Neste artigo que foi apresentado no X Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e VI Encontro Latino Americano de Pós-Graduação – Universidade do Vale do Paraíba, pelos autores Ricardo A. A. Aguiar, Hector Reynaldo M. Costa, Flavio Souto Maior Henrique; do Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – CEFET - Rio de Janeiro; Teve como objetivo o estudo do comportamento mecânico da mandíbula humana, através de simulações numéricas, quando submetida aos esforços provenientes de diferentes processos de mastigação.
A movimentação da mandíbula durante a mastigação é realizada principalmente pela contração dos músculos Masseter. São músculos de forma quadrangular que estão localizados na lateral da face, fixados aos ramos, mais precisamente nos pontos inferiores dos mesmos. Como os demais ossos do corpo humano a mandíbula não é uma estrutura isotrópica, e não é composta por um único material homogêneo. De uma forma geral é possível classificar três estruturas ósseas de características diferentes.
Osso Cortical – Também denominado de osso compacto, consiste da estrutura externa do osso, com um elevado valor de dureza. Essa elevada resistência é proporcionada pela sua estrutura composta por finas laminas de tecido ósseo.
Osso Trabecular - É a estrutura óssea interna da mandíbula. O osso trabecular é composto por fibras de tecido que formam alvéolos, formando uma estrutura esponjosa.
A movimentação da mandíbula durante a mastigação é realizada principalmente pela contração dos músculos Masseter. São músculos de forma quadrangular que estão localizados na lateral da face, fixados aos ramos, mais precisamente nos pontos inferiores dos mesmos. Como os demais ossos do corpo humano a mandíbula não é uma estrutura isotrópica, e não é composta por um único material homogêneo. De uma forma geral é possível classificar três estruturas ósseas de características diferentes.
Osso Cortical – Também denominado de osso compacto, consiste da estrutura externa do osso, com um elevado valor de dureza. Essa elevada resistência é proporcionada pela sua estrutura composta por finas laminas de tecido ósseo.
Osso Trabecular - É a estrutura óssea interna da mandíbula. O osso trabecular é composto por fibras de tecido que formam alvéolos, formando uma estrutura esponjosa.
Mucosa - A mucosa é um tecido de revestimento interno da cavidade bucal, com uma camada de aproximadamente 3 milímetros de espessura sobre a superfície superior do corpo da mandíbula.
Um modelo tridimensional elástico de elementos finitos foi desenvolvido para o estudo de tensões em uma mandíbula humana a partir de modelo gerado no SOLIDWORKS e posteriormente importado para o software de elementos finitos, ANSYS 7.1. A mandíbula será construída a partir de elementos SOLID92 (10 nós, com 3 graus de liberdade por nó). Selecionou-se esse elemento pois ele é indicado para geometrias importadas de softwares de CAD e CAE, e devido aos nós intermediários que melhor se adaptam a contornos complexos.
O modelo foi gerado dividindo-se a mandíbula original gerada a partir de tomografia, em varias seções conservando seu contorno e desprezando o contorno dos dentes nelas existentes e depois reagrupando em um só componente. O resultado foi comparado a uma mandíbula usada para estudos na faculdade de odontologia, encontrando medidas geométricas bem similares. A principal vantagem deste procedimento foi a criação de um modelo com o número de faces reduzidas, dando um aspecto mais real ao modelo original, tornando-a fácil de se manipular e não gerando muitos conflitos com uso de importação com o software de elementos finitos.
O modelo foi gerado dividindo-se a mandíbula original gerada a partir de tomografia, em varias seções conservando seu contorno e desprezando o contorno dos dentes nelas existentes e depois reagrupando em um só componente. O resultado foi comparado a uma mandíbula usada para estudos na faculdade de odontologia, encontrando medidas geométricas bem similares. A principal vantagem deste procedimento foi a criação de um modelo com o número de faces reduzidas, dando um aspecto mais real ao modelo original, tornando-a fácil de se manipular e não gerando muitos conflitos com uso de importação com o software de elementos finitos.
Para a aplicação dos materiais da mandíbula, osso cortical, trabecular e mucosa, foi necessário separar a mandíbula em três partes distintas: uma estrutura externa de osso córtico e um preenchimento de osso trabecular e uma camada mais externa sendo a mucosa. A espessura do revestimento externo varia conforme a região da mandíbula:1 milímetro de espessura na região labial, próximo da superfície superior do corpo da mandíbula;3 milímetros de espessura em toda a região dos ramos; 2 milímetros de espessura nas demais regiões da mandíbula.
A estrutura interna, composta de osso trabecular, foi construída a partir da cavidade externa gerada na aplicação das espessuras acima, e é mostrada na figura 5. A mucosa bucal, por sua vez, foi gerada a partir do contorno da superfície superior do corpo da mandíbula, com uma espessura em torno de 3 milímetros.
Na prática, a mucosa está também presente sobre outras superfícies da mandíbula (como nas superfícies internas), que não foram consideradas por não participarem diretamente do processo mastigativo.
Para um estudo inicial são realizadas duas diferentes propostas de estudo para cada uma das situações enumeradas acima. Inicialmente, consideram-se as forças aplicadas pelos músculos e as de reação provocadas pelo alimento. Em seguida, realiza-se o inverso, ou seja, o esforço gerado pelo alimento será a carga atuante, enquanto nos músculos serão definidas as reações. Desta forma, é possível comparar o comportamento das tensões em duas diferentes aproximações, considerando a aplicação do esforço de mastigação tanto no Masseter como nos dentes.
É importante ressaltar que, durante mastigações unilaterais, o indivíduo tem a tendência natural de aplicar um esforço maior sobre o lado da mandíbula onde se encontra o alimento. Portanto, é possível afirmar, neste caso, que um dos músculos Masseter será mais solicitado do que o outro. Será considerado que durante a mastigação unilateral o Masseter do lado não-solicitado aplica um esforço muscular equivalente a 2/3 da força desenvolvida por um dos músculos do lado onde se encontra o alimento.
Este estudo procurou simular a mastigação unilateral, portanto considerou-se a restrição na região do músculo temporal em todos os sentidos, e na área destinada ao dentes incisivos, somente de um lado. É então aplicada pressão nos músculos masseter sendo a aplicação de 2/3 de pressão no lado não restrito dos incisivos. Como não se conhece a pressão aplicada pelos músculos, porém sabe-se a reação na área incisiva, o valor vertical de pressão adotado foi de 35 N. Portanto para este estudo foi aplicado uma pressão de valor p (sendo 2/3 de p no lado solicitado pelos incisivos), gerando resultados primeiramente e depois ajustado o valor para que a reação nos incisivos seja de 35 N. Para este estudo a máxima tensão equivalente de Von Mises foi de 29 MPa.
Conclusão
A maior dificuldade encontrada no presente trabalho foi com a criação e manipulação de um modelo que atendesse as características do estudo, e que fosse compatível no que diz respeito a sua importação para o software de elementos finitos. Foram encontrados muitos problemas tanto na geração do modelo quanto no equipamento utilizado. Uma vez superados esses problemas, foi possível levantar os níveis de tensões na mandíbula humana no processo de mastigação, servindo como base para futuros estudos, principalmente na área de implantes dentários. Este trabalho é um exemplo da importância da integração da Engenharia com a Odontologia.
Link do artigo na integra via inicepg UNIVAP:
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