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Three-dimensional finite element modeling of the jaw musculature for the simulation of realistic load conditions in the stomatognathic system

Three-dimensional finite element modeling of the jaw musculature for the simulation of realistic load conditions in the stomatognathic system
Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Karl Schweizerhof
Dr. rer. nat. Jürgen Lenz
Dipl.-Ing. Stefan Rues

Projektgruppe:Biomechanics
Förderung:Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Numerical investigation of bone and muscle structure of lower and upper jaw

Projektbeschreibung

Ziel des Projektes ist es, realistische Belastungszustände des aus Unter- und Oberkiefer sowie der Kaumuskulatur bestehenden, sog. stomatognathen Systems sowie „normale“ und prospektiv pathogene Beanspruchungen der Muskulatur zu simulieren (Anwendungen: Beanspruchungen des Knochenbetts um Einzelimplantate und Implantatverteilungen; Modellations- und Remodellationsverhalten der Knochenstruktur; kieferorthopädische Fragestellungen; Festigkeitsanalysen an Zahnersatz). Als klinische Anwendung ist dabei u. a. an die Entwicklung therapeutischer Interventionsstrategien zur Behandlung überlastungsbedingter myofazialer Schmerzsyndrome gedacht. Bislang wird bei der Modellierung der durch die Kaumuskulatur zwischen Ober- und Unterkiefer übertragenen Kräfte den beteiligten Muskeln vereinfachend ein einzelner Kraftvektor zugeordnet. In diesem Vorhaben soll das bereits in einem Vorprojekt erarbeitete, aus Unter- und Oberkiefer samt umgebender knöcherner Strukturen bestehende Finite-Element  (FE) Modell auf realistische Weise um die komplette, dreidimensionale muskuläre Struktur ergänzt werden. Dazu sollen in klinischen Experimenten an einem breiten asymptomatischen Patientengut intramuskuläre elektromyographische Signale regionaler Muskelaktivitäten abgeleitet, einzelne motorische Einheiten unter variabler Muskelbelastung registriert und synchron dazu mit intraoralen Messvorrichtungen die auftretenden Kräfte dreidimensional aufgezeichnet werden. Hierbei soll insbesondere das komplexe Rekrutierungsverhalten der Muskulatur („Kompartimentierung“) analysiert werden. Die so gewonnenen Parameter sollen dann in das FE-Modell eingearbeitet werden, um zukünftig die bei unterschiedlichen motorischen Aufgaben sowohl in der Muskulatur als auch im Knochen auftretenden Belastungszustände realistisch simulieren zu können.