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Einleitung Im Verlauf einer kieferorthopädischen Behandlung können Zähne oder Zahngruppen über mehrere Millimeter durch den Kieferknochen bewegt werden. Eine zielgerichtete Planung der Behandlung erfordert den Einsatz von Behandlungselementen mit definiertem mechanischem Verhalten und möglichst konstantem Kraftsystem. Die Entwicklung derartiger aktiver Elemente wurde in den letzten Jahren durch die Einführung von Nickel-Titan-Formgedächtnis-Legierungen in die Kieferorthopädie ermöglicht (1, 5). Nickel-Titan-Legierungen (NiTi) weisen zwei außergewöhnliche mechanische Eigenschaften auf: den Formgedächtnisoder Memory-Effekt und die Pseudoelastizität. Während die Anwendung des Formgedächtnis-Effektes verschiedene technische Probleme aufwirft, werden in der Kieferorthopädie Drähte aus pseudoelastischen NiTi-Legierungen zur Korrektur von Zahnfehlstellungen bereits in großem Umfang eingesetzt. Das Spannungs/Dehnungs-Diagramm eines ein-axialen Zugversuchs an einer NiTiLegierung zeigt eine extreme Nichtlinearität, die anhand von Abb. 1 erklärt werden soll: bis zu einer relativen Dehnung von ca. 1,5% (Punkt A) verhält sich das Material linear. Es schließt sich ein nichtlinearer Bereich an, auf den das sogenannte pseudoelastische Plateau folgt. Dieses ist charakterisiert durch einen weiten Dehnungsbereich zwischen ca. 1,5% und 6,0% Dehnung (zwischen den Punkten A und B), in dem die Spannung nahezu konstant bleibt. Anschließend erfolgt ein linearer Anstieg der Spannung mit der Dehnung bis zur Elastizitätsgrenze (M), die bei einigen NiTi-Legierungen 8% Dehnung erreichen kann. Bei Entlastung des Materials zeigt sich wiederum ein ähnliches Verhalten. Da die Elastizitätsparameter gegenüber der Belastung jedoch leicht geändert sind, zeigt sich eine breite Hysterese, die für pseudoelastische NiTi-Legierungen typisch ist. Eine Übertragung dieser Legierungseigenschaften auf kieferorthopädische Behandlungselemente läßt ein außergewöhnliches mechanisches Verhalten erwarten.

biomedizinische technik

Kieferorthopädische Behandlungselemente aus pseudoelastischen Nickel-Titan-Memory-Legierungen - Finite Elemente Modellierung, experimentelle Verifizierung und klinischer Einsatz