Kausimulation mit einem physikalisch exakten verformbaren Modell

Die optimale Form und Position eines neuen Zahnmodells für einen Patienten wird heute mithilfe von CAD/ CAM-Software berechnet. In Bezug auf diese mögliche zukünftige Anwendung wird in der vorliegenden Arbeit eine unabhängige, interaktive "Stand alone"-Anwendung vorgestellt, die den menschlichen Kauvorgang sowie die durch ihn verursachte Verformung des Nahrungssubstrats simuliert. Dabei wird mithilfe von Kaubewegungssensoren eine präzise Darstellung der Kieferbewegung erzeugt. Das Substrat wird durch ein verformbares elastisches Modell dargestellt. Das Model basiert auf der linearen Finite-Elemente- Methode, welche die physikalische Genauigkeit erhält. Mithilfe einer Kollisionserkennung, basierend auf räumlicher Unterteilung, werden die Kräfte berechnet, die auf das verformbare Modell wirken. Anhand der berechneten Daten werden anschließend geometrische Elemente hinzugefügt, um die Information für den Anwender anzureichern. Das Ziel der Simulation besteht darin, dem Zahnarzt eine vollständige Szene zu präsentieren, in der hervorgehoben wird, wo die Zähne mit dem Substrat in Berührung kommen und wie viel Kraft an diesen Kontaktpunkten wirkt. Somit kann sie gegebenenfalls Hinweise darauf geben, ob der Zahn im Kauvorgang falsch benutzt wird. Eine Echtzeitinteraktivität ist erwünscht und wird innerhalb bestimmter Grenzen auch erreicht, die von der Komplexität der verwendeten geometrischen Modelle abhängen. Die vorgestellte Simulation ist ein erster Schritt hin zum übergeordneten Projektziel, die Zahnposition und -form unter Analyse eines virtuellen Kauvorgangs anhand realer Patientendaten interaktiv zu optimieren (Abb. 1). Schlagwörter: CAD/CAM, Cerec, Kauen, verformbares Modell, Substrat