Was ist die Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode?
Die Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode ist ein Planungskonzept für Teilprothesen, das Prof. Rudolf Slavicek, ehemals Professor für Prothetik an der Universität Wien, auf Grundlage von Finite-Elemente-Analysen entwickelt hat.
Die Form der Prothese wird so festgelegt, dass auf die Zähne, die die Teilprothese tragen, möglichst nur Kräfte physiologischer Richtung und Größe wirken.
Bei einer Teilprothese greifen Teile, die die Prothese halten (Halteelemente), an den verbliebenen Zähnen an.
Zähne, an denen Halteelemente angreifen, nennt man Pfeilerzähne.
Die Finite-Elemente-Methode ist allgemein ein Verfahren, bei dem an einem am Computer erstellten Formmodell Kraftbedingungen vorgegeben und die im Inneren entstehenden Kräfte (Spannungen) und Verformungen (Dehnungen) berechnet werden.
Weil die Form für die Berechnung in kleine Elemente zerlegt wird, spricht man von der „Finite-Elemente-Methode“.
Auch in der Zahnmedizin wird sie in Studien eingesetzt, die Kräfte auf Zähne und Prothesen untersuchen.
Wir planen jede Teilprothese individuell nach diesem Planungskonzept, das auf den Analysen des Professors beruht.
Der Praxisleiter lernte dieses Konzept im Jahr 2000 direkt bei Prof. Slavicek.
Beim Biss stützen wir uns auf das Konzept von Prof. Sadao Sato, bei der Prothesenplanung auf das Konzept von Prof. Slavicek (österreichische Gnathologie).
So funktioniert die Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode
Eine Teilprothese sinkt beim Kauen ein und dreht sich
Bei einer Teilprothese liegen die Teile, die etwa verlorene Backenzähne ersetzen, auf dem Zahnfleisch auf.
Beim Kauen drücken diese Teile auf das Zahnfleisch und sinken ein.
Dabei bewegt sich die Prothese so, als würde sie sich um eine Achse im Bereich der tragenden Zähne drehen.
Auf dem Foto ist die Linie, die quer durch den Bereich der vorderen tragenden Zähne verläuft, die Drehachse; der Bereich der hinteren Prothesenzähne sinkt in Richtung Zahnfleisch ein.
Drei Kräfte, die auf die tragenden Zähne wirken
Bewegt sich die Prothese wie bei einer Drehung, wirken auf die tragenden Zähne (Pfeilerzähne) die folgenden drei Kräfte.
| Kraft | Richtung am Zahn | Sicht des Praxisleiters |
|---|---|---|
| Extrusionskraft | Richtung, die den Zahn herauszieht | Selbst in geringer Stärke nicht physiologisch |
| Kippkraft | Richtung, die den Zahn kippt | In einem bestimmten Rahmen physiologisch |
| Intrusionskraft | Richtung, die den Zahn in Richtung Wurzel drückt | In einem bestimmten Rahmen physiologisch |
Um die Zahnwurzel liegt ein dünnes Gewebe, die Wurzelhaut (Desmodont); sie wirkt als Sensor (Mechanorezeptor), der den Druck auf den Zahn wahrnimmt.
Der Praxisleiter ist der Ansicht, dass der Körper über Reflexe auf Kräfte reagieren kann, die den Zahn in Richtung Wurzel drücken.
Die Extrusionskraft, die den Zahn herauszieht, ist dagegen nach Erläuterung des Praxisleiters eine Kraft, die erst durch die Prothese auf den Zahn wirkt und für die der Körper noch keine passende Reflexform ausgebildet hat.
Deshalb planen wir mit dem Ziel, die Extrusionskraft zu beseitigen oder möglichst gering zu halten.
Der Professor hat diese Kraftverhältnisse physikalisch analysiert und in eine Form gebracht, die sich für die Planung realer Prothesen nutzen lässt.
Zähne und Zahnfleisch geben unterschiedlich nach
Eine Teilprothese wird sowohl von den verbliebenen Zähnen als auch vom Zahnfleisch in den zahnlosen Bereichen getragen.
Nach Erläuterung des Praxisleiters bewegt sich das Zahnfleisch beim Zubeißen etwa zehnmal so weit wie die Zähne.
Allgemein heißt es, dass bei Freiendprothesen (Teilprothesen, die fehlende hintere Zähne ersetzen) wegen des unterschiedlichen Nachgebens von Pfeilerzahn und Zahnfleisch über das starre Metallgerüst große Kräfte auf den Pfeilerzahn neben der Lücke wirken können, die ihn nach hinten kippen.
Diesen Unterschied im Nachgeben verteilen wir über die Gestaltung von Gerüst und Attachments.
Im Gerüst starre und bewegliche Bereiche trennen
Das Metallteil, das das Gerippe der Prothese bildet (Gerüst), wird nicht überall gleich steif gestaltet.
Der rot umkreiste Bereich auf dem Foto ist die Stelle, die dem Gerüst insgesamt eine hohe Steifigkeit gibt.
Indem wir diesen Bereich steif gestalten, halten wir die Bewegung der beweglichen Bereiche (gelbe Pfeile) konstant.
Der Praxisleiter ist der Ansicht, dass auch die Informationen, die vom Mund an das Gehirn gelangen, gleich bleiben, wenn sich die Prothese bei jedem Zubeißen gleich bewegt.
Die Durchbiegung über die Querschnittsform steuern
Selbst beim gleichen Metall ändert sich die Durchbiegung je nach Querschnittsform.
Bereiche mit flachem Querschnitt biegen sich unter Belastung durch.
Bereiche mit halbrundem Querschnitt biegen sich kaum und übertragen die Kraft unverändert.
Deshalb schaffen wir für Zähne, die für Druckbelastung anfällig sind, mit Bereichen flachen Querschnitts eine Möglichkeit, den Druck abzuleiten.
Umgekehrt verwenden wir an Stellen, an denen Kraft zuverlässig übertragen werden soll, ein Gerüst mit halbrundem Querschnitt und verhindern so eine Verformung.
Die Aufgabe des Gerüsts, das links und rechts verbindet
Das Metallgerüst, das die linke und die rechte Seite verbindet, übernimmt gebündelt die Funktionen, die die Prothese braucht.
Allgemein nennt man bei Teilprothesen die Funktion, die ein Lösen der Prothese verhindert, „Halt“ (Retention), und die Funktion, die ein seitliches Schwanken der Prothese verhindert, „Führung“ (Bracing).
Das Teil, das bei der Unterkieferprothese die linke und die rechte Seite verbindet (Sublingualbügel), ist ein Bauteil, das innerhalb der Prothese besonders viel Steifigkeit braucht.
Es gibt auch Ausführungen aus Platin-Gold-Legierung und Kobalt-Chrom mit einem hohlen, rohrartigen Aufbau, der die Steifigkeit des Ganzen erhöht (Platin-Gold-Legierung).
Fotos: Gerüst, das links und rechts verbindet
Warum wir die Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode anwenden
Weil wir die Kräfte auf die tragenden Zähne abstimmen möchten
Der Praxisleiter hält bei der Planung von Teilprothesen die Kontrolle der Kräfte auf die tragenden Zähne für unverzichtbar.
Besonders wichtig ist die Gestaltung der Teile, die Prothese und Zähne verbinden – etwa der Attachments –, weil dort Kräfte direkt auf die verbliebenen Zähne und das umgebende Gewebe wirken.
Weil wir physiologische Kräfte auf die Wurzelhaut übertragen möchten
Die Wurzelhaut ist ein Sensor, der Druck wahrnimmt.
Der Praxisleiter ist der Ansicht, dass die Art der Kräfte, die hier ankommen, den langfristigen Verlauf einer Prothese beeinflusst.
Weil wir sowohl die Funktion am Tag als auch das Zähneknirschen im Schlaf berücksichtigen
Die feinen Formen von Gerüst und Prothesenzähnen gestalten wir mit Blick auf die Funktion am Tag und in der Nacht.
Am Tag sollen Kauen, Schlucken und Sprechen ohne Überforderung des Körpers möglich sein.
Für die Nacht gestalten wir eine Form, bei der Kauflächen und Kiefergelenkbewegung harmonieren, damit das Zähneknirschen im Schlaf in einem physiologischen Rahmen bleiben kann.
Weil der Praxisleiter seine Planungsgrundsätze selbst überarbeitet hat
Um 1991 fertigte der Praxisleiter Prothesen vor allem in einer Bauart an, bei der die Prothese über vollständig starre Verbindungen zu den tragenden Zähnen abgestützt wird (starre Abstützung, „Rigid Support“).
Danach übernahm er das Konzept von Prof. Slavicek, das die Wurzelhaut als „Empfänger von Sinnesreizen“ versteht, und überarbeitete seine Planungsgrundsätze.
Der Praxisleiter ist der Ansicht, dass sich die Qualität einer Planung nicht in kurzen Zeiträumen wie 4–5 Jahren beurteilen lässt, sondern anhand der langfristigen Verläufe vieler Prothesen.
Er ist auch der Ansicht, dass eine Apparatur mit der Anfertigung nicht abgeschlossen ist, sondern mit dem Fortschritt der Wissenschaft überprüft werden sollte.
Unser Vorgehen in der Praxis
Was wir bei der Planung einer Teilprothese berücksichtigen
Bei der Planung einer Teilprothese berücksichtigen wir vor allem Folgendes.
- Untersuchungsaufzeichnungen: verbliebene Zähne, Zahnfleisch (Schleimhaut), Skelett, Kieferbewegung (Sägeschnittmodell, Schleimhautregistrierung, FRS-Analyse, Cadiax)
- Wie die Prothese beim Zubeißen einsinkt und um welche Achse sie sich dreht
- Richtung und Größe der Kräfte auf die tragenden Zähne; dazu passend Position und Form von Halteelementen und Attachments
- Starre und bewegliche Bereiche im Gerüst; die Querschnittsform
- Die Ein- und Ausgliederungsrichtung und die Richtung, in der Kräfte beim Zubeißen übertragen werden (Parallelfräsen)
In eine Form umsetzen und überprüfen
Die geplante Form gestalten wir in Wachs und überführen sie durch Guss in Metall (Wax-up, Guss).
Auch die provisorische Prothese erhält denselben Aufbau wie die endgültige Prothese, und wir prüfen ihn, während Sie sie tragen (Provisorien und provisorische Prothesen).
Auch nach dem Eingliedern kontrollieren wir den Verlauf und nehmen bei Bedarf Anpassungen oder Reparaturen vor.
Auch wenn sich die Art des verwendeten Metalls ändert, bleibt das Planungskonzept dasselbe.
Fotos: Nach diesem Konzept geplante Teilprothesen
Prothesen für Lücken mit Zähnen davor und dahinter
Eine Teilprothese für eine Lücke mit Zähnen davor und dahinter sinkt beim Zubeißen wie natürliche Zähne in Richtung der Wurzeln ein.
Damit dabei auch auf die verbliebenen Zähne Kräfte in Richtung Wurzel übertragen werden, gestalten wir die Flächen der Attachments durch Fräsen.
Wenn obere und untere Zahnreihe stark gegeneinander versetzt sind
Sind obere und untere Zahnreihe seitlich stark gegeneinander versetzt, lässt sich eine vertikale Abstützung des Bisses nur schwer erreichen.
In solchen Fällen gibt es die Möglichkeit, das Metallgerüst zur Innenseite des Oberkiefers (palatinal) zu verlängern und als Auflage für den Biss zu nutzen, die die unteren Zähne aufnimmt.
Der rote Kreis auf dem Foto zeigt den Bereich, in dem ursprünglich die obere Zahnreihe liegt, der grüne Kreis den Bereich der unteren Zahnreihe.
Vorbereitet auf künftige Veränderungen
Mit zunehmendem Alter kann es vorkommen, dass weitere Zähne nicht erhalten werden können.
In solchen Fällen ziehen wir eine Reparatur in Betracht, bei der Prothesenzähne ergänzt werden.
Deshalb fertigen wir Prothesen aus Materialien und mit einem Aufbau an, die spätere Reparaturen ermöglichen.
Für Reparaturen verwenden wir das Laserschweißen in unserer Praxis.
Dauer, Anzahl der Termine, Kosten und Risiken der Behandlung → Kostenübersicht
Was mit der Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode möglich ist – und was nicht
Was mit der Prothesenplanung nach der Finite-Elemente-Methode möglich ist
- Richtung und Größe der Kräfte auf die tragenden Zähne abstimmen, indem berücksichtigt wird, wie die Prothese beim Zubeißen einsinkt und um welche Achse sie sich dreht
- Anstreben, die Kraft, die die tragenden Zähne herauszieht (Extrusionskraft), zu beseitigen oder möglichst gering zu halten
- Das unterschiedliche Nachgeben von Zähnen und Zahnfleisch über die Gestaltung von Gerüst und Attachments verteilen
- Im Gerüst starre und bewegliche Bereiche trennen und die Durchbiegung über die Querschnittsform steuern
- Auch bei einem anderen Metall nach demselben Konzept planen
Was nicht möglich ist – und wie wir es ausgleichen
| Was nicht möglich ist | Wie wir es ausgleichen |
|---|---|
| Den späteren Verlauf der Prothese allein durch die Planung versprechen | Auch nach dem Eingliedern kontrollieren wir den Verlauf und nehmen Anpassungen oder Reparaturen vor (Seite zu Zahnprothesen, „Verlaufskontrollen für eine lange Nutzung“) |
| Erkrankungen der tragenden Zähne selbst (Karies, Parodontalerkrankungen usw.) behandeln | Die Behandlung der verbliebenen Zähne wird in den Behandlungsplan aufgenommen (Seite zur Parodontalbehandlung) |
| Dicke und Beschaffenheit des Zahnfleischs eines Menschen allein durch Berechnung erfassen | Schleimhautregistrierung |
| Bissposition und Winkel der Prothesenzähne festlegen | Cadiax, FRS-Analyse, Aufstellung der Prothesenzähne |
| Veränderungen im Mund aufhalten, etwa den späteren Verlust von Zähnen | Anfertigung aus Materialien und mit einem Aufbau, die spätere Reparaturen ermöglichen (Laserschweißen) |
Allgemein gilt, dass Finite-Elemente-Analysen mit Modellen rechnen, die die Körpergewebe bis zu einem gewissen Grad vereinfachen, und deshalb von den tatsächlichen Kräften im Körper abweichen können.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass Dicke und Viskosität des Zahnfleischs in den Analysemodellen kaum berücksichtigt werden.
Häufige Fragen
- Was ist ein Pfeilerzahn?
Ein Zahn, an dem die Teile angreifen, die die Teilprothese halten (Halteelemente).
Eine Teilprothese wird von diesen Zähnen und vom Zahnfleisch in den zahnlosen Bereichen getragen.
Wir planen unter Berücksichtigung von Richtung und Größe der Kräfte auf die Pfeilerzähne.
- Ändert sich die Planung je nach Art des Metalls?
Das Planungskonzept bleibt unabhängig von der Art des verwendeten Metalls gleich.
Auf dieser Grundlage wählen wir das Material nach der nötigen Form und Steifigkeit aus.
- Was geschieht, wenn nach der Anfertigung der Prothese ein verbliebener Zahn verloren geht?
Je nach Zustand ziehen wir eine Reparatur in Betracht, bei der Prothesenzähne ergänzt werden.
Wir fertigen Prothesen aus Materialien und mit einem Aufbau an, die spätere Reparaturen ermöglichen, und verwenden für Reparaturen das Laserschweißen in unserer Praxis.
Ob eine Reparatur möglich ist, hängt vom jeweiligen Zustand von Prothese und Mund ab.
- Wie lange lässt sich eine nach der Finite-Elemente-Methode geplante Prothese nutzen?
Wie lange eine Prothese genutzt werden kann, ist individuell verschieden; ein Versprechen können wir nicht geben.
Wir dokumentieren und prüfen den Verlauf der angefertigten Prothesen und setzen Anpassungen und Reparaturen fort.
Der Praxisleiter ist der Ansicht, dass sich die Qualität einer Planung erst anhand langer Verläufe beurteilen lässt.
Verwandte Technologien und Behandlungen
- Attachments (Geschiebe)
- Parallelfräsen
- Schleimhautregistrierung
- Österreichische Gnathologie
- Alle Technologien, die wir einsetzen
- Zahnprothesen (Präzisionsprothesen): Die Untersuchungsdaten fließen in die Form der Prothese ein
- Zahnprothesen (Präzisionsprothesen): Vollprothese und Teilprothese – unser Vorgehen
Verwendete Quellen
Für die allgemeinen Erläuterungen (was die Finite-Elemente-Methode ist, wie Kräfte bei Teilprothesen im Allgemeinen wirken, Bedeutung der Begriffe Halt und Führung) haben wir die folgenden veröffentlichten Quellen herangezogen. Was wir über unser eigenes Vorgehen schreiben, beruht auf Beiträgen und Erläuterungen des Praxisleiters.
- Wakabayashi N. Advanced applications of finite element method in dental research: recent progress in non-linear analysis. Journal of the Japanese Society for Dental Materials and Devices. 2013;32(3):226-239 (japanisch)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (japanisch)
- Zhu Y, et al. Biomechanical considerations in RPD design: application and perspective of finite element method in distal extension removable partial denture rehabilitation. Frontiers in Dental Medicine. 2025;6:1667504 (englisch)
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Der erste Besuch beginnt mit einer Erstberatung (Selbstzahlerleistung, 30 Minuten bis 1 Stunde), in der wir untersuchen und eine Diagnose stellen. Fragen zu einer Diagnose aus einer anderen Praxis besprechen wir ebenfalls in diesem Rahmen.
In dringenden Fällen – etwa wenn Sie nicht kauen können oder die Beschwerden stark sind – wenden Sie sich bitte telefonisch an uns (042-795-1359).