Relação entre a perda de osso alveolar, a magnitude de força aplicada e o deslocamento inicial do dente – uma análise tridimensional pelo método dos elementos finitos / Relation among alveolar bone loss, magnitude of applied force and initial tooth displacement - a three-dimensional finite element method study

O presente estudo tem como objetivo investigar as relações entre o movimento inicial de um canino superior sob diferentes magnitudes de forças aplicadas sobre o mesmo e em variados níveis de perda óssea. Um modelo construído baseado em Wheeler que consistia em 221.267 elementos e 40,180 nós foi analisado através do método dos elementos Finitos. O deslocamento dentário foi determinado inicialmente sem perda óssea alveolar, depois com 2 mm de perda e com 4 mm de perda óssea. Foram aplicadas forças da ordem de 75 g, 100 g e 150 g em direção à face distal do dente. O centro de rotação e o centro de resistência do dente foram localizados em diferentes estágios de perda alveolar e de forças aplicadas. Os resultados mostraram que a perda óssea afeta o padrão inicial do movimento dentário. Grandes deslocamentos da margem incisal foram observados. O ápice radicular deslocou-se para o lado oposto da direção da força. O centro de rotação e o centro de resistência também se movimentaram em direção ao ápice, acompanhando a perda óssea alveolar e sua distância à crista alveolar ao mesmo tempo diminuiu. Forças aplicadas durante o tratamento ortodôntico em pacientes adultos com perda óssea alveolar devem levar em conta a altura do osso alveolar para se obter o movimento dentário desejado com preservação da qualidade periodontal.

This study was designed to investigate the behavior of initial tooth displacement associated with varying alveolar bone heights and load forces. The three-dimensional 3D model by Finite Element Method (FEM) of the canine was constructed on the basis of average anatomic morphology designated by Wheeler and consisted of 221.267 elements and 40.180 nodes. Tooth displacements were determined without alveolar bone loss and with 2 and 4 millimeters of bone losses, when loaded by forces of 75, 100 and 150 g directed to distal side. The Center of rotation (CRo) and the center of resistance (CRe) were located for the various stages of alveolar bone losses and forces. The results showed that bone loss affects the patterns of initial tooth displacement. Greater amounts of displacement of incisal edge were observed. The apex displaces to the opposite side of the direction of the force. The center of rotation and the center of resistance also shifted toward the apex with the alveolar bone loss and their distance to the alveolar crest decrease at the same time. Forces applied during orthodontic treatment of an adult patient with alveolar bone loss should take into consideration the alveolar bone height so as to produce optimal and desired tooth movement, preserving the quality of periodontal tissue.

Estudo comparativo de diferentes prescrições de braquetes pré-ajustados em modelos virtuais pelo Método de Elementos Finitos / Comparative study of different pre-adjusted brackets prescriptions on virtual models, by Finite Elements Method

OBJETIVOS: comparar os efeitos de diferentes prescrições de braquetes pré-ajustados na movimentação dentária dos dentes anterossuperiores, por meio da utilização do Método de Elementos Finitos (MEF). MÉTODOS: foi utilizado um modelo tridimensional composto por um incisivo central, um incisivo lateral e um canino, todos do hemiarco superior esquerdo. Esses elementos foram submetidos à atuação de vetores de força que simularam a ação dos pré-ajustes de angulação e torque dos braquetes das prescrições de Alexander, Andrews, Capelozza, MBT, Ricketts e Roth. Após a simulação, os dados referentes ao deslocamento espacial dos pontos incisais e apicais foram registrados de forma que o novo posicionamento admitido pelos longos eixos dentários e seus pontos constituintes fossem determinados. RESULTADOS: a maioria das prescrições se comportou similarmente em relação aos parâmetros avaliados. As diferenças significativas encontradas no estudo se referem ao incisivo lateral superior que continha o braquete com a prescrição de Ricketts, que apresentou uma menor inclinação vestibular de seu longo eixo. Além disso, o canino superior da mesma prescrição apresentou uma maior inclinação de seu longo eixo para mesial e uma maior inclinação vestibular de seu longo eixo em relação às outras. A avaliação qualitativa da movimentação do incisivo central superior indicou um maior deslocamento distal dos ápices radiculares para as prescrições cujos autores estipularam maiores valores de angulação (Andrews, Capelozza, Roth e Alexander), e um maior deslocamento vestibular da coroa para as prescrições que estipularam os maiores valores de torque para os incisivos centrais (Ricketts, MBT, Alexander e Roth).

AIM: The aim of the present study was to compare the effects of different prescriptions on anterior superior tooth movement simulation through a Finite Element Method (FEM). METHODS: It was utilized a 3D model, which was comprised of an upper left central and lateral incisors, and a upper left cuspid. These elements were subjected to force vectors which simulated tip and torque pre-adjustments of Alexander, Andrews, Capelozza, MBT, Ricketts, and Roth brackets. After the referred simulation, data concerning the spatial displacement of the incisal and apical points were registered in order to determine the position newly assumed by the teeth long axis, as well as its constituent points. RESULTS: Most of the prescriptions reacted similarly to the simulation, regarding to the evaluated parameters. However, significant differences were found. Ricketts' lateral incisor presented the smallest buccal inclination of its long axis. Moreover, Ricketts' upper left cuspid presented the greatest mesial and buccal inclination of its long axis. A qualitative analysis performed with the upper central incisor indicated that there was a larger distal movement of the apical points for the prescriptions whose authors advocated the greatest tip values (Andrews, Capelozza, Roth and Alexander). Furthermore, it was observed pronounced crown buccal displacements for the prescriptions whose authors indicated greatest torque values (Ricketts, MBT, Alexander and Roth).

Estudo pelo método dos elementos finitos 3D das tensões induzidas em implantes instalados no sistema All-on-4 / Evaluation by the 3D finite elements method of the stress distribution on implants in the All-on-4 system

A reabilitação da maxila edêntula com uso de implantes normalmente é limitada pela baixa quantidade óssea e pela presença dos seios maxilares. Na tentativa da resolução dessas condições desfavoráveis, abordagens têm sido propostas, como enxertos ósseos, fixações zigomáticas, implantes curtos e implantes inclinados. Uma alternativa conservadora é o All-on-4, que consiste em uma prótese fixa suportada por quatro implantes, sendo os dois posteriores instalados com inclinação de até 45º junto à parede anterior do seio maxilar, e os dois anteriores instalados verticalmente. Entretanto, estudos biomecânicos de apenas quatro implantes suportando uma reconstrução total fixa de maxila são raros. Por meio do método dos elementos finitos 3D, analisou-se a distribuição de tensões geradas por simulação de carga funcional nos implantes. Um modelo 3D representando uma reabilitação com All-on-4 foi construído utilizando-se o software SolidWorks. Quatro carregamentos foram aplicados: (1) carga vertical (200 N) bilateral no cantiléver (primeiros molares), segundos (150N) e primeiros pré-molares (150 N) e caninos (100 N); (2) carga (50 N) horizontal unilateral no canino, (3) carga vertical (200 N) unilateral no cantiléver; (4) carga vertical (200 N) unilateral no segundo pré-molar, simulando ausência do cantiléver. Os resultados mostraram os pontos de maior tensão sempre se localizando na plataforma do implante distal inclinado do lado de aplicação da carga, com o valor máximo de 139,4 MPa. A presença do cantiléver aumentou a tensão no implante distal em 92%. Concluiu-se que os valores máximos de tensões encontrados estão abaixo do limiar de fratura do titânio e que cantiléver deve sempre ser minimizado ou eliminado.

The rehabilitation of the edentulous maxilla using dental implants is usually limited by poor bone density and by the presence of the maxillary sinuses. Attempts to resolve these unfavorable conditions include bone grafts, zygomatic fixtures, short implants and tilted implants. A conservative alternative is the All-on-4, which consists of a fixed full prosthesis supported by four implants, with the two posterior implants tilted until 45o. However, biomechanical studies of only 4 implants supporting a full maxillary fixed reconstruction are rare. Using the 3D finite element method, the stress distribution in implants generated by the simulation of functional masticatory loads was analyzed. A 3D model of an "All-on-4" rehabilitation was built assisted by the software SolidWorks. Four different loads were applied: (1) vertical simultaneous load (200 N) on cantilever (1st molar), 2nd (150 N) and 1st molars (150 N) premolars and canines (100 N), (2) horizontal load (50 N) on unilateral canine, (3) vertical load (200 N) on unilateral cantilever; (4) vertical load (200 N) unilaterally in the 2nd premolar, simulating the absence of the cantilever. The results showed the points of greatest tension located on the platform of the distal implant, and the maximum value observed was 139.4 MPa. Cantilever maximized the tension in 92% in the distal implant. It was concluded that the maximum tension value found is lower than the tensile strength of the titanium and that cantilever must be minimized or eliminated.

A influência do posicionamento ântero-posterior da alça T segmentada durante o movimento de retração inicial: uma avaliação pelo método dos elementos finitos / The influence of the segmented T-loop anteroposterior position on the initial retraction movement: an evaluation by means of the finite element method

OBJETIVO: avaliar por meio do MEF (Método dos elementos Finitos) a influência do posicionamento no espaço inter-braquetes de uma alça T segmentada em aço inoxidável para retração do canino. METODOLOGIA: em cada posição da alça foi observado o tipo de movimento realizado pelas unidades de ancoragem e analisada a tensão no osso alveolar gerada pela mecânica. A alça foi confeccionada passiva, sem dobras de pré-ativação. O segmento posterior do lado esquerdo de uma mandíbula foi modelado, em conjunto com o canino, segundo pré-molar e primeiro molar permanente. Alterou-se o posicionamento da alça, obtendo um modelo em que esta se encontrou mais próxima ao canino, centralizada entre canino e molar e mais próxima ao molar. Apenas o deslocamento inicial destes dentes foi avaliado e as diferenças relativas entre o movimento destes foram comparadas em termos qualitativos. RESULTADOS E CONCLUSÕES: observou-se que o elemento dentário mais próximo à alça se deslocou em menor magnitude e com menor grau de inclinação. Em todos os modelos um componente de força extrusiva se fez presente, entretanto a magnitude deste foi menor para o dente mais afastado da alça. Relativa rotação foi encontrada resultando em deslocamentos para vestibular e lingual da coroa dos dentes e quanto mais afastado o dente se encontrou da alça, maior foi a tendência à rotação. O deslocamento relativo do canino foi maior que o do molar em todos os modelos. A análise da tensão em Von Mises no osso alveolar, demonstrou que esta se apresenta maior ao redor do canino e no modelo com a alça próxima ao molar.

Aplicabilidade científica do método dos elementos finitos / Scientific aplication of finite element method

O Método dos Elementos Finitos (MEF) é uma análise matemática que consiste na discretização de um meio contínuo em pequenos elementos, mantendo as mesmas propriedades do meio original. Esses elementos são descritos por equações diferenciais e resolvidos por modelos matemáticos, para que sejam obtidos os resultados desejados. A origem do desenvolvimento deste recurso ocorreu no final do século XVIII, entretanto, a sua viabilização tornou-se possível somente com o advento dos computadores, facilitando a resolução das enormes equações algébricas. O MEF pode ser utilizado em diversas áreas das ciências exatas e biológicas e, devido à sua grande aplicabilidade e eficiência, existem trabalhos com esta metodologia nas diversas especialidades odontológicas, como na Ortodontia, quando se deseja analisar cargas, tensões ou deslocamentos. Com o contínuo uso desse método em pesquisas, com suas vantagens em relação a outros disponíveis, torna-se de suma importância o conhecimento da técnica, para que sua utilização possa proporcionar benefícios científicos à Ortodontia. Torna-se primordial que os ortodontistas clínicos conheçam os conceitos básicos do MEF para que os resultados dos trabalhos sejam melhor interpretados.

A influência da variação da curvatura da base do braquete em uma união ortodôntica submetida a diferentes cargas, através do método dos elementos finitos / The influence of the variation of the bracket base curvature in a bonded orthodontic attachment submitted by different load cases using the finite element method

Este trabalho procurou avaliar, através do Método dos Elementos Finitos, a resistência ao deslocamento de quatro diferentes bases de braquetes "straight-wire" (Morelli, Unitek, A-Company e Abzil-Lancer) na aplicação de forças de torção e cisalhamento, correlacionando essa resistência à melhor adaptação das bases à superfície vestibular dentária. As curvaturas das bases de braquetes utilizados no presente estudo foram descritas em um estudo prévio, enquanto o contorno dentário foi obtido a partir do escaneamento e cálculo da curvatura média vestibular do canino inferior de uma amostra de 30 indivíduos brasileiros. Empregou-se a análise tridimensional por Elementos Finitos da interface esmalte vestibular/cimento/base do braquete para cada marca testada. Forças de IN, promovendo deslocamento lateral e torção, foram aplicadas no centro da base do braquete e observou-se a distribuição desses esforços sobre os modelos assim como as tensões normais e de cisalhamento geradas. Os resultados mostraram que a base que melhor se adaptou à superfície vestibular construída foi a da marca Unitek, seguida pela marca A-Company, Abzil-Lancer e Morelli. As deformações sofridas pelos braquetes foram inversamente proporcionais à adaptação à superfície dentária. Os maiores picos de tensão localizaram-se nas proximidades do ponto de aplicação da força. A interface adesivo/esmalte foi mais sujeita à falha na adesão que a interface braquete/adesivo. A força de cisalhamento demonstrou ser mais provável de causar falha na adesão quando comparada à força de torção.

Avaliação das tensões geradas numa união ortodôntica submetida a suas diferentes forças, através do método dos elementos finitos / An evaluation of the stresses generated in a bonded orthodontic attachment by two different load cases using the finite element method

Este trabalho procurou avaliar as tensões geradas numa união ortodôntica, quando submetida a forças que promovem torção e cisalhamento. Para tal, desenvolveu-se um modelo tridimensional por elementos finitos (MEF) da interface base de braquete/adesivo/canino inferior. Forças de 1N promovendo deslocamento lateral e torção foram aplicadas no centro da base do braquete e observou-se a disribuição das tensões normais e de cisalhamento geradas sobre o modelo. Os resultados demonstraram que os maiores picos de tensão localizaram-se nas proximidades do ponto de aplicação da força. A interface adesivo/esmalte foi mais sujeita a falha na adesão que a interface braquete/adesivo. A força de cisalhamento demonstrou ser mais provável causa de falha na adesão, quando comparada à força de torção

Composição química e resistência mecânica da base de braquetes "Straight-Wire" / Superficial hardness and the metallographic characteristics of straight-wire base brackets

Esse trabalho objetivou comparar as durezas superficiais e as características metalográficas das bases de braquetes "straight-wire" de quatro marcas comerciais: Morelli, Abzil Lancer, Unitek e A-Company. As durezas superficiais foram avaliadas por meio de um teste de dureza realizado com o auxílio de um microdurômetro. Os resultados indicaram diferenças entre as marcas comerciais teatadas onde os braquetes da A-Company apresentaram os valores mais altos de dureza (314 HV), seguidos da Unitek (325 HV), Abzil (230 HV) e Morelli (192 HV). As características metalográficas das bases de braquetes foram avaliadas por meio de um espectrômetro, onde observou-se a presença de elementos de liga como o cromo, o níquel, o silício, o cobre, o alumínio, o enxofre e o nióbio. A quantidade de cada elemento de liga variou entre as marcas, provavelmente devido ao processo de fabricação industrial, mas sem interferir na qualidade final da liga