In-vitro- und Finite-Elemente Modelle zur Simulation der Kraftübertragung am Beispiel von Retainerversorgungen

Abstract-Text (inkl. Referenzen und Bildunterschriften)
Einleitung: Die Lastabtragung bei zahnmedizinischen Restaurationen und Apparaturen hängt meist stark von den Steifigkeitsverhältnissen aller beteiligten Strukturen ab. Hier sollten verschiedene kieferorthopädische Retainervarianten im Unterkiefer untersucht werden. Ziel: Erstellung CAM-gefertigter in-vitro Modelle mit einstellbarer Zahnbeweglichkeit (ZB) und eines Finite-Elemente (FE)-Modells zur Belastungssimulation von Retainern. Material & Methoden: Das CAM-gefertigte in-vitro Modell bestand aus einer 3D-gedruckten Basis (Biomed Clear Resin) und sechs künstlichen Zähnen (Eckzahn zu Eckzahn) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (Trinia). Die Zahnwurzeln wurden adhäsiv mit den über Stützbalken nachgiebig in der Modellbasis gelagerten Sockeln verbunden. Für die Belastungstests wurden verschiedene Retainervarianten modellbasiert hergestellt und auf der oralen Seite verklebt. Bei mechanischer Alterung und Bruchlastprüfung wurde Zahn 31 belastet. In einem FE-Modell (ANSYS R22) mit identischer Zahngeometrie wurden standardisierte, elastisch gebettete Wurzeln modelliert über welche die gewünschten ZB eingestellt werden konnte. Diese lag analog zum in-vitro Modell in einem Bereich von 1-3 µm/N in axialer Richtung mit einem Verhältnis von horizontaler zu axialer ZB von 3-4. Retainer mit Kreis-Querschnitt wurden mit jedem Zahn über einen zylindrischen Klebeverbund angebracht. Variierende Biegesteifigkeiten wurden über den Retainer-Durchmesser und dessen E-Modul realisiert. Analog zum in-vitro Modell wurde Zahn 31 belastet. Ergebnisse: Die FE-Simulationen zeigten, dass die Kraftübertragung über den Klebeverbund mit zunehmender Retainer-Steifigkeit und ZB steigt, was ein Versagen des Klebeverbundes begünstigt. Analog stieg die Versagenswahrscheinlichkeit tendenziell für steife Retainervarianten in den in-vitro Testungen. Zusammenfassung: Anhand der erstellten Modelle können neuartige Retainervarianten vor einem klinischen Einsatz realitätsnah untersucht werden.