Research on Biomedical Engineering
http://www.rbejournal.periodikos.com.br/article/doi/10.4322/rbeb.2011.011
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Simulación numérica por el método de elementos finitos del comportamiento de una mandíbula ante un dispositivo de tracción cervical mandibular

Finite element simulation of the jaw behavior under the action of a mandibular cervical headgear device

Saldarriaga, Juan Felipe Isaza; Vélez, Santiago Correa; Restrepo, Samuel Roldán

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Resumen

Se describe la simulación numérica mediante el método de elementos finitos de una mandíbula ante las cargas ejercidas por una terapia de Tracción Cervical Mandibular (TCM). La geometría del problema se obtuvo a partir del procesamiento de imágenes de Tomografía de un niño de 12 años utilizando Rapid Form 2006®. Se modelaron la mandíbula, 14 piezas dentales y los músculos masetero, temporal, pterigoideo interno y externo. Se aplicó una fuerza de 2,45 N sobre los primeros molares y las propiedades mecánicas usadas en el modelo fueron tomadas de la literatura. Se aplicaron restricciones en seis grados de libertad sobre el hueso temporal. El mallado del modelo fue realizado en GID 8.0.9® y exportado para su análisis en ANSYS 10®. Se obtuvo un modelo con 239.170 elementos y 356.237 nodos, se analizaron las tensiones y desplazamientos en diferentes planos con el propósito de compararlos con algunas tendencias de crecimiento observadas a nivel clínico sobre pacientes tratados con dicho dispositivo. Se encontraron varias concordancias entre la simulación y los resultados clínicos como el movimiento mandibular hacia abajo y hacia atrás. Además, se encontraron nuevas tendencias de desplazamientos del cuerpo mandibular que podrían ayudar a comprender resultados clínicos obtenidos a largo plazo que hasta la fecha no han tenido explicación.

Palabras clave

Bioingeniería, Elementos finitos, Ortodoncia, Tracción cervical mandibular.

Abstract

This paper describes the numerical simulation, using the Finite Element Method, of a human jaw to evaluate the loads exerted by a Mandibular Cervical Headgear (MCH) therapy. The geometry of the problem was obtained from CT imaging of a twelve year old child using Rapid Form 2006®. The jaw, fourteen dental pieces, the masseter muscle, the temporal muscle and the internal and external pterygoid muscles were modeled. A load of 2.45 N was applied in the first molars and the mechanical properties used in the model were taken from literature. Constraints in six degrees of freedom were applied to the temporal bone. The mesh was defined in GID 8.0.9® and exported for its analysis into ANSYS 10®. A model with 239,170 elements and 356,237 nodes was obtained. Principal stresses and displacements in different planes were analyzed with the purpose of comparing them with some growth trends observed at clinical level. Correlations between numerical simulation and clinical results were found, such as downward and backward movement of the mandibular body. Moreover, there were new trends in the mandible movements that could help to understand clinical outcomes in the long term.

Keywords

Bioengineering, Finite elements, Orthodontics, Mandibular cervical headgear.
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Res. Biomed. Eng.

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