Zahnmedizin nutzt Animationstechnik der Filmindustrie

An der Fakultät für Zahn-, Mund und Kieferheilkunde werden statt Dinosauriern Kiefer- und Zahnstrukturen und ihre Krankheiten begreifbar

Spielbergs Filme wie z.B. Jurrassic Park haben ein Millionenpublikum begeistert, oft vor allem wegen der realistischen und gelungenen Animationen der Dinosaurier. Wie inzwischen in der Filmbranche üblich, erweckte Spielberg die Urweltgiganten über 3D-Computerrekonstruktionen zu neuem Leben. Für die Animationen wurden ebenfalls Computern eingesetzt – wie auch in der Fakultät für Zahn-, Mund und Kieferheilkunde der Universität Witten/Herdecke. Dort macht sich Prof. Dr. Wolfgang H. Arnold, Lehrstuhlinhaber für Anatomie, die Methoden der Computer gestützten 3D-Rekonstruktion à la Spielberg für die Forschung zu nutze, die er 1994 von einem Forschungsaufenthalt bei Prof. Dr. Geofrey H. Sperber in Kanada mitgebracht hat. Seitdem hat Arnold die Methode, die in der Zahnmedizin bisher nur an der Universität Witten/Herdecke angewandt wird, weiter verbessert, so dass sie inzwischen routinemäßig in der Forschung eingesetzt wird.

Für eine feingewebliche Untersuchung werden normalerweise hauchdünne Gewebeschnitte mit eine Dicke von 5 µm (5 tausendstel mm) angefertigt und im Mikroskop betrachtet. Diese Schnitte liefern jedoch nur ein zweidimensionales Bild der zu untersuchenden Strukturen. Um eine wirklich realistische Vorstellung unterschiedlicher Gewebestrukturen oder gar Zellverbände zu erhalten, müssen diese jedoch dreidimensional rekonstruiert werden. Dazu werden die einzelnen Schnitte fotografiert, in den Computer importiert und dort der Reihe nach übereinander gestapelt (manchmal bis zu 1.200 einzelne Schnitte). Die zu erfassenden unterschiedlichen Gewebe werden anschließend digitalisiert und zu einem dreidimensionalen Netz verbunden. Diese Netze können nun in einem Animationsprogramm bearbeitet werden und die zu untersuchenden Gewebe in ihrer räumlichen Beziehung dargestellt werden. Man erhält auf diese Weise ein sehr realistisches Bild der dreidimensionalen Anordnung einzelner Strukturen in der zu untersuchenden Probe. Durch die Animation kann die Rekonstruktion beliebig im Raum gedreht und betrachtet werden.

Die Methode der Computer gestützen 3D-Rekonstruktion wird in zahlreichen Forschungsprojekten an der Fakultät für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Universität Witten/Herdecke eingesetzt. Zum einen hat man sich in den letzten Jahren sehr intensiv mit der dreidimensionalen Struktur unterschiedlicher Kariesformen und deren Ausbreitung im Zahn auseinandergesetzt. Dabei zeigte sich, dass die Karies an verschiedenen Stellen im Zahn sich unterschiedlich ausbreitet, was Konsequenzen für die Therapie hat. Zum anderen wurden mehrere menschliche Embryos mit schweren Fehlbildungen des Kopfes untersucht, um Genaueres über die Struktur der Fehlbildungen und der beteiligten Gewebe zu erfahren. So wurden Embryos mit Lippen-, Kiefer- Gaumenspalten (die häufigste Fehlbildung im Kopfbereich) und Embryos mit nur einer Gehirnanlage (anstelle normalerweise zwei Gehirnanlagen) untersucht und rekonstruiert. Auf Grund dieser Untersuchungen konnten neue Erkenntnisse über die Bildung der Schädelknochen und der angrenzenden Weichteile gewonnen werden.

Kontakt:

Prof. Dr. W.H. Arnold
Lehrstuhl für Anatomie
Tel.: 02302/926-660, -658
E-Mail: w.arnold@uni-wh.de