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Nono Simpósio de Mecânica Computacional Universidade Federal de São João Del-Rei – MG
26 a 28 de maio de 2010 Associação Brasileira de Métodos Computacionais em Engenharia
Análise das deformações no crânio durante a expansão do palato
Denis Zanivan1, Carlos Nelson Elias
2, Maria Christina Thomé Pacheco
3
Laboratório de Biomateriais, Instituto Militar de Engenharia.
Pr General Tibúrcio 80, Rio de Janeiro, RJ 22290 270
e-mail: [email protected],
Resumo.
A expansão palatal possui várias aplicações durante o tratamento ortodôntico
principalmente, no tratamento de pacientes que necessitam aumentar as dimensões
transversais do osso da maxila, corrigir problemas de atresia maxilar, respiração bucal e
mordidas esqueléticas cruzadas. As técnicas convencionais de expansão palatal são
realizadas com emprego de aparelhos apoiados nos dentes. Estes aparelhos induzem
movimentação inconveniente dos dentes de apoio, exigindo correção posterior. No
presente trabalho mediu-se as deformações nos ossos do crânio durante a abertura da
fenda palatina usando-se um dispositivo desenvolvido por um dos autores. Um protótipo
do dispositivo denominado “expansor palatal implantosuportado - EPIS” foi construído e
inserido em crânios humanos secos. O EPIS foi fixado no palato por meio de implantes de
titânio após a preparação de orifícios com profundidade de 8 mm, separados em 6 mm e
paralelos à sutura palatina. Nos locais do crânio considerados de maior resistência à
expansão maxilar foram fixados strain gages uniaxiais e triaxiais (rosetas), conectados ao
sistema de aquisição de sinais Spider 8. Os dados coletados nos ensaios de extensometria
foram transferidos para uma planilha Excell (Windows Office) para processamento. Pode-
se observar deformações nos processos palatinos do osso maxilar. Na região do osso
zigomático as deformações variaram entre trativa e compressiva, comportamento
semelhante foi observado nos ossos nasais e soalhos de órbitas. Com base nos resultados
obtidos pode-se concluir que o emprego de dispositivos implantosuportados para a
expansão palatal induzem deformações ósseas desde as primeiras ativações em todos os
locais ósseos avaliados sendo que, as regiões superiores dos processos ptérigo-maxilares
são os principais locais que apresentam resistência mecânica durante a expansão maxilar.
Palavras chaves: expansor palatal, abertura fenda palatina, deformações crânio.
Nono Simpósio de Mecânica Computacional Universidade Federal de São João Del-Rei – MG – ABMEC
1 INTRODUÇÃO
A expansão palatal possui várias aplicações ortodônticas principalmente, no tratamento
de uma parcela da população que necessita obter aumento transversal do osso maxilar, corrigir
problemas de atresia maxilar, respiração bucal e mordidas esqueléticas cruzadas. Segundo
Ruellas (199), as técnicas de expansão palatal são realizadas preferencialmente com emprego
de aparelhos apoiados em estruturas dentais. A aplicação desta técnica apresenta alguns
inconvenientes como a perda de ancoragem, reabsorção óssea, aparecimento de áreas
compressivas no ligamento periodontal e movimento indesejável do dente. Para minimizar
estes problemas desenvolveu-se um sistema para expansão palatal apoiado na cortical óssea.
Os aparelhos expansores palatais implanto-suportados (EPIS) empregado no presente
trabalho foi idealizados por Zanivan (2008) para provocar a expansão transversal do osso
maxilar pela abertura da sutura palatina mediana (SPM). As forças no EPIS são geradas por um
torno expansor apoiado em implantes de ancoragem óssea (IAO). Os IAO são inseridos
próximos à superfície direita e esquerda da SPM. Segundo Zanivan (2008), entre os benefícios
esperados com o uso destes expansores palatais destaca-se: a) possibilidade de movimentação
ortodôntica enquanto é efetuada a expansão palatal; b) diminuição do tempo total do tratamento
ortodôntico nos casos de atresia maxilar; c) promoção da ruptura da SPM com menor
magnitude de força e, com menor número de ativações; d) redução da necessidade de cirurgia
para a expansão maxilar assistida, por concentrar a força expansora sobre a SPM; e) possibilitar
o emprego da técnica de expansão palatal em casos com número insuficiente de dentes para
suporte e, f) aplicações em casos em que os dentes suporte apresentam problemas periodontais
ou tendência à recessão gengival.
Os objetivos do presente trabalho foram desenvolver um aparelho expansore palatal
implanto-suportado e avaliar a distribuição das deformações nos ossos crânio-faciais durante a
expansão palatal.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
No presente trabalho desenvolveu-se o aparelho expansor palatal implanto-suportado
esquematizado na figura 1. A avaliação do desempenho do expansor foi realizada empregando-
se crânios humanos adultos secos, sem deformidades ou traumas, com idade de morte provável
acima de 50 anos. A rigidez óssea foi estimada3
como sendo de15 GPa.
Na região para-mediana da sutura palatina mediana, na altura dos primeiros pré-molares,
foram realizados duas perfurações com 8 mm de profundidade, diâmetro de 2,2 mm, paralelas
entre si e eqüidistantes 3 mm da SPM. Nos orifícios foram inseridos IAO de 2,5 mm de
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diâmetro (Fig 2). O protótipo do aparelho expansor palatal implanto-suportado foi apoiado nas
cabeças dos IAO com auxílio de uma chave protética.
Figura 1: Desenho do aparelho expansor palatal implanto-suportado desenvolvido.
Para determinar o efeito ortopédico do aparelho EPIS durante a expansão maxilar, foram
realizados ensaios de extensometria “in vitro”, com strain gages uni-axiais e tri-axiais (Fig. 2).
Os strain gages foram colados em sítios ósseos do complexo maxilar dos crânios humanos
secos. Os deslocamentos ósseos iniciais, correspondentes a cada ¼ de volta de ativação do
aparelho EPIS, foram registrados pelos strain gages (strain gages) em forma de
microdeformações (ε). Para aquisição dos sinais dos strain gages foram usados dois aparelhos
Spider 8, 600 Hz (HBM, Alemanha). Os strain gages uniaxiais usados foram do tipo PA-06-
125BA-120L, com resistividade (R) de 120 Ω e gage factor (K) de 2.09. Os strain gages tri-
axiais foram empregados com configuração de 450, R de 120 Ω, modelo KFC 5-D16-11, de 5
mm, K de 2.11, da marca Kyowa (Eletronic Instruments, Japão).
Figura 2. Crânio com o protótipo do aparelho expansor EPIS inserido próximo à SPM, com
dois strain gages uni-axiais colados próximo à SPM.
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Os strain gages foram fixados em 5 sítios ósseos considerados os com maior resistência
à expansão palatal. Em cada sítio ósseo fez-se a fixação de um strain gage do lado direito e
outro do lado esquerdo da sutura palatina, como descrito baixo:
a) 2 strain gages uni-axiais na parte posterior dos processos palatinos da maxila, próximos à
sutura transversal palatina, área de menor anisotropia do osso maxilar, posicionados
perpendicular à SPM;
b) 2 strain gages uni-axiais na parte superior dos ossos nasais, próximo à sutura fronto-
nasal;
c) 2 strain gages uni-axiais nos processos zigomáticos, perpendiculares à SPM;
d) 2 strain gages uni-axiais nos soalhos das órbitas, perpendiculares à SPM;
e) 2 strain gages tri-axiais (rosetas) de 450
nas faces internas da asa maior dos processos
pterigóides do osso esfenóide.
Nos terminais dos strain gages foram soldados fios de extensão de cobre e ligados aos
aparelhos de aquisição dos sinais, SPIDER 8. A colagem dos strain gages nos crânios foi
realizada com adesivo à base de cianoacrilato (LocTite, Super Bond).
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Mostra-se na figura 2 uma curva típica obtida nos ensaios. A curva mostrada
corresponde aos dados da micro-deformação determinada pelos strain gages colados no palato
ósseo com a ativação. Pode-se observar que a cada ¼ de volta são geradas deformações trativas
crescentes. As ativações do aparelho EPIS foram seguidas de relaxamento devido à
recuperação elástica após cada ¼ de volta de ativação do expansor. Estas regiões não foram
consideradas, sendo tomado como base comparativa apenas os valores dos patamares.
Na região do palato ósseo, a deformação do strain gage 1 variou entre 35 µε e 412 µε.
Para o strain gage 2 a deformação variou de 72 µε até 682 µε. As primeiras ativações (1a à 3
a)
foram seguidas de pequena variação de deslocamento (∆L), sugerindo ajuste de força e
acomodação dos IAO nos sítios cirúrgicos. Da 4a à 6
a ativação
ocorreu aumento de ∆L,
significando aumento efetivo da força expansora devido ao aumento da resistência ao
deslocamento ósseo. Apesar da diferença nos valores de deformações, qualitativamente foi
observada uma tendência de queda nos valores de deformações, a partir da 7a ativação.
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Figura 2: Variação da deformação com a ativação do EPIS determinada com strain gage colado
no palato ósseo. A linha vermelha corresponde os dados do strain gage do lado esquerdo e a
vermelha do lado direito, respectivamente.
Os resultados fornecidos pelos strain gages colados nos processos zigomáticos mostraram
que as deformações foram inicialmente compressivas e a seguir trativas. Este fato indica que,
nas primeiras ativações do torno expansor, foi encontrada alta resistência óssea ao
deslocamento, destacando a importância destes sítios como centros de resistência á expansão
palatal. A inversão das deformações para valores trativos indica o momento de rompimento da
resistência óssea, sugerindo deslocamento ósseo transversal. Este fato, ocorrido após a 3a ou 4
a
ativação do expansor parece indicar que, apesar dos processos zigomáticos representarem um
obstáculo à abertura da SPM, o expansor EPIS consegue gerar força suficiente para ultrapassar
sua resistência, gerando o deslocamento ósseo transversal.
Diferentes respostas ósseas foram observadas por Gautam et al (2007) sob tensão trativa e
compressiva ao longo de uma mesma SPM, sendo relacionada esta tendência com as diferenças
de resistência óssea. Os autores (Gutam et al 2007) sugerem que a região palatal responde de
modo diverso, conforme a rigidez e resistência óssea encontradas, sendo estas são altamente
influenciadas pelas características individuais como as diferenças de idade e sexo.
Os resultados determinadas com strain gage indicam que durante a abertura palatina com
aparelho expansor as deformações ósseas são trativas nos processos palatinos do osso maxilar,
existem variações das deformações compressivas para trativas nos processos zigomáticos e, as
deformações são compressivas nos processos ptérigo-maxilares, ossos nasais e soalhos de
órbitas.
A partir dos resultados obtidos conclui-se que, apesar da rigidez óssea estimada para o
crânio seco empregado, as deformações ósseas se mantiveram em patamar inferior ao limite
necessário para provocar micro-fraturas ósseas. As pequenas deformações ósseas foram devido
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ao passo de rosca do torno expansor gerar pequeno deslocamento ósseo, de 0,10 mm, a cada ¼
de volta de ativação e à descontinuidade das ativações.
4 CONCLUSÕES
A expansão palatal implanto-suportada transmite deformações ósseas, desde as primeiras
ativações, para todos os sítios ósseos avaliados sendo que, as porções superiores dos processos
ptérigo-maxilares são os principais sítios de resistência à expansão maxilar.
5 BIBLIOGRAFIA
Gautam, P Valiathan, A., Adhikari, R., Stress and displacement patterns in the craniofacial
skeleton with rapid maxillary expansion: A finite element method study. AJODO.
2007; 132: 5.e1-5.e11.
Peterson, J., Wang, Q., Dechow, P.C. Material properties of the dentate maxilla. Anat.
Record Part A. 2006; 288A: 962-972.
Ruellas, A. C. O. e cols. Alterações suturais decorrentes da aplicação de forças ortopédicas
no complexo nasomaxilar: revisão da literatura. J. Bras. Ortodon. Ortop. Facial. Nov.-
dez. 1999; v.4, n.24, p.486-497.
Zanivan, D. S. Carregamento em expansores palatais implanto-suportados. Dissertação de
Mestrado em Ciência dos materiais. Instituto Militar de Engenharia, Rio de janeiro.
2008. 169p.
6 DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no
presente trabalho.
