Experimental and numerical quantification of forces and moments applied into orthodontic brackets placed on a 3D-dental arch

Quantification et modélisation des forces et des moments appliqués à l'intérieur des attaches orthodontiques placées sur une arcade dentaire dans les trois dimensions de l'espace

Delphine Wagner (1)

1 ICube - Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie

Prolonged forces are applied on the teeth by orthodontie deviees, using arch wires inserted into brackets, leading to the orthodontie teeth movements. This displacement is the result of biomechanics but also the biological responses of the surrounding periodontal tissues. Our aim is to quantify the forces and moments applied on the orthodontie brackets, during the insertion of a shape memory alloy, at the scale of a three-dimensional dental arch. Our work presents a protocol combining experimentation and numerical modelling. This innovative methodology enables measuring the forces and moments applied during the first stage of an orthodontie treatment, when a 0.014-inch nickel-titanium arch wire is inserted into a maxillary arch. This first step will help in the definition of individualized treatments, applying the necessarymechanical forces without being iatrogenic.

Les appareils orthodontiques appliquent une force prolongée sur les dents, conduisant au mouvement dentaire provoqué, à l'aide d'arcs insérés à l'intérieur d'attaches. Le déplacement dentaire résulte de la biomécanique mais également des réponses biologiques des tissus de soutien. Notre problématique porte sur les efforts mécaniques présents à l'intérieur des attaches orthodontiques, lors de l'insertion d'un fil à mémoire de forme. Nous souhaitons quantifier les forces et moments à l'échelle d'une arcade dentaire en trois dimensions. Notre travail présente un protocole alliant expérimentation et modélisation numérique. Cette méthodologie innovante permet de mettre en évidence les forces et moments appliqués lors de la première phase d'un traitement orthodontique à l'insertion d'un arc nickel-titane de diamètre 0,356 mm (0 .014 inch) dans des gorges de diamètre 0,457x0,635 mm (0.018x0.025) sur une arcade maxillaire, obtenue après segmentation d'une imagerie tridimensionnelle d'un patient. Cette première étape ouvre les portes vers une individualisation des traitements orthodontiques par l'application des efforts mécaniques nécessaires sans être délétères.

Mots clés: Orthodontics; Forces and moments; Biomechanics

Mots clés: Orthodontie; Forces et moments; Biomécanique

Domaines: Biomécanique [physics.med-ph]; Biomatériaux

Delphine Wagner. Quantification et modélisation des forces et des moments appliqués à l'intérieur des attaches orthodontiques placées sur une arcade dentaire dans les trois dimensions de l'espace. Biomécanique [physics.med-ph]. Université de Strasbourg, 2018. Français. ⟨NNT : 2018STRAD020⟩. ⟨tel-02159424⟩