In vitro Bestimmung initialer Zahnbeweglichkeiten in einem optomechanischen Meßaufbau

EINLEITUNG: Im Rahmen einer kieferorthopädischen Behandlung können Zähne oder Zahngruppen über Strecken bis zu 5mm bzw. im Falle von Rotationen um Winkel bis zu 45° durch den Kieferknochen bewegt werden. Als Angriffspunkt für die von den Behandlungselementen erzeugten Kraftsysteme werden dabei im allgemeinen die Zahnkronen benutzt. Um die gewünschte Wirkung eines Behandlungselementes korrekt beurteilen zu können, ist dabei nicht nur die Kenntnis der Größe der Kräfte bzw. Drehmoment sowie der genauen Lage des Angriffspunktes erforderlich, sondern es müssen auch die mechanischen Eigenschaften des Systems aus Zahnwurzel, Zahnhalteapparat (Desmodont) und Kieferknochen bekannt sein. Die mechanischen Parameter und die Geometrie bestimmen ganz entscheidend die von dem Kraftsystem erzeugten mechanischen Spannungen im Kieferknochen und damit auch Art und Umfang der angestrebten Zahnbewegung. Die Zugund Druckspannungen im Desmodontalspalt bzw. im Kieferknochen sind einer direkten Messung nicht zugänglich. Dagegen kann der Zusammenhang aus Kraftsystem und Zahnbewegung in der Alveole experimentell bestimmt werden. Diese initialen Zahnbewegungen haben eine Größenordnung von max. 0,2mm bzw. ca. 2° und werden durch die Geometrie von Zahnwurzel und Alveole bestimmt. Bei gleichzeitiger Berechnung des Zusammenhangs kieferorthopädische Kraft/Zahnauslenkung mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) erhält man sodann eine Aussage über die mechanischen Spannungen im Kieferknochen. In einer Reihe von experimentellen [14, 10-12] und theoretischen [6, 9, 13-15] Arbeiten wurde dieser Weg verfolgt. Dabei wurden teilweise Elastizitätsmoduln benutzt, die um einen Faktor l O variieren, bzw. FEM-Modelle mit nicht zutreffender Geometrie generiert. Auf experimenteller Seite war bislang entweder die Auflösung des Systems zur Bestimmung der Zahnbewegung zu gering, oder aber das Kraftsystem konnte nicht in allen Komponenten gemessen werden. Die hier beschriebene Arbeit ist der experimentelle Teil eines Projektes zur Präzisionbestimmung initialer Zahnbewegungen und der zugehörigen Spannungen im Kieferknochen [7]. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein optomechanisches Meßsystem entwickelt, mit dem die Auslenkungen eines Zahns in Abhängigkeit von dem am Zahn angreifenden Kraftsystem mit einer Genauigkeit von jeweils ca 1% gemessen werden können.