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Effects of miniplate anchored Herbst appliance on skeletal, dental and masticatory structures of the craniomandibular apparatus: A finite element study - 31/05/21

Doi : 10.1016/j.ortho.2021.04.002 
Isha Duggal 1, , Maninder Singh Sidhu 1, Anoop Chawla 2, Ashish Dabas 1, Vivek Kumar Dhimole 2
1 SGT University, Faculty of Dental Sciences, Department of Orthodontics and Dentofacial Orthopaedics, 122505 Gurugram, Haryana, India 
2 Indian Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, 110016 New Delhi, India 

Isha Duggal, All India Institute of Medical Sciences, Centre for Dental Education and Research, Division of Orthodontics and Dentofacial Deformities, 110029 New Delhi, India.All India Institute of Medical Sciences, Centre for Dental Education and Research, Division of Orthodontics and Dentofacial DeformitiesNew Delhi110029India

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Summary

Objective

To analyze the stress distribution in the hard and soft tissue structures of craniomandibular complex during mandibular advancement with miniplate anchored rigid fixed functional appliance (FFA) using Finite Element Analysis (FEA).

Material and methods

The virtual model consisting of all the maxillofacial bones (up to calvaria), the mandible and temporomandibular joint (TMJ) was generated using the volumetric data from pre-treatment CBCT-scan of a growing patient. The masticatory muscles, other soft tissues, Herbst appliance and plate geometry were modelled mathematically. Force vectors simulating muscle contraction at rest and advanced mandibular positions, with protraction force of 8N were applied. The final model was imported into ANSYS for analysis after assigning material properties.

Results

The maximum von Mises stress of 11.69MPa and 11.96MPa magnitude was observed in the region of pterygoid plates and at the bone-miniplate interface respectively, with the mandibular advancement of 7mm. Stress patterns were also noted at the condylar neck. The stress values observed in the medial and lateral pterygoid muscles were of 10.42MPa and 4.16MPa magnitude, respectively. Stress was noted in the bucco-cervical region of the upper posterior teeth, but negligible change was seen on the lower anterior teeth and periodontal ligament.

Conclusion

Miniplate Anchored Herbst Appliance brought about Class II skeletal correction in growing children as it was accompanied by minimal changes in the inclination of the lower incisors. Soft tissue structures like pterygoid muscles and discal ligaments exhibited increased stress whereas masseter muscle displayed reduction in stresses.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Skeletal anchorage, Fixed functional appliance, Herbst appliance, Mandibular protraction, Finite element analysis, Stress pattern, Convergence test, Virtual model, Muscle element modelling, Discal ligament


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Vol 19 - N° 2

P. 301-309 - juin 2021 Retour au numéro
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  • Comparative evaluation of displacement and stress distribution pattern during maxillary arch distalization with Infra Zygomatic Screw- A three dimensional finite element study
  • Junaid Khan, Manish Goyal, Mukesh Kumar, Ashish Kushwah, Amandeep Kaur, Madhur Sharma
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  • Dental anomaly patterns in mixed dentition: Illustrating the role of interceptive orthodontics in the management of mandibular lateral incisor-canine transpositions and palatally displaced maxillary canines
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