Análise mecânica computacional de mandíbula humana a partir de imagens de tomografias computadorizadas

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia para a simulação mecânica numérica de uma mandíbula humana a partir de imagens de tomografias computadorizadas. Após o préprocessamento de um grupo de imagens DICOM, vindas diretamente de um tomógrafo, criase um modelo de arames, descrevendo o contorno do objeto em estudo em cada seção transversal. Este modelo é então transferido a um programa CAD, onde são criadas as superfícies externas. Após isso, em um programa de elementos finitos, cria-se o modelo sólido e também a malha de elementos finitos. As propriedades mecânicas da estrutura óssea estudada são estimadas das densidades, as quais são encontradas em cada pixel da imagem. Essas propriedades são alocadas aos elementos finitos com a utilização de um programa freeware. São estudados dois casos de comportamento mecânico, isotrópico homogêneo e isotrópico heterogêneo. As cargas e restrições atuantes no movimento de fechamento do maxilar são aplicadas ao modelo. Após a simulação, os resultados são lidos e interpretados. Ambos os modelos apresentaram resultados semelhantes, com pequenas diferenças nos níveis de tensões. Também mostraram tensões um pouco acima das encontradas na literatura publicada. Esse e outros motivos mostraram que este modelo ainda não está suficientemente adequado para a utilização em estudos médicos ou odontológicos.

This work presents a methodology for the numerical mechanical simulation of a human mandible model generated from computerized tomography images. After pre-processing a set of DICOM images, coming directly from the CT scan, a wireframe model is created describing the object’s boundary through its cross sections. This model is transferred to CAD software, where the external surfaces are created. After this, the solid model and finite elements mesh are created in CAE software. The mechanical properties of the bone are estimated from the densities, which are found in each pixel of the images. These properties are assigned to the finite elements from the images using a freeware program. Two cases of mechanical behavior are considered, homogeneous isotropic and heterogeneous isotropic. The operating loads and supporting for the mandible occlusion are applied to the model. After the simulation, the results are read and interpreted. Both models had presented similar results, with small differences in the stress levels. They had also shown stresses slightly superior to the published literature. This fact shows that this model is still not adjusted for the use in medical studies.