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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação biomecânica de protetores bucais personalizados: análise laboratorial e dinâmica não-linear de impacto por elementos finitos
Author: Veríssimo, Crisnicaw
First Advisor: Soares, Carlos José
First coorientator: Versluis, Antheunis
First member of the Committee: Santos Filho, Paulo César de Freitas
Second member of the Committee: Fernandes Neto, Alfredo Júlio
Third member of the Committee: Paiva, Saul Martins de
Fourth member of the Committee: Coto, Neide Pena
Summary: A prática de esportes de contato está altamente relacionada com ocorrência de traumatismos dento-alveolares e protetores bucais têm sido utilizados com objetivo de reduzir os efeitos deletérios destes traumas. O objetivo geral deste estudo foi avaliar a performance biomecânica de protetores bucais personalizados por meio de ensaio experimental de extensometria e análise dinâmica não-linear de impacto por elementos finitos e associar estes achados a aplicação clínica de uso destes dispositivos. Este estudo envolve cinco objetivos específicos. Objetivo 1: avaliar a efetividade de uso de modelo experimental dento-alveolar bovino para avaliação do comportamento biomecânico, expresso pelas tensões e deformações geradas pelo uso de protetores bucais bem como validar mutuamente os achados dos ensaios experimentais e da análise dinâmica não-linear de impacto pelo método de elementos finitos. Objetivo 2 avaliar o efeito de diferentes espessuras (2, 3, 4, 5 e 6mm) de protetores bucais personalizados confeccionados em EVA nas tensões e deformações, capacidade de absorção de impacto e deslocamento do protetor bucal. Objetivo 3: avaliar a influência da inserção de material com alto módulo de elasticidade no interior de protetores bucais personalizados confeccionados em EVA no padrão de distribuição de tensões e deformações, capacidade de absorção de impacto e deslocamento do protetor. Objetivo 4: avaliar a influência do contato com o dente antagonista no padrão de distribuição de tensões e deformações, capacidade de absorção de impacto e deslocamento de protetores bucais personalizados de EVA. Objetivo 5: associar a síntese dos resultados encontrados nos objetivos 1, 2, 3 e 4 associado ao relato de caso clínico de confecção de protetor bucal personalizado em artigo de comunicação aos clínicos brasileiros. Os métodos experimentais utilizados foram extensometria e 4 teste de impacto, teste de tração para caracterização mecânica do etileno vinil acetato (EVA), e análise dinâmica não-linear de impacto por elementos finitos 2D para avaliação das tensões e deformações geradas pelo impacto. Na análise pelo Método de Elementos Finitos foram utilizados para análise de tensões os critérios de von Mises e von Mises Modificado Crítico. Frente aos resultados concluiu-se que protetores bucais personalizados diminuem os níveis de tensão e deformação no complexo dentoalveolar durante impacto. Na ausência de protetores bucais o impacto horizontal cria condição crítica para fratura dentária na região palatina da coroa dentária. A presença de protetor, reduz de forma significativa a condição crítica de fratura. Empregando testes de impacto com dispositivo pendular em modelo experimental dento-alveolar (bovino) concluiu-se as diferentes angulações (90, 60 ou 45º), objeto de impacto (bola de baseball ou de metal) comprova-se que a presença de protetor bucal reduz significativamente as tensões e deformações frente ao impacto. A velocidade determinada pela angulação de 90º promoveu maiores valores de tensão e deformação. Protetores bucais personalizados demonstraram no teste de extensometria a capacidade de absorção 98% da energia gerada no impacto e 95% na análise de elementos finitos. Os resultados do ensaio de extensometria e do método de elementos finitos, foram validados mutuamente portanto ambas metodologias são consideradas adequadas e complementares para avaliação de protetores bucais. Protetores bucais personalizados devem ser confeccionados na espessura de 3 a 4mm. A inserção de material rígido no interior do protetor bucal (camada média) é recomendada pois reduz os níveis de deslocamento do protetor bucal frente ao impacto sem modificar significativamente os níveis de tensões e deformações. O ajuste do 5 protetor bucal segundo a oclusão do paciente reproduzindo contato com os dentes antagonistas diminui o deslocamento do protetor bucal durante o impacto. Por fim, o clínico deve se ater a todos estes aspectos durante a confecção e orientação de uso de protetores bucais personalizados de EVA visando reduzir os efeitos indesejáveis do impacto em dentes anteriores.
Abstract: The practice of contact sports is highly associated with the occurrence of dental injuries. Mouthguards have been widely used in order to reduce the harmful effects of these injuries. The aim of this study was to evaluate the biomechanical performance of custom-fitted mouthguards through strain-gauge test and nonlinear dynamic impact analysis by finite element method. This study was conducted through five specific objectives. Objective 1: to evaluate an experimental dentoalveolar model to assess the biomechanical behavior, expressed by the stresses and strains generated by the use of mouthguards and validation of experimental test by means of nonlinear dynamic finite element impact analysis. Objective 2: evaluate the stress and strain, shock absorption ability and displacement of EVA custom-fitted mouthguards in different thicknesses (2, 3, 4, 5 and 6 mm). Objective 3: To evaluate the influence of hard inserts on the pattern of stress and strain distributions, shock absorption ability and displacement of EVA custom-fitted mouthguards. Objective 4: To evaluate the influence of the antagonist contact on the pattern of stress and strain distributions, shock absorbing capacity and displacement of custom mouthguards EVA. Objective 5: associate the results found in the objectives 1, 2, 3 and 4 with a clinical case report of custom mouthguard compiled in a communication paper for Brazilian dental clinicians. The experimental methods used were the strain gauge method associated with impact test, tensile test for mechanical characterization of ethylene vinyl acetate (EVA), and nonlinear dynamic impact finite element analysis for evaluation of the stress and strain generated by the impact. In finite element analysis, the von Mises and Critical Modified von Mises criteria were used for stress assessment. Based on the results it was concluded that custom-fitted 8 mouthguards are capable of reduce the stress and strain levels in the tooth-bone complex during impact. Using Critical Modified von Mises criteria, was found that the horizontal impact and without mouthguards created a critical condition for tooth fracture in the palatal side of the tooth crown. The mouthguard presence decreases significantly this critical condition. In impact tests using the pendulum device and experimental dentoalveolar model (bovine), it was concluded that the different angles (90, 60 or 45º), impact object (baseball or metal ball) and the presence of mouthguard significantly influenced the stresses and strains generated during an impact. The 90° angle promoted higher strain values. Custom-fitted mouthguards have an impact absorption capacity reaching levels of 98% based on the strain gauge test and 95% by finite element analysis. The results of the strain gauge test validated the finite element models, therefore both methods are considered suitable for evaluation of mouthguards. Custom-fitted mouthguards should be made in thickness from 3 to 4mm. The insertion of hard material inside of the mouthguard (middle layer) is recommended because it reduces the mouthguard displacement without significant changes in the stress and strain. The mouthguard adjusted according to the patient\'s occlusion and antagonist contact decreases the displacement of the mouthguard during an impact. Finally, the clinician must focus on all these aspects during the preparation and orientation of the use of EVA custom-fitted mouthguards.
Keywords: Odontologia integrada
Integrated Dentistry
Biomecânica
Método dos elementos finitos
Medidores de tensão
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::ODONTOLOGIA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Ciências da Saúde
Program: Programa de Pós-graduação em Odontologia
Quote: VERÍSSIMO, Crisnicaw. Avaliação biomecânica de protetores bucais personalizados: análise laboratorial e dinâmica não-linear de impacto por elementos finitos. 2015. 205 f. Tese (Doutorado em Ciências da Saúde) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/16833
Date of defense: 9-Jan-2015
Appears in Collections:TESE - Odontologia

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