Modélisation de la mandibule

Définition et intérêts de la modélisation 3D

Le progrès rapide du domaine informatique et la baisse des coûts du matériel ont permis un développement des techniques numériques. Notamment, la modélisation 3D et la méthode d’éléments finis qui permettent de fournir des informations difficiles à obtenir dans la cavité buccale (16). L’industrie utilise déjà ces méthodes depuis longtemps ainsi le rapprochement entre ingénieurs et médecins a permis d’étendre leur application aux sciences médicales. La modélisation tridimensionnelle consiste à créer, dans un logiciel de modélisation 3D, un objet en trois dimensions, par ajout, soustraction et modification de ses constituants.

En revanche, la méthode par éléments finis est utilisée pour résoudre numériquement des équations aux dérivées partielles. En utilisant les images 3D et les essais de caractérisation in vitro de l’os cortical, la modélisation par éléments finis permet donc d’étudier le comportement de l’os mandibulaire, du ligament dentaire et d’estimer les propriétés mécaniques du tissu osseux. L’analyse tridimensionnelle par éléments finis représente une méthode moderne pour des simulations numériques de processus mécaniques, qui offre plusieurs avantages tels que :  La précision des représentations de géométrie complexe ;  La modification facile des modèles ;  La représentation de l’état interne de stress et autres contraintes mécaniques. Ces méthodes sont utilisées dans de nombreuses études dans le domaine implantaire et orthodontique car elles sont considérées comme une approche valide et fiable pour l’évaluation quantitative de la contrainte-déformation et du déplacement des structures dento-alvéolaires dans les trois dimensions de l’espace (16).

Propriétés mécaniques de l’os mandibulaire

La modélisation par éléments finis nécessite de connaître la loi de comportement biomécanique du matériau que l’on cherche à modéliser. Ainsi, il faut définir le module d’élasticité de l’os cortical mandibulaire pour construire un modèle mandibulaire tridimensionnel afin de simuler la répartition des contraintes dans la mandibule au cours de situation de chocs variés (17). 

Essais mécaniques

Différents tests peuvent être réalisés pour étudier le comportement mécanique de l’os. L’essai de compression est très souvent utilisé pour déterminer le module d’Young de l’os cortical. Il permet d’obtenir le module d’élasticité et la résistance mécanique pour une direction de sollicitation (18). L’essai de traction consiste à soumettre une traction à une éprouvette osseuse. Cet essai est très peu utilisé pour étudier l’os car peu d’énergie est dissipée. Cela ne permet pas de dégager les lois de comportement de l’os (18).

Module d’Young de l’os cortical mandibulaire

Le tableau synthétise les résultats des principales études relevées dans la littérature et réalisées sur l’os mandibulaire. Ces études ont été effectuées selon 3 types d’essais mécaniques (compression, flexion en 3 points et méthode acoustique) sur des échantillons d’os mandibulaires standardisés (18). Tableau 2 : Modules d’Young de l’os mandibulaire (18). C : Cortical C/S : cortical et spongieux Ec : Module d’Young de l’os cortical Es : Module d’Young de l’os spongieux ‐ 31 ‐ Ces résultats sont très hétéroclites. En effet plusieurs facteurs peuvent influencer la détermination du module d’Young :  Le site de prélèvement : si la pièce osseuse est prélevée au niveau de la branche montante ou du corpus de la mandibule ;  L’essai mécanique ;  L’âge des cadavres et leur statut dentaire ;  La porosité de l’os ;  L’état d’hydratation ;  La température de l’essai ;  Le mode de conservation ;  L’évaluation de l’anisotropie. La valeur de 15 GPa est globalement admise dans la littérature pour le module d’Young de l’os mandibulaire (17).