Stress distribution in human zygomatic pillar using three-dimensional finite element analysis / Distribución de la tensión en el pilar cigomático humano usando análisis de elementos finitos tridimensional

ABSTRACT

This paper aimed to analyze stress distribution in human zygomatic pillar during masseter muscle contraction using three-dimensional finite element analysis. A three-dimensional model and hemi facial skull were produced based on CT-scan data. An adult male skull with structural anatomy integrity was used as model. Muscles forces were applied at origin of elevator muscles and supports was applied at the occlusal surfaces at first and second molars to simulate a masticatory load and stimulate the zygomatic pillar. Supports were applied to the occlusal contacts. Symmetry conditions were placed at the mid-sagittal plane. For the top and back cutting plane, constraints were used. Equivalent Von-Mises Stress and Maximum Principal Stress analysis were performed from the stress fields along the zygomatic pillar. It was represented by stress concentration at the alveolar process, zygomatic bone, frontal and temporal process of zygomatic bone and superciliary arch. Stress line indicates distribution of stress from maxilla toward the frontal and temporal bone. The stresses occurred due to resultant occlusal forces is mainly supported by the zygomatic bone, non-uniformly distributed and predominantly through the zygomatic pillar. This study contributed to better understanding of stress distribution in zygomatic pillar to understand the influence of chewing on zygomatic pillar morphology and also be useful for clinical practice.

RESUMEN

El objetivo de este artículo fue analizar la distribución de la tensión en el pilar cigomático humano durante la contracción del músculo masetero utilizando análisis de elementos finitos tridimensionales. Un modelo de tres dimensiones de dientes del hemicráneo facial fueron producidos sobre la base de datos de CT-scan. Se utilizó como modelo un cráneo adulto de sexo masculino con la integridad de la anatomía estructural. Fuerzas musculares se aplicaron en el origen de los ascensores de los músculos de la mandíbula y soportes se aplicaron a la superficie oclusal del primer y segundo molar para simular una carga masticatoria y estimular el pilar cigomático. Condiciones de simetría se colocaron en el plano mediano. Se utilizaron restricciones en los planos superior y posterior. El análisis de las tensiones equivalentes von-Mises y máximo director se realizó a través del campo de esfuerzos a lo largo del pilar cigomático. Fue representada la concentración de esfuerzos en el proceso alveolar, hueso cigomático, proceso frontal y temporal del hueso cigomático y el arco superciliar. La línea de tensión indica la distribución de la tensión del maxilar hacia el hueso frontal y temporal. Las tensiones se produjeron debido a las fuerzas oclusales resultantes, que se apoyan principalmente por el hueso cigomático, distribuidas de manera no uniforme y sobre todo a través del pilar cigomático. Este estudio ha contribuido a una mejor comprensión de la distribución de la tensión en el pilar cigomático para entender la influencia de la masticación sobre la morfología de este pilar y ser de utilidad en la práctica clínica.