Qu’est-ce que la conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis ?
La conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis est une approche de la conception des prothèses partielles élaborée par le professeur Rudolf Slavicek, qui a été professeur de prothèse à l’université de Vienne, à partir d’analyses par la méthode des éléments finis.
La forme de la prothèse est déterminée de façon que les dents qui soutiennent la prothèse partielle ne reçoivent, autant que possible, que des forces de direction et d’intensité physiologiques.
Une prothèse partielle se porte en accrochant aux dents restantes les parties qui la maintiennent en place (éléments de rétention).
Une dent sur laquelle s’appuie un élément de rétention s’appelle une dent pilier.
La méthode des éléments finis est, de façon générale, une méthode qui consiste à appliquer des conditions de force à un modèle de forme construit sur ordinateur, et à calculer les forces internes (contraintes) et les déformations qui en résultent.
Elle doit son nom au fait que le calcul se fait en divisant la forme en petits éléments.
En dentisterie aussi, elle est utilisée dans des recherches sur les forces qui s’exercent sur les dents et sur les prothèses.
Dans notre cabinet, nous concevons la prothèse partielle de chaque personne selon cette approche, fondée sur les analyses du professeur.
C’est en 2000 que le directeur a appris cette approche directement auprès du professeur.
Dans notre cabinet, nous nous appuyons sur les conceptions du professeur Sadao Sato pour l’occlusion, et sur celles du professeur Slavicek pour la conception des prothèses (gnathologie autrichienne).
Le principe de la conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis
Une prothèse partielle s’enfonce et pivote lorsque l’on mord
Dans une prothèse partielle, les parties qui remplacent notamment les dents postérieures perdues reposent sur la gencive.
Lorsque l’on mord, ces parties appuient sur la gencive et s’enfoncent.
La prothèse bouge alors comme si elle pivotait autour d’un axe situé près des dents qui la soutiennent.
Sur la photo, la ligne qui passe transversalement près des dents de soutien antérieures est l’axe de rotation, et la partie des dents prothétiques postérieures s’enfonce vers la gencive.
Les trois forces qui s’exercent sur les dents de soutien
Lorsque la prothèse bouge ainsi en pivotant, les trois forces suivantes s’exercent sur les dents de soutien (dents piliers).
| Force | Direction sur la dent | Point de vue du directeur |
|---|---|---|
| Force d’extrusion | Soulève la dent | Non physiologique, même faible |
| Force de bascule | Incline la dent | Physiologique dans une certaine limite |
| Force d’ingression | Pousse la dent vers sa racine | Physiologique dans une certaine limite |
Autour de la racine de la dent se trouve un tissu fin appelé ligament parodontal, qui joue le rôle de capteur (mécanorécepteur) de la pression exercée sur la dent.
Le directeur estime que, lorsqu’une dent est poussée vers sa racine, le corps peut répondre à cette force par des mécanismes réflexes.
En revanche, le directeur explique que la force d’extrusion, qui soulève la dent, est une force que les dents n’ont commencé à subir qu’avec l’apparition des prothèses, et que le corps n’a pas encore développé de schéma réflexe pour y répondre.
C’est pourquoi nous concevons la prothèse en visant à supprimer la force d’extrusion ou à la réduire autant que possible.
Le professeur a analysé sur le plan physique la façon dont ces forces s’exercent, et a rendu ces analyses utilisables pour la conception réelle des prothèses.
Les dents et la gencive ne s’enfoncent pas de la même façon
Une prothèse partielle est soutenue à la fois par les dents restantes et par la gencive des zones édentées.
Selon l’explication du directeur, lorsque l’on mord, la gencive se déplace environ dix fois plus que les dents.
On considère en général que, dans une prothèse partielle qui remplace des dents postérieures absentes, comme les dents de soutien et la gencive ne s’enfoncent pas de la même façon, une force importante tendant à incliner vers l’arrière la dent de soutien voisine de la zone édentée peut s’exercer sur elle par l’intermédiaire du châssis métallique rigide.
Dans notre cabinet, nous répartissons cette différence d’enfoncement par la conception du châssis et des attachements.
Au sein du châssis, séparer les parties rigides et les parties mobiles
La partie métallique qui forme l’armature de la prothèse (le châssis) n’a pas la même rigidité partout.
La partie entourée du cercle rouge sur la photo est celle qui donne au châssis, dans son ensemble, une grande rigidité.
En rigidifiant cette partie, on rend constant le mouvement des parties mobiles indiquées par les flèches jaunes.
Le directeur estime que, si la prothèse effectue le même mouvement à chaque morsure, les informations transmises de la bouche au cerveau deviennent elles aussi constantes.
Modifier la flexion par la forme de la section
Avec un même métal, la façon de fléchir change selon la forme de la section.
Les parties à section plate fléchissent lorsqu’une force s’exerce.
Les parties à section bombée fléchissent difficilement et transmettent la force telle quelle.
C’est pourquoi, pour les dents susceptibles de subir des pressions, nous créons un mécanisme qui libère la pression grâce à une partie à section plate.
À l’inverse, là où nous voulons transmettre la force de façon sûre, nous utilisons un châssis à section bombée pour éviter la déformation.
Le rôle du châssis qui relie les côtés gauche et droit
Le châssis métallique qui relie les côtés gauche et droit réunit les fonctions nécessaires à la prothèse.
En général, dans les prothèses partielles, on appelle « rétention » la fonction qui empêche la prothèse de se détacher, et « stabilisation » celle qui empêche ses mouvements latéraux.
Dans une prothèse du bas, la pièce qui relie les côtés gauche et droit (la barre linguale) est une pièce qui exige une rigidité particulière.
Certaines sont réalisées en alliage or-platine et en cobalt-chrome, avec une structure creuse comme un tube, afin d’augmenter la rigidité de l’ensemble (alliage or-platine).
Photos : châssis reliant les côtés gauche et droit
Pourquoi nous adoptons la conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis
Parce que nous voulons régler les forces qui s’exercent sur les dents de soutien
Le directeur estime que la maîtrise des forces qui s’exercent sur les dents de soutien est indispensable dans la conception d’une prothèse partielle.
La conception des parties qui relient la prothèse aux dents, comme les attachements, est particulièrement importante, car les forces s’exercent directement sur les dents restantes et sur les tissus qui les entourent.
Parce que nous voulons transmettre des forces physiologiques au ligament parodontal
Le ligament parodontal est un capteur qui perçoit la pression.
Le directeur estime que la nature des forces qui lui sont transmises influe sur l’évolution à long terme de la prothèse.
Parce que nous tenons compte à la fois de la fonction de jour et du grincement des dents pendant le sommeil
Dans notre cabinet, nous finalisons la forme détaillée du châssis et des dents prothétiques en tenant compte à la fois de la fonction de jour et de celle de nuit.
Pour le jour, nous faisons en sorte que des fonctions comme mâcher, avaler et parler puissent s’accomplir sans contrainte pour le corps.
Pour la nuit, nous donnons une forme dans laquelle les surfaces de mastication et les mouvements des articulations temporo-mandibulaires s’harmonisent, afin que le grincement des dents pendant le sommeil puisse rester dans des limites physiologiques.
Parce que le directeur a lui-même fait évoluer sa conception
Vers 1991, le directeur réalisait principalement des prothèses d’un type où la prothèse est soutenue en fixant entièrement la façon dont les forces s’appliquent aux dents de soutien (support rigide).
Il a ensuite adopté la conception du professeur Slavicek, qui considère le ligament parodontal comme un « récepteur sensoriel », et a revu sa façon de concevoir.
Le directeur estime que la qualité d’une conception ne peut pas se juger sur une courte période comme 4–5 ans, mais qu’elle se juge en observant l’évolution à long terme de nombreuses prothèses.
Il estime aussi que le travail ne s’arrête pas une fois la prothèse réalisée, et que les dispositifs doivent eux aussi être revus au rythme des progrès de la science.
En pratique, dans notre cabinet
Ce que nous prenons en compte dans la conception d’une prothèse partielle
Lors de la conception d’une prothèse partielle, nous prenons principalement en compte les éléments suivants.
- Les enregistrements des examens : dents restantes, gencive (muqueuse), squelette et mouvements de la mâchoire (modèle sectionné, enregistrement de la muqueuse, analyse céphalométrique de profil, Cadiax)
- La façon dont la prothèse s’enfonce lorsque l’on mord, et l’axe autour duquel elle pivote
- La direction et l’intensité des forces qui s’exercent sur les dents de soutien, et la position et la forme des éléments de rétention et des attachements qui en découlent
- Les parties du châssis à rigidifier et celles à laisser mobiles ; la forme des sections
- La direction d’insertion et de retrait, et la direction dans laquelle la force est transmise lorsque l’on mord (fraisage parallèle)
Donner forme, puis vérifier
La forme conçue est réalisée en cire, puis transposée en métal par coulée (wax-up, coulée).
La prothèse provisoire reçoit elle aussi les mêmes mécanismes que la prothèse définitive, et nous la vérifions pendant que vous la portez (restaurations et prothèses provisoires).
Après la pose, nous continuons à suivre l’évolution et procédons si nécessaire à des ajustements ou à des réparations.
Même si le type de métal utilisé change, l’approche de conception reste la même.
Photos : prothèses partielles conçues selon cette approche
Prothèses pour une zone édentée encadrée de dents à l’avant et à l’arrière
Une prothèse partielle qui comble une zone encadrée de dents à l’avant et à l’arrière s’enfonce, lorsque l’on mord, dans la direction des racines, comme les dents naturelles.
Nous façonnons alors les surfaces des attachements par fraisage, afin que la force soit aussi transmise aux dents restantes dans la direction de leurs racines.
Lorsque les arcades du haut et du bas sont fortement décalées
Lorsque les arcades du haut et du bas sont fortement décalées latéralement, il devient difficile d’obtenir un appui vertical de l’occlusion.
Dans ce cas, il existe une conception dans laquelle le châssis métallique est prolongé vers l’intérieur de la mâchoire supérieure (côté palatin) pour servir de plateau d’occlusion recevant les dents du bas.
Sur la photo, le cercle rouge indique la zone où se trouve à l’origine l’arcade supérieure, et le cercle vert celle où se trouve l’arcade inférieure.
Anticiper les changements futurs
Avec l’âge, il peut arriver que certaines dents ne puissent plus être conservées par la suite.
Dans ce cas, nous envisageons une réparation consistant à ajouter des dents prothétiques à la prothèse.
C’est pourquoi nous réalisons les prothèses avec des matériaux et une structure qui permettent une réparation ultérieure.
Pour les réparations, nous recourons au soudage laser, réalisé au cabinet.
Durée, nombre de séances, coût et risques du traitement → Tarifs
Ce qui est possible avec la conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis, et ce qui ne l’est pas
Ce qui est possible avec la conception de prothèses fondée sur la méthode des éléments finis
- Régler la direction et l’intensité des forces qui s’exercent sur les dents de soutien, en tenant compte de la façon dont la prothèse s’enfonce lorsque l’on mord et de l’axe autour duquel elle pivote
- Viser à supprimer la force qui soulève les dents de soutien (force d’extrusion), ou à la réduire autant que possible
- Répartir la différence d’enfoncement entre les dents et la gencive par la conception du châssis et des attachements
- Séparer, au sein du châssis, les parties rigides et les parties mobiles, et modifier la flexion par la forme de la section
- Concevoir selon la même approche, même si le métal utilisé change
Ce qui n’est pas possible, et comment nous y remédions
| Ce qui n’est pas possible | Comment nous y remédions |
|---|---|
| Garantir, par la seule conception, l’évolution future de la prothèse | Suivre l’évolution après la pose, et procéder à des ajustements et à des réparations (section « Pour une utilisation durable » de la page Prothèses amovibles) |
| Traiter les maladies des dents de soutien elles-mêmes (caries, maladie parodontale, etc.) | Intégrer le traitement des dents restantes au plan de traitement (page consacrée au traitement parodontal) |
| Connaître par le seul calcul l’épaisseur et les propriétés de la gencive de chaque personne | Enregistrement de la muqueuse |
| Déterminer la position de l’occlusion et l’angle des dents prothétiques | Cadiax, analyse céphalométrique de profil, montage des dents prothétiques |
| Empêcher les changements de la bouche, comme la perte ultérieure de dents | Réaliser la prothèse avec des matériaux et une structure qui permettent une réparation ultérieure (soudage laser) |
On considère en général que, comme l’analyse par éléments finis calcule avec des modèles dans lesquels les tissus du corps sont simplifiés dans une certaine mesure, ses résultats peuvent différer des forces réelles dans le corps.
Il a aussi été souligné que des propriétés de la gencive comme son épaisseur ou sa viscosité ne sont guère intégrées aux modèles d’analyse.
Questions fréquentes
- Qu’est-ce qu’une dent pilier ?
C’est une dent sur laquelle s’appuie la partie qui maintient la prothèse partielle en place (élément de rétention).
La prothèse partielle est soutenue par ces dents et par la gencive des zones édentées.
Dans notre cabinet, nous concevons la prothèse en tenant compte de la direction et de l’intensité des forces qui s’exercent sur les dents piliers.
- La conception change-t-elle selon le type de métal ?
L’approche de conception reste la même, quel que soit le type de métal utilisé.
Sur cette base, nous choisissons le matériau en fonction de la forme et de la rigidité nécessaires.
- Que se passe-t-il si je perds une dent restante après la réalisation de la prothèse ?
Selon l’état, nous envisageons une réparation consistant à ajouter une dent prothétique à la prothèse.
Dans notre cabinet, nous réalisons les prothèses avec des matériaux et une structure qui permettent une réparation ultérieure, et nous recourons pour les réparations au soudage laser, réalisé au cabinet.
La possibilité d’une réparation dépend de l’état de la prothèse et de votre bouche à ce moment-là.
- Combien de temps une prothèse conçue ainsi peut-elle être utilisée ?
La durée d’utilisation d’une prothèse varie d’une personne à l’autre, et nous ne pouvons rien promettre.
Dans notre cabinet, nous consignons et vérifions l’évolution des prothèses que nous réalisons, et nous continuons à les ajuster et à les réparer.
Le directeur estime que la qualité d’une conception se juge en observant son évolution à long terme.
Technologies et traitements associés
- Attachements
- Fraisage parallèle
- Enregistrement de la muqueuse
- Gnathologie autrichienne
- Toutes les technologies que nous utilisons
- Prothèses amovibles (prothèses de précision) : les informations des examens se retrouvent dans la forme de la prothèse
- Prothèses amovibles (prothèses de précision) : prothèse complète et prothèse partielle, notre approche pour chacune
Sources consultées
Pour les explications générales (ce qu’est la méthode des éléments finis, la façon dont les forces s’exercent généralement dans une prothèse partielle, et le sens des termes « rétention » et « stabilisation »), nous nous sommes appuyés sur les sources publiées suivantes. Ce que nous décrivons de nos propres méthodes repose sur les textes publiés par le directeur et sur ses explications.
- Wakabayashi N. Advanced applications of finite element method in dental research: recent progress in non-linear analysis. Journal of the Japanese Society for Dental Materials and Devices. 2013;32(3):226-239 (en japonais)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (en japonais)
- Zhu Y, et al. Biomechanical considerations in RPD design: application and perspective of finite element method in distal extension removable partial denture rehabilitation. Frontiers in Dental Medicine. 2025;6:1667504 (en anglais)
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