia se importaron a MIMICS 15.4 para la construcción de modelos 3D. En MIMICS, el modelo 3D del minitornillo de ortodoncia (Fig. 7a) se movió a los sitios de inserción de minitornillos designados del modelo de muestra ósea 3D (Fig. 7b). Con referencia a los métodos descritos en nuestro estudio publicado anteriormente29, la superficie exterior del minitornillo de ortodoncia dentro de una muestra de hueso (pBMCA) (Fig. 7c), el área de contacto entre el hueso real y el minitornillo (BMCA) (Fig. 7d) y BMC% (BMCA dividido por pBMCA).

(a) modelo 3D del minitornillo de ortodoncia, (b) modelo 3D de una pequeña región de una muestra de hueso ilíaco bovino, (c) superficie exterior del minitornillo de ortodoncia dentro de una muestra de hueso (pBMCA) y (d) hueso real. Área de contacto del minitornillo (BMCA).

Se utilizó una máquina de torsión para medir el ITV máximo requerido para insertar minitornillos de ortodoncia en la muestra de hueso. El modelo de celda de carga de torsión de la máquina de torsión utilizada fue TQ-8800 (Lutron Electronic Enterprise, Taipei, Taiwán) y la resolución de medición adoptada fue de 0,1 N.cm. El proceso experimental cumplió con lo establecido por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) F543; Se aplicó una fuerza normal de 1,14 kg y los minitornillos de ortodoncia se insertaron en las muestras de hueso (Fig. 8) bajo una fuerza de torsión aplicada a una velocidad constante de 4 r/min.

Enfoque de medición de ITV de ITV: (a) vista completa, (b) vista cercana.

Este experimento se dividió en tres partes. En este documento, cada parte se analiza por separado; luego, las correlaciones entre las tres partes se discuten de la siguiente manera:

Parte I: Comparación de la influencia de las dimensiones de cinco minitornillos de ortodoncia diferentes en el ITV máximo mediante una prueba de Kruskal-Wallis y una prueba post hoc U de Mann-Whitney.

Parte II: Comparación entre las mediciones de la calidad ósea y la cantidad de hueso medidas mediante CBCT y las medidas mediante imágenes micro-CT: se utilizaron pruebas t pareadas para comparar la diferencia entre el espesor del hueso cortical medido mediante CBCT y el medido mediante imágenes micro-CT; Se utilizó el coeficiente de correlación de Pearson para examinar las correlaciones entre la densidad del hueso esponjoso (GV) medida por CBCT y los parámetros de la microestructura del hueso trabecular medidos por micro-CT (BV/TV, Tb.Th, Tb.N y Tb.Sp). .

Parte III: Comparación de la influencia de las dimensiones de cinco minitornillos diferentes en el% de BMC mediante el uso de una prueba de Kruskal-Wallis y una prueba U post hoc de Mann-Whitney.

Parte IV: Examen de la correlación entre el ITV máximo y la calidad y cantidad de hueso: se utilizó el coeficiente de correlación de Pearson para examinar las correlaciones entre el ITV máximo de diferentes minitornillos de ortodoncia, el espesor del hueso cortical, la densidad del hueso esponjoso y los parámetros de la microestructura del hueso trabecular.

Parte V: Examen de las correlaciones entre el % de BMC y la calidad y cantidad de hueso: se utilizó el coeficiente de correlación de Pearson para examinar las correlaciones entre el % de BMC, el espesor del hueso cortical, la densidad del hueso esponjoso y los parámetros de la microestructura del hueso trabecular.

Parte VI: Exploración de la correlación entre el % de BMC y el ITV máximo: Se utilizó el coeficiente de correlación de Pearson para explorar la correlación entre el % de BMC y el ITV máximo.

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Este estudio fue apoyado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST 110-2221-E-039-005).

Programa de Maestría en Ingeniería Biomédica, Universidad Médica de China, Taichung, 404, Taiwán

Wan Ping Yu

Departamento de Ingeniería Biomédica, Universidad Hungkuang, Taichung, 433, Taiwán

Ming Tzu Tsai

Facultad de Odontología, Facultad de Odontología, Universidad Médica de China, 91 Hsueh-Shih Road, Taichung, 40402, Taiwán

Jian-Hong Yu, Heng-Li Huang y Jui-Ting Hsu

Departamento de Odontología, Hospital y Universidad Médica de China, Taichung, 404, Taiwán

Jian Hong Yu

Departamento de Bioinformática e Ingeniería Médica, Universidad de Asia, Taichung, 413, Taiwán

Heng-Li Huang y Jui-Ting Hsu

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Concepto/Diseño: W.-PY, J.-TH; Análisis de datos: W.-PY, J.-HY, H.-LH, J.-TH; Redacción del artículo: W.-PY, J.-HY, J.-TH; Financiamiento asegurado: J.-TH Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Jui-Ting Hsu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Yu, WP., Tsai, MT., Yu, JH. et al. La calidad del hueso afecta la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia. Informe científico 12, 2849 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06851-y

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Recibido: 15 de noviembre de 2021

Aceptado: 24 de enero de 2022

Publicado: 18 de febrero de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-06851-y

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La calidad ósea afecta la estabilidad de los minitornillos de ortodoncia