Author(s): Costa, Ana Rita Fernandes da
Date: 2023
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.26/49052
Origin: Instituto Politécnico de Setúbal
Subject(s): Mandibula Humana; Defeitos Mandibulares; Modelação por Elementos Finitos; Reconstrução Mandibular; Human Mandible; Mandibular Defects; Finite Element Modelling; Mandibular Reconstruction
O cancro da cabeça e do pescoço é um problema de saúde crescente a nível mundial e os tumores nesta região exigem, normalmente, ressecções extensas. As lesões relacionadas com os tumores podem exigir a remoção do osso mandibular, deixando a mandíbula defeituosa e obrigando uma análise cuidadosa de soluções. Esta análise requer a compreensão da biomecânica da mandíbula e a investigação da sua resposta às condições de mastigação. É igualmente importante estudar alguns procedimentos de reconstrução já existentes, como o desempenho da placa de fixação, ou inovadores, como determinar materiais para preenchimento de lesões. Globalmente, o objetivo centra-se em analisar o comportamento do osso nas mais variadas situações clínicas. Foram fornecidos conjuntos de imagens de cinco pacientes com problemas mandibulares, e aqueles que apresentavam lesões mandibulares foram trabalhados de forma a estudar o efeito do preenchimento no osso. Foram também criados dois modelos adicionais para simular o osso osteoporótico e pós radioterapia. O foco centrou-se na análise dos valores de tensão de von Mises do osso em todos os casos. Posteriormente analisou-se a tensão dos preenchimentos e da placa de fixação. As deformações, e as tensões máximas e mínimas, também foram analisadas para os modelos que simulavam a osteoporose e o osso pós radioterapia. Concluiu-se que nos modelos com preenchimento existe uma redução de tensão de von Mises no osso devido ao preenchimento e capacidade de suportar eficazmente as forças mastigatórias. Estudou-se igualmente o comportamento do osso, e o impacto da placa de fixação, nos modelos que simulavam o antes e depois de uma mandibulectomia parcial. Verificou-se que a placa de fixação diminui a tensão de von Mises, uma vez que é concebida para suportar forças e proteger o osso durante a cicatrização. Para os restantes modelos, foram efetuadas simulações em situações pós-radioterapia e de osteoporose. No caso do modelo com osso pós-radioterapia, os valores de tensão foram mais elevados do que no osso normal, mas não de forma linear. Foram observados fenómenos semelhantes para o modelo com osteoporose. Assim, este estudo contribuiu não apenas para a compreensão aprofundada do comportamento biomecânico da mandíbula, mas também para o aperfeiçoamento de estratégias de reconstrução e intervenções clínicas em pacientes com tumores na região da cabeça e pescoço, proporcionando uma base sólida para futuras pesquisas e avanços na prática médica
Head and neck cancer is a growing health problem worldwide and tumors in this region usually require extensive resections. Tumor-related injuries may require the removal of the mandibular bone, leaving the mandible defective and requiring a careful analysis of solutions. This analysis requires understanding the biomechanical behavior of the mandible and investigating its response to chewing conditions. It is also important to study some existing reconstruction procedures, such as the performance of the fixation plate, or innovative ones, such as determining materials for filling lesions. Overall, the aim is to analyze the behavior of bone in a variety of clinical situations. Image sets of five patients with mandibular problems were provided, and those with mandibular lesions were worked on in order to study the effect of filling on the bone. Two additional models were also created to simulate osteoporotic and post-radiotherapy bone. The focus was on analyzing the von Mises stress values of the bone in all cases. Subsequently, the stress of the fillings, the fixation plate and some points of interest in the bone were analyzed. The deformations and maximum and minimum stresses were also analyzed for the models simulating osteoporosis and post-radiotherapy bone. It was concluded that in the filled models, there was a reduction in von Mises stress in the bone due to the filling, and that they were able to effectively withstand masticatory forces. The behavior of the bone and the impact of the fixation plate were also studied in models of the same patient, simulating before and after a partial mandibulectomy. It was found that the fixation plate reduces the von Mises stress, as it is designed to withstand forces and protect the bone during healing. For the remaining models, simulations were carried out in post-radiotherapy and osteoporosis situations. In the case of the model with post-radiotherapy bone, the stress values were higher than in normal bone, but not in a linear fashion, which is due to the non-linearity caused by the anatomy of the mandible. Therefore, this study has contributed not only to an in-depth understanding of the biomechanical behavior of the mandible, but also to improving reconstruction strategies and clinical interventions in patients with head and neck tumors, providing a solid basis for future research and advances in medical practice.
