Biomechanische Untersuchungen von Osteosynthesen und dentalen Implantaten

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1 Biomechanische Untersuchungen von Osteosynthesen und dentalen Implantaten Experimentelle Untersuchungen mit optischer Messtechnik, Finite Elemente: An künstlichen Kiefermodellen An humanen Kiefern Numerische Simulation: Abbildung der Versuchsgegebenheiten An künstlichen Kiefermodell An humanen Kiefern Validierung von Simulation mit der Realität Simulation von unterschiedlichen Kauzyklen Die Anforderungen an ein Osteosynthesematerial für die Unterkieferrekonstruktion mit mikrochirurgischen knöchernen Transplantaten sind sehr komplex. Aufgrund der Gefäßversorgung des Transplantates ist eine Befestigung durch bikortikal verschraubte Osteosynthesen oft nicht möglich. Bei der Versorgung mit monokortikalen Plattensystemen tritt jedoch durch eine zu geringe Primärstabilität eine gewisse Rate an Pseudarthrosen auf. Bei aufwendig rekonstruierten Unterkiefern erschwert oder verhindert diese fehlende knöcherne Konsolidierung oft die zur endgültigen Rehabilitation notwendige Insertion von dentalen Implantaten. Unsere Arbeitsgruppe hat es sich zur Aufgabe gemacht, die bestehenden Osteosynthesemethoden mit Hilfe eines speziell entwickelten biomechanischen Versuchsstandes in objektiver Weise zu überprüfen und ein optimiertes Osteosynthesesystem zu entwickeln. Dieses soll einerseits eine größere Primärstabilität aufweisen, andererseits die Durchblutung des Transplantats in keiner Weise beeinträchtigen oder gefährden. Im Zuge der Alterung unserer Bevölkerung nimmt der Anteil der Menschen mit reduziertem Knochenangebot des Kiefers, also mit sog. Kieferkammatrophie stetig

2 zu. Da für diese Patienten die Versorgung mit Zahnimplantaten oft die einzige Möglichkeit, festen Zahnersatz zu tragen, darstellt, birgt ihre implantologische Versorgung für Zahnarzt und Implantologen eine große Herausforderung. Sowohl an artifiziellen Knochenmodellen als auch an humanen atrophen Unterkiefern werden hierzu experimentelle Tests mit biometrischen Messungen durchgeführt. Zudem werden numerische Simulation dieser Aufgabenstellung durchgeführt um die Belastungen am Rechner abbilden zu können und somit viele unterschiedliche Implantatkonfigurationen virtuell testen zu können. Ziel ist es, diese Ergebnisse in die Versorgung dieser Patientengruppe einfließen zu lassen, um auch diesen Patienten eine optimale implantologische Lösung zukommen zu lassen. Apparaturen: Prüfmaschine von Zwick/Roell für Belastungen bis 5 kn

3 Mandibulator (static version) 3 elektromechanische Zylinder gleichzeitig einsetzbar Sensorgekoppelte Kraftmessung > 1000 N belastbar Mit der optischen Messtechnik PONTOS Erfaßt komplexe 3D Bewegungen interfragmentäre Bewegung von 5 µm

4 Mandibulator RT (dynamic version) Abbildung: Zweiachsiges Prüfsetup (links) und Messwertanzeige (rechts) zyklische Dauertests mit bis zu 2 Hz Pro Achse kann eine Kraft von bis zu 250 N Wiederholgenauigkeit von ± 2,5 N Anwendungsfälle mit mehr als Lastwechseln pro Probe ideal Beispiel für eine numerische Simulation:

5 Beispielsimulation: Schwächung des Unterkiefers an der Stelle der Bohrung Tiefe, Durchmesser und Position der Bohrung können variiert werden Weitere Forschungsaktivitäten: Erstellung von artifiziellen Knochenmodellen atropher Unterkiefer für experimentelle Tests auf Basis von biometrischen Messungen (Fa Synbone) Drehmomentversuche von Osteosyntheseschrauben in unterschiedlichen Knochentransplantate Kontakt: OA Dr. Dr. T. Steiner, T. Torsiglieri, Dipl.-Ing. S. Raith, Univ.-Prof. Dr. Dr. F. Hölzle Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Frank Hölzle) Universitätsklinikum der RWTH Aachen Pauwelsstraße 30, Aachen Kooperationspartner: Lehrstuhl Kontinuumsmechanik Prof. Itskov RWTH Aachen Eilfschornsteinstr Aachen Lehrstuhl für Zahnärztliche Chirurgie und Implantologie (Univ.-Prof. Dr. med. habil. Dr. med. dent. H. Deppe) Dr. med. Dr. med. dent. Andrea Rau Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. K.-D. Wolff) Universitätsklinikum TU München Ismaninger Str. 22, München

6 Julius Wolff Institut für Biomechanik und muskuloskeletale Regeneration Prof. Duda Charité - Universitätsmedizin Berlin Augustenburger Platz Berlin Labor für Biomechanik (Bau 531 EG) Leiter: PD Dr. R. Burkart Lehrstuhl für Orthopädie und Sportorthopädie Universitätsklinikum TU München Ismaninger Str. 22, München SYNBONE AG Neugutstrasse 4 CH-7208 Malans Straumann GmbH Jechtinger Strasse 9 D Freiburg Deutschland Peter Merian-Weg 12 CH-4052 Basel Medartis AG Hochbergerstrasse 60E CH-4057 Basel GOM Gesellschaft für Optische Messtechnik mbh Mittelweg 7-8 D Braunschweig