65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

APLICAÇÃO DE UM ALGORITMO GENÉTICO PARA A DETERMINAÇÃO DA ORIENTAÇÃO ÓTIMA DE UM MINI-IMPLANTE ORTODÔNTICO VISANDO A MINIMIZAÇÃO DA TENSÃO NO SISTEMA MINI-IMPLANTE/MAXILA

Pedro Henrique Garcia - Graduação em Engenharia Cívil - UFJF Walter Roberto Gianetti Junior - Graduação em Engenharia Cívil - UFJF Flávia de Souza Bastos - Profa./Co-orientadora - Depto. de Mecânica Aplicada Computacional - UFJF Leonardo Goliatt da Fonseca - Prof./Orientador - Depto. de Mecânica Aplicada Computacional - UFJF

INTRODUÇÃO:

Os implantes com finalidade ortodôntica têm evoluído no seu desenho e reduzido suas dimensões, facilitando sua utilização. Menor custo, cirurgia de inserção e remoção simples e grande versatilidade podem ser destacados como vantagens dos mini implantes. Embora os implantes tenham evoluído, o conforto do paciente depende crucialmente do posicionamento do implante no osso. Uma melhor orientação para ortoimplantes pode fazer com que se evitem fraturas e até perdas de implantes por um nível de tensão elevado. A análise do posicionamento dos implantes em pacientes feita através da construção de modelos reduzidos pode tornar-se demorada e potencialmente cara. Uma alternativa mais simples e econômica é o emprego de uma solução computacional, como Método dos Elementos Finitos (MEF). O Método dos Elementos Finitos permite obter dados sobre a distribuição de tensões e quantificá-las, o que possibilita a identificação de pontos críticos. Aliada ao MEF, métodos desenvolvidos para otimização numérica permitem encontrar parâmetros ótimos que refletem os requisitos clínicos de cada caso. Para isso, o problema clínico deve ser formulado como um problema de otimização, onde se deseja minimizar uma função objetivo.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo desta pesquisa é integrar um Algoritmo Genético (AG) e métodos computacionais de análise tensões em implantes ortodônticos com o intuito de resolver o problema de orientação de um mini-implante visando a minimização de tensões no sistema mini-implante, osso da maxila e dentes, proporcionando maior conforto para o paciente submetido a tal intervenção.

MÉTODOS:

O programa ABAQUS/CAE foi usado para confeccionar 4 modelos tridimensionais, correspondendo a um modelo de mini-implante ortodôntico (MIO), uma seção do osso maxilar, um dente molar e um pré-molar. O mini-implante foi criado pela junção de três sólidos deformáveis de revolução: um cilindro de 1mm de diâmetro e 7,0mm de altura (corpo do MIO), um cone de 1,0mm de diâmetro e 3,0mm de altura (ponta do MIO) e uma hélice triangular com 60o, 0,40 mm de altura de filete e 1,0 mm de passo de rosca. Para a maxila, um corte tomográfico computadorizado em formato Dicom cedido pelo Centro Clínico de Pesquisa em Estomatologia foi importado para um programa CAD e contornado por curvas do tipo spline, delimitando as regiões dos ossos medular e cortical. Por fim, uniu-se os quatro modelos. Foi exercida no MIO uma força de 2 N, decomposta a 45o em duas componentes sobre o plano normal ao seu eixo longitudinal. A orientação do implante se dá em função de dois ângulos – mesial-distal (-40o < α <’ 40o) e o ângulo cervical-apical (-40o < β < 40o) que definem parâmetros de otimização. Após definido o modelo de simulação, foi implementado o AG. Para cada solução inviável foi estabelecido uma função objetivo de 105 MPa.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Obteve-se como a melhor orientação a angulação de α = +26o na horizontal (mesial-distal) e β= +25o na vertical (cortical-apical), obtendo como tensão máxima de Von Mises do sistema o valor de 14,23 MPa. O tempo total de execução do AG foi de 175 minutos. As simulações foram executadas em um computador Intel com processador Intel Core I5 com 4GB de memória RAM. Após encontrada a melhor solução fornecida pelo AG, foi feito um refinamento dos resultados nesta orientação, com o objetivo de encontrar uma melhor aproximação do modelo analisado. Esta última análise, foi realizada em um modelo com 160000 elementos finitos. As maiores tensões no mini-implante ocorrem próximo à sua cabeça, devido à flexão da região de aplicação da força. No osso cortical, há uma concentração de tensões na interface com o mini-implante. Esta região deve ser analisada pelo especialista, pois é crucial para a adequada ancoragem do ortoimplante. O nível de tensões nas raízes dos dentes pode indicar a necessidade de intervenções para reposicioná-los mais distantes do mini-implante, o que pode resultar em uma diminuição das tensões resultantes. A mesma metodologia pode ser empregada em outros casos similares encontrados na ortodontia, inclusive com a aplicação de outras cargas.

CONCLUSÕES:

A metodologia proposta pode trazer grandes avanços no conhecimento das diferentes situações que ocorrem na cavidade bucal, bem como identificação de patologias. Vale ressaltar que é fundamental a análise clínica do impacto para o paciente, de forma a obter o melhor resultado em uma futura aplicação do mini-implante ortodôntico. Embora possua limitações, as simulações computacionais permitem uma análise de sistemas ortodônticos complexos que podem ser facilmente modificados e testados sem riscos para o paciente, e podem auxiliar o especialista no desenvolvimento de novas formas de tratamentos ortodônticos. Assim sendo, é de grande importância a cooperação da engenharia com a odontologia para a busca de avanços na aplicação de mini-implantes ortodônticos.

Palavras-chave: Modelagem computacional, Otimização, Simulação Computacional.