DE10024833B4 - Device for automatically placing braces on teeth - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
(1) zum automatischen Platzieren von Zahnspangen-Brackets (2) auf Zähnen (4), beinhaltend folgende,
von einer Steuereinrichtung (36) ansteuerbare Einrichtungen
a)
eine Meßeinrichtung
(6) zum Vermessen der Geometrie wenigstens eines Zahnes (4) und
zum Generieren eines Geometrie-Datensatzes
des Zahnes (4),
b) eine Handhabungseinrichtung (12) zum Markieren
des Platzierungsortes (24) am Zahn (4) und/oder zum direkten Platzieren
des Brackets (2) am berechneten Platzierungsort (24) des Zahnes
(4),
dadurch gekennzeichnet, dass
c) von der Steuereinrichtung
(36) außerdem
ansteuerbar ist eine Berechnungseinrichtung (26) zur Berechnung
des Platzierungsortes (24) für
ein Bracket (2) an dem Zahn (4) in Abhängigkeit des gemessenen Geometrie-Datensatzes und
von in einem Speicher gespeicherten Standardwerten, welche die Lage
des Platzierungsortes (24) relativ zu ausgezeichneten Bereichen
(18, 22) des Zahnes (4) definieren.Device (1) for the automatic placing of braces brackets (2) on teeth (4), including the following, by a control device (36) controllable devices
a) a measuring device (6) for measuring the geometry of at least one tooth (4) and for generating a geometry data set of the tooth (4),
b) a handling device (12) for marking the placement location (24) on the tooth (4) and / or for direct placement of the bracket (2) at the calculated placement location (24) of the tooth (4),
characterized in that
c) also controllable by the control device (36) is a calculation device (26) for calculating the placement location (24) for a bracket (2) on the tooth (4) as a function of the measured geometry data set and of standard values stored in a memory, which define the location of the placement location (24) relative to excellent areas (18, 22) of the tooth (4).
Description
Stand der TechnikState of technology
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum automatischen Platzieren von Zahnspangen-Brackets gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention is based on a device for automatic placement of braces brackets according to the preamble of claim 1.
Im Rahmen der kosmetischen Zahnregulierung sind Zahnspangen bekannt, bei denen ein eine ideale Zahnbogenform aufweisender Metallbogen unter Spannung in Schlitze an den Zahnaußenflächen oder Zahninnenflächen angeklebter Metallplättchen – im folgenden Brackets genannt – eingehängt wird. Hierbei wird der Metallbogen elastisch verformt und hat durch die elastischen Rückstellkräfte bedingt die Tendenz, seine ursprüngliche Form einzunehmen. Mit der Zeit geben die Zähne den Rückstellkräften des Metallbogens – beispielsweise durch Kippen um eine horizontale Achse, Drehen um eine Hochachse und/oder durch translatorische Bewegungen – nach und richten sich an ihm ähnlich Perlen an einer Schnur aus.in the Dental braces are known from cosmetic dentistry in which a metal arch having an ideal arch form under Tension in slots on the tooth outer surfaces or tooth surfaces adhered Metal plate - in the following Brackets called - is hung. Here, the metal sheet is elastically deformed and has through the elastic restoring forces caused the Tendency, its original Take shape. Over time, the teeth give the restoring forces of the metal arc - for example by tilting about a horizontal axis, turning around a vertical axis and / or by translational movements - after and align themselves similar to him Beads on a string.
Unabdingbare Voraussetzung zum Erzielen einer idealen Positionierung der Zähne mit Hilfe einer solchen Zahnspange ist allerdings, daß die Brackets exakt an den hierfür vorgesehenen Stellen an der Zahnfläche platziert werden. Eine diesbezüglich zu bevorzugende Stelle ist hierbei der Schnittpunkt zwischen der in die Zahnfläche projizierten vertikalen Zahnachse mit einer Höhenlinie, welche einen bestimmten vertikalen Abstand von der Schneidenkante oder der Kaufläche des Zahnes aufweist. Bei einer außermittigen Falschplatzierung des Brackets würde beispielsweise ein Biegemoment auf den betroffenen Zahn ausgeübt werden, das ihn in eine schiefe Position kippt.indispensable Prerequisite for achieving an ideal positioning of the teeth However, the help of such a brace is that the brackets are exact at the for this places are placed on the tooth surface. A in this regard to be preferred point here is the intersection between the in the tooth surface projected vertical tooth axis with a contour line, which has a certain vertical distance from the cutting edge or occlusal surface of the Tooth has. In an off-center Wrong placement of the bracket, for example a bending moment are exerted on the affected tooth, turning it into a tilted position tilts.
Die Ermittlung der vertikalen Zahnachse geschieht meist durch visuelles Schätzen des Kieferothopäden unter Zuhilfenahme einer Röntgenaufnahme des Ge bisses, in welcher der zur Zahnachse koaxiale Wurzelverlauf zu sehen ist. Der vertikale Bracketschlitz soll nicht nur entlang der Zahnachse ausgerichtet sein, sondern er soll sich außerdem genau in der Zahnmitte, d.h. auf der Halbierenden der maximalen horizontalen Ausdehnung des Zahnes befinden. Auch hier wird vom Kieferorthopäden durch genaues Betrachten des Zahnes geschätzt. Zur Bestimmung einer geeigneten Höhenlinie des Platzierungsortes werden handelsübliche, auf bestimmte Höhenlinien vorkonfektionierte Klebekreuze verwendet, mit denen man in die Schlitze der zu positionierenden Brackets greift und diese anschließend auf der Zahnfläche solange nach oben oder unten bewegt, bis sich ein Führungsteil des Klebekreuzes auf der Schneidenkante oder der Kaufläche des Zahnes abstützen kann. In diesem Fall befindet sich der horizontale Bracket-Schlitz genau auf der gewünschten Höhenlinie. Abhängig von der Art des jeweiligen Zahnes ist hier eine zahntypabhängige Platzierung der Brackets notwendig.The Determination of the vertical tooth axis usually happens by visual Estimate of the orthodontist with the help of an X-ray of Ge bisses, in which the coaxial root axis to the tooth axis you can see. The vertical slot slot should not only along the tooth axis be aligned, but he should also exactly in the middle of the tooth, i. on the bisector of the maximum horizontal Extension of the tooth are located. Again, by the orthodontist through accurate Looking at the tooth is appreciated. To determine a suitable contour line of the placement location become commercial, on certain contour lines Pre-assembled adhesive crosses used to get into the slots the brackets to be positioned engages and then on the tooth surface as long as moved up or down until a guide part the glue cross on the cutting edge or the occlusal surface of the Support the tooth can. In this case, there is the horizontal bracket slot exactly on the desired contour line. Dependent of the type of tooth is here a tooth-type placement the brackets necessary.
Vor der Platzierung muß auf die zum Zahn weisende Fläche des Brackets ein spezieller Klebstoff aufgetragen werden, welcher sehr schnell, meist innerhalb einer Minute aushärtet. Der Zahn wird dann wie folgt vorbereitet : Anätzen der zu beklebenden Fläche, Trocknen und Bepinseln mit einem speziellen Klebstoff – Bonding genannt – derselben Fläche. Die Brackets werden dann, eventuell unter Zuhilfenahme einer Lupenbrille, auf die gegebenenfalls zuvor per Hand markierte Stelle gedrückt. Hat man das Bracket auf der falschen Stelle platziert und ist innerhalb der kurzen Aushärtungszeit keine Korrektur gelungen, so muß das Bracket wieder vom Zahn entfernt, der ausgehärtete Kleber von der Zahnfläche und vom Bracket abgeschliffen und die Prozedur von neuem begonnen werden. Oft werden mehr als 20 Zähne mit Brackets beklebt, so daß, eventuelle Korrekturen eingeschlossen, ein erheblicher zeitlicher und handwerklicher Aufwand notwendig ist bis alle Brackets korrekt platziert sind. Im Hinblick auf die gestiegenen Kosten im Gesundheitswesen stellt dies aber einen äußerst unbefriedigenden Zustand dar.In front the placement must be on the tooth-facing surface of the bracket a special adhesive can be applied, which very fast, usually hardens within one minute. The tooth will then like follows prepared: etching the surface to be covered, Drying and brushing with a special adhesive bonding called - the same Area. The brackets are then, possibly with the help of a loupes, pressed on the previously possibly manually marked point. Has you place the bracket in the wrong place and it is inside the short curing time No correction has been made, that must be so Bracket removed again from the tooth, the cured adhesive from the tooth surface and ground off the bracket and the procedure started anew. Often, more than 20 teeth glued with brackets, so that any corrections included, a considerable amount of time and manual effort is necessary until all brackets are correct are placed. In terms of increased health care costs but this is a very unsatisfactory State.
Eine
gattungsgemäße Vorrichtung
ist aus der
- – Anfangs wird ein Gipsabguss vom Gebiss des Patienten angefertigt,
- – danach wird mit einer Kamera ein Bild von einem aus dem Gipsabguss ausgesägten Zahn angefertigt und auf einem Bildschirm dargestellt,
- – sodann wird dem aufgenommenen Bild das Bild eines gespeicherten, theoretischen Models des Zahnes auf einem Bildschirm überlagert,
- – anschließend wird der Zahn relativ zur Kamera mit einer Vorrichtung derart verlagert, dass sich das aufgenommene Bild mit dem theoretischen Bild deckt,
- – dann wird die korrekte Position des Brackets am Zahn durch Markieren mit Hilfe eines von einer Vorrichtung erzeugten Lichtstrahls angezeigt und per Hand oder mit photographischen Mitteln markiert, oder alternativ hierzu
- – das von einem Roboterarm getragene Bracket wird an die korrekte Position am Zahn herangefahren und dort leicht angeklebt,
- – dann werden die einzelnen mit Brackets versehenen Zähne wieder zu einem kompletten Gebiß-Gipsabdruck zusammengefügt,
- – anschließend wird der Gipsabdruck mit einer thermoformbaren Masse bedeckt, welche durch Erwärmen die Form des Gebiss-Gipsabdrucks annimmt,
- – schließlich wird die thermoformbare Masse vom Gipsabdruck zusammen mit den in ihr eingebetteten Brackets abgelöst und auf das Gebiss des Patienten übertragen.
- - Initially, a plaster cast is made from the dentition of the patient,
- - After that, a picture of a tooth sawn out of the plaster cast is made with a camera and displayed on a screen,
- - Then the captured image, the image of a stored, theoretical model of the tooth is superimposed on a screen,
- Subsequently the tooth is displaced relative to the camera with a device in such a way that the recorded image coincides with the theoretical image,
- - then the correct position of the bracket on the tooth is indicated by marking with the aid of a light beam generated by a device and marked by hand or by photographic means, or alternatively
- The bracket carried by a robotic arm is moved to the correct position on the tooth and glued there lightly,
- - then the individual teeth provided with brackets are reassembled into a complete denture plaster cast,
- - then the plaster cast is covered with a thermoformable mass, which assumes the shape of the denture plaster cast by heating,
- Finally, the thermoformable mass is detached from the plaster cast together with the embedded in her brackets and transferred to the dentition of the patient.
Zusammenfassend bedeutet dies, dass durch Superposition eines zu behandelnden Zahnes mit einem „idealen" Zahn dessen idealer Platzierungsort auf den Zahn übertragen wird. In den Fällen, in denen die Geometrie des „idealen" Zahnes von derjenigen des zu behandelnden Zahnes erheblich abweicht, ist dieses Verfahren allerdings als zu ungenau einzuschätzen.In summary This means that by superposition of a tooth to be treated with an "ideal" tooth whose ideal Transfer placement location to the tooth becomes. In cases, in which the geometry of the "ideal" tooth of that of the tooth to be treated is significantly different, this procedure but to estimate as inaccurate.
Gemäß der
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass auf schnelle und kostengünstige Weise ein genaues Platzieren von Zahnspangen-Brackets auf Zähnen möglich ist.Of the The present invention is based on the object, a Device of the aforementioned To develop such a way that in a fast and cost effective way Accurate placement of braces on teeth is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.According to the invention this Problem solved by the features of claim 1.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Wegen der automatisierten Bracket-Platzierung mittels der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 wird gegenüber der üblichen Platzierung per Hand eine wesentlich höhere Wiederholgenauigkeit mit geringerer Fehlerrate erzielt. Das bei der herkömmlichen Methode übliche Korrigieren einzelner Brackets nach einer gewissen Tragezeit kann dadurch im wesentlichen entfallen. Infolgedessen verkürzt sich die Gesamttragezeit der Spange, wodurch das durch die Spange hervorgerufene zusätzliche Kariesrisiko verringert wird. Zur Kostensenkung trägt auch bei, daß wegen des automatisierten Verfahrens das System auch durch gegenüber einem Zahnarzt oder Kieferorthopäden geringer qualifizierte Personen wie beispielsweise durch eine Arzthelferin bedienbar istBecause of the automated bracket placement by means of the device according to claim 1 is opposite the usual Placement by hand a much higher repeatability with achieved lower error rate. The usual with the conventional method correction individual brackets after a certain period of wear can thereby in substantially eliminated. As a result, the total wearing time is shortened the clasp, whereby the additional caused by the clasp Caries risk is reduced. To reduce costs also contributes at that, because of of the automated procedure, the system also by comparison with one Dentist or orthodontist less qualified persons such as a medical assistant is operable
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.By in the subclaims listed activities are advantageous developments and improvements of the invention possible.
Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme umfasst die Handhabungseinrichtung einen mehrachsigen Roboter mit einem Roboterarm und einem Greifer, durch welchen ein Bracket oder ein Markierungsmittel, beispielsweise eine Graphitmine, gehalten ist, wobei der Roboter durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, daß der Roboterarm den Bracket an den Platzierungsort heranführt und ihn gegen den Zahn preßt oder mittels der Markierungsmittel am Platzierungsort eine sichtbare Markierung anbringt.According to one particularly preferable measure the handling device comprises a multi-axis robot with a robot arm and a gripper, through which a bracket or a Marking agent, such as a graphite mine, is held, wherein the robot can be controlled by the control device is that the Robot arm brings the bracket to the placement location and presses him against the tooth or by means of the marking means at the place of placement a visible mark install.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Handhabungseinrichtung am Zahn lösbar befestigt ist, vorzugsweise mittels eines den Zahn übergreifenden Spannarmes, wobei das Bracket durch einen relativ zu einem zahnfesten Rahmen der Handhabungseinrichtung bewegbaren Greifer geführt ist, welcher durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, daß dieser den Bracket an den Platzierungsort heranführt und ihn gegen den Zahn preßt oder mittels der Markierungsmittel am Platzierungsort eine sichtbare Markierung anbringt.According to one another embodiment it is provided that the handling device releasably secured to the tooth is, preferably by means of a tooth-spanning clamping arm, wherein the bracket by a relative to a tooth-fixed frame of the handling device guided movable gripper is, which is controllable by the control device, that this one Bring bracket to the placement location and place it against the tooth presses or by means of the marking means at the place of placement a visible Mark up.
Gemäß einer Weiterbildung beinhaltet die optische Messeinrichtung einen vorzugsweise an der Handhabungseinrichtung festgelegten optischen Sensor, wobei die Handhabungseinrichtung durch die Steuereinheit ansteuerbar ist, um den Sensor entlang des Zahnes zu führen und den Geometrie-Datensatz bezogen auf den einen Ursprung eines Messkoordinatensystems bildenden Referenzpunkt zu erzeugen und ihn im Speicher der Steuereinheit abzulegen.According to one Further development, the optical measuring device includes a preferably on the handling device specified optical sensor, wherein the handling device is controllable by the control unit, to guide the sensor along the tooth and the geometry dataset based on the one origin of a measurement coordinate system Create reference point and store it in the memory of the control unit.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Speicher wenigstens für einige der verschiedenen Zahntypen wie Schneidezähne oder Backenzähne jeweils ein Geometrie-Datensatz und ein geeigneter Platzierungsort für ein Bracket als zahntypabhängige Standardwerte gespeichert sind. Im weiteren ist eine Verknüpfungsstufe vorgesehen, durch welche aufgrund eines Vergleichs des gemessenen Geometrie-Datensatzes mit den gespeicherten Geometrie-Datensätzen der Typ des vermessenen Zahnes feststellbar und der diesem Zahntyp entsprechende Standardwert für den Platzierungsort der Bracket aus dem Speicher auslesbar ist, vorzugsweise als ein auf die Zahnachse und die Schneidenkante oder die Kaufläche des jeweiligen Zahntyps bezogener Wert. Die Berechnungseinrichtung ist dann durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar, daß sie zunächst die tatsächliche Lage der Zahnachse und der Schneidenkante oder der Kaufläche des Zahnes aus dem gemessenen Geometrie-Datensatz und dann anhand des aus dem Speicher ausgelesenen Standardwerts einen referenzpunktbezogenen Platzierungsort für das Bracket berechnet.A preferred embodiment of the invention provides that in memory at least for some of the different types of teeth such as incisors or molars respectively a geometry record and a suitable placement location for a bracket as a tooth dependent Default values are stored. In the following is a linking stage provided by which, based on a comparison of the measured Geometry dataset with the saved geometry datasets of the Type of measured tooth detectable and corresponding to this type of tooth Default value for the place of placement of the bracket can be read from the memory, preferably as one on the tooth axis and the cutting edge or the occlusal surface value related to the respective tooth type. The calculation device is then controlled by the controller so that they first the actual Position of the tooth axis and the cutting edge or the occlusal surface of the Tooth from the measured geometry data set and then based on the from the Memory read default value is a reference point related Place of placement for the bracket is calculated.
In Weiterbildung hierzu ist eine von der Steuereinrichtung ansteuerbare kombinierte Eingabe- und Anzeigeeinrichtung vorgesehen, zur Eingabe von Daten betreffend an welchen Zähnen des Gebisses Brackets platziert werden sollen, zur Darstellung des berechneten Platzierungsortes auf einem Monitor und zur Korrektur des berechneten Platzierungsortes.In a further development, a combined input and display device that can be controlled by the control device is provided, for inputting data concerning which teeth of the denture brackets are to be placed, for displaying the calculated placement position on a monitor and for correcting the calculated placement resort.
Nicht zuletzt ist die Handhabungseinrichtung durch die Steuereinrichtung derart ansteuerbar, daß ein rückseitig mit Klebstoff versehenes Bracket an den Platzie rungsort heranführbar und mittels eines definierten Drucks gegen eine Zahnfläche des Zahns drückbar ist.Not last is the handling device by the control device so controllable that a on the back with adhesive provided bracket to the place of placement be approached and by means of a defined pressure against a tooth surface of the Tooth pressed is.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail. It demonstrate:
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die
in
Die
Vorrichtung
Das
Abtasten mittels des optischen Sensors
Um
die Referenzpunkte durch den optischen Sensor
Im
Speicher der Meßeinrichtung
Im
weiteren ist eine in das Gehäuse
der Meßeinrichtung
Hierzu
kann der Monitor
Alternativ
könnten
die aufgrund der optischen Vermessung der betroffenen Zähne durch
die Meßeinrichtung
Während einer
der Platzierung der Brackets
Zum
Platzieren der Brackets
Zweckmäßig ist
das die Brackets
In
der Praxis ist nicht auszuschließen, daß der Patient seinen Kopf während der
Bracketplatzierung bewegt. Deshalb ist in der zentralen Steuereinheit
Der
Greifer
Darüber hinaus
könnte
die erfindungsgemäße Vorrichtung
In
Zum
Vermessen des betroffenen Zahnes
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