Finite Elemente Simulation des menschlichen Unterkiefers als ein Tool für die Traumachirurgie

Einleitung: Trotz bemerkenswerter Fortschritte während der letzten 10 Jahre ist die Versorgung von Unterkieferfrakturen immer noch Gegenstand intensiver Diskussion. Die möglichen Szenarien, die zu einem Trauma geführt haben, sind durch hohe Variabilität gekennzeichnet. In einem laufenden Projekt wird versucht, mit Hilfe von Simulation mit der Methode der Finiten Elemente (FEM) traumatologische Fälle zu reproduzieren. Dies gilt als erfüllt, wenn die Maximalwerte aus der Simulation (Spannung und/oder Dehnung) mit auf klinischen Röntgenbildern dargestellten Kieferfrakturen korrespondieren. Material und Methoden: Der Simulation liegt ein sehr detailliertes FEM-Modell zu Grunde. Der Unterkiefer wird anisotrop und inhomogen modelliert. Die Kiefergelenke wurden mit Hilfe von vereinfachten Gelenkkapseln realisiert, in denen die Kondylen mit gewissen Einschränkungen frei beweglich sind. Der Benutzer hat die Wahl zwischen fünf Ansatzflächen für virtuelle Schläge. Stärke und Richtung des Schlages sind frei wählbar. Die Kaumuskulatur ist in das System integriert, ebenso ein Teil der Mundbodenmuskulatur. Ergebnisse: Die durch die Röntgenbilder dargestellten Situationen konnten durch korrespondierende Szenarien der Simulation reproduziert werden. Angespannte Muskulatur und zusammengepresste Zähne hatten einen qualitativen Einfluss auf die Belastungen des Unterkiefers. Diskussion: Aus dem Projekt werden Hinweise für optimiertes Verhalten für bestimmte Sportarten oder Berufsgruppen erwartet, ebenso mögliche Beiträge zu forensischen Untersuchungen. Die eigentliche Motivation des Projekts ist ein besseres Verständnis des Zustandes des Kieferknochens nach dem Trauma. Die meisten Simulationen zeigen um den Bruch herum ebenfalls erhöhte Werte. Dies gibt Anlass zur Vermutung von geschwächtem Knochen in diesem Bereich, was durch die chirurgische Beobachtung bestätigt wird. Schlagwörter: menschlicher Unterkiefer, Biomechanik, Simulation mit der Methode der Finiten Elemente, Trauma des Unterkiefers, Unterkieferfraktur, Fraktur des Kiefergelenks