Influence of indentation test factors on the mechanical response of the skin / Influencia de los factores experimentales de la indentación en la respuesta mecánica de la piel / Influência dos fatores experimentais da indentação na resposta mecânica da pele

Abstract This study proposes in vivo tests and design of experiments to determine the influence of experimental factors on the mechanical response of the soft tissue. The experimental factors considered are: room temperature (A), indentation velocity (B), indenter temperature (C), pump pressure (D) and muscle activation (E). An inverse method was developed to obtain the constants for constitutive equations of a multilayer biological model (skin, hypodermis, and muscle) through the use of indentation tests in combination with a finite element method. For each combination of the experimental factors, two groups of constants were established from the inverse method. Sixteen combinations of experimental conditions and their corresponding constants for the Mooney-Rivlin constitutive equations were obtained to be used in further numerical models. The factor D and factor interactions ADE, CDE, and ACDE were statistically significant with respect to skin mechanical response. Therefore, it can be concluded that there is not a current equation able to represent the mechanical properties of the skin under all the experimental conditions considered in this study

Resumen Este estudio propone pruebas in vivo y diseño de experimentos para determinar la influencia de los factores experimentales en la respuesta mecánica de tejidos blandos. Los factores experimentales considerados son: temperatura ambiente (A) velocidad de indentación (B), temperatura del indentador (C), presión de bombeo (D) y activación muscular (E). Se desarrolló un método inverso con el fin de obtener las constantes para las ecuaciones constitutivas de un modelo biológico de multicapa (piel, hipodermis y músculo) a través del uso de pruebas de indentación en combinación con el método del elemento finito. Para cada combinación de los factores experimentales, se establecieron dos grupos de constantes del método inverso. Se obtuvieron dieciséis combinaciones de condiciones experimentales y sus correspondientes constantes para las ecuaciones constitutivas de Moorney-Rivlin, que se pueden usar en futuros modelos numéricos. El factor D y las interacciones de los factores ADE, CDE y ACDE fueron estadísticamente significativas con respecto a la respuesta mecánica de la piel. En consecuencia, se puede concluir que no hay actualmente una ecuación capaz de representar las propiedades mecánicas de la piel bajo las condiciones experimentales consideradas en este estudio.

Resumo Este estudo propõe ensaios in vivo e desenho de experimentos para determinar a influência dos fatores experimentais na resposta mecânica de tecidos moles. Os fatores experimentais considerados são: temperatura ambiente (A), velocidade de indentação (B), temperatura de indentação (C), pressão de bomba (D) e ativação muscular (E). Desenvolveu-se um método invertido com o fim de obter as constantes para a equação constitutivas de um modelo biológico de multicapa (pele, hipoderme e músculo) por meio do uso de ensaios de indentacao em combinação com o método do elemento finito. Para cada combinação dos fatores experimentais, se estabeleceram dois grupos de constantes do método inverso. Obtiveram-se dezesseis combinações de condições experimentais e suas constantes correspondentes para as equações constitutivas de Mooney- Rivlin, que podem ser usadas em futuros modelos numéricos. O fator D e as interações dos fatores ADE, CDE e ACDE foram estatisticamente significativas com respeito a resposta mecânica da pele. Assim sendo, se pode concluir que não há atualmente uma equação capaz de representar as propriedades mecânicas da pele baixo as condições experimentais consideradas neste estudo.

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 da distribuição de tensões em um incisivo central superior, reconstruído com diferentes pinos intrarradiculares, analisado através do método dos elementos finitos / Study of tensile distribuction in upper incisors restored with different posts, using the finite element analysis

O emprego de pinos intrarradiculares pré-fabricados associados a materiais de preenchimento plásticos tem se mostrado uma excelente alternativa para restauraçao de dentes tratados endodonticamente. Em nosso trabalho nos propusemos a avaliar o efeito desses pinos, confeccionados em três materiais diferentes e três formas anatômicas distintas, na distribuição de tensões em incisivos centrais superiores tratados endodonticamente, empregando o método dos elementos finitos (MEF) bidimensional. Foram utilizados pinos de aço inoxidável, titânio e fibras de carbono em matriz de Bis-gma. Em relação à forma anatômica os pinos eram cônicos, cilíndricos e cilíndricos com dois diâmetros diferentes. Os modelos foram restaurados com resina composta como material de preenchimento coronário e recobertos com uma coroa de porcelana. Os modelos foram submetidos a análise pelo MEF, sendo aplicada uma carga estática de 100 N com inclinação de 45º na borda incisal da superfície palatina do dente. Os valores médios das tensões oy(MPa), internamente na porção coronária radicular, foram para os dentes naturais (controle) de 36,8, para os com pinos de fibras de carbono 4,8, para os com pinos de titânio 71,3 e para os com pinos de aço inoxidável 123,2. Os valores médios das tensões oy (MPa), internamente na porção coronária radicular foram para os dentes (controle) de 36,8, para os de pinos cônicos 71,2, para os de pinos cilíndricos 58,6 e para os de pinos cilindrícos de dois diâmetros diferentes 69,5 ...................

The use of prefabricated posts associated to filling plastic materials have turned into an excellent alternative for restoring endodontically treated teeth. The purpose of this study was to avaluate the effect of prefabricated posts on the stress distribution of a endodontically treated central upper incisor using a 2D Finite Element analysis. Three materials for the posts were considered in the analysis: stainless steel, titanium and carbon fiber on Bis-gma matrix. The models included composite resin as core material and a porcelain crown. Finit element analysis considered a 100 N load with inclination of 45º applied to the tip of the crown. The average oy stress internally on the coronal root region were -36.8 MPa for the healthy tooth (control), 4.8 MPa for the carbon/Bis-gma post, 71.3 MPa for the titanium post and 123.2 MPa for the stainless steel post. The average oy stress internally on the coronal root region were -36.8 MPa for the healthy tooth (control), 71.2 MPa for the conical post, 58.6 MPa for the cylindrical posta and 69.5 MPa for the two-stage cylindrical post..............