Modelamento biomecânico da atuação de aparelhos com parafuso expansor sobre estruturas mandibulares assimétricas através do método de elementos finitos

• Main Author: Iracema Maria Utsch Braga
• Other Authors: Roberto Marcio de Andrade
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2011
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8ZSNNP

=== Occlusion disorders, resulting from changes in the development of the arches are commonly found in the population. Lead to dysfunctions and changes in mastication, speech and breathing. Usual techniques for treating these disorders require the use of orthodontic/orthopedic apparatus that use expansion screws. The gradual displacementimposed by their activation leads to bone remodeling and a new equilibrium position of the arches. It is necessary to use a methodology that relates the displacement caused by the screw with the deformation in the bone structure, quantifying the strength levels achieved and the stress distribution in the buccal structures. This work aims to develop abiomechanical model of the acting of expansion screw appliance on asymmetric mandibular structures by finite element method. A biomechanical model of the complete jaw-mucosa-expander was built using CT images of the human jaw and computer software for the construction of geometric solids. An iterative procedure was developed to deal with a boundary condition that takes into account the mandibular asymmetries. The results obtained by simulation showed asymmetries in the distribution of contact pressures and indicated with precision the diagnosis of the patient's malocclusion. It was shown that theleft and right ends of the expansion screws move differently in relation to the mandible studied. The contact pressure between the apparatus and the mucosa varied linearly with the applied force. A bench was developed to measure in vivo contact pressures using piezoelectric sensors. The in vivo measurements agreed with the computational results, validating the model. The biomechanical modeling proposed in this work proved to be a useful tool to control and optimize malocclusion treatments, safely avoiding the use of forces acting in live structures beyond the biological tolerance, which could result in traumatic effects. === Problemas de oclusão decorrentes de alterações no desenvolvimento das arcadas são comumente encontrados na população. Levam a disfunções e alterações na mastigação, fala e respiração. Técnicas usuais para tratamento destes distúrbios requerem o emprego deaparelhos ortodônticos/ortopédicos que utilizam parafusos expansores. Os deslocamentos graduais impostos por sua ativação levam à remodelação óssea e a uma nova posição de equilíbrio das arcadas. É necessária a utilização de uma metodologia que relacione odeslocamento provocado pelo parafuso com a deformação na estrutura óssea, quantificando os níveis de força alcançados e a distribuição das tensões nas estruturas bucais. Este trabalho objetiva desenvolver um modelamento biomecânico da atuação de aparelhos com parafuso expansor sobre estruturas mandibulares assimétricas através do método de elementos finitos. Construiu-se um modelo biomecânico do conjunto completo mandíbulamucosa- aparelho expansor utilizando imagens de tomografia computadorizada da mandíbula humana e software computacional de construção de sólidos geométricos. Umprocedimento iterativo foi desenvolvido para lidar com uma condição de contorno que leva em conta as assimetrias mandibulares. Os resultados obtidos pela simulação mostraram assimetrias na distribuição das pressões de contato e indicaram com precisão o diagnóstico de maloclusão do paciente. Foi mostrado que as extremidades esquerda e direita do parafuso de expansão movem de forma diferente em relação à mandíbula estudada. As pressões de contato entre o aparelho e a mucosa variaram linearmente com a força aplicada. Foi desenvolvida uma bancada para medir in vivo as pressões de contato usando sensores piezoelétricos. As medições in vivo concordaram com os resultados computacionais, validando o modelo. O modelo biomecânico proposto no trabalho mostrou ser uma ferramenta eficiente para controle e otimização do tratamento de maloclusões, evitando com segurança o emprego de forças atuando em estruturas vivas além da tolerância biológica, que poderiam resultar em efeitos traumáticos.