"Anatomische Simulation" der Biomechanik des menschlichen Unterkiefers

Einleitung: Die Simulation mit der Methode der Finiten Elemente ermöglicht eine Darstellung der Belastungsverhältnisse im menschlichen Unterkiefer und somit Untersuchungen physiologischer und pathologischer skelettaler Umbauprozesse. Die "anatomische Simulation" steht für eine schrittweise Annäherung des Simulationsmodells an die anatomische Realität. Methodik: Das Projekt ist in drei Schritte unterteilt. Im ersten Schritt, dem "Pre-Processing", wird das Simulationsmodell aufgebaut. Der zweite Schritt gilt der numerischen Berechnung. Der dritte Schritt enthält die Interpretation der Ergebnisse für die Anwendung. Für das Pre-Processing müssen a) die individuelle Anatomie des Organs, also seine äußere Gestalt, b) die elastischen Eigenschaften, also die innere Konsistenz des Gewebes und c) die auf das Organ einwirkenden mechanischen Belastungen erfasst werden, bei physiologischer Belastung des Unterkiefers: Muskulatur, Kiefergelenke und Kräfte auf die Zähne. Die Rekonstruktion der makroskopischen Anatomie aus computertomografischen Daten ist mittlerweile etabliert. Das Parodontalligament wird über ein eigenes Verfahren nachträglich in das Modell eingebracht. Die Modellierung des Knochens erfolgt inhomogen und anisotrop. Über eine Visualisierung des individuellen Faserverlaufs werden die Kraftvektoren der Muskulatur in das Modell übertragen. Die Kondylen werden in einer vereinfachten Gelenkkapsel frei beweglich modelliert. Für die Einleitung der Bisskräfte stehen mehrere Ansätze zur Verfügung. Ergebnisse: Es entsteht ein erweiterbares Software- Werkzeug, mit dem Anwender durch flexible Eingabe von Muskel- und Bisskräften die individuelle Biomechanik der Patienten untersuchen können, beispielsweise den Einfluss des Parodontalligaments, der Verhältnisse in den Kiefergelenken, atrophischer Vorgänge im Kiefer oder die biomechanische Situation dentaler Implantate. Diskussion: Durch schrittweise Annäherung des Simulationsmodells an die anatomische Realität wird die Unterkiefersimulation zu einem aussagekräftigen Diagnoseund Prognose-Tool ausgebaut. Schlagwörter: Unterkiefer, Biomechanik, Methode der Finiten Elemente, Simulation, Spannungs-/Dehnungsverlauf, mechanische Belastungen, Parodontalligament, Kiefergelenk, Kaumuskulatur, Knochenumbau