Titelaufnahme

Titel
Modellerstellung und messtechnische Verifizierung eines Unterkieferdistraktors / von Matthias Irschara
VerfasserIrschara, Matthias
Begutachter / BegutachterinWassermann, Johann
Erschienen2009
UmfangVII, 104 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2009
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Unterkiefer / Distraktor / Zahnmedizin / Dehnmessstreifen / Kalibrierung / Verschiebungsgrößenverfahren / Balkenelemente
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-34143 Persistent Identifier (URN)
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Modellerstellung und messtechnische Verifizierung eines Unterkieferdistraktors [22.43 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Fehlstellungen bzw. Fehlbildungen des Unterkiefers lassen sich unter anderem mit Hilfe eines Distraktors behandeln. Dazu unterzieht sich der Patient einer Operation, bei der der Unterkieferknochen durchtrennt wird. Nach einer Ruhephase von knapp einer Woche werden die Knochenteile jeden Tag um bis zu einen Millimeter voneinander entfernt.

Je nach Ausmaß der Fehlstellung, kann dies mehrere Wochen dauern. In der Ruhephase wird im Bruchspalt das Kallusgewebe ausgebildet, welches hauptsächlich aus fasrigem Knorpelgewebe besteht. Wird mit der Distraktion begonnen, so erfährt der Kallus ständig Reize, wodurch neues Gewebe gebildet wird. Sobald keine Reize mehr gesetzt werden, also nach Abschluss der Distraktionsphase, erfolgt mit Hilfe der Osteoblasten der Umbau zu Knochengewebe.

Das Ziel dieser Diplomarbeit bestand darin, anhand eines extraoralen Distraktors der Firma Synthes, ein mechanisches Modell zu erstellen und dieses messtechnisch zu verifizieren. Mit diesem Modell ist es möglich, nicht nur die Kräfte während der Distraktionsphase zu ermitteln, sondern auch jene Kräfte, die direkt auf den Knochen wirken. Dies setzt jedoch zusätzlich die Kenntnis der Steifigkeiten des Kallusgewebes bzw. der restlichen umgebenden Gewebe, wie Muskeln und Haut voraus, die bis dato aber noch relativ unbekannt sind. Aus verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten, bei denen die Kräfte mit Hilfe intraoraler Distraktoren gemessen wurden, konnte ein Richtwert ermittelt werden. Aufbauend auf der geleisteten Vorarbeit von Dr.techn. Sebastian Popprath sowie Ing. Manfred Neumann, die den gesamten Aufbau der Elektronik, Applikation der Dehnmessstreifen sowie die Erstellung des Messprogrammes in LabVIEW umfasste, wurde eine Kalibriervorrichtung konstruiert, an der die Verifizierung des mechanischen Modells durchgeführt werden konnte.

Das Modell selbst wurde mit Hilfe von Balkenelementen in MATLAB nachgebildet.

Zur Verifizierung des mechanischen Modells wurde der Distraktor anfänglich mit Gewichten belastet, um den Zusammenhang zwischen den an den Messstellen wirkenden Normalkräften bzw. Biegemomenten herzustellen.

In weiterer Folge wurden am Distraktor Verschiebungen über die Kalibriervorrichtung aufgebracht. Anhand dieser Messwerte wurde die Anpassung des Modells durchgeführt; die Verifizierung des Modells erfolgte schlussendlich durch das Aufbringen einer Distraktion.

Zusammenfassung (Englisch)

One way to treat abnormality or rather malpositioning of the lower jaw is the use of a distractor. For that, the patient needs to undergo an operation during which the lower jaw bone is cut in two.

After a one week period of rest, the bone parts are pulled apart from each other for up to one millimetre every day. As this phase strictly depends on the intended extension, it can take up to several weeks.

During the period of rest, bone callus, to the most part consisting of fibrous cartilage tissue is built in the fracture gap. Once the distraction starts, stimuli are permanently transmitted to this bone callus, causing the production of new tissue. As soon as no stimuli are transmitted anymore, which is after completion of the distraction phase, the conversion into bone tissue occurs with the help of the osteoblasts.

The aim of this diploma thesis was to construct a mechanical model with the aid of an extraoral distractor by the company Synthes and also to verify this model with measurement technology. On the basis of this model it is not only possible to evaluate the forces during the phase of distraction but also the forces that have a direct effect on the bone.

However, this requires additional knowledge of the stiffness of the bone callus or rather the rest of the surrounding tissues such as muscles and skin, which are relatively unknown so far. Different scientific studies which measured the forces by using intraoral distractors, were used to determine a benchmark.

Based on the preparatory work of Dr.techn. Sebastian Popprath and Ing.

Manfred Neumann, covering the whole assembling of electronics, the application of the resistance strain gages as well as the writing of the monitoring program in LabVIEW, a calibration device was created, which was able to carry out the verification of the mechanical model. The model itself was reproduced by means of beam elements in MATLAB.

For the verification of this model, the distractor was first loaded with weights in order to establish a connection between the normal forces as well as the bending moments acting on the measuring point. Subsequently, translational displacements were introduced by using the calibration device. With the aid of these measurements, the adaption of this model was carried out. Finally, the verification of the model was realized by applying a distraction.