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Éléments finis

Éléments finis

En 1994, Korioth (250) étudia les forces mandibulaires engendrées durant le clenching. Il a étudié un « Finite element model 3D », pour simuler cela. Cinq fonctions de clenching ont été modelées : en position d’intercuspidation dentaire, en latéralité gauche sans contacts balançants, en latéralité avec contacts balançants. En clenching incisif, durant le clenching molaire la nuit. Les prédictions du modèle ont été confirmées, soit que les condyles mandibulaires humains reçoivent le loading (compression) avec les plus grandes forces transmises bilatéralement durant l’intercuspidation et le clenching incisif autant que sur le côté balançant durant la fermeture unilatérale. Même si de plus grandes forces ont été trouvées sur les régions latérales et latéro-postérieures des condyles durant l’intercuspidation (clenching), le modèle a prédit des pressions plus élevées sur les régions des pôles internes condylaires durant le clenching incisif. L’inclusion de contacts balançants a semblé diminuer les forces sur le condyle du côté balançant.

Le « Finite Element modèle 3D » procure une façon de résoudre l’effet de différentes forces qui agissent sur les condyles, tout en tenant compte de la forme et des propriétés rhéologiques de ses diverses composantes. Dans cette étude, les forces du clenching sur les condyles ont été étudiées. Le modèle 3D est une technique numérique avancée développée pour une analyse structurelle ingéniérée. La première étape est de subdiviser la géométrie complexe du condyle en de beaucoup plus petits éléments. Pour ce faire, l’anatomie de la mandibule doit être reproduite dans l’ordinateur et ensuite divisée en éléments beaucoup plus petits qui s’interconnectent dans leur coins. Le modèle de prédiction 3D a confirmé la dépendance des condyles aux forces compressives durant la fonction de clenching.

Le tiers latéral de la surface condylaire supérieure est plus fortement compressé bilatéralement durant le clenching en intercuspidation et unilatéralement sur le côté balançant pour une molaire qui clenche. La surface condylaire est plus fortement compressée antéro-mésialement durant le clenching incisif. Cette approche est encore malheureusement limitée par une sur-simplification de plusieurs composantes structurelles.

En 2003, Hattori et collègues (174), ont étudié 5 sujets classe I avec une dentition naturelle complète et une plaque occlusale mandibulaire balancée, et ont mesuré les forces d’occlusion dans les joints temporo-mandibulaires in vivo et in vitro en utilisant un programme informatisé de « Finite Element ». Ils ont pu ainsi pour raccourcir les arcades sur plaque et essayer de voir les effets sur les forces musculaires. Malgré pleins d’embûches, leurs résultats ne démontrèrent aucune évidence qu’il y avait une surcharge sur les ATM quand les patients ont moins de contacts dentaires, ce qui pouvait suggérer qu’un système neuro -musculaire régulateur contrôlerait la force de morsure (clenching) maximale sous diverses conditions occlusales.

En 2007, Mhamad Aoun (20), a présenté une thèse de doctorat au sujet d’éléments finis qui serviraient à l’élaboration et à la validation d’un modèle pour l’articulation temporo-mandibulaire. Cela a demandé une ingénierie complexe. La segmentation des contours du condyle mandibulaire, du disque articulaire et de la surface temporale sur ces images a permis de confirmer que la phase de rotation quasi-pure pendant le mouvement d’ouverture a lieu à la fin de celui-ci. Ce résultat trouvé à partir de l’analyse vidéo 3D et par l’IRM infirme donc les théories classiques d’anatomie fonctionnelle qui considèrent que le condyle effectue une rotation pure au début du mouvement d’ouverture. Ce déplacement erroné du condyle mandibulaire a cependant été implanté dans plusieurs modèles EF (éléments finis) de la littérature ; et a permis de montrer que le disque articulaire suit le condyle mandibulaire dans son déplacement et s’interpose par sa zone intermédiaire entre les surfaces articulaires mandibulaire et temporale, tout au long du mouvement d’ouverture. De plus, en comparant les positions du disque à l’ouverture maximale obtenues par la simulation et par IRM, ils ont pu valider la prise en compte dans la modélisation, de l’insertion du ptérygoïdien latéral supérieur sur le disque.

En 2009, Gupta et collègues (161) étudièrent la distribution du stress dans l’ATM après une protraction mandibulaire avec l’utilisation d’un modèle 3D informatisé appelé « Finite Element ». Ils utilisèrent un articulé construit avec un avancement mandibulaire de 5mm et de 4mm d’ouverture 2mm et 6mm (position verticale). Analyse par IRM. Les résultats démontrèrent que ces stress de tension (tensile stress) migraient plus postérieurement sur la tête des condyles à mesure que la hauteur des articulés augmentait. Le joint dans l’ensemble démontrait une charge augmentée quand l’ouverture verticale augmentait. Ils conclurent donc que la construction d’un articulé plus en hauteur pourrait avoir un des patrons de stress plus favorable sur le joint lors d’un avancement mandibulaire, ainsi améliorer la réponse condylaire des appareils fonctionnels. On doit maintenant essayer sur des modèles animaux et humains pour trouver des applications cliniques à ces trouvailles.

En 2013, Abe et collègues (3), ont étudié les distributions du stress sur l’ATM durant du clenching prolongé en utilisant un modèle 3 dimensions «Finite Element » de l’ATM avec ou sans déplacement du disque articulaire. Ils ont plus précisément tenté d’étudier l’effet de ces stress répétitifs sur les tissus cartilagineux en particulier. Les modèles Finite Element ont été développés sur la base d’IRM de 2 sujets avec déplacement sans réduction et sans déplacement du disque des ATM. Les mouvements condylaires enregistrés durant un clenching de 5 minutes ont servi comme condition de surcharge pour l’analyse. Sur le modèle asymptomatique, les stress les plus élevés (von Mises) étaient localisés dans les régions latérales (4-91 MPa) des surfaces du disque et après les 5 minutes de clenching, les stress les plus élevés étaient encore localisés dans les régions latérales (3.65 MPa). Dans les tissus cartilagineux, 30 à 50% de la réduction du stress est arrivé durant le clenching de 5 minutes. Au contraire, dans le modèle symptomatique le von Mises Stress, était de beaucoup moins marqué. Cependant, dans le cartilage condylaire, la relaxation durant le clenching, était absente. De plus, des stress élevés ont été observés dans les tissus rétro-discaux tout le temps du clenching. Leurs résultats indiquaient que la position du disque articulaire pourrait être expliquée dans la distribution du stress sur les composantes de l’ATM durant un clenching prolongé, et sur le tissus rétro-discal et ainsi engendrer une perforation du disque et, dès lors, conduire à une maladie dégénérative comme de l’ostéo-arthrose.

En 2014, Shrivastava, Gupta et collègues (482) évaluèrent cette fois la distribution du stress sur leur « Finite Element 3D» en fonction de l’avancement horizontal cette fois. L’ouverture verticale de l’articulé était constant de 5mm et 3 avancements horizontaux de 0, 5, 7.5mm furent évalués. Les stress de tension dans l’aspect postéro-supérieur de la tête des condyles et sur l’aspect postérieur de la fosse glénoïde migrèrent postérieurement avec l’augmentation de l’avancement horizontal. La localisation des stress de tension changeait sur la tête du condyle et dans la fosse lorsqu’ils passaient de l’articulé de 5 à 7mm. Cette étude indiqua que plus les articulés de l’avancement horizontal sont importants, moins cela semble favorable aux stress des joints. L’application clinique nécessiterait maintenant des études sur des modèles animaux.

ÉLÉMENTS FINIS

(250) Korioth TW, Hannam AG. Mandibular forces during simulated tooth clenching. J Orofac Pain 1994; (8(2):178-189.

(174) Hattori Y, Satoh C, Seki S, Watanabe Y, Ogino Y, Watanabe M. Occlusal and TMJ loads in subjects with experimentally shortened dental arches. J Dent Res 2003; 82(7):532-536.

20) Aoun M. Élaboration et validation d’un modèle de l’articulation temporo-mandibulaire par éléments finis. Thèse doctorat, 2010.

(161) Gupta A, Hazarey PV, Kharbanda OP, Kohli VS and Gunhal A. Stress distribution in the temporomandibular joint after mandibular protraction: A 3-dimensional finite element study. Part 2. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2009; 135:749-56.

(3) Abe S, Kawano F, Kohge K, Kawaoka T, Ueda K, Hattori-Hara E, Mori H, Kuroda. S, Tanaka E. Stress analysis in human temporomandibular joint affected by anterior disc displacement during prolonged clenching. Journal of Oral Rehabilitation. Journal of Oral Rehabilitation April 2013; 40(4):239-246.

(482) Shrivastava A, Hazarey PV, Kharbanda OP, Gupta A. Stress distribution in the temporomandibular joint after mandibular protraction: A three-dimensional finite element study. Angle Orthodontist March 2015; 85(2):196-205.

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