Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/32546
Type: Tese
Title: Biomechanical and mechanobiological model of the midpalatal suture formation process, by computational simulation
Authors: José Alejandro Guerrero Vargas
First Advisor: Estevam Barbosa de Las Casas
First Co-advisor: Diego Alexander Garzón Alvarado
First Referee: Soraia Macari
Second Referee: Dan Romanick
Third Referee: Flavio Augusto Prieto Ortiz
metadata.dc.contributor.referee4: Henry Octavio Cortés Ramos
Abstract: Maxillary expansion is an orthodontic procedure that is used to treat the transverse maxillary deficiency. This procedure increases the transversal measurement of the maxilla taking advantage of the presence of the fibrous tissue that joins the two horizontal portions of the palate, known as midpalatal suture. To overcome some adverse effects that are generated with this treatment, or to make changes in the technique, it is necessary to understand the behavior of the suture and the surrounding tissues. Consequently, this work seeks to evaluate the midpalatal suture formation processes, and its response to the presence of external loads such as those generated during the expansion, from both an experimental and computational perspective. Therefore, the project was developed by means of an experimental model, a computational mechanobiological model, a biomechanical computational model in 2D and a biomechanical computational model in 3D. For the development of the experimental model, an in vivo procedure was standardized to observe the effect of tensile loads on cellular activity inside the suture and on the expressions of some molecular factors located at the bone–suture–bone interface. The procedure can be used as a reference for future research on this suture. With respect to the mechanobiological model, the mathematical model proposed achieves to reproduce the cellular migration phenomena that are carried out as a consequence of the expansion loads application and simulates the remodeling processes that occur at the bone margins, replicating the initial states of the midpalatal suture morphology in humans and generating more complex interdigitation patterns in expanded sutures. In relation to the biomechanical models, it was possible to evaluate the influence of certain parameters, such as the interdigitation degree and the anchorage type used, in the structural behavior of the oral cavity when it is subjected to an maxillary expansion treatment. The experimentally findings and the biomechanical models derived from this research can be used by dentists and clinicians to understand some events that happen into the oral cavity during the period of treatment. On the other hand, the mechanobiological model could be the first approach looking for reproduce the molecular and cellular interaction into the midpalatal suture, when a maxillary expansion is applied, by a combination of a basic chemotaxis model and a reaction–diffusion model.
Abstract: A expansão maxilar é um procedimento ortodôntico usado para tratar a deficiência transversal maxilar. Este procedimento aumenta a medida transversal da maxila aproveitando a presença do tecido fibroso que une as duas porções horizontais do palato, conhecido como sutura palatina mediana. Para superar alguns efeitos adversos que são gerados com este tratamento, ou para fazer mudanças na técnica, é necessário entender o comportamento da sutura e dos tecidos adjacentes. Consequentemente, este trabalho procura avaliar os processos de formação da sutura palatina mediana e sua resposta à presença de cargas externas, como as geradas durante a expansão, tanto do ponto de vista experimental quanto computacional. Portanto, o projeto foi desenvolvido por meio de um modelo experimental, um modelo mecanobiológico computacional, um modelo biomecânico computacional em 2D e um modelo biomecânico computacional em 3D. Para o desenvolvimento do modelo experimental, se padronizou um procedimento in vivo para observar o efeito das cargas de tração sobre a atividade celular no interior da sutura e sobre as expressões de alguns fatores moleculares localizados na interface osso-sutura-osso. O procedimento pode ser usado como referência para futuras pesquisas sobre essa sutura. Com relação ao modelo mecanobiológico, o modelo matemático proposto consegue reproduzir os fenômenos de migração celular que ocorrem como conseqüência da aplicação de cargas de expansão e simula os processos de remodelação que acontecem nas margens ósseas, replicando os estados iniciais da morfologia da sutura palatina mediana em humanos e gerando padrões de interdigitação mais complexos em suturas expandidas. Em relação aos modelos biomecânicos, foi possível avaliar a influência de determinados parâmetros, como o grau de interdigitação e o tipo de ancoragem utilizado, no comportamento estrutural da cavidade bucal quando esta é submetida a um tratamento de expansão da maxila. Os resultados experimentais e os modelos biomecânicos derivados desta investigação podem ser utilizados por dentistas e clínicos para entender alguns eventos que ocorrem na cavidade bucal durante o período do tratamento. Por outro lado, o modelo mecanobiolológico poderia ser a primeira abordagem que procura reproduzir a interação molecular e celular na sutura palatina mediana, quando se aplica uma expansão da maxila, através de uma combinação de um modelo quimiotáxico básico e um modelo de reação-difusão.
Subject: Engenharia mecânica
Biomecânica
Método dos elementos finitos
Simulação - Computadores
language: eng
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/32546
Issue Date: 9-Oct-2019
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Tese José Alejandro Guerrero Vargas.pdf31.14 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons