Effect of orthodontic bracket type and mouthguard presence on the stress and strain during a frontal impact

ABSTRACT

Abstract The aim of this study was to analyze the influence of orthodontic bracket type (metallic or ceramic) and mouthguard on biomechanical response during impact. Two-dimensional plane-strain models of a patient with increased positive overjet of the maxillary central incisor was created based on a CT scan, simulating the periodontal ligament, bone support, gingival tissue, orthodontic brackets (metallic or ceramic) and mouthguard. A nonlinear dynamic impact finite element analysis was performed in which a steel object hit the model at 1 m/s. Stress distributions (Von Mises and Modified Von Mises) and strain were evaluated. Stress distributions were affected by the bracket presence and type. Models with metallic and ceramic bracket had higher stresses over a larger buccal enamel impact area. Models with ceramic brackets generated higher stresses than the metallic brackets. Mouthguards reduced the stress and strain values regardless of bracket type. Mouthguard shock absorption were 88.37% and 89.27% for the metallic and ceramic bracket, respectively. Orthodontic bracket presence and type influenced the stress and strain generated during an impact. Ceramic brackets generated higher stresses than metallic brackets. Mouthguards substantially reduced impact stress and strain peaks, regardless of bracket type.

RESUMO

Resumo O objetivo deste estudo foi analisar a influência da presença e tipo de bráquete ortodôntico (metálico ou cerâmico), e a presença de protetor bucal na resposta biomecânica durante impacto. Modelos bidimensionais em estado plano de deformação de paciente com incisivo central superior com overjet positivo acentuado foram criados baseados em tomografia computadorizada, simulando ligamento periodontal, suporte ósseo, tecido gengival, bráquetes ortodônticos (metálico e cerâmico) e o protetor bucal. Análise de elementos finitos não-linear de impacto foi realizada na qual uma esfera de aço atingiu o modelo a 1m/s. A distribuição de tensões (Von Mises e Von Mises modificado) e a deformação foram avaliadas. As distribuições de tensões foram afetadas pela presença e tipo de bráquete. Modelos com bráquete metálico e cerâmico produziram maiores valores de tensões sobre maior área do esmalte vestibular. Modelos com bráquetes cerâmicos geraram maiores tensões do que metálicos. O protetor bucal reduziu as tensões e deformações geradas independentemente do tipo de bráquete. A capacidade de absorção de choques foi de 88.37 e 89.27% para os bráquetes metálicos e cerâmicos, respectivamente. A presença e o tipo de bráquete influenciou a distribuição de tensões e deformações durante o impacto. Bráquetes cerâmicos geraram maiores valores de tensão do que metálicos. Protetor bucal reduziu significativamente os picos de tensão e deformação.