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A finite element analysis of stress distribution on maxillofacial skeleton and temporomandibular joint articular disc under intermaxillary loading after simulated bone anchored maxillary protraction - 10/01/26

Doi : 10.1016/j.ortho.2025.101139 
Supratim Kundu 1, Ankur Gupta 2, Pravin Kumar 1, Anjana Rajagopalan 1, Navleen Kaur Bhatia 1, 3, Rinkle Sardana 1, 4, Vinay Kumar Chugh 1,
1 Unit of Orthodontics, Department of Dentistry, All India Institute of Medical Sciences, Jodhpur, Rajasthan, India 
2 Department of Mechanical Engineering, Indian Institute of Technology, Jodhpur, Rajasthan, India 
3 Department of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Centre for Dental Education and Research, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi, India 
4 Department of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Maulana Azad Institute of Dental Sciences, New Delhi, India 

Vinay Kumar Chugh, Unit of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Department of Dentistry, All India Institute of Medical Sciences, Room No: 210, Block 2nd floor, OPD, Jodhpur, Rajasthan, India. Unit of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, Department of Dentistry, All India Institute of Medical Sciences Room No: 210, Block 2nd floor, OPD Jodhpur Rajasthan India

Summary

Introduction

Bone-anchored maxillary protraction (BAMP) is an effective therapeutic approach for managing developing skeletal Class III malocclusion. This study aimed to determine the stress distribution in the circum-maxillary sutures, temporomandibular articular disc and mandibular condyle, as well as the displacement of key craniofacial landmarks during BAMP.

Methods

A three-dimensional linear finite element (FE) model of the skull, articular disc and anchor plate was developed. Using this model, Class III intermaxillary loads of 150 g, 250 g and 400 g were applied through anchorage plates at angulations of 10°, 20° and 30°. Stress distribution in the circum-maxillary sutures, articular disc and condylar head was evaluated. Additionally, displacement of the anterior nasal spine (ANS), posterior nasal spine (PNS), pogonion and condylion in the anteroposterior and vertical directions was assessed.

Results

Increasing force magnitude and angulation resulted in greater maxillary displacement and elevated stresses at circummaxillary sutures. Von Mises and principal stress analyses demonstrated that moderate forces (150–250 g) produced favourable displacement with comparatively lower stress concentrations in the TMJ region, whereas higher forces (400 g) generated increased stresses at the condylar head and articular disc.

Conclusion

Within the limitations of a linear static model, moderate force levels and smaller angulations appear to offer a biomechanically favourable balance between skeletal advancement and TMJ loading during BAMP therapy. These findings represent immediate mechanical responses and should be interpreted cautiously. Future studies incorporating muscle forces, soft tissues, and time-dependent remodelling are warranted.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Bone anchored maxillary protraction (BAMP), Craniomaxillary sutures, Condyle, Temporomandibular Joint (TMJ), Finite element analysis (FEA)


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Vol 24 - N° 2S

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  • Three-dimensional evaluation of palatal vault changes after unilateral posterior crossbite correction with quad helix or rapid maxillary expansion: A randomized controlled trial with 1-year follow-up
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