Étude mécanique des activations d'un arc transpalatin dans le plan occlusal

Résumé

Le système mécanique réalisé par un arc transpalatin dans le plan occlusal (activations en «V symétrique», «V asymétrique» et «relation en escalier») est étudié à travers quatre méthodes d'analyse : simulation sur Typodont^®, mesure des forces et des moments à l'aide d'un système mécanique de poulies et de plateaux de charge, photo-élasticimétrie et méthode des éléments finis.

Les expérimentations sur Typodont^® montrent les mouvements dentaires : le mouvement le plus facile est la rotation ; la distalisation et la mésialisation sont plus difficiles à mettre en évidence et se produisent avec une version de la dent.

Un dispositif expérimental constitué de poulies et de plateaux de charge permet la mesure des forces et des moments délivrés par l'arc transpalatin selon l'intensité des activations. Les auteurs notent, en particulier, que la valeur de la force de distalisation mesurée pour une activation en «V asymétrique» est faible, de l'ordre de 20 grammes-force pour une activation de 5°.

La photo-élasticimétrie fournit des informations sur les zones péridentaires les plus cisaillées lors de la désactivation de l'arc transpalatin, grâce à l'observation des franges d'isocontraintes obtenues dans une éprouvette en résine photo-élastique englobant les racines des premières molaires maxillaires. Il convient de remarquer que la mise en oeuvre de la résine est délicate et que l'interprétation reste difficile.

La méthode des éléments finis est basée sur la fragmentation de la structure réelle en un nombre fini d'éléments de forme géométrique simple, qu'un programme informatique analyse séparément puis globalement, après l'application des forces. Elle permet :

1. - de connaître les déformations d'un arc transpalatin activé lors de son insertion dans les fourreaux palatins ainsi que les contraintes subies par cet arc ;

2. - d'analyser les types de mouvements dentaires générés par les activations de l'arc transpalatin (rotation, version, mésialisation, distalisation) ;

3. - d'étudier les contraintes péridentaires engendrées par l'activation d'un arc transpalatin.

Les résultats de ces analyses concordent et se complètent. La complémentarité des deux méthodes d'analyse, la mesure des forces et des moments et la méthode des éléments finis, permet d'envisager la possibilité d'obtenir un modèle mathématique visuel expliquant les résultats obtenus dans la pratique clinique. L'objectif essentiel est la mise au point d'un protocole de recherche visant à la compréhension de la mécanique orthodontique utilisée en technique segmentée ou en Edgewise.

Abstract

The mechanics of a transpalatal arch in the occlusal plane (symmetrical V-bends, asymmetrical V-bends and step-bends) is studied through four methods : simulation of the teeth movements with a typodont, measure of the forces and the moments with a mechanical System composed of pulleys and dead load devices, photo-elastic stress analysis, finite element stress analysis.

Typodont experimentations display the dental movements : the easiest one is rotation ; it is more difficult to observe distalisation and mesialisation that occur with a version of the tooth.

An experimental apparatus, composed of pulleys and dead load devices, allows to measure forces and moments released by a transpalatal arch, depending on the level of the activations. The authors notice that the distalisation force for an asymmetrical V-bend activation is low, about 0.2 Newton for 5 degrees of activation.

Photo-elastic stress analysis affords a visualization of the shear stresses induced by a transpalatal arch within the supporting structures of a root, thanks to the observation of colored fringes in a model constitued with two molars included in a birefringent resin. Meanwhile, the manipulation of the photo-elastic resin is not easy and the interpretation of the results remains difficult.

The finite element method is a numerical analysis and consists in the fragmentation of the studied structure in a certain number of elements, where forces and moments can be applied : the three dimensional program analyses the stress and strains in these elements. Thus, we can :

1. - vizualize strains and stresses of a transpalatal arch, when it is inserted in the lingual molar sheaths ;

2. - observe the dental movements due to the activations of the transpalatal arch (rotation, version, mesialisation, distalisation) ;

3. - study the stress induced in the periodontal tissue.

The results of these studies are complementary and in agreement. Particularly the second method (measure of forces and moments) and the finite element method provide a mathematical and visual model that could explain clinical results : thus, the main purpose of this research is to understand the orthodontical mechanics used in the edgewise or segmented technique.