Forschungsschwerpunkt Biomechanik des Kauorgans

Wissenschaftliche Projektleitung: Dr. Benedikt Sagl (Postdoc)

Der Forschungsfokus im Schwerpunkt Biomechanik des Kauorgans liegt auf der Untersuchung von Kräften die während Funktionsbewegungen aber auch Para- und Dysfunktion auf das Kauorgan wirken. Ein besondere Fokus unserer Gruppe liegt auf den Biomechanik des Kiefergelenks. Hierfür werden vor allem innovative Computersimulationsmethoden verwendet. Weiters arbeiten wir an klinisch-biomechanischen Projekte mit Hilfe von Elektromyographie, Bisskraft- und Unterkieferbewegunssensoren. Relevante Themen beinhalten:

• Entwicklung innovativer Computermethoden zur Erstellung und Berechnung von biomechanischen Computermodellen
• Untersuchung der Kiefergelenksbelastung währen dynamischer Unterkieferbewegungen (z.B. Kauen, Zähneknirschen)
• Biomechanische Kadaveruntersuchungen
• In vivo Messungen von biomechanischen Variablen
• Anwendung unserer entwickelten Simulationsmethoden auf andere Gelenkssysteme

Wissenschaftliche Projektmitarbeiter:innen

• Thomas Holzinger, MSc

Wissenschaftliche & industrielle Kooperationspartner:innen

• Univ. Prof. Siegfried Trattning, Exzellenzzentrum für Hochfeld-MR, Medizinische Universität Wien
• Prof. Ian Stavness, Department of Computer Science, University of Saskatchewan
• Prof. Sidney Fels, Department of Electrical and Computer Engineering, University of British Columbia
• Prof. Hai Yao, Department of Bioengineering, Clemson University and Department of Oral Health Sciences, Medical University of South Carolina
• Prof. Dario Cazzola, Department of Health, University of Bath

Alumni

• Michael Schön
• Katrin Prenner

Projektbeispiele

Biomechanische Untersuchungen von Bruxismus

Ein Fokus unserer Forschungsarbeit liegt in der Untersuchung des Einflusses einzelner morphologischer Variablen auf die Belastung des Kiefergelenks. Diese Untersuchung sind in vivo sehr schwer durchführbar da sich Patienten selten in nur einer einzigen Variable unterscheiden. Unsere Computermodelle sind hierfür ideal und erlauben es uns in kontrollierter Umgebung einzelne Variablen, wie die Knirschfacettenneigung beim Zähneknirschen, zu verändern und ihre Auswirkung auf die mechanische Belastung zu Untersuchen. In vorherigen Studien haben wir bereits den Effekt von Knirschfacettensteilheit, Position und Knirschrichtung gearbeiten und planen unsere Untersuchung auf die Untersuchung von Kiefergelenksmorphologie zu erweitern.

Effekt von Nahrunsvariablen auf Kiefergelenksbelastung

Patienten mit Kiefergelenksschmerzen wird oft geraten kleine und weiche Nahrung zu sich zu nehmen um Schmerzen zu minimieren. Dieser Ratschlag klingt zwar vernünftig, es gibt allerdings nur wenig wissenschaftliche Untersuchungen zu ihrer Effektivität. Deshalb verwenden wir Computersimulationen um den Einfluss der Größe und Festigkeit von Nahrungsmitteln auf die mechanische Belastung des Kiefergelenks zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es ein besseres Verständnis des Effekts von Nahrungsmittelparametern auf die Kiefergelenksbelastung zu erzeugen und so in der Zukunft Schmerzlevel von betroffenen Patienten zu minimieren.

Entwicklung von Methoden zur Erstellung von patientenspezifischen Computermodellen der Kauregion

Die Messung von Muskelaktivität in der Kauregion ist besonders herausfordernd, da viele Muskeln eng beieinander liegen und sich gegenseitig teils überlappen. Daher wird für Simulationen oft statt Muskelaktivität die Unterkieferbewegung als Input verwendet. Unsere Gruppe ist aktiv in der Entwicklung von Algorithmen zur besseren Berechnung von Muskelaktivierungsmuster aus Unterkieferbewegungsdaten involviert. Beispiele hierfür sind die Linearized Tracking Simulation die es erlaubt kinetische Optimierungsziele als Teil eines quadratischen Optimierungsproblems der Kauregion einfließen zu lassen. Weiters arbeiten wir an der Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens, wie zum Beispiel Reinforcement Learning, für die Berechnung von Muskelkräften.