Dreidimensionale Finite-Element-Modellierung der Kiefermuskulatur zur Simulation realistischer Belastungszustände im stomatognathen System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ergebnisse des DFG-geförderten Projekts haben auf der Basis experimenteller Untersuchungen, numerischer Berechnungen und von FE-Simulationen zum ersten Mal zeigen können, dass es bei isometrischen Muskelkontraktionen (simulierte Parafunktionen) in spezifischen Kraftrichtungen zu besonderen Belastungszuständen sowohl einzelner Muskeln als auch diskreter Muskelregionen kommt. Darüber hinaus wurde aufgezeigt, dass auch die Kiefergelenke bei solchen Aktivierungszuständen beim Generieren spezieller resultierender Kraftvektoren außerordentliche Belastungen und überraschende Belastungsrichtungen erfahren. Besonders belastende Kraftvektoren für die Muskulatur sind solche, die mit den Wirkungslinien der Muskeln übereinstimmen, da hier die höchsten Aktivierungszustände der individuellen Muskeln zu finden sind. Dies korrespondiert mit der Kontrollstrategie, die Muskelenergie bei motorischen Aufgaben zu minimieren, ein Prinzip, das durch Optimierungsalgorithmen belegt werden konnte. Auf der Basis dieser Ergebnisse wird es möglich sein, den Einsatz von Orthesen zu optimieren. Darüber hinaus ist das vorliegende komplette Kopfmodell in der Lage, komplexe Belastungszustände, wie sie nach der Inkorporation von Zahnersatz oder kieferorthopädischen Geräten in den beteiligten Geweben (Zähne, Knochen, Muskeln) und in den verwendeten Restaurationen entstehen (Implantate, Brücken, Prothesen), realitätsnah zu simulieren und so den Umfang an experimentellen Untersuchungen zu reduzieren. UNIKATH (Magazin der Universität Karlsruhe), Nr. 3 (2004): „DFG wirbt mit Karlsruher Zahnersatz-Forschung". Bericht zum DFG-Projekt mit Interview in der Sendung „Campus und Karriere" des Deutschlandfunks, Herbst 2006. UNIKATH (Magazin der Universität Karlsruhe), Nr. 1 (2006): „Mit Biss: Forschungsgruppe Biomechanik bringt Zahnmedizin voran". Badische Neueste Nachrichten: „Kaumuskeln auf der Spur" (01.07.2007). Badische Neueste Nachrichten: „Welt der Zähne ließ Physiker nicht mehr los: Jürgen Lenz sorgt bei Millionen Menschen für kraftvolles Zubeißen" (04.09.2007). Dieser Artikel der dpa wurde unter veränderten Überschriften auch in anderen Tageszeitungen abgedruckt, z.B. in der Rhein-Neckar-Zeitung und im Badischen Tagblatt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Activity patterns of the masticatory muscles during feedback-controlled simulated clenching activities". Eur. J. Oral Sci., 113,469-478(2005)
Schindler, H. J., Rues, S., Türp, J. C., Schweizerhof, K., Lenz, J.
- "Differential Activity Patterns in the Masseter Muscle under Simulated Clenching and Grinding Forces". Journal of Oral Rehabil., 32 (8), 552 - 563 (2005)
Schindler, H. J., Türp, J. C., Blaser, R., Lenz, J.
- "Masticatory muscle and joint forces during clenching based on simultaneous force and EMG measurement". In: 3rd European Medical and Biological Engineering Conference (EMBEC 05), Prag, Tschechei, 20.-25. November 2005. Proceedings 2005, 11 (1) of the International Federation for Medical and Biological Engineering (2005)
Rues, S., Schindler, H. J., Türp, J. C., Schweizerhof, K., Lenz, J.
- "Calculation of Muscle and Joint Forces in the Masticatory System". In: Proc. of the 2nd GAMM Seminar on Continuum Biomechanics (Eds.: Ehlers, W., Markert, B.), Freudenstadt, Germany, Nov. 22-24,2006
Rues S., Schindler H.J., Türp J. C., Schweizerhof K., Lenz J.
- "Calculation of muscle and joint forces in the masticory system". III. European Conference on Computational Mechanics. Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering, Lisbon, Portugal, 5-8 June 2006. Proceedings (Eds.: C.A. Mota Scares et al.), 1-12,2006
Rues, S., Schindler, H. J., Schweizerhof, K., Lenz, J.
- "Feedbackkontrollierte isometrische Muskelkontraktionen in einer experimentellen Okklusion". 39. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Funktionsdiagnostik und Therapie, Bad Homburg, 1.-2.12.2006. Programm und Abstracs, Dezember 2006
Schindler H.J., Rues S., Türp J. C., Lenz J.
- "Heterogeneous activation of the medial pterygoid muscle during simulated clenching". Archives of Oral Biology, 51, 498-504 (2006)
Schindler, H. J., Rues, S., Türp, J. C., Lenz, J.
- "Joint and muscle forces during clenching". PAMM, Proc. Appl. Math. Mech., (2006)
Rues, S., Lenz, J., Schindler, H. J., Schweizerhof, K.
- "Muskel- und Gelenkkräfte beim Pressen - experimentell gewonnene Optimierungsstrategien". 39. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Funktionsdiagnostik und Therapie, Bad Homburg, 1.-2.12.2006. Programm und Abstracs, Dezember 2006
Rues S., Schindler H.J., Lenz J., Schweizerhof K.
- "Isometrisches Rekrutierungsverhalten der Kaumuskulatur und seine Bedeutung für biomechanische Belastungen des Kausystems". Habilitationsschrift, Universität Heidelberg, 2007
Schindler, H.J.
- "Jaw clenching: Muscle and joint forces, optimization strategies". J. Dent. Res., 86 (9), 843-847 (2007)
Schindler, H. J., Rues, S., Türp, J. C., Schweizerhof, K., Lenz, J.
- "Motor behavior of the jaw muscles during clenching on an experimental occlusion". The Society of Oral Physiology, 25th Store Kro Meeting, Naantali, Finland, May 24-27,2007. Proceedings, P22 (2007)
Schindler, H.J., Rues, S., Türp, J.C., Lenz, J.
- "Muscle and joint forces in the masticatory system during clenching". Deutsche Gesellschaft für Biomedizinische Technik (DGBMT), 41th annual meeting, Aachen, Sept. 26-30,2007
Rues, S., Schindler, H.J., Türp, J.C., Schweizerhof, K., Lenz, J.
- "Muscle and joint forces in the masticatory system". 2nd GACM Colloquium on Computational Mechanics, München, Oct. 10-12, 2007. Book of Abstracts, p. 112 (2007)
Rues, S., Schindler, H.J., Schweizerhof, K., Lenz, J.
