Ziel: Ziel der vorliegenden Studie war es, die Möglichkeit zu testen, mithilfe generischer Software eine optimierte prothetische Gerüststruktur unter Beachtung der Verteilung der einwirkenden Belastungen und Kräfte zu konstruieren. Originär und innovativ an dieser Studie ist die Möglichkeit, die prothetische Gerüststruktur im Hinblick auf die patientenindividuelle Biomechanik beim Kauen zu konstruieren, mit dem Zweck, eine bessere Materialeffizienz als bei einer herkömmlich konstruierten Prothese zu erreichen.
Material und Methode: Der Ausgangsdatensatz im STL-Format wurde mit der Software Rhinoceros (Fa. McNeel, Seatle, WA, USA) mit tOpos-Plugin (Fa. McNeel) verarbeitet. Es wurde entschieden, die komplette prothetische Lösung als Gesamtvolumen der Strukturanalyse und Topologieoptimierung zu unterziehen, da der Zahnersatz den Belastungen beim Kauakt in toto ausgesetzt ist. Die Software erhielt Angaben zum Material sowie zum Betrag und der Richtung der einwirkenden Kräfte. Anschließend wurde eine Steifigkeitsoptimierung durch Volumenmaximierung durchgeführt.
Ergebnisse: Das Volumen der topologieoptimierten Struktur betrug 2 % dessen des Ausgangsmodells und hatte eine vollkommen andere Form als ein herkömmliches Modell. Die neue Form war durch Trabekelstrukturen gekennzeichnet, die einer normale Knochenarchitektur ähneln. Das Material war ausgehend von den Lastangriffspunkten sowie der Richtung und Größe der wirkenden Kräfte verteilt.
Schlussfolgerung: Nach Untersuchung der Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Workflows und der bislang erzielten Resultate, liegt die wichtigste klinische Bedeutung in der verglichen mit der herkömmlichen Methode größeren Materialeffizienz des topologieoptimierten Zahnersatzes bei gleicher Festigkeit.
Schlagwörter: prothetische Substruktur, Strukturanalyse, Finite-Elemente-Methode (FEM), Finite-Elemente-Analyse (FEA), mastikatorische Biomechanik, prothetische Komplikation, CAD/CAM-Technik
