FR Modeling of contact stress distribution at the mucous membrane surface under dentures by Finite Element Method

Journal : Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
Article : Badania modelowe rozkładu naprężeń kontaktowych na powierzchni błony śluzowej pod protezami zębowymi metodą elementów skończonych

Authors :
Kwolek, A.
Instytut Fizjoterapii, Uniwersytet Rzeszowski, ul. Warszawska 26a, 35-205 Rzeszów, tel. +48 505 09 51 99, budzinska2@tlen.pl,
Skrzek, A.
Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I.J. Paderewskiego 35, 51-612 Wrocław, tel. +48 71 34 73 046, anna.skrzek@awf.wroc.pl,
Hawrylak, A.
Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, al. I.J. Paderewskiego 3 5 , 51-612 Wrocław, t e l . + 48 (71) 34 73 085, arletta.hawrylak@awf.wroc.pl,
Awrejcewicz, J.
Katedra Automatyki i Biomechaniki, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. +48 42 631 22 00, b.zagrodny.pl@gmail.com,
Ptak, A.
Akademia Wychowania Fizycznego we Wrocławiu, Katedra Fizjoterapii w Dysfunkcjach Narządu Ruchu, al. I.J. Paderewskiego 35, 51-612 Wrocław tel. +48 71 347 30 99, ptak.ania@gmail.com,
Cieślar, G.
Oddział Kliniczny Chorób Wewnętrznych, Angiologii i Medycyny Fizykalnej Katedry Chorób Wewnętrznych, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Batorego 15, 41-902 Bytom, tel. +48 (32) 786 16 30, cieslar1@tlen.pl,
Mikołajewska, E.
Klinika Rehabilitacji, 10 Wojskowy Szpital Kliniczny z Polikliniką SP ZOZ w Bydgoszczy, ul. Powstańców Warszawy 5, 85-681 Bydgoszcz, tel. +48 607 88 77 07, e.mikolajewska@wp.pl,
Mlosek, R.
Zakład Diagnostyki Obrazowej, II Wydział Lekarski WUM w Warszawie, Wojewódzki Szpital Mazowiecki Sp. z o.o., Bródnowskie Centrum Specjalistyczne, ul. Kondratowicza 8, 03-242 Warszawa, tel. +48 22 326 58 10, mpage@wp.pl,
Gawron, W.
Katedra i Klinika Otolaryngologii, Akademia Medyczna we Wrocławiu, ul. Borowska 213, 50-556 Wrocław, tel. +48 603 672 132, wgawron@interia.pl,
Żmudzki, J.
Katedra Technologii Materiałów, Politechnika Śląska, Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel . + 48 (32) 603 44 09, jaroslaw.zmudzki@polsl.pl,
Abstract : Użytkownicy konwencjonalnych protez zębowych osiadających często cierpią z powodu urazów tkanek miękkich i bólu. Mechanizmy oddziaływania pomiędzy twardymi siodłami protez a powierzchnią błony śluzowej, które decydują o biomechanice protezy, są słabo poznane, szczególnie w warunkach obciążeń zgryzowych odpowiadających realnym funkcjom żucia. W pracy przedstawiono numeryczne trójwymiarowe badania symulacyjne MES (Metoda Elementów Skończonych), w których uwzględniono możliwość odrywania protezy oraz przesuwu z tarciem na powierzchni błony śluzowej. W obliczeniach kontaktu zastosowano rozszerzone sformułowanie mnożników Lagrange'a z implementacją klasycznego liniowego modelu tarcia. Przyjęto warunki obciążenia protezy z uwzględnieniem działania skośnych sił zgryzowych oraz założono możliwość zaistnienia kontaktu zwarciowego z protezą górną po stronie balansującej. Zastosowana metodyka badań modelowych pozwoliła na rozpoznanie zjawisk towarzyszących przeciwdziałaniu destabilizacji dolnej protezy poprzez kontakty zwarciowe po stronie balansującej.

The users of conventional dental prostheses, commonly suffer from pain and injuries. The interaction mechanisms between hard denture saddles and mucous membrane surface, which decide on denture biomechanics, are not deeply understood, especially under the conditions of occlusal loads reflecting real mastication functions. In this paper, 3D numerical FEM (Finite Element Method) simulation, in which the possibility of detaching denture and slipping with friction on the surface of mucous membrane, is presented. In calculations, the multiplier Lagrangian formulation with implemented classical linear friction model, was exploited. It was assumed that the denture loading i s the oblique occlusal force. The possible occurrence of occlusal contact with upper denture at the balancing side, was considered, as well. The presented model analysis enabled to determine phenomena counteracting destabilization of the lower denture, by means of occlusal contacts at the balancing side.

Keywords : proteza zębowa, MES (metoda elementów skończonych), naprężenie, kontakt, poślizg, tkanka miękka, uraz, denture, FEM, stress, contact, slip, soft tissue, injury,
Publishing house : Indygo Zahir Media
Publication date : 2011
Number : Vol. 17, nr 3
Page : 235 – 238

Bibliography
: 1. E. Spiechowicz: Protetyka stomatologiczna, PZWL, Warszawa 1992.
2. D.L. Brunello, M.N. Mandikos: Construction faults, age, gender, and relative medical health: factors associated with complaints in complete denture patients, J Prosthet Dent, vol. 79,1998, s. 545-554.
3. A. Jainkittivong, V. Aneksuk, V. Langlais: Oral mucosal conditions in elderly dental patient, Oral Diseases, vol. 8(4), 2002, s. 218-223.
4. G. Pietrzak, A. Curnier: Large deformation frictional contact mechanics: continuum formulation and augmented Lagrangian treatment, Comput Methods Appl Mech Engrg, vol. 177,1999, s. 351-381.
5. J. Rojek: Modelowanie i symulacja komputerowa złożonych zagadnień mechaniki nieliniowej metodami elementów skończonych i dyskretnych, Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa 2007, s. 62-73.
6. S. Stupkiewicz, J. Lengiewicz, J. Korelc: Sensitivity analysis for frictional contact problems in the augmented Lagrangian formulation, Comput. Methods Appl Mech Engrg, vol. 199,2010, s. 2165-2176.
7. M.J. Nevalainen, T.O. Narhi, A. Ainamo: Oral mucosal lesions and oral hygienehabits in the home-living elderly,. Oral. Rehabil., vol. 24,1997, s. 332-337.
8. Q. Xie, T.O. Närhi, J.M. Nevalainen, J. Wolf, A. Ainamo: Oral status and prosthetic factors related to residual ridge resorption in elderly subjects, Acta Odontol Scand, vol. 55,1997, s. 306-313.
9. www.ansys.com
10. H. Ranc, A. Elkhyat, C. Servais, S. Mac-Mary, B. Launay, Ph. Humbert: Friction coefficient and wettability of oral mucosal tissue: Changes induced by a salivary layer, Colloids Surf A Physicochem Eng Asp, vol. 276,2006, s. 155-161.
11. A. Yurkstas: Force analysis of prosthetic appliances during function, J Prosth Dent, vol. 3,1953, s. 82-87.
12. T. Haraldson, U. Karlsson, G.E. Carlsson: Bite force and oral function in complete denture wearers, J Oral Rehabil, vol. 6,1979, s. 41-48.
13. K. Ogata, M. Satoh: Centre and magnitude of vertical forces in complete denture wearers, J Oral Rehabil, vol. 22,1995, s. 113-119.
14. T. Ohguri, F. Kawano, T. Ichikawa, N. Matsumoto: Influence of occlusal scheme on the pressure distribution under a complete denture, Int J Prosthodont, vol. 12(4), 1999, s. 353-358.
15. S. Inoue, F. Kawano, K. Nagao, N. Matsumoto: An in vitro study of the influence of occlusal scheme on the pressure distribution of complete denture supporting tissues, Int. J. Prosthodont, vol. 9(2), 1996, s. 179-187.
16. W.H. Roedema: Relationship between the width of the occlusal table and pressures under dentures during function, J Prosthet Dent, vol. 36,1976, s. 24- 34.
17. K. Miyashita, T. Sekita, S. Minakuchi, Y. Hirano, K. Kobayashi, M. Nagao: Venture mobility with six degrees of freedom during function, J Oral Rehabil, vol. 25(7), 1998, s. 545-552.
18. M.A. Compagnoni, R.F. de Souza, C.R. Leles: Kinesiographic study of complete denture movement related to mucosa displacement in edentulous patients, Pesqui Odontol Bras, vol. 17(4), 2003, s. 356-361.
19. H. Kumagai, T. Watanabe, K. Kobayashi, T. Suzuki, M. Nagao, H. Nikawa, T. Hamada: Incidence of occlusal contacts with complete dentures during mastication using a 6-channel telemetry system preliminary measurements, J Oral Rehabil, vol. 26,1999, s. 918-922.
20. M. Tanaka, T. Ogimoto, K. Koyano, T. Ogawa: Denture wearing and strong bite force reduce pressure pain threshold of edentulous oral mucosa, J Oral Rehabil, vol. 31(9), 2004, s. 873-878.
21. T. Ogawa, M. Tanaka, T. Ogimoto, N. Okushi, K. Koyano, K. Takeuchi: Mapping, profiling and clustering of pressure pain threshold (PPT) in edentulous oral mucosa, J Dent, vol. 32,2004, s. 219-228.
DOI :
Qute : Kwolek, A. ,Skrzek, A. ,Hawrylak, A. ,Awrejcewicz, J. ,Ptak, A. ,Cieślar, G. ,Mikołajewska, E. ,Mlosek, R. ,Gawron, W. ,Żmudzki, J. ,Żmudzki, J. , Badania modelowe rozkładu naprężeń kontaktowych na powierzchni błony śluzowej pod protezami zębowymi metodą elementów skończonych. Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna Vol. 17, nr 3/2011
facebook