DE102006048063B4

DE102006048063B4 - Verfahren zur Herstellung von orthodontischen Bögen zur Regulierung von Zahnfehlstellungen

Info

Publication number: DE102006048063B4
Application number: DE102006048063A
Authority: DE
Inventors: Ralf Hesling
Original assignee: Heßling Ralf Dr
Current assignee: Heßling Ralf Dr
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: DE102006048063A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung orthodontischer Bögen für eine Vorrichtung zur Regulierung von Zahnfehlstellungen mit einer Mehrzahl von Verbindungselementen (1) zur Befestigung an Zahnkronen (4) eines Patienten sowie einem Bogenelement (5) zur Anbringung an den Verbindungselementen (1), wobei die Verbindungselemente (1) wenigstens zwei Aufnahmen (2, 3) für Bogenelemente (5) aufweisen und die Aufnahmen (2, 3) in voneinander verschiedene Richtungen geöffnet sind, welches folgende Schritte aufweist:
– Bereitstellen des Zahnmodells eines Patienten, welches eine Zahnfehlstellung aufweist;
– Aufteilen eines Duplikats des Zahnmodells in Einzelzahnsegmente;
– Orientieren der Einzelzahnsegmente in einer Ausrichtung, die einer vorgegebenen, therapeutisch geplanten Ausrichtung entspricht;
– Erstellen einer digitalen Darstellung der so ausgerichteten Einzelzahnsegmente;
– Berechnen der Geometrie des zugehörigen orthodontischen Bogens aus der digitalen Darstellung;
gekennzeichnet durch
Ausbilden des dreidimensional orientierten orthodontischen Bogens (5) anhand der berechneten Bogengeometrie durch ein Rapid Prototyping Verfahren, durch Laserschmelzen oder durch Lasermikrostrukturierung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung orthodontischer Bögen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Regulierung von Zahnfehlstellungen werden im Allgemeinen orthodontische Bögen mit Hilfe von Verbindungselementen (sog. Brackets) an den Zähnen eines Patienten befestigt. Diese Brackets weisen hierzu eine Aufnahme (Slot) für den orthodontischen Bogen auf. Die Slots weisen jeweils drei Wände auf, welche den Bogen im montierten Zustand umgeben. Die bekannten Slots stellen also ein offenes System dar, so dass der Bogen zur Öffnungsseite des Slots hin keine oder nur eine höchst unvollständige Kraftübertragung zur Korrektur einer Zahnfehlstellung bewirken kann.
Ein weiterer Nachteil konventioneller orthodontischer Bögen ist deren Herstellung aus einem Drahtbogen, wie sie beispielsweise in der US 2005/0244774 A1 offenbart wird. Nach der dort offenbarten Methode muss der orthodontische Bogen in mühevoller manueller Kleinarbeit an die individuellen Erfordernisse des jeweiligen Patientengebisses angepasst werden. Diese Vorgehensweise ist zeit- und kostenintensiv.
In der US 6,733,289 B2 wird daher ein Verfahren offenbart, welches den Anpassungsvorgang dadurch erleichtern bzw. vollständig ersetzen soll, dass der Therapeut eine Auswahl aus einer eingeschränkten Menge vorgeformter Bögen in Standardformen trifft. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, dass es sich bei den vorgegebenen Standardformen lediglich um Kompromisslösungen handelt, die den individuellen Erfordernissen des jeweiligen Gebisses zwar weitgehend, jedoch nicht vollkommen gerecht werden.
Die EP 1 474 064 B1 offenbart daher die automatisierte Herstellung individueller orthodontischer Bögen aus Draht unter Einsatz eines Biegeroboters. Diese Vorgehensweise kann jedoch nicht den Nachteil eliminieren, der allen aus Draht gefertigten orthodontischen Bögen gemein ist, nämlich die notwendige geometrische Beschränkung auf technisch realisierbare Biegeradien bei der Fertigung des Drahtes und die damit verbundenen Einschränkungen in der Geometrie des orthodontischen Bogens. Die durch das Biegeverfahren bedingte Problematik der im Material verbleibenden Eigenspannung, die aufgrund von Ralaxationseffekten im Zuge der Einsatzdauer des orthodontischen Bogens zu Änderungen der Krafteinleitung in das Gebiss und damit zu einer suboptimalen Korrektur der Zahnstellung führen können, bleibt ebenfalls ein ungelöstes Problem.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die Herstellung orthodontischer Bögen mit einer verbesserten Kraftübertragung ermöglicht.
Es ist regelmäßig vorgesehen, dass die Verbindungselemente (Brackets) zwei bevorzugt etwa senkrecht zueinander stehende Ausnehmungen aufweisen. Die Vorrichtung erlaubt so den Einsatz zweier orthodontischer Bögen, wobei der Einsatz eines zweiten Bogens in die zweite Aufnahme in diesem Fall die Nachteile bei der Verwendung von Verbindungselementen mit nur einer Aufnahme minimiert bzw. kompensiert. Dies geschieht dadurch, dass die Öffnungen der Aufnahmen in unterschiedliche Richtungen weisen. Jede der Aufnahmen bildet für sich ein offenes System, jedoch wird die aufgrund der Öffnung einer Aufnahme in eine Richtung unzureichende Kraftübertragung durch einen in der jeweils anderen Aufnahme positionierten Bogen kompensiert.
Erfindungsgemäß sind die verwendeten Bögen durch Rapid-Prototyping, selektives Laser-Schmelzen oder Laser-Mikrostrukturierung hergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren 1 bis 3B schematisch näher erläutert:
1 – zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Verbindungselemente.
2A – zeigt eine 1 entsprechende Ansicht mit einem orthodontischen Bogen in einer ersten Aufnahmeposition.
2B – zeigt eine 1 entsprechende Ansicht mit einem orthodontischen Bogen in einer zweiten Aufnahmeposition.
3A – ist eine Draufsicht auf einen Kiefer oder ein Kiefermodell mit Regulierungsvorrichtung mit dem orthodontischen Bogen in der ersten Aufnahmeposition.
3B – ist eine weitere Draufsicht auf einen Kiefer oder ein Kiefermodell mit Regulierungsvorrichtung mit dem orthodontischen Bogen in der zweiten Aufnahmeposition.
In 1 sind Verbindungselemente (Brackets) 1 gezeigt. Diese werden je nach Anwendungsfall an der Außenseite der Zähne 4 (sog. Labialbrackets) oder auf der Innenseite der Zähne 4 (sog. Lingualbrackets) aufgebracht. In der weiteren Beschreibung der Erfindung wird beispielhaft auf Labialbrackets bzw. entsprechende orthodontische Bögen eingegangen. Die folgenden Ausführungen gelten allerdings sinngemäß auch für Lingualbrackets bzw. Lingualbögen.
Das Verbindungselement 1 weist zwei Aufnahmen 2, 3 zur Aufnahme orthodontischer Bögen 5 auf (vgl. 2A und 2B, bzw. 3A, 3B), die als schlitzförmige, längliche Aufnahmen (Slots) ausgebildet sind. Im gezeigten Beispiel weisen diese Aufnahmen 2, 3 einen etwa C-förmigen Querschnitt mit zu den Aufnahmewänden 2b, 3b etwa senkrechter Bodenflächen 2a bzw. 3a auf.
Die Bodenflächen 2a, 3a der beiden Aufnahmen 2, 3 bzw. deren den Bodenflächen 2a, 3a gegenüber liegenden Öffnungen der beiden Aufnahmen eines Verbindungselementes 1 weisen in verschiedene Richtungen.
Bevorzugt sind die Aufnahmen in einem Winkel von 90° zueinander orientiert.
Die Anordnung zweier derartiger Aufnahmen 2, 3 an einem Verbindungselement 1 ermöglicht die Befestigung orthodontischer Bögen 5 an unterschiedlichen Stellen zur Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zur Korrektur von Zahnfehlstellungen. Die unzureichende Kraftübertragung auf den Zahn des Patienten über einen orthodontischen Bogen 5 mittels des Verbindungselements 1 in Richtung der Öffnung der Aufnahmen 2, 3 kann durch einen Bogen 5 in der jeweils anderen Aufnahme 3, 2 kompensiert werden. Zwar weist auch die jeweils andere Aufnahme 3, 2 aufgrund der auch hier vorhandenen Öffnung in einer Richtung eine unzureichende Angriffsfläche für den Bogen 5 auf, diese Richtung ist jedoch von der der ersten Aufnahme verschieden, so dass etwaige durch eine Aufnahme 2 verursachte Unzulänglichkeiten in der Kraftübertragung gerade durch die andere Aufnahme 3 ausgeglichen werden.
Zwei Bögen zusammen fixieren den Komplex aus Zahn 1 und Verbindungselementen 1, so dass ein Spiel zwischen dem Verbindungselement 1 und einem Bogen 5, welches unerwünschte Vertikal- oder Horizontalauslenkungen des Einzelzahnes 4 zulässt, durch den jeweils anderen Bogen neutralisiert wird.
Die Herstellung der Vorrichtung erfolgt erfindungsgemäß in der nachfolgend geschilderten Weise:
Mit Hilfe einer Abformung wird ein Gipsmodell eines Patientenkiefers erstellt, der eine Zahnfehlstellung aufweist. Das Modell wird dupliziert und der Zahnkranz des Duplikatmodells wird in Einzelzahnsegmente getrennt, die in der therapeutisch geplanten Position orientiert werden. Dieses Idealmodell wird durch einen 3D-Scanner in einen Datensatz für die Weiterverarbeitung am Computer überführt. Möglich ist auch das direkte intraorale Scannen des Patientenkiefers und die virtuelle Umstellung der Einzelzahnsegmente in die Soll-Position.
Am Computer wird dann eine zweidimensionale Konstruktionsebene festgelegt, die die ideale Ausrichtung der Verbindungselemente 1 (Brackets) bestimmt. Die einzelnen Verbindungselemente 1 werden durch Datensätze repräsentiert. Die Wände 2b der einen Aufnahme 2 der Verbindungselemente 1 liegen coplanar zur Konstruktionsebene, ihr Boden 2a steht vertikal zur Konstruktionsebene. Die Wände 3b der zweiten Aufnahme 3 stehen bevorzugt vertikal zur Konstruktionsebene, ihr Boden 3a liegt coplanar zur Konstruktionsebene (vgl. 1). Diese Verbindungselemente 1 werden entweder auf der Außenfläche (labial) oder auf der Innenfläche (lingual) der Zähne 4 orientiert. Aus der Orientierung der Verbindungselemente 1 ergibt sich der Verlauf zweier Bögen 5, von denen einer die horizontal parallel zur Konstruktionsebene orientierten Aufnahmen 3 ausfüllt, während der zweite Bogen die vertikal zur Konstruktionsebene orientierten Aufnahmen 2 ausfüllt.
Die dreidimensional orientierten Bögen 5 können durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren, selektives Laserschmelzen oder Laser-Mikrostrukturierung in Metall, Kunststoff oder Keramik realisiert werden.
Sie können in unterschiedlichen Querschnitten, die die Aufnahmen 2, 3 der Verbindungselemente 1 vollständig oder teilweise ausfüllen, erstellt werden.
Das Idealmodell des Patientenkiefers mit den ideal platzierten Verbindungselementen 1 generiert den Verlauf der Idealbögen. Werden die Zähne 4 mit den darauf platzierten Verbindungselementen 1 in die ursprüngliche Zahnfehlstellung zurückgesetzt, ergibt sich der Verlauf der Bögen 5 zu Beginn der Behandlung. Dieses Umsetzen von der Soll-Position in die Ist-Position kann virtuell am Computer erfolgen oder real anhand von Basissockeln, die die Zahnstümpfe mit den darauf platzierten Verbindungselementen aufnehmen.
Das Intervall zwischen Anfangsposition und Zielposition der Einzelzähne kann in Einzelschritte differenziert werden, so dass sich jeweils einzelnen Behandlungsschritten entsprechende Bogenverläufe ergeben. Durch die Herstellung dieser Bögen ist es möglich, einzelne Behandlungsschritte durchzuführen. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die auf den Einzelzahn einwirkende Kraft durch die Materialeigenschaften und den Querschnitt des Bogens 5 sowie durch den Abstand der Verbindungselemente 1 zueinander bestimmt wird.
Durch die Variation der Materialeigenschaften der Bögen 5 sowie durch die Variation des Bogenquerschnittes und des Bogenverlaufes können so einzelne Behandlungsschritte bis hin zur therapeutisch geplanten Zahnposition durchgeführt werden.
Die Anfangsbögen können für die Platzierung der Verbindungselemente 1 auf dem Anfangsmodell dienen, welches die Zahnfehlstellung repräsentiert, so dass die Anfertigung einer Übertragungsschablone möglich wird, mit deren Hilfe die Befestigung der Verbindungselemente 1 auf den Zähnen 4 des Patienten erfolgt.
Durch selektives Laserschmelzen werden dreidimensionale Bauteile, d. h. Verbindungselemente 1 und Bögen 5, direkt erzeugt. Metallpulver, Keramikpulver oder Polymerpulver (Kunststoff) wird in einem Prozessraum schichtweise mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen. So entsteht aus vielen aufeinander geschmolzenen Schichten direkt ein Bauteil. Die dazu nötigen 3d-Daten werden mittels CAD konstruiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung orthodontischer Bögen für eine Vorrichtung zur Regulierung von Zahnfehlstellungen mit einer Mehrzahl von Verbindungselementen (1) zur Befestigung an Zahnkronen (4) eines Patienten sowie einem Bogenelement (5) zur Anbringung an den Verbindungselementen (1), wobei die Verbindungselemente (1) wenigstens zwei Aufnahmen (2, 3) für Bogenelemente (5) aufweisen und die Aufnahmen (2, 3) in voneinander verschiedene Richtungen geöffnet sind, welches folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen des Zahnmodells eines Patienten, welches eine Zahnfehlstellung aufweist; – Aufteilen eines Duplikats des Zahnmodells in Einzelzahnsegmente; – Orientieren der Einzelzahnsegmente in einer Ausrichtung, die einer vorgegebenen, therapeutisch geplanten Ausrichtung entspricht; – Erstellen einer digitalen Darstellung der so ausgerichteten Einzelzahnsegmente; – Berechnen der Geometrie des zugehörigen orthodontischen Bogens aus der digitalen Darstellung; gekennzeichnet durch Ausbilden des dreidimensional orientierten orthodontischen Bogens (5) anhand der berechneten Bogengeometrie durch ein Rapid Prototyping Verfahren, durch Laserschmelzen oder durch Lasermikrostrukturierung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstellen der digitalen Darstellung der Einzelzahnsegmente durch Scannen des Zahnmodells erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des Zahnmodells durch Scannen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Einzelzahnsegmente durch virtuelle Manipulation des durch Scannen digitalisierten Zahnmodells erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogen durch selektives Laserschmelzen direkt aus Metallpulver, Keramikpulver oder Polymerpulver erzeugt wird.