DE112006003415T5

DE112006003415T5 - Registrierung von Bandvorrichtungen zur Planung digitaler Kieferorthopädiebehandlung

Info

Publication number: DE112006003415T5
Application number: DE112006003415T
Authority: DE
Inventors: David K. Jun. Saint Paul Cinader
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2008-10-16
Also published as: WO2007078617A1; US20070141525A1

Abstract

Verfahren mit den Schritten:
Anbringen zumindest einer Bandvorrichtung an einer Zahnstruktur eines Patienten, wobei die Bandvorrichtung einen Marker aufweist, der an einer bekannten Stelle an der Bandvorrichtung fixiert ist;
Herstellen eines Abgusses von einem Abdruck der Zahnstruktur des Patienten, die einen Marker aufweist; und
Registrieren des Abgusses mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur auf der Grundlage der bekannten Stelle des Markers.

Description

Fachgebiet
Die Erfindung betrifft die Kieferorthopädie und insbesondere computergestützte Techniken zur Unterstützung kieferorthopädischer Diagnose und Behandlung.
Hintergrund der Erfindung
Das Fachgebiet der Kieferorthopädie befaßt sich mit der Repositionierung und Ausrichtung der Zähne eines Patienten für eine verbesserte Okklusion und ästhetische Erscheinung. Zum Beispiel weist eine kieferorthopädische Behandlung häufig die Verwendung sehr kleiner geschlitzter Vorrichtungen auf, bekannt als Brackets, die an den Frontal-, Eck-, und Zweihöckerzähnen des Patienten befestigt werden. Ein Drahtbogen wird im Schlitz jedes Brackets aufgenommen und dient als Führungsbahn zum Führen der Bewegung der Zähne in gewünschte Ausrichtungen. Die Enden des Drahtbogens werden normalerweise in als Buccal-Röhrchen bekannten Vorrichtungen aufgenommen, die an den Mahlzähnen des Patienten befestigt werden.
Eine Anzahl kieferorthopädischer Vorrichtungen bzw. Apparate, die heute gewerblich verwendet werden, sind nach dem Grundsatz des "Straight-Wire-Konzepts" hergestellt, das von Dr. Lawrence F. Andrews, D.D.S entwickelt wurde. In Übereinstimmung mit diesem Konzept wird die Form der Vorrichtungen, einschließlich der Ausrichtung der Schlitze der Vorrichtungen, so ausgewählt, daß die Schlitze als Ergebnis der Behandlung in einer ebenen Bezugsebene ausgerichtet sind. Zusätzlich wird ein elastischer Drahtbogen mit einer insgesamt gebogenen Form ausgewählt, der normalerweise in einer ebenen Bezugsebene liegt.
Wenn der Drahtbogen zu Beginn der kieferorthopädischen Behandlung in den Schlitzen der Straight-Wire-Vorrichtungen plaziert wird, wird der Drahtbogen häufig gemäß den Malokklusionen des Patienten von einer Vorrichtung zur nächsten nach oben oder nach unten gebogen. Jedoch neigt die Elastizität bzw. Rückfederung des Drahtbogens dazu, den Drahtbogen in seine normale gebogene Form zurückzuführen, die in einer ebenen Bezugsebene liegt. Da sich der Drahtbogen in Richtung der ebenen Bezugsebene verschiebt, werden die daran angebrachten Zähne in entsprechender Weise in Richtung einer ausgerichteten, ästhetisch ansprechenden Anordnung bewegt.
Im allgemeinen werden kieferorthopädische Vorrichtungen, die dafür angepaßt sind, mit den Zähnen des Patienten haftend verklebt zu werden, durch eines von zwei Verfahren an den Zähnen plaziert: ein Direktklebeverfahren oder ein Indirektklebeverfahren. Beim Direktklebeverfahren werden die Vorrichtung und der Klebstoff mit einer Pinzette oder einem anderen Handinstrument ergriffen und vom Fachmann an der Zahnfläche an einer annähernd erwünschten Stelle plaziert. Als nächstes wird die Vorrichtung nach Bedarf entlang der Zahnfläche verschoben, bis der Fachmann mit ihrer Position zufrieden ist. Wenn die Vorrichtung an ihrer richtigen vorgesehenen Stelle ist, wird die Vorrichtung fest auf den Zahn gedrückt, um die Vorrichtung im Klebstoff anzuordnen. Übermäßiger Klebstoff in Bereichen, die an die Basis der Vorrichtung angrenzen, wird entfernt, und der Klebstoff kann dann aushärten und die Vorrichtung fest an der richtigen Stelle befestigen. Typische Klebstoffe sind u. a.: lichthärtbare Klebstoffe, die unter Einwirkung von aktinischer Strahlung anfangen zu härten, und chemisch härtende Zweikomponenten-Klebstoffe, die anfangen zu härten, wenn die Komponenten miteinander vermischt werden.
Obgleich die Verwendung der oben beschriebenen Direktklebetechnik weit verbreitet ist und von vielen als zufriedenstellend angesehen wird, gibt es Mängel, die einer solchen Technik innewohnen. Zum Beispiel kann der Zugang zu Flächen von falsch positionierten Zähnen schwierig sein. In einigen Fällen, und besonders in Verbindung mit hinteren Zähnen, kann der Fachmann Mühe haben, die genaue Position des Brackets re lativ zur Zahnfläche zu erkennen. Zusätzlich kann die Vorrichtung unbeabsichtigt von ihrer vorgesehenen Stelle weggestoßen werden, während der übermäßige Klebstoff in Nachbarschaft zur Basis der Vorrichtung entfernt wird.
Ein weiteres Problem, das mit der oben beschriebenen Direktklebetechnik verbunden ist, betrifft die erhebliche Zeitdauer, die benötigt wird, um das Verfahren der Verklebung jeder Vorrichtung mit jedem einzelnen Zahn auszuführen. Typischerweise versucht der Fachmann sicherzustellen, daß jede Vorrichtung an ihrer richtigen vorgesehenen Stelle positioniert ist, bevor der Klebstoff aushärtet, und es kann einige Zeit erfordern, bevor der Fachmann mit der Stelle jeder Vorrichtung zufrieden ist. Gleichzeitig kann der Patient jedoch Unbehagen empfinden und Mühe haben relativ bewegungslos zu bleiben, besonders wenn der Patient ein Heranwachsender ist. Wie zu erkennen ist, gibt es Aspekte der Direktklebetechnik, die sowohl für den Fachmann als auch für den Patienten als Ärgernis angesehen werden können.
Indirektklebetechniken vermeiden häufig viele der oben angegebenen Probleme. Im allgemeinen haben in der Vergangenheit bekannte Indirektklebetechniken die Verwendung eines Übertragungstrays mit einer Form beinhaltet, die der Konfiguration von zumindest einem Teil des Zahnbogens eines Patienten entspricht. Ein Satz von Vorrichtungen, wie etwa Brackets, ist an gewissen vorbestimmten Stellen lösbar mit dem Tray verbunden. Klebstoff wird auf die Basis jeder Vorrichtung aufgetragen, und das Tray wird dann solange über den Zähnen des Patienten plaziert, bis der Klebstoff härtet. Als nächstes wird das Tray von den Zähnen sowie den Vorrichtungen gelöst, mit dem Ergebnis, daß jede der Vorrichtungen, die vorher mit dem Tray verbunden war, jetzt mit den jeweiligen Zähnen an ihren vorgesehenen vorbestimmten Stellen verklebt ist.
Bei näherer Betrachtung weist ein Verfahren zur indirekten Verklebung von kieferorthopädischen Vorrichtungen die folgenden Schritte auf: Abdrucknahme von jedem Zahnbogen des Patienten und anschließendes Herstellen eines Nachbildungsgips- oder "Stein"-Modells von jedem Abdruck. Nach Wahl wird eine Seifenlösung (wie etwa die Lösung der Marke Model Glow von Whip Mix Corporation) oder Wachs auf dem Steinmodell aufgetragen. Eine Trennlösung (wie etwa der Zinnfolienersatzstoff der Marke COE-SEP von GC America, Inc.) wird dann auf dem Steinmodell aufgetragen und kann trocknen. Bei Bedarf können die Zähne des Modells mit einem Bleistift gekennzeichnet werden, um die Plazierung der Brackets an idealen Positionen zu unterstützen.
Als nächstes werden die Brackets mit den Steinmodellen verklebt. Nach Wahl kann der Klebstoff ein chemisch härtender Klebstoff sein (wie etwa der Klebstoff der Marke Concise von 3M) oder ein lichthärtbarer Klebstoff (wie etwa der Klebstoff der Marke Transbond XT oder der Klebstoff der Marke Transbond LR von 3M). Nach Wahl können die Brackets mit Klebstoff vorbeschichtete Brackets sein, wie etwa diejenigen, die in US-Patent 5 015 180 , 5 172 809 , 5 354 199 und 5 429 229 beschrieben sind.
Ein Übertragungstray wird dann hergestellt, indem ein Matrixmaterial über dem Modell sowie über den am Modell plazierten Brackets plaziert wird. Zum Beispiel kann ein Matrixmaterial aus Kunststoffolie von einem Halterahmen gehalten und Strahlungswärme ausgesetzt werden. Wenn das Kunststoffolienmaterial weich geworden ist, wird es über dem Modell und den Brackets plaziert. Luft im Zwischenraum zwischen dem Folienmaterial und dem Modell wird dann abgesaugt, und das Kunststofffolienmaterial nimmt eine Konfiguration an, die genau der Form der nachgebildeten Zähne des Steinmodells und den angebrachten Brackets entspricht.
Das Kunststoffmaterial kann dann abkühlen und aushärten, um ein Tray zu bilden. Das Tray und die Brackets (die in einer Innenwand des Trays eingebettet sind) werden dann vom Steinmodell abgelöst, und die Seiten des Trays werden bei Bedarf bearbeitet. Wenn der Patient in das Behandlungszimmer zurückgekommen ist, wird eine Menge des Klebstoffs auf der Basis des Brackets plaziert, und das Tray mit den eingebetteten Brackets wird dann über den dazu passenden Abschnitten des Zahnbogens des Patienten plaziert. Da die Konfiguration des Inneren des Trays genau den jeweiligen Abschnitten des Zahnbogens des Patienten entspricht, wird im Grunde jedes Bracket an den Zähnen des Patienten genau an der gleichen Stelle positioniert, die der vorherigen Stelle des gleichen Brackets am Steinmodell entspricht.
Sowohl lichthärtbare Klebstoffe als auch chemisch härtende Klebstoffe sind in der Vergangenheit bei Indirektklebetechniken verwendet worden, um die Brackets an den Zähnen des Patienten zu befestigen. Wenn ein lichthärtbarer Klebstoff verwendet wird, ist das Tray vorzugsweise durchsichtig oder lichtdurchlässig. Wenn ein chemisch härtender Zweikomponenten-Klebstoff verwendet wird, können die Komponenten unmittelbar vor dem Aufbringen des Klebstoffs auf den Brackets miteinander vermischt werden. Als Alternative kann eine Komponente auf jeder Bracketbasis plaziert werden, und die andere Komponente kann auf der Zahnfläche plaziert werden. In beiden Fällen ermöglicht die Plazierung des Trays mit den eingebetteten Brackets an den entsprechenden Abschnitten des Zahnbogens des Patienten, daß die Brackets als Gruppe mit den Zähnen verklebt werden, wobei der Patient den Stuhl im Behandlungsraum nur für einen kurzen Zeitraum belegt. Mit einer solchen Technik werden die nacheinander erfolgende Einzelplazierung und -positionierung jedes Brackets an den Zähnen vermieden.
Eine Vielfalt von Übertragungstrays und Materialien für Übertragungstrays sind in der Vergangenheit vorgeschlagen worden. Zum Beispiel verwenden einige Fachkräfte ein weiches Folienmaterial (wie etwa das Bioplast-Traymaterial von Scheu-Dental GmbH oder Great Lakes Orthodontics, Ltd.) zur Plazierung über dem Steinmodell und den Vorrichtungen am Modell. Es wird entweder ein Vakuum oder Überdruck angewendet, um das weiche Material in engen Kontakt mit dem Modell und den Vorrichtungen am Modell zu ziehen oder zu drücken. Als nächstes wird ein steiferes Folienmaterial (wie etwa Biocryl-Folienmaterial von Scheu-Dental GmbH oder Great Lakes Orthodontics, Ltd.) über dem weicheren Folienmaterial ausgebildet, wobei wieder entweder eine Vakuum- oder Überdruckformtechnik verwendet wird. Das steifere Material verleiht dem Tray eine Stützfunktion, während das weichere Material die Vorrichtungen anfänglich stützt und dennoch ausreichend flexibel ist, sich von den Vorrichtungen abzulösen, nachdem die Vorrichtungen an den Zähnen des Patienten fixiert worden sind.
Es ist in der Vergangenheit auch vorgeschlagen worden, ein Silikonabdruckmaterial oder ein Bißregistrierungsmaterial (wie etwa Memosil 2 von Heraeus-Kulzer GmbH & Co. KG) zu verwenden. Das Silikonmaterial wird über den Vorrichtungen, die am Untersuchungsmodell angebracht sind, derart aufgebracht, daß die Vorrichtungen teilweise eingekapselt sind.
In einem Artikel mit dem Titel "A New Look at Indirect Bonding" von Moskowitz et al. (Journal of Clinical Orthodontics, Band 30, Nr. 5, Mai 1996, S. 277 ff.) ist eine Technik zur Anfertigung von Indirektklebetrays unter Verwendung des Abdruckmaterials Reprosil (von Dentsply International) beschrieben. Das Abdruckmaterial wird mit einer Spritze über Brackets plaziert, die vorher an einem Steinmodell plaziert worden sind. Als nächstes wird eine Folie eines durchsichtigen thermoplastischen Materials unter Verwendung einer Vakuumformtechnik auf das Abdruckmaterial aufgezogen. Das resultierende Übertragungstray wird dann zur anschließenden Plazierung am Zahnbogen des Patienten vom Modell entfernt.
Indirektklebetechniken bieten gegenüber Direktklebetechniken einige Vorteile. Zunächst einmal, und wie oben angegeben, ist es möglich, mehrere Brackets gleichzeitig mit einem Zahnbogen eines Patienten zu verkleben, wodurch vermieden wird, daß jede Vorrichtung einzeln verklebt werden muß. Zusätzlich trägt das Indirektklebetray dazu bei, alle Brackets an ihren richtigen vorgesehenen Positionen anzuordnen, so daß eine Anpassung jedes Brackets an der Zahnfläche vor der Verklebung vermieden wird. Die erhöhte Plazierungsgenauigkeit der Vorrichtungen, die Indirektklebetechniken häufig bieten, hilft sicherzustellen, daß die Zähne des Patienten als Ergebnis der Behandlung an ihre richtigen vorgesehenen Positionen bewegt werden. Zusätzlich ermöglicht eine genaue Kenntnis der Zahnstellung im Zahnbogen des Patienten zusammen mit einer Schlitzregistrierung der Bandvorrichtungen und einem befestigten Vorrichtungsdrahtbogen eine digitale Behandlungsplanung, um die Endstellungen der Zähne im Zahnbogen korrekt vorauszuberechnen.
Der Stand der Technik in der Kieferorthopädie bewegt sich schnell in Richtung digitaler und computergestützter Techniken. Diese Techniken weisen auf: Verwendung intra- und extraoraler Abtastvorrichtungen, dreidimensionale (3D-)Modellierung einer Zahnstruktur und Herstellung kieferorthopädischer Vorrichtungen ausgehend von digitalen Daten.
Zusammenfassung
Im allgemeinen betrifft die Erfindung Techniken zur Registrierung bzw. zur genauen Ausrichtung eines dreidimensionalen (3D-)Koordinatensystem eines physischen Modells der Zahnstruktur eines Patienten mit einem 3D-Koordinatensystem eines virtuellen Modells der gleichen Zahnstruktur. Es werden Techniken beschrieben, um die komplexen Geometrien der physischen und virtuellen Zahnstrukturen unter Verwendung von Registrierungsmarkern, die dem physischen Modell zugeordnet sind, zu registrieren bzw. genau auszurichten. Die Registrierungsmarker können an Bandvorrichtungen angeordnet werden, um eine Ausrichtung der Bandvorrichtungen an Bandvorrichtungen im virtuellen Modell zu ermöglichen. Eine Zusammenführung von Zahn- und Bandvorrichtungsposition kann die Genauigkeit der digitalen Behandlungsplanung erhöhen.
In einem Beispiel werden vor der Herstellung eines Abdrucks der Zähne des Patienten Registrierungsmarker an Bandvorrichtungen plaziert, die an einem oder mehreren Zähnen eines Patienten angebracht sind. In einem weiteren Beispiel wird ein Abtastergebnis der Zähne mit an Bandvorrichtungen plazierten Markern verwendet, um ein digitales Modell und einen Abguß der Zähne zu erzeugen. Durch Abtastung der Zähne, des Abdrucks oder Abgusses mit Markern wird ein digitales Modell der Zahnstruktur, die Marker enthält, erzeugt. Die Stellen der Registrierungsmarker können dann die Registrierung des Koordinatensystems des physischen Modells mit dem Koordinatensystem des digitalen 3D-Modells zur Erzeugung einer digitalen kieferorthopädischen ärztlichen Vorgabe für den Patienten unterstützen. Die kieferorthopädische ärztliche Vorgabe weist ein Indirektklebetray mit einer beliebigen Kombination von Brackets oder Bandvorrichtungen auf, die in der entsprechenden Plazierung an den Zähnen des Patienten angefügt werden können.
In einer Ausführungsform sieht die Offenbarung ein Verfahren vor, das aufweist: Anbringen einer oder mehrerer Bandvorrichtungen an einer Zahnstruktur eines Patienten, wobei die eine oder mehrere Bandvorrichtungen jeweils einen Marker aufweisen, Herstellen eines Abdrucks der Zahnstruktur des Patienten mit den Markern und Registrieren des Abdrucks mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur auf der Grundlage der bekannten Stellen der Marker.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Offenbarung ein Verfahren vor, das aufweist: Anbringen einer oder mehrerer Bandvorrichtungen an einer Zahnstruktur eines Patienten, Abtasten der Zahnstruktur des Patienten mit einer oder mehreren Bandvorrichtungen, die an der Zahnstruktur angebracht sind, Erzeugen eines digitalen Modells der Zahnstruktur aus dem Abtastergebnis auf der Grundlage der bekannten Stellen der Bandvorrichtungen und Erzeugen eines Abgusses auf der Grundlage des digitalen Modells.
In einer alternativen Ausführungsform sieht die Offenbarung ein Verfahren vor, das aufweist: Anbringen von Markern an einer Zahnstruktur eines Patienten, Herstellen eines Abdrucks einer Zahnstruktur eines Patienten mit den angebrachten Markern, Registrieren des Abdrucks mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur auf der Grundlage der bekannten Stellen der Marker, Erzeugen eines Abgusses vom Abdruck und Nutzung einer Fertigungsrobotervorrichtung zur automatischen Plazierung der Bandvorrichtungen am Abguß.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Offenbarung ein System vor, das aufweist: einen Marker, der an jeder der einen oder mehreren Bandvorrichtungen angebracht ist, die an einer Zahnstruktur eines Patienten angebracht sind, einen Abdruck der Zahnstruktur mit den angebrachten Bandvorrichtungen und einen Computer, der den Abdruck auf der Grundlage der bekannten Stellen der Marker mit einem digitalen Modell registriert.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Offenbarung eine kieferorthopädische Bandvorrichtung vor, die aufweist: einen halbkugelförmigen Metallmarker und eine Klebauflage, die am halbkugelförmigen Metallmarker zum Verkleben mit der kieferorthopädischen Bandvorrichtung angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Offenbarung eine kieferorthopädische Bandvorrichtung vor, die einen lichtdurchlässigen Marker und eine Klebauflage aufweist, die am lichtdurchlässigen Marker zum Verkleben mit der kieferorthopädischen Bandvorrichtung angebracht ist.
In einer weiteren Ausführungsform sieht die Offenbarung eine kieferorthopädische Vorrichtung vor, die aufweist: ein Indirektklebetray, das um einen Abguß einer Zahnstruktur eines Patienten herum ausgebildet wird, ein oder mehrere Brackets, die im Indirektklebetray eingebettet sind, und eine oder mehrere Bandvorrichtungen, die im Indirektklebetray eingebettet sind.
Die Erfindung kann einen oder mehrere Vorteile bieten. Zum Beispiel können die Techniken für eine unterstützte (z. B. automatische oder halbautomatische) Registrierung des physischen und virtuellen Modells sorgen, die während der Herstellung eines Indirektklebetrays verwendet werden. Eine unterstützte Registrierung kann den Arbeitsaufwand, die Kosten und die Fehlerwahrscheinlichkeit während der Herstellung einer kieferorthopädischen Vorrichtung, wie etwa eines Indirektklebetrays, reduzieren. Die Einbeziehung vorher angebrachter Bandvorrichtungen in ein digitales Modell kann die Genauigkeit einer geplanten Behandlung erhöhen, während die Anfügung von Bandvorrichtungen an ein Indirektklebetray die Genauigkeit des Anbringens der Bandvorrichtung, wie in der geplanten Behandlung vorgeschrieben, erhöhen kann.
Die Einzelheiten zu einer oder mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden unten in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Computerumgebung 2 veranschaulicht, in der eine Klinik und ei ne Herstellerfirma während eines gesamten Indirektklebetray-Herstellungsverfahrens Informationen austauschen.
2 ist ein Flußdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren in einer Klinik veranschaulicht.
3A und 3B sind Flußdiagramme, die ein exemplarisches Verfahren in einer Herstellerfirma für Indirektklebevorrichtungen veranschaulichen.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Sockels mit bekannter Geometrie.
5A und 5B sind perspektivische Ansichten eines digitalen Modells eines Abgusses, der an einem Sockel angebracht ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Halteeinrichtung einer Robotervorrichtung.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Sockels mit angebrachtem Modell in Eingriff mit einer exemplarischen Halteeinrichtung einer Robotervorrichtung.
8 ist eine Seitenansicht einer exemplarischen Abgußanordnung.
9 ist ein Flußdiagramm eines exemplarischen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10A und 10B sind eine Okklusions- bzw. eine distale Ansicht eines exemplarischen Abdrucktrays mit drei halbkugelförmigen Vertiefungen.
11A und 11B sind eine Drauf- bzw. eine Rückansicht eines exemplarischen Hauptsockels mit drei Pfeilern.
12A und 12B sind eine Drauf- bzw. eine Rückansicht eines exemplarischen Abdrucktrays, das an einem exemplarischen Hauptsockel angebracht ist.
13 ist eine Rückansicht einer exemplarischen Einfassungswand, die auf einem Hauptsockel mit angebrachten Abdrücken ruht.
14 ist eine Draufsicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels, in den Löcher gebohrt und Maschinengewinde eingebracht sind.
15 ist eine Rückansicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels, angefügt und entsprechend ausgerichtet mittels Schrauben, die strategisch angeordnet und in das Abgußma terial eingeschraubt sind, auf einem Hauptsockel mit einer Einfassungswand.
16 ist eine umgekehrte Rückansicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels, wobei Schrauben die Position des festen Abgusses sichern.
17 ist ein Flußdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren in einer Klinik veranschaulicht, unterscheidbar von 3A und 3B durch die Plazierung der Markerbrackets in der Klinik.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen halbkugelförmigen Metallmarkerbrackets.
19 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Markerwerkzeugs zum Anbringen von Markerbrackets am Zahn eines Patienten.
20 ist ein Querschnitt einer exemplarischen halbkugelförmigen Schale in einem glockenförmigen Gehäuse eines Markerwerkzeugs.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen flächenmodellierten digitalen 3D-Modells mit einem Markerbracket.
22 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen mit CNC bearbeiteten Platte mit einem darin eingearbeiteten Flächenprofil.
23 ist eine Seitenansicht eines Abgusses, der in die bearbeitete Fläche einer exemplarischen Platte eingesetzt ist.
24 ist eine perspektivische Ansicht eines Abgusses, der in die bearbeitete Fläche einer exemplarischen Platte eingesetzt ist.
25A und 25B sind perspektivische Ansichten einer exemplarischen Patientenzahnstruktur mit Bandvorrichtungen.
26 ist ein Flußdiagramm, das eine exemplarische Technik zum Anfertigen eines Zahnabdrucks der Zähne mit Bandvorrichtungen veranschaulicht.
27 ist eine perspektivische Ansicht exemplarischer Bandvorrichtungen, die mit Wachs abgedeckt sind.
28A und 28B sind Flußdiagramme, die eine exemplarische Technik zur Herstellung von Indirektklebetrays veranschaulichen.
29 ist ein Flußdiagramm, das eine exemplarische Technik zum Abtasten von Zähnen mit Bandvorrichtungen veranschaulicht.
30 ist ein Flußdiagramm, das eine exemplarische Technik zur Auswahl von Bandvorrichtungen veranschaulicht.
31 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Indirektklebetrays mit Bandvorrichtungen.
32 ist ein Flußdiagramm einer exemplarischen Technik zur Überprüfung der Bandvorrichtungsplazierung.
Ausführliche Beschreibung
1 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische Computerumgebung 2 veranschaulicht, in der eine Klinik und eine Herstellerfirma während des gesamten Herstellungsverfahrens von Indirektklebetrays Informationen austauschen. Obwohl sie in bezug auf die Herstellung von Indirektklebetrays beschrieben sind, können die Techniken auch auf andere computergestützte Verfahren zur Unterstützung kieferorthopädischer Diagnose und Behandlung angewendet werden.
Zunächst fertigt die Herstellerfirma 12 ein Zahnabdrucktray 10 zur Abnahme von Zahnabdrücken eines Zahnbogens oder einer anderen Zahnstruktur des Patienten 6 an. Die Herstellerfirma 12 schickt das Zahnabdrucktray 10 zur Klinik 8. Das Zahnabdrucktray 10 wird direkt vor der Abdrucknahme in der Klinik 8 mit einer Menge von Abdruckmaterial gefüllt oder wird als Alternative vom Hersteller vor dem Versand zur Klinik mit einer Menge von. Abdruckmaterial vorgefüllt. Das Abdrucktray 10 ist dafür angepaßt, sich entlang des gesamten Zahnbogens zu erstrecken, obwohl es als Alternative möglich ist, ein Abdrucktray zu verwenden, das sich entlang einer geringeren Anzahl von Zähnen, wie etwa eines Zahnquadrantens, erstreckt.
Ein kieferorthopädischer Fachmann der Klinik 8 benutzt das Zahnabdrucktray 10, um einen Abdruck des Zahnbogens des Patienten 6 zu nehmen. Die Klinik 8 speichert die digitale Information in einen Patientendatensatz in einer Datenbank, um den Patientendatensatz dem individuellen Zahnabdrucktray 10 zuzuordnen. Die Klinik 8 kann zum Beispiel eine dezentrale Datenbank aktualisieren, die mehrere Patientendatensätze aufweist. Als Alternative kann die Klinik 8 eine zentrale Datenbank in der Herstellerfirma 12 über ein Netzwerk 14 durch Fernzugang aktualisieren.
In beiden Fällen schickt die Klinik 8 dann das Zahnabdrucktray 10 zur Herstellerfirma 12 zurück. Die Herstellerfirma 12 benutzt das Zahnabdrucktray 10 zum Herstellen eines Indirektklebetrays 16 zur Verwendung bei der physischen Bracketplazierung an den Zähnen des Patienten 6.
Die Herstellung des Indirektklebetrays 16 umfaßt ein mehrstufiges Verfahren, das in der Herstellerfirma 12 durchgeführt wird. Als erstes erzeugt die Herstellerfirma 12 einen Abguß aus dem Zahnabdrucktray 10. Die Bezeichnung "Abguß" wird hierin im allgemeinen verwendet, um einen beliebigen Typ eines physischen Modells zu bezeichnen, das aus dem Zahnabdrucktray 10 hergestellt ist, zum Beispiel eine Nachbildung, die aus Gips oder aus einem Polymermaterial, wie etwa einem Epoxid, das aktinische Strahlung durchläßt, hergestellt ist. Ein geeignetes Epoxid und weitere Polymermaterialien sind in der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2004/0219473 beschrieben. Die Bezeichnung "Abguß" wird hierin im allgemeinen auch verwendet, um ein physisches Modell mit vorausberechneten Zahnpositionen zu bezeichnen, wie etwa ein stereolithographisches Modell, das bei der Herstellung der Zahnpositionierungstrays verwendet wird. Beispiele von Zahnpositionierungstrays sind u. a. diejenigen, die von Align Technology of Santa Clara, Kalifornien, vertrieben werden, und diejenigen, die in US-Patent 6 309 215 und 6 705 863 beschrieben sind. Nach Wahl kann der Abguß in den Fällen, in denen kein digitales Modell des gesamten Zahnbogens erforderlich ist, eine geringere Anzahl von Zähnen aufweisen als die Anzahl der Zähne, die im Abdruck dargestellt ist.
In bestimmten Ausführungsformen enthält der Abguß eine oder mehrere Registrierungskomponenten mit bekannten physischen Eigenschaften oder ist an diesen befestigt. Die Registrierungskomponenten können in der Klinik 8 im Abdrucktray pla ziert und auf den Abguß übertragen worden sein oder können in der Herstellerfirma 12 am Abguß angebracht oder darin eingebettet worden sein.
Als nächstes tastet die Herstellerfirma 12 den Abguß oder den Abdruck mit einer oder mehreren Registrierungskomponenten ab, um ein digitales dreidimensionales (3D-)Modell der Zahnstruktur zu erzeugen. Es können mehrere Abgüsse oder Abdrücke gleichzeitig abgetastet werden, um die Anzahl der Abtastvorgänge zu reduzieren. Zum Beispiel ermöglicht die Abtastung eines Abgusses des Oberkiefers eines Patienten zusammen mit einem Abguß des Unterkiefers eines Patienten und einem Bißabdruck eine Registrierung der Modelle in einem einzigen Abtastungsvorgang miteinander (zur Bißeinstellung) zusammen mit der Registrierung der Abgüsse mit den virtuellen Modellen alle in einem einzigen Abtastvorgang. Die Registrierungskomponenten ermöglichen der Herstellerfirma 12, das digitale Modell zum Empfang der ärztlichen Vorgabedaten und Bracketplazierungsdaten der Klinik 8 zu benutzen, um Brackets gemäß den technischen Daten der Klinik automatisch am Abguß zu plazieren. Die Herstellerfirma 12 stellt dann aus dem Abguß mit den daran befestigten Brackets das Indirektklebetray 16 her. Zum Schluß befördert die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 zur Klinik 8 zur Verwendung bei einem herkömmlichen Indirektklebeverfahren zum Plazieren der Brackets an den Zähnen des Patienten 6.
Die Herstellerfirma 12 kann ein Indirektklebetray 16 herstellen, indem sie ein Matrixmaterial in Form einer Kunststoffolie über dem Abguß und den Brackets plaziert und das Matrixmaterial Strahlungswärme aussetzt. Luft im Zwischenraum zwischen dem Folienmaterial und dem Abguß wird dann durch eine Druckdifferenz zwischen der Innen- und Außenfläche des Folienmaterials herausgedrückt (d. h. entweder durch Vakuumbildung oder Überdruckbildung), und das Kunststoffolienmaterial nimmt eine Konfiguration an, die genau der Form der Nachbildung der Zähne des Abgusses und der angebrachten Brackets entspricht. Geeignete Indirektklebetrays und Verfahren zur Herstellung von Indirektklebetrays sind zum Beispiel beschrieben in den folgenden gleichzeitig anhängigen und ebenfalls auf den Anmelder übertragenen Veröffentlichungen: US-Patentschrift 2004/0219471 mit dem Titel "Method and Apparatus for Indirect Bonding of Orthodontic Appliances" von Cleary et al., veröffentlicht am 4. November 2004, Patentschrift 2004/0219473 mit dem Titel "Orthodontic Appliances Having a Contoured Bonding Surface" von Cleary et al., veröffentlicht am 4. November 2004 und Patentschrift 2005/0074717 mit dem Titel "Method and Apparatus for Bonding Orthodontic Appliances to Teeth" von Cleary et al., veröffentlicht am 7. April 2005, Eingangsnummer 11/098317 mit dem Titel "Method of Making Indirect Bonding Apparatus for Orthodontic Therapy" von Cinader et al., angemeldet am 4. April 2005, und Eingangsnummer 11/098716 mit dem Titel "Othodontic Indirect Bonding Apparatus with Occlusal Positionion Stop Members" von Cinader et al., angemeldet am 4. April 2005.
Wie ferner beschrieben, können Techniken verwendet werden, um eine Registrierung eines physischen Modells mit einem entsprechenden digitalen Modell zur automatischen Herstellung von Vorrichtungen, wie etwa der Herstellung einer Indirektklebevorrichtung vom Abguß, (z. B. automatisch oder halbautomatisch) zu unterstützen. Zum Beispiel umfassen die Techniken die Anbringung oder Einbettung einer oder mehrerer Registrierungskomponenten mit bekannten physischen Eigenschaften an bzw. in ein physisches Modell der Zahnstruktur eines Patienten (z. B. einen Zahnabdruck, eine Bißregistrierung oder einen Abguß) vor der Abtastung des physischen Modells. Die Registrierungskomponente kann u. a. sein: ein Sockel mit bekannter Geometrie, ein Sockel mit eingebetteten Bezugsmarkern an bekannten Stellen, ein Sockel, der an einem Abdrucktray mit Vertiefungen an bekannten Stellen angebracht ist, eine Gruppe von drei oder mehr Zahnmarkern, die vor der Herstellung des Abdrucks direkt an einer ausgewählten Anzahl von Zähnen eines Patienten plaziert werden, eine Gruppe von einem oder mehreren Zahnmarkern, die an kieferorthopädischen Bändern angebracht sind, die vor der Herstellung des Abdrucks an einer ausgewählten Anzahl von Zähnen des Patienten angebracht werden, oder eine Gruppe von drei oder mehr Zahnmarkern, die nach der Herstellung des Abdrucks oder Abgusses an einem Abdruck oder Abguß plaziert werden. Der Ausdruck "Zahnstruktur des Patienten" wird hierin im allgemeinen verwendet, um eine Nachbildung der aktuellen Zahnstruktur des Patienten und alternativ eine derartige Nachbildung der vorausberechneten Zahnstruktur des Patienten zu bezeichnen, wie sie etwa nach Beginn der kieferorthopädischen Behandlung voraussichtlich vorhanden sein kann.
Nach der Abtastung des physischen Modells mit einer angebrachten Registrierungskomponente oder -komponenten registriert ein Computer das Koordinatensystem des physischen Modells mit dem Koordinatensystem des digitalen Modells, wobei die bekannte Geometrie des Sockels oder die bekannte Anordnung der Bezugsmarker innerhalb des Sockels oder innerhalb des Abdrucktrays verwendet wird. Weiterhin kann der Computer die bekannte Geometrie oder die bekannte Anordnung der Registrierungskomponenten verwenden, um die Koordinatensysteme des physischen und digitalen Modells mit dem Koordinatensystem einer Herstellungsvorrichtung zur automatischen Bracketplazierung am Abguß zu registrieren. Zum Schluß wird eine Indirektklebevorrichtung am Abguß mit den angebrachten Brackets hergestellt.
Die Erfindung kann einen oder mehrere Vorteile bieten. Die Techniken können für eine unterstützte Registrierung des physischen und virtuellen Modells sorgen, die während der Herstellung einer kieferorthopädischen Vorrichtung benutzt werden, wie etwa ein Indirektklebetray, ein einzelnes oder ein Satz bearbeiteter kieferorthopädischer Brackets, ein Buccal-Röhrchen, eine Hülse, ein Knopf, ein Drahtbogen oder andere kieferorthopädische Vorrichtungen. Die Techniken können auch eine gleichzeitige Abtastung mehrerer Komponenten ermöglichen, die während des virtuellen Modellbildungs- und automatischen Bracketplazierungsverfahrens verwendet werden. Automatische Registrierung und gleichzeitige Abtastung können den Arbeitsaufwand, die Kosten und die Fehlerwahrscheinlichkeit während mehrerer Schritte der Herstellung von kieferorthopädischen Vorrichtungen, wie etwa Abtastung, Registrierung, virtuelle Bracketplazierung, physische Bracketplazierung, Bearbeitung eines Indirektklebetrays oder Bearbeitung einer Vorrichtung, reduzieren. Die Erfindung kann auch die Verwendung von grob erarbeiteten Abgüssen ermöglichen, wodurch der Aufwand der Bearbeitung von Gipsabgüssen beseitigt wird.
2 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das in der Klinik 8 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durchgeführt wird. Zunächst erfaßt der Fachmann in der Klinik 8 die Patientenidentität und weitere Information vom Patient 6 und erzeugt einen Patientendatensatz (20). Wie beschrieben, kann sich der Patientendatensatz in der Klinik 8 befinden und nach Wahl dafür konfiguriert sein, Daten mit einer Datenbank in der Herstellerfirma 12 gemeinsam zu nutzen. Als Alternative kann sich der Patientendatensatz in einer Datenbank in der Herstellerfirma 12 befinden, zu der die Klinik 8 über ein Netzwerk 14 Fernzugang hat.
Beim Abnehmen eines Abdrucks von der Zahnstruktur des Patienten 6 oder kurz davor oder danach erzeugt der Fachmann in der Klinik 8 einen Modelldatensatz für das neue Modell (22). Im Fachgebiet der Kieferorthopädie bezeichnet der Begriff "Modell" eine beliebige Nachbildung der Zahnstruktur des Patienten, zum Beispiel den Abdruck, die Bißregistrierung, den Abguß und/oder das digitale 3D-Modell der Zahnstruktur. Der Fachmann in der Klinik 8 wählt ein Zahnabdrucktray (24) aus und aktualisiert dann die Datenbank, um den entsprechenden Patientendatensatz dem Modelldatensatz zuzuordnen (26). Dieser Modelldatensatz befindet sich in der Datenbank und protokolliert den Status und alle Veränderungen der Daten der Zahnstruktur des Patienten. Der Fachmann in der Klinik 8 benutzt dann das Zahnabdrucktray 10, um einen Abdruck von der Zahnstruktur des Patienten herzustellen (28), und aktualisiert den Modelldatensatz zum Status "Abdruck hergestellt" (30). Häufig benötigt ein Patient kieferorthopädische Behandlung sowohl am oberen als auch am unteren Zahnbogen. In diesem Fall wählt der Fachmann in der Klinik 8 ein Abdrucktray 10 für jeden Zahnbogen aus (24), stellt einen Abdruck von jedem Zahnbogen her (28), ordnet jedem Zahnbogen einen Modelldatensatz zu (26) und aktualisiert den Modelldatensatz für jeden Zahnbogen zum Status "Abdruck hergestellt" (30). Die Klinik 8 sterilisiert oder desinfiziert das Abdrucktray 10 und schickt den Tray zur Herstellerfirma 12 (32).
3A und 3B sind Flußdiagramme, die ein Verfahren veranschaulichen, das in der Herstellerfirma 12 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durchgeführt wird. Die Herstellerfirma 12 erhält das Zahnabdrucktray 10 typischerweise als Teil einer größeren Lieferung, die mehrere Zahnabdrücke enthält (40). Als nächstes sterilisiert oder desinfiziert die Herstellerfirma 12 die Lieferung der Abdrucktrays, einschließlich des Zahnabdrucktrays 10, und bewegt die Zahnabdrucktrays zu einer Gießstation, wo von den Trays Abgüsse hergestellt werden (42). Die Herstellerfirma 12 benutzt dann die gleiche Datenbank, auf die die Klinik 8 zugreift, um den Modelldatensatz zu aktualisieren, um einen Status "Abguß hergestellt" anzugeben (44). Als nächstes härtet die Herstellerfirma 12 den Abguß und bearbeitet ihn (46).
In diesem Beispiel bringt die Herstellerfirma 12 dann einen Sockel mit bekannten physischen Eigenschaften am Abguß an (48). In einer Ausführungsform hat der Sockel eine bekannte Geometrie. Als Alternative oder zusätzlich kann der Sockel eingebettete Bezugsmarker, Vertiefungen oder andere physische Eigenschaften haben. Der Sockel kann aus Kunststoff hergestellt sein, kann aber als Alternative auch aus anderen Materialien hergestellt sein. Als nächstes kann die Herstellerfirma 12 eine Computertomographie-(CT-)Abtastvorrichtung benutzen, um den Abguß (50) abzutasten. Der Abguß kann auch mit Röntgenstrahlung, Magnetresonanzaufnahmen oder anderen Abtastvorrichtungen abgetastet werden, einschließlich denen, die sichtbares Licht benutzen. In Fällen, in denen ein Patient kieferorthopädische Behandlung sowohl am oberen als auch am unteren Zahnbogen benötigt, können Abgüsse des oberen und unteren Zahnbogens gleichzeitig abgetastet werden (50). Der Abtastvorgang erzeugt eine Punktwolke-Datei, die die Herstellerfirma 12 dann unter Verwendung eines der verschiedenen heute im Handel erhältlichen Softwarepakete flächenmodelliert. Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein Softwarepaket mit dem Namen "Wrap" oder "Studio" benutzen, das von Raindrop Geomagic, Inc. of Durham, North Carolina, lieferbar ist. Wenn die Punktwolke flächenmodelliert ist, ist ein digitales 3D-Modell des Abgusses mit Sockel im Computer vorhanden.
Die Herstellerfirma 12 führt dann einen Algorithmus der optimalen Anpassung zur automatischen oder halbautomatischen Registrierung des 3D-Koordinatensystem des physischen Abgusses mit einem 3D-Koordinatensystem, das dem digitalen Modell des Abgusses zugeordnet ist (52), innerhalb einer 3D-Modellierungsumgebung aus. Ein Computer kann das Registrierungsverfahren durch zeitweilige Ausblendung der Abgußdaten automatisieren, um eine optimale Anpassung zwischen den abgetasteten Sockeldaten in einem Punktwolke-Format und einem bereits vorhandenen computerunterstützten Design-(CAD-)Datensatz des Sockels bekannter Geometrie zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Computer zahlreiche Ausrichtungen der abgetasteten Daten des physischen Sockels relativ zu den CAD-Sockeldaten prüfen. Die Registrierung ist fertig, wenn der Computer die Ausrichtung der optimalen Anpassung innerhalb einer vorbestimmten Abweichung bestimmt. Dieses Verfahren kann vollautomatisch oder insofern halbautomatisch sein, als eine Benutzerbestätigung oder eine andere Eingabe erforderlich sein kann. Der Computer blendet dann die Abgußdaten innerhalb der 3D-Modellierungsumgebung ein. Der Algorithmus der optimalen Anpassung kann ferner durch Anbringung des Sockels mit der bekannten Geometrie an einer Halteeinrichtung in der Abtastvorrichtung vor dem Abtasten des Sockels und des Abgusses vereinfacht werden. Auf diese Weise kann das Abtastergebnis in einer relativ bekannten Ausrichtung automatisch erzeugt werden, und der Algorithmus der optimalen Anpassung kann auf der Grundlage dieser bekannten Ausrichtung initialisiert werden.
Wenn die Koordinatensysteme des physischen Abgusses und das digitale Modell des Abgusses innerhalb der 3D-Umgebung registriert sind (52), benutzt die Herstellerfirma 12 eine Software, um das digitale Modell vor der virtuellen Bracketplazierung am digitalen Modell in einzelne Komponenten zu segmentieren (54). Die Trennungssoftware identifiziert jeden Zahn innerhalb der 3D-Umgebung und trennt die Zähne voneinander und vom Zahnfleisch. Dies kann nützlich sein, um zu ermöglichen, daß jeder Zahn innerhalb der 3D-Umgebung unabhängig bewegt wird, und um die vorausberechneten Ergebnisse einer beliebigen kieferorthopädischen ärztlichen Vorgabe zu veranschaulichen.
Die Herstellerfirma 12 importiert dann die 3D-Daten für jede Komponente des digitalen Modells in den Modelldatensatz der Datenbank (56) und überträgt den Modelldatensatz an die Klinik 8 (58). Nachdem die Klinik 8 den Modelldatensatz zur virtuellen Bracketplazierung benutzt hat, empfängt die Herstellerfirma 12 ärztliche Vorgabedaten und virtuelle Plazierungsdaten von der Klinik 8 (60). Die ärztlichen Vorgabedaten geben die der ärztlichen Vorgabe zugeordneten einzelnen Vorrichtungen (z. B. Brackets oder Drahtbögen) an, und die virtuellen Plazierungsdaten geben die Anordnung der Vorrichtungen innerhalb der 3D-Modellierungsumgebung an.
Als nächstes bewegen sich der physische Abguß und der befestigte Sockel zu einer Fertigungsstation in der Herstellerfirma 12, wo Vorrichtungen auf der Grundlage der ärztlichen Vorgabedaten und der virtuellen Plazierungsdaten automatisch ausgewählt und auf den Abguß aufgebracht werden (62). Die zwischen dem physischen Abguß und dem virtuellen Abgußmodell bestimmte Registrierung kann verwendet werden, um die genaue Positionierung der Vorrichtungen sicherzustellen. Ferner kann der am Abguß angebrachte Sockel fest mit einer vorbestimmten Halteeinrichtung innerhalb der Fertigungsanlage in Eingriff treten, um ferner eine genaue Vorrichtungsplazierung am physischen Abguß sicherzustellen. Beispiele von Plazierungsrobotervorrichtungen sind beschrieben in dem ebenfalls auf den Anmelder übertragenen US-Patent 6 123 544 mit dem Titel "Methods and apparatus for precise bond placement of orthodontic appliances", erteilt am 26. September 2000 an James D. Cleary, und US-Patentschrift 2006/0134580 mit dem Titel "RFID tracking of Patient-specific orthodontic materials".
Nachdem die Fertigungsanlage Brackets am Abguß angebracht hat, stellt die Herstellerfirma 12 ein Indirektklebetray her (64). Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein erwärmtes Matrixmaterial aus Kunststoffolie so über dem Abguß und den Brackets plazieren, daß das Kunststoffolienmaterial eine Konfiguration annimmt, die genau mit dem Abguß übereinstimmt.
Als nächstes bearbeitet die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray (66). Die Herstellerfirma 12 kann eine automatisierte Traybearbeitungsanlage benutzen, wie etwa Laser- oder numerische (CNC-)Schneidvorrichtungen, um das Indirektklebe trag zu bearbeiten. Die bekannte Geometrie des Sockels registriert das Koordinatensystem des Abgusses mit dem Koordinatensystem der Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays, während dieses am Abguß angebracht bleibt. Da das Indirektklebetray an einem Abguß hergestellt wird, der an einem Sockel mit bekannter Geometrie angebracht ist, kann das der digitalen Darstellung des Abgusses zugeordnete Koordinatensystem auf ein Modell des Indirektklebetrays übertragen werden, das seinerseits dafür verwendet werden kann, die Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays automatisch zu steuern. Nach der vollständigen Durchführung der Indirektklebetraybearbeitung aktualisiert die Herstellerfirma 12 den Modelldatensatz zum Status "bearbeitet" (68). Zuletzt schickt die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 zur Klinik 8 (70).
4 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Sockels 80 mit bekannter Geometrie. Der Sockel 80 kann eine beliebige Form mit bekannter Geometrie haben, die innerhalb einer vorgegebenen Toleranz hergestellt werden kann. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf die Form und physischen Eigenschaften des in 4 veranschaulichten Sockels 80 beschränkt. Die Herstellerfirma 12 bringt den Abguß auf einer ersten in 4 veranschaulichten Fläche 81 an. Das Anbringen kann auf vielerlei Art und Weise erfolgen, etwa durch Verklebung mit einem Klebstoff oder Epoxid, Verschweißung durch Schmelzen und Wiederverfestigen von Abschnitten einer oder beider Flächen, Verschraubung, Einrastung von Vorsprüngen am Sockel in Löchern im Abguß, Verriegelung, Einspannen und dgl. Eine Rückseitenfläche 82 des Sockels 80 kann entsprechend hergestellt werden, um mit einer Halteeinrichtung der Fertigungsanlage, wie etwa einer Robotervorrichtung, zur automatischen Plazierung der Brackets in Eingriff zu treten.
5A und 5B veranschaulichen perspektivische Ansichten des digitalen Modells eines Abgusses 83, der innerhalb einer 3D-Umgebung an einem Sockel 84 angebracht ist. Zu Zwecken der Veranschaulichung ist der digitale Sockel 84 die digitale Ausführung des in 4 veranschaulichten physischen Sockels 80. 5A veranschaulicht eine perspektivische Draufsicht des am Sockel 84 angebrachten Abgusses 83. 5B veranschaulicht eine perspektivische Unteransicht des Sockels 84 mit dem angebrachten Abguß 83. Die untere Fläche 85 des Sockels 84 weist drei Vertiefungen 86 auf, die mit der Fertigungsanlage zur automatischen Bracketplazierung in Eingriff treten.
6 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Halteeinrichtung einer Robotervorrichtung 87. In diesem Beispiel weist die Halteeinrichtung 88 drei Stifte 89 auf, die mit Vertiefungen 86 des Sockels 80 in Eingriff treten (4, 5A und 5B). Die Halteeinrichtung 88 kann eine beliebige Form haben, die einen Sockel fest in einer relativ bekannten Ausrichtung fixiert; somit ist die Erfindung nicht auf die in 6 veranschaulichte Halteeinrichtung beschränkt.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Sockels 80, der sich mit der exemplarischen Halteeinrichtung 88 der Robotervorrichtung 87 in Eingriff befindet. Der Eingriff des physischen Sockels mit der Roboterhalteeinrichtung richtet den physischen Sockel in einer bekannten Ausrichtung relativ zur Robotervorrichtung 87 aus. Die Robotervorrichtung kann dann die registrierten Koordinatensysteme des digitalen Modells des Sockels und des Abgusses benutzen, um Brackets auf der Grundlage der durch die Klinik bereitgestellten ärztlichen Vorgabedaten am physischen Abguß zu plazieren.
8 ist eine Seitenansicht einer exemplarischen Abgußanordnung 100. Die Abgußanordnung 100 weist einen Abguß 102 am Sockel 104 mit angebrachten Brackets 106 und ein über dem Abguß 102 hergestelltes Indirektklebetray 108 auf.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Sockel mit eingebetteten Bezugsmarkern verwendet werden, um die Registrierung zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Sockel aus Kunststoff hergestellt sein und drei oder mehr Kügelchen aufweisen, die an bekannten Stellen innerhalb des Sockels eingebettet sind. Die Kügelchen können aus Stahl, Blei oder beliebigen anderen Materialien hergestellt sein, die durch eine Abtastvorrichtung ermittelt und vom umgebenden Sockel unterschieden werden können. Der Computer ermittelt die abgetaste ten Kügelchen und registriert das physische Abgußmodell mit dem virtuellen Abgußmodell auf der Grundlage der bekannten Stellen der Bezugsmarker innerhalb des Sockels. Das Verfahren (beschrieben in 2, 3A und 3B) und die hierin beschriebenen Vorteile beziehen sich auf diese alternative Technik.
9 ist ein Flußdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht, bei der ein virtueller Sockel mit bekannter Geometrie in einer virtuellen Umgebung an einer digitalen Zahnstruktur angebracht wird. Dieses Verfahren beginnt mit einer digitalen Zahnstruktur, die durch eine von drei Techniken erzeugt wurde: Abtasten eines Abdrucks der Zahnstruktur eines Patienten (150), Abtasten der Zähne des Patienten mit einer intraoralen Abtastvorrichtung (152) oder Benutzen bereits vorhandener 3D-Zahndaten (154). Ein Anwender fügt eine bereits vorhandene CAD-Datei des Sockels über eine Software an die digitale Zahnstruktur in der virtuellen Umgebung an (156). Eine schnelle Prototypenfertigungstechnik, wie etwa Stereolithographie, benutzt die virtuelle Zahnstruktur mit angebrachtem Sockel, um ein physisches Modell mit angebrachtem Sockel herzustellen (158). Ein Anwender fügt den physischen Sockel mit einer Robotervorrichtung zur automatischen Bracketplazierung am physischen Modell (160) zusammen. Wie oben beschrieben, kann eine kieferorthopädische Vorrichtung, wie etwa ein Indirektklebetray, aus dem physischen Modell mit angebrachten Brackets hergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform können mehrere während des Verfahrens verwendete Komponenten in einer bestimmten Abfolge abgetastet werden. Zum Beispiel können Abgüsse des oberen und unteren Zahnbogens, jeweils mit angebrachtem Sockel, nacheinander abgetastet werden, zusammen mit dem Bißabdruck des Patienten in der folgenden Abfolge. Als erstes kalibriert ein Bediener das Koordinatensystem der Abtastvorrichtung derartig, daß es mit dem des CAD-Modells des Sockels übereinstimmt, wobei der obere und untere Sockel identisch sind. Ein Bediener tastet dann den unteren Zahnbogen mit Sockel ab, fügt den Bißabdruck mit dem unteren Zahnbogen zusammen, fügt den oberen Zahnbogen mit dem Bißabdruck zusammen und tastet dann den oberen Zahnbogen mit Sockel ab. Als nächstes verwendet der Bediener Software, wie etwa die Funktion Best-Fit Alignment von Raindrop Geomagic Studio, um nur den Sockel des oberen Zahnbogens aus den Abtastdaten des oberen Zahnbogens auszuwählen. Der Bediener verwendet dann die gleiche Software, um den virtuellen Sockel des oberen Zahnbogens am CAD-Modell des Sockels auszurichten und zeichnet die Transformation auf. Als nächstes entfernt der Bediener den unteren Zahnbogen von der Abtastvorrichtung, tastet nur den unteren Zahnbogen mit Sockel ab und transformiert die Datenpunkte des oberen Zahnbogens gemäß der Transformation, die nach dem oben beschriebenen Ausrichtungsschritt des Sockels des oberen Zahnbogens ausgeführt wird. Diese Ausführungsform kann bei der Verwendung optischer Abtastvorrichtungen nützlich sein, die nur unüberdeckte sichtbare Flächen abtasten können. Außer den hierin beschriebenen Vorteilen können weitere Vorteile ein Verfahren zur halbautomatischen Einstellung der Ausrichtung zwischen dem oberen und unteren Zahnbogen aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform können mehrere während des Verfahrens verwendete Komponenten gleichzeitig abgetastet werden. Zum Beispiel können Abgüsse des oberen und unteren Zahnbogens, jeweils mit angebrachtem Sockel, gleichzeitig abgetastet werden. Außer den hierin beschriebenen Vorteilen können weitere Vorteile sein: eine Reduzierung des Arbeitsaufwands und der Kosten durch Abtastung aller für die virtuelle Bracketplazierung erforderlichen Objekte in einem einzigen Abtastungsvorgang und ein Verfahren zur automatischen oder halbautomatischen Einstellung der Ausrichtung zwischen dem oberen und unteren Zahnbogen durch gleichzeitige Abtastung der beiden Abgüsse, die in maximale Schlußbißstellung versetzt sind.
Weiterhin kann die Erfindung auch eine gleichzeitige Abtastung mehrerer Abgüsse, jeweils mit angebrachtem Sockel, und eines Bißabdrucks für einen oder mehrere Patienten ermöglichen. Zusätzlich zu den hierin beschriebenen Vorteilen kann diese Technik verwendet werden, um die Ausrichtung zwischen dem oberen und unteren Zahnbogen automatisch oder halbautomatisch mit der Bißregistrierung einzustellen, wodurch der Schritt des Versetzens der Abgüsse in maximale Schlußbißstellung vor der Abtastung möglicherweise beseitigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform können Vertiefungen oder andere physische Eigenschaften an bekannten Stellen innerhalb eines Abdrucktrays vor der Abtastung des Abdrucktrays eingearbeitet sein. Insbesondere kann das Abdrucktray abgetastet werden, um ein digitales Modell des Abdrucks von einem Patienten zu erzeugen. Die Vertiefungen oder andere physische Eigenschaften des Abdrucktrays können verwendet werden, um die Registrierung des physischen Abdrucks mit dem abgetasteten Abdruck zu unterstützen. Wie unten sehr ausführlich beschrieben, kann die Herstellerfirma 12 ferner diese physischen Eigenschaften während der Herstellung des Abgusses auf den Abguß übertragen; so daß die Registrierung erhalten bleiben kann, wenn der Abguß in einer Robotervorrichtung zur automatischen Bracketplazierung entsprechend dem aus dem Abdruck mit den Vertiefungen erzeugten digitalen Modell plaziert wird.
10A und 10B veranschaulichen Ansichten eines exemplarischen Abdrucktrays 90 mit drei halbkugelförmigen Vertiefungen 91 in der Okklusionsfläche 92 des Trays, aus einer okklusalen bzw. distalen Perspektive. Das Abdrucktray 90 wird dann in einer Dreifußkonfiguration auf einen Hauptsockel (nicht gezeigt in 10A und 10B) montiert, der Pfeiler oder Pfosten hat, die hinsichtlich Form und Stellungen den Vertiefungen 91 des Abdrucktrays 90 entsprechen. Die Vertiefungen 91 können sich in verschiedenen Formen an verschiedenen Stellen befinden, solange sie mit den Pfeilern des Hauptsockels übereinstimmen.
11A und 11B veranschaulichen Ansichten eines exemplarischen Hauptsockels 93 mit drei Pfeilern (Pfosten) 94A, 94B und 940 aus einer Drauf- bzw. Rückansicht. Der Hauptsockel 93 (und die drei Pfeiler 94A, 94B, 94C, auf denen das Abdrucktray sitzt) bieten eine Ecke und Kanten, mit denen die Punkte der drei Pfeiler und folglich alle Punkte im Zahnabdruck in einem kartesischen Raum registriert werden.
Als nächstes fügt sich in diesem Beispiel, da der Hauptsockel 93 (abgesehen von dem Material, das aus dem oberen Umfang für die Einfassungswand ausgeschnitten ist) ein recht winkliges Prisma ist, der Hauptsockel in eine rechtwinklige Ecke des Abtastvorrichtungsbetts ein. Sofern eine solche rechtwinklige Ecke als der (0, 0, 0)-Ausgangspunkt der Abtastvorrichtung definiert ist und sich sowohl die positive X- als auch die positive Z-Achse parallel zu jeder der Kanten 95A, 95B des Hauptsockels 93 und in die gleiche Richtung wie diese erstrecken, nimmt der Hauptsockel das Koordinatensystem der Abtastvorrichtung an. Da sich der Hauptsockel 93 an/in einer bekannten Stelle und Ausrichtung innerhalb der Abtastvorrichtung befindet, wird das auf dem Hauptsockel angeordnete Abdrucktray auch am Koordinatensystem der Abtastvorrichtung ausgerichtet. Weiterhin ermöglicht die Nutzung zusätzlicher rechtwinkliger Ecken des Abtastvorrichtungsbetts eine gleichzeitige Abtastung mehrerer Abdrücke.
12A und 12B veranschaulichen Ansichten eines exemplarischen Abdrucktrays, das an einem exemplarischen Hauptsockel angebracht ist, aus einer Drauf- bzw. Rückansicht. Insbesondere ist 12A eine Draufsicht und 12B ist eine Seitenansicht des am Hauptsockel 93 angebrachten Abdrucktrays 90.
Um ein Abgußmodell auszubilden, das mit dem Zahnabdruck und dem digitalen Modell registriert bleibt, kann das Abgußherstellungsverfahren einen umgedrehten Sockel benutzen, der oben auf einer Einfassungswand sitzt, die auf dem Hauptsockel ruht. In diesem Beispiel ist die Einfassungswand wie ein rechteckiges Rohr geformt, das an gegenüberliegenden Enden (Ober- und Unterseite) offen ist und in den ausgeschnittenen Umfang der Oberseite des Hauptsockels eingesetzt werden kann. Die Höhe der Einfassungswand ist über ihren gesamten Umfang gleich.
13 veranschaulicht eine Rückansicht einer exemplarischen Einfassungswand 96, die auf dem Hauptsockel 93 mit angebrachtem Abdruck 90 ruht. Die Einfassungswand 96 kann entweder vor oder nach dem Eingießen flüssigen Abgußmaterials in den Abdruck in einen ausgeschnittenen Umfang einer Oberseite des Hauptsockels 93 eingesetzt werden.
Ein Zweck der Einfassungswand ist, eine gleichbleibende Vertikaltranslation von der Unterseite des Hauptsockels zur Oberseite eines umgedrehten Sockels, der oben auf der Einfassungswand ruht, zu ermöglichen. Die Oberseite des umgedrehten Sockels wird später die Unterseite des gleichen Sockels, da der umgedrehte Sockel umgedreht und auf der Grundplatte des Mehrachsenroboters plaziert wird. Sowohl der umgedrehte Sockel als auch der Hauptsockel haben ausgeschnittene Umfänge, um sich in die Einfassungswand einzufügen und um zu ermöglichen, daß die Einfassungswand vollständig in den Tiefen der Ausschnitte ruht. Da die Dicken (oder Höhen) der Sockel, die Tiefen ihrer ausgeschnittenen Umfänge und die Höhe der Einfassungswand alle bekannte, gleichbleibende Abmessungen haben, ist der Abstand zwischen der Unterseite des Hauptsockels und der Oberseite des umgedrehten Sockels auch ein bekannter, gleichbleibender Abstand. Dieser Abstand wird zu einer wichtigen Translation bei der Transformation von Koordinaten zwischen verschiedenen Maschinenkoordinatensystemen. Ein weiterer Zweck der Einfassungswand, besonders in bezug auf ihre Zusammenfügung mit den Sockeln, ist es, den umgedrehten Sockel in einer genauen Ausrichtung mit dem Hauptsockel zu halten. Die Einfassungswand behält einen gleichbleibenden Abstand zwischen den Unterseitenebenen beider Sockel bei und hält die Sockel auch davon ab, sich zu drehen oder sich zueinander zu verschieben.
Um die Registrierung nach dem Eingießen des Abgußmaterials zu erhalten, bildet der umgedrehte Sockel eine Verbindung mit dem Abguß. Somit wird der Sockel vor der Verwendung aufgebohrt und mit mehreren Gewindelöchern zur Aufnahme von Maschinenschrauben versehen.
14 ist eine Draufsicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels 97, in den Löcher 98 aufgebohrt sind (aus Gründen der Einfachheit und Klarheit ist in 13 nur eine Teilmenge gekennzeichnet). Die Löcher 98 sind mit Gewinden zur Aufnahme von Schrauben versehen Nach dem Eingießen des Abgußmaterials in den Abdruck, wird der umgedrehte Sockel 97 in die Oberseite der Einfassungswand 96 eingefügt, und drei oder mehr Schrauben werden in die Löcher 98 eingeschraubt. Die Anordnung und die Tiefe der Löcher können auf den folgenden Kriterien beruhen: die Schrauben sind angemessen voneinander beabstan det, jede Schraube reicht in das flüssige Gußmaterial hinein, ohne mit dem Bereich in Kontakt zu kommen, wo das Abgußmaterial das Abdruckmaterial berührt, und jede Schraube reicht ausreichend weit in das Abgußmaterial hinein, um fest gehalten zu werden, wenn sich das Abgußmaterial verfestigt. Ein umgedrehter Sockel, der aus einem durchsichtigen, starren Material, wie etwa Lexan^® (Polycarbonatkunststoff) oder Plexiglas (Acrylkunststoff), besteht, kann das Hindurchschauen durch den umgedrehten Sockel erleichtern, was die Erfüllung der obigen Kriterien erleichtert. Wenn ein Photopolymerabgußmaterial verwendet wird, ermöglicht ein durchsichtiger umgedrehter Sockel auch den Lichtdurchtritt von einer äußeren Lichtquelle zum Aushärten des Abgußmaterials.
Da eine oberste Fläche 99 des umgedrehten Sockels 97 (14) andernfalls später in Kontakt mit einer Fertigungshalteeinrichtung zur automatischen Bracketplazierung kommen könnte, wird die oberste Fläche des umgedrehten Sockels ausreichend weit von der aufgebohrten und mit Innengewinden versehenen Fläche des umgedrehten Sockels plaziert, um zu verhindern, daß Schraubenköpfe die Ebene schneiden, die für einen Kontakt mit der Robotervorrichtung oder der CNC-Anlage vorgesehen ist. Eine Umgebungswand, die sich in gleichbleibender Höhe vertikal vom umgedrehten Sockel aus erstreckt, erzielt diese Verlagerung. Um eine richtige Registrierung sicherzustellen, erstreckt sich die Umgebungswand des umgedrehten Sockels über den gleichen Umfang wie die Einfassungswand und der Hauptsockel.
15 ist eine Rückansicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels 97 mit einer Umgebungswand 101, angefügt und entsprechend ausgerichtet mittels Schrauben 105, die strategisch angeordnet und in das Abgußmaterial 103 eingeschraubt sind, auf dem Hauptsockel 93 mit der Einfassungswand 96. Da das flüssige Abgußmaterial 103 zu einem Festkörper aushärtet, sichern die Schrauben 105 die Position des Abgusses 103 in bezug zum umgedrehten Sockel 97.
Folglich wird der Abstand zwischen dem Abguß und dem umgedrehten Sockel fest, ungeachtet dessen, ob die Schrauben gedreht werden oder nicht (weil sowohl die Löcher im umgedreh ten Sockel als auch die im Abguß ausgebildeten Löcher das gleiche Gewinde haben). Ferner bewirkt die aus der Drehung einer einzelnen Schraube resultierende Drehkraft aufgrund der Vielzahl der Schrauben nicht, daß sich der Abguß in bezug auf den umgedrehten Sockel dreht. Diese Merkmale ermöglichen es, den Abguß vom umgedrehten Sockel zu entfernen und die Abdruckposition bei Bedarf später fehlerfrei wiederherzustellen, sofern die gleiche Anordnung von Teilen verwendet wird, um die Schrauben in den Abguß mit der gleichen Anzahl von Innengewinden zwischen dem Abguß und dem umgedrehten Sockel eintreten zu lassen.
Nachdem das flüssige Abgußmaterial zu einem Festkörper ausgehärtet ist, entfernt ein Bediener in der Herstellerfirma 12 den umgedrehten Sockel von der Einfassungswand und vom Hauptsockel. Der Abdruck (und das Abdrucktray) verbleibt wahrscheinlich am Abguß, bis der Bediener Kraft aufwendet, um den Abguß vom Abdrucktray zu trennen. Der Bediener dreht dann den umgedrehten Sockel um und plaziert den umgedrehten Sockel derartig an einer Halteeinrichtung der Fertigungsanlage, daß die Umgebungswand des umgedrehten Sockels in Kontakt mit der Fertigungshalteeinrichtung ist und die Okklusionsflächen der Zähne im Abguß nach oben gerichtet sind. Da in diesem Beispiel der umgedrehte Sockel ähnlich dem Hauptsockel (abgesehen von Material, das aus dem (jetzt) oberen Umfang herausgeschnitten ist) ein rechteckiges Prisma ist, tritt der umgedrehte Sockel mit einer rechtwinkligen Ecke an der Halteeinrichtung der Fertigungsanlage, wie etwa einer Mehrachsenrobotervorrichtung, in Eingriff. Sofern eine solche rechtwinklige Ecke im Koordinatensystem des Roboters als (0, –2,75, 0) [nur in diesem Beispiel] definiert ist und sich jede positive Achse parallel zu jeder Kante des rechteckigen, prismatischen umgedrehten Sockels und in die gleiche Richtung wie diese erstreckt, nimmt der umgedrehte Sockel das Koordinatensystem des Roboters in einer einzigen Translation an.
16 ist eine umgedrehte Rückansicht eines exemplarischen umgedrehten Sockels 97 mit Schrauben 105, die die Position des festen Abgusses 103 sichern.
Eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet Registrierungsmarker, die vor der Herstellung des Abdrucks direkt an drei oder mehr Zähnen des Patienten beliebig plaziert werden. In dieser Ausführungsform muß die Herstellerfirma 12 die Sockel nicht an den Abgüssen anbringen, da die Klinik 8 die Registrierungsmarker direkt an den Zähnen des Patienten anbringt. Wenn die Marker an der Verwendungsstelle sind, umfassen Techniken dieser Ausführungsform das Abtasten des Abdrucks oder die Nutzung einer intraoralen Abtastvorrichtung, um die Zahnstruktur eines Patienten abzutasten, um ein digitales Modell der Zahnstruktur zu erzeugen. Die Registrierungsmarker an den Zähnen des Patienten werden verwendet, um das digitale Modell mit dem physischen Abdruck in Übereinstimmung zu bringen. Als Alternative kann ein Abguß vom Abdruck, der von den Zähnen des Patienten mit Markern hergestellt wurde, hergestellt werden. Während der Abgußherstellung übertragen sich die Marker so auf den Abguß, daß eine Abtastung des Abdrucks ein digitales Modell der Zahnstruktur erzeugt, und die Registrierungsmarker an den Zähnen des Patienten werden verwendet, um das digitale Modell mit dem physischen Abguß zu registrieren.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren in der Klinik 8 zur Plazierung von Registrierungsmarkern direkt an einem oder mehreren Zähnen des Patienten vor der Herstellung des Abdrucks veranschaulicht. Der Fachmann in der Klinik 8 erfaßt die Patientenidentität und erzeugt einen Patientendatensatz in der Datenbank (110). Als nächstes erzeugt der Fachmann in der Klinik 8 einen neuen Modelldatensatz (112) und wählt ein Zahnabdrucktray aus (114). Der Fachmann aktualisiert dann die Datenbank, um den Patientendatensatz dem Modelldatensatz zuzuordnen (116).
Vor der Herstellung des Abdrucks plaziert ein Kieferorthopäde der Klinik 8 Marker an den Zähnen des Patienten (118). In dieser Ausführungsform können jeweils drei Registrierungsmarker an jedem der oberen und unteren Zahnbögen angebracht werden. Es können zumindest drei Markertypen für diese Registrierungstechnik benutzt werden: ein halbkugelförmiges Metallbracket, eine ausgehärtete Klebstoffhalbkugel oder ein lichtdurchlässiges Markerbracket, und die Marker können an einem einzigen Zahn plaziert oder über verschiedene Zähne verteilt werden. Die ausgehärtete Klebstoffhalbkugel enthält eine Polymersubstanz, wie etwa einen kieferorthopädischen Klebstoff, ein Zahnstärkungsmittel oder ein Cyanacrylat.
Als nächstes stellt der Kieferorthopäde der Klinik 8 einen Abdruck der Zahnstruktur des Patienten her, nachdem alle Marker an ihrer entsprechenden Stelle sind (120). Der Kieferorthopäde der Klinik 8 entfernt dann die Marker von den Zähnen des Patienten (122). In einer Ausführungsform erfordert die Markeranbringung kein Ätzen oder Grundieren der Zähne. Im Ergebnis kann die Entfernung der Marker für den Patienten nur mit einem minimalen Trauma verbunden sein. Der Fachmann der Klinik 8 aktualisiert dann den Modelldatensatz zum Status "Abdruck hergestellt" (124), sterilisiert das Abdrucktray 10 und schickt es zur Herstellerfirma 12 (126). Die Herstellerfirma 12 tastet den Abdruck mit Markern ab, um ein digitales Modell der Zahnstruktur des Patienten zu erzeugen. Als Alternative zur Abtastung des Abdrucks der Zähne mit den Markern kann der Kieferorthopäde der Klinik 8 eine intraorale Abtastvorrichtung benutzen, um die Zähne mit Markern abzutasten.
Eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform weist auf: Herstellen des Patientenabdrucks, ohne Marker an den Zähnen des Patienten zu plazieren, und anschließendes willkürliches Plazieren von Registrierungsmarkern am hergestellten Abdruck. Noch eine weitere alternative Ausführungsform weist auf: Herstellen des Patientenabdrucks, ohne Marker an den Zähnen des Patienten zu plazieren, Herstellen eines Abgusses vom Abdruck und anschließendes willkürliches Plazieren von Registrierungsmarkern am hergestellten Abguß. Nach Plazierung der Registrierungsmarker am Abdruck oder Abguß tastet die Herstellerfirma 12 den Abdruck oder Abguß mit Registrierungsmarkern ab, um ein digitales Modell des Abdrucks oder Abgusses mit angebrachten Registrierungsmarkern zu erzeugen.
Typischerweise erzeugt das abgetastete Modell eine Punktwolke-Datei. Die Herstellerfirma 12 unterzieht die Punktwolke-Datei einer Flächenmodellierung und kann eines von verschiedenen herkömmlichen Softwarepaketen verwenden. Zum Bei spiel kann die Herstellerfirma 12 ein Softwarepaket benutzen, das unter der Handelsbezeichnung "Wrap" oder "Studio" von Raindrop Geomagic, Inc. of Durham, North Carolina, lieferbar ist. Wenn die Punktwolke flächenmodelliert ist, ist ein digitales 3D-Modell der Zahnstruktur im Computer vorhanden. Die Herstellerfirma 12 benutzt einen Softwarealgorithmus, um die Registrierungsmarker zu identifizieren, um ein Koordinatensystem des physischen Modells der Zahnstruktur mit einem Koordinatensystem des digitalen 3D-Modells zu registrieren.
18 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen halbkugelförmigen Metallmarkerbrackets 128, das eine bearbeitete Basis 129 hat, die vor der Abtastung an den Zähnen des Patienten fixiert werden kann. Ein Brackethersteller kann eine Klebauflage, die mit kieferorthopädischem Klebstoff vorbeschichtet ist, an die bearbeitete Basis 129 anfügen. Der Kieferorthopäde der Klinik 8 bringt das halbkugelförmige Metallbracket 128 mit Klebstoff am Zahn des Patienten an. Als Alternative kann der Kieferorthopäde einen lichthärtbaren Klebstoff am Bracket 128 anbringen und ein lichtdurchlässiges Markerwerkzeug benutzen, um das Markerbracket 128 am Zahn des Patienten anzubringen.
Ein weiterer Markertyp ist ein lichtdurchlässiges Markerbracket, das ein Kieferorthopäde unter Verwendung eines lichtdurchlässigen Markerwerkzeugs und eines lichtdurchlässigen Klebstoffs, wie etwa der Klebstoff Transbond, an der Zahnfläche anbringen kann. Das lichtdurchlässige Markerbracket kann ein Keramik- oder Metallbracket mit einem in das Bracket eingeschnittenen durchsichtigen Kanal sein. Als Alternative kann der Kieferorthopäde eine Halbkugel eines lichthärtbaren Klebstoffs mit dem lichtdurchlässigen Markerwerkzeug so am Zahn aushärten, daß die Klebstoffhalbkugel als Registrierungsmarker dient.
In einigen Ausführungsformen kann ein halbkugelförmiges Bracket 128 an Bandvorrichtungen anstatt am Zahn angebracht sein. In dieser Ausführungsform kann die Klebauflage dafür ausgeführt sein, mit einer Metallfläche der Bandvorrichtung verklebt zu werden, oder so vorgeformt sein, daß das Bracket an der Bandvorrichtung vorgeformt wird. In weiteren Ausfüh rungsformen kann das halbkugelförmige Bracket 128 pyramidenförmig sein, mit einer stumpfen Spitze zum Wohlergehen des Patienten. Die Pyramidenform kann eine Basis mit einer beliebigen Anzahl von Seiten haben, vorzugsweise mit vier Seiten.
19 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen lichtdurchlässigen Markerwerkzeugs 130 zum Anbringen eines lichtdurchlässigen Markers an einem Zahn eines Patienten vor der Abtastung. Das Markerwerkzeug besteht aus einem Griff 131 und einem durchsichtigen Glockengehäuse 132. Der Griff kann aus einem beliebigen starren Material hergestellt sein, ist aber vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Material, wie etwa einem faseroptischen Lichtleiter, hergestellt. Das durchsichtige Glockengehäuse läßt einen hohen Prozentsatz des Lichts durch das Gehäuse durch. Das Glockengehäuse hat eine halbkugelförmige Schale, die in das Gehäuse hineingeschnitten ist.
20 ist ein Querschnitt der halbkugelförmigen Schale 133, die mit dem Glockengehäuse 132 des lichtdurchlässigen Markerwerkzeugs 130 gekoppelt ist, zur Plazierung an einem Zahn. Der Kieferorthopäde der Klinik 8 füllt die Schale 133 mit einem lichthärtbaren Klebstoff (wie etwa einem zahnmedizinischen oder kieferorthopädischen Klebstoff oder einem Zahnstärkungsmittel) und verwendet den Griff 131, um den Klebstoff auf der Zahnfläche zu plazieren. In einigen Ausführungen kann allein der Klebstoff als Marker dienen. Zum Beispiel kann der Klebstoff metallisierte Partikel aufweisen, die in den Abtastdaten ermittelt werden können. Als Alternative kann der Kieferorthopäde der Klinik 8 ein lichtdurchlässiges Markerbracket an der Schale anbringen und den Griff verwenden, um das Bracket auf der Zahnfläche zu plazieren, um den Klebstoff mit dem angebrachten Bracket an der entsprechenden Stelle am Zahn auszuhärten. Nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist, entfernt der Kieferorthopäde der Klinik 8 das Markerwerkzeug aus dem Mund des Patienten.
In weiteren Ausführungsformen kann die halbkugelförmige Schale 133 an einer Bandvorrichtung ähnlich dem halbkugelförmigen Bracket 128 in 18 angebracht werden. Der Klebstoff zum Anbringen der Schale 133 an einer Metallfläche kann sich vom Klebstoff, der benötigt wird, um die Schale an einer Zahnfläche zu fixieren, unterscheiden.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines flächenmodellierten digitalen 3D-Modells 134 mit einem halbkugelförmigen Markerbracket 135 an einer virtuellen Zahnstruktur 136. Die Herstellerfirma 12 benutzt einen Softwarealgorithmus, um die Markerbrackets zur Registrierung eines Koordinatensystems des physischen Modells der Zahnstruktur mit einem Koordinatensystem des digitalen 3D-Modells zu identifizieren. In einer Ausführungsform blendet ein Hochpaßfilter den Abdruck mit geringer Dichte oder das Abgußmaterial aus, um die halbkugelförmigen Marker, die von größerer Dichte sind, zu identifizieren. Als nächstes berechnet ein Algorithmus den Schwerpunkt jeder Kugel. In einer weiteren Ausführungsform identifiziert ein Bediener optisch jedes halbkugelförmige Markerbracket im Abtastergebnis und verwendet eine virtuelle Sonde, um vier oder mehr Punkte jeder Halbkugel zu prüfen. Als nächstes bestimmt eine einfache Kugelgleichung jeden Halbkugelmittelpunkt.
Die Klinik 8 verwendet dann das registrierte digitale Modell zur virtuellen Bracketplazierung und/oder zur Unterstützung eines automatischen oder halbautomatischen Fertigungsverfahrens. Vor der automatischen Plazierung der physischen Brackets am Abguß, der die Marker enthält, registriert die Herstellerfirma 12 den Abguß mit dem Robotersystem. In einer Ausführungsform wählt eine am Roboter angebrachte physische Sonde vier oder mehr Punkte der Fläche jedes halbkugelförmigen Markers aus und berechnet die Halbkugelmittelpunkte auf ähnliche Weise wie die oben beschriebene virtuelle Sonde. Die physische Sonde kann eine Berührungsschalter-Sonde oder ein Laser-Distanzmesser sein. Als nächstes transformiert eine Transformationssoftware, wie etwa die Funktion Best-Fit Alignment in Raindrop Geomagic Studio, die Datenpunkte im abgetasteten Modell von Abtastkoordinaten in Roboterkoordinaten. Nunmehr kann die Herstellerfirma 12 das registrierte digitale Modell zur automatischen kieferorthopädischen Bracketplazierung auf dem Abguß benutzen, indem die physische Robotersonde durch einen Endeffektor zur Plazierung kieferorthopädischer Brackets auf dem Abguß in die gleichen relativen Positionen und Ausrichtungen, die in der virtuellen Welt vorgegeben sind, ersetzt wird. Als Alternative kann das Registrierungsverfahren dieser Ausführungsform mit Halbkugeln ausgeführt werden, die an einem Sockel angebracht sind, der physisch mit dem Abguß verklebt ist.
Als Alternative kann die Herstellerfirma 12 eine CNC-bearbeitete Platte als Halteeinrichtung für den Abguß während der Roboterplazierung der Brackets am Abguß benutzen. Um dies zu tun, kann die Herstellerfirma 12 eine CNC-bearbeitete Platte herstellen, in die das Flächenprofil der Zähne des Patienten eingearbeitet ist. Das digitale Modell wird als geometrisches Muster zum Steuern der CNC-Vorrichtung verwendet, um das Flächenprofil in der Platte auszubilden.
22 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen CNC-bearbeiteten Platte 137, in die das Flächenprofil 138 eingearbeitet ist. Nach der Einarbeitung des Flächenprofils 138 kann der Abguß in die Fläche 138 an der Platte 137 eingesetzt werden.
23 ist eine Seitenansicht eines Abgusses 139, der in der bearbeiteten Fläche 138 der Platte 137 eingesetzt ist. Die Ecke der Platte 140 stellt ein Koordinatensystem der Platte dar, das eine bekannte Ausrichtung mit Bezug auf das in die Platte eingearbeitete Flächenprofil des Patienten aufweist. Somit sind, wenn die Herstellerfirma 12 den Abguß in die Plattenfläche plaziert, alle sechs Freiheitsgrade für den Abguß mit Bezug auf das Eckkoordinatensystem bekannt. Weiterhin wird das digitale Modell mit dem Eckkoordinatensystem registriert, weil die Stelle der CNC-Flächendaten mit Bezug auf das Eckkoordinatensystem bekannt ist.
24 ist eine perspektivische Ansicht des Abgusses 139, der in die bearbeitete Fläche 138 der Platte 137 eingesetzt ist. Nachdem die Roboteranlage die Brackets am Abguß 139 plaziert hat, stellt die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 anhand des Abgusses 139 her und sendet das Tray zur Klinik 8 zur Verwendung beim Patienten 6.
25A und 25B sind perspektivische Ansichten der exemplarischen Patientenzähne 150 und 158 mit jeweiligen Bandvorrichtungen. In einigen unten beschriebenen Ausführungsfor men kann das hierin beschriebene Registrierungsverfahren auch mit Bandvorrichtungen verwendet werden, die zur Behandlungsplanung unter Verwendung digitaler Kieferorthopädie verwendet werden. In dem Beispiel in 25A sind die Bandvorrichtungen 152 und 154 an der Zahnstruktur 156 der Patientenzähne 150 angebracht. Die Bandvorrichtung 152 stellt eine beliebige Form einer kieferorthopädischen Vorrichtung dar, die durch ein Band mit einem Zahn fixierbar ist. In diesem Beispiel weist die Bandvorrichtung 152 ein Buccal-Röhrchen 153 und einen Marker 155 auf, der zu Registrierungszwecken verwendet wird. Im allgemeinen hat der Marker 155 eine Form, die es ermöglicht, die Position und Ausrichtung einer virtuellen Darstellung des Markers und daher der Bandvorrichtung 152 in einer 3D-Umgebung zu bestimmen. Wie hierin gezeigt, hat der Marker 155 eine Halbkugelform. In anderen Ausführungsformen kann der Marker 155 eine Pyramidenform haben, mit einer stumpfen Spitze zum Wohlergehen des Patienten. Die Pyramidenform kann eine Basis mit einer beliebigen Anzahl von Seiten haben, vorzugsweise mit vier Seiten. Die Bandvorrichtung 154 weist auch ein Buccal- Röhrchen und einen Marker (nicht gezeigt) auf, ähnlich wie die der Bandvorrichtung 152, die sich auf der Buccalseite der Bandvorrichtung 154 befinden.
Zu Zwecken der Veranschaulichung wird die Bandvorrichtung 152 unten ausführlich beschrieben, während die Bandvorrichtung 154 oder eine beliebige andere nicht gezeigte Bandvorrichtung im wesentlichen ähnlich sein können. Die Bandvorrichtung 152 umhüllt teilweise oder vollständig einen Zahn und ist typischerweise aus einer Metallegierung hergestellt, die eine Form des Zahns, den sie umfaßt, annehmen kann. Die Bandvorrichtung 152 weist an der Außenseite oder Buccalseite der Zahnstruktur 156 auch ein Buccal-Röhrchen 153 auf, das einen Draht aufnehmen kann, der zum Ausrichten anderer Zähne in der Zahnstruktur 156 verwendet wird. Die Bandvorrichtung 152 kann weitere Strukturen aufweisen, wie etwa Haken oder Stäbe, die beim Ausrichten der Zahnstruktur 156 helfen. Die Bandvorrichtung 152 weist auch den Marker 155 auf, der dafür verwendet wird, einen Abdruck der Zahnstruktur 156 mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur 156 zu registrieren, wie unten be schrieben. Der Marker 155 kann an der Bandvorrichtung 152 während der Vorrichtungsherstellung (wie etwa Klebebindung, Schweißen oder Lötung) ausgebildet werden, oder der Marker kann durch den Zahnarzt an der Vorrichtung angebracht werden. In einer Ausführungsform kann sich der Marker 155 nahe der Oberseite des Zahns, entfernt vom Zahnfleischrand des Patienten, an der Buccalseite der Zahnstruktur 156 befinden. Als Alternative können sowohl das Röhrchen, ein Lingualröhrchen und der Marker an der Zungenseite der Zahnstruktur 156 angebracht werden.
In dem Beispiel in 25B sind die Bandvorrichtungen 160 und 162 an der Zahnstruktur 164 der Patientenzähne 158 des Patienten angebracht. Die Bandvorrichtung 160 weist das Buccal-Röhrchen 161, das sich an der Buccalseite der Zahnstruktur 164 befindet, und einen Marker (nicht gezeigt), der sich an der Innenseite oder Zungenseite der Zahnstruktur 164 befindet, auf. Die Bandvorrichtung 162 weist den Marker 163 an der Zungenseite der Zahnstruktur 164 und ein Buccal-Röhrchen (nicht gezeigt), das sich an der Außenseite der Zahnstruktur 164 befindet, auf. Mit anderen Worten, die Bandvorrichtungen 160 und 162 weisen jeweils ein Buccal-Röhrchen und einen Marker auf, die sich an gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Bandvorrichtung befinden. Als Alternative kann das Röhrchen an der Zungenseite der Zähne und der Marker an der Buccalseite der Zahnstruktur 164 angebracht sein. Die Bandvorrichtungen 160 und 162 können weitere Strukturen, wie etwa Haken oder Stäbe, aufweisen, die bei der Ausrichtung der Zahnstruktur 164 helfen. Das Buccal-Röhrchen 161 und der Marker 163 gleichen im wesentlichen dem Buccal-Röhrchen 153 und dem Marker 155 in 25A.
Wie in 25A oder 25B gezeigt, werden die Bandvorrichtungen 152, 154, 160 und 162 an ihren jeweiligen Zahnstrukturen 156 und 164 fixiert, um andere kieferorthopädische Halteeinrichtungen an der Zahnstruktur zu verankern. Die Marker 155 und 163 werden an den jeweiligen Bandvorrichtungen 152 und 162 zu dem Zweck fixiert, einen von den Zahnstrukturen 156 und 164 angefertigten Abdruck mit digitalen Modellen der Zahnstrukturen zu registrieren, ähnlich dem Verfahren aus 2, 3A und 3B. Die Bandvorrichtungen 160 und 162 der Zahnstruktur 164 sind die bevorzugten Ausführungsformen und werden unten ausführlich beschrieben. Jedoch kann auch ein beliebiger Typ oder eine beliebige Anzahl von Bandvorrichtungen, wie etwa die Bandvorrichtungen 152 und 154, verwendet werden. Die Registrierung der Marker, wie etwa der Marker 155 und 163, wird auf ähnliche Weise wie bei anderen hierin beschriebenen Registrierungsmarkern durchgeführt, wie etwa bei der in 21 beschriebenen Registrierung.
In einigen Ausführungsformen können drei oder mehr Marker erforderlich sein, um ein virtuelles Modell der Zahnstruktur in einer 3D-Umgebung wirksam zu registrieren. Zusätzliche Marker können an den Bandvorrichtungen 152, 154, 160 oder 162 für die Registrierung angebracht werden. In alternativen Ausführungsformen können Registrierungsmarker, wie etwa Markerbracket 128, an anderen Zähnen der Zahnstruktur des Patienten 156 oder 164 zu Zwecken der Registrierung angebracht werden.
26 ist ein Flußdiagramm, das eine exemplarische Technik zur Herstellung eines Zahnabdrucks der Zähne mit Bandvorrichtungen veranschaulicht, z. B. in einer kieferorthopädischen Klinik. Wie in dem Beispiel in 26 gezeigt, wird ein Abdruck der Zahnstrukturen 164 von 25B hergestellt. Zuerst wählt ein Fachmann der Klinik 8 die gewünschten Bandvorrichtungen 160 und 162 in einer angemessenen Größe so aus, daß sie auf die jeweiligen Zähne der Zahnstruktur 164 passen, und der Fachmann bringt dann die Bandvorrichtungen an der Zahnstruktur des Patienten 6 an (166). Die Bandvorrichtungen 160 und 162 werden vorzugsweise für die Dauer der Behandlung dauerhaft an der Zahnstruktur 164 fixiert. Wenn sie angebracht sind, deckt der Fachmann die Buccal-Röhrchen oder andere Strukturen der Bandvorrichtungen 160 und 162 mit einer Decksubstanz, d. h. Wachs, ab (168). Wachs wird verwendet, um Strukturen der Bandvorrichtungen so abzudecken oder zu umhüllen, daß ein von der Zahnstruktur 164 angefertigter Abdruck entfernt werden kann, ohne in den abgedeckten Strukturen hängenzubleiben. Wenn sich das Abdruckmaterial um Strukturen herum ausbildet, kann es in einer Form aushärten, die den Abdruck an der Zahnstruktur hängenbleiben läßt, d. h. eine frühzeitige Entfernung des Abdrucks verhindert. Der Fachmann muß darauf achten, nicht die Registrierungsmarker abzudecken, die ermöglichen, den Abdruck mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur 164 zu registrieren.
Der Fachmann erfaßt dann die Patientenidentität und weitere Information vom Patienten 6 und erzeugt einen Patientendatensatz (170). Wie beschrieben, kann sich der Patientendatensatz innerhalb der Klinik 8 befinden und nach Wahl dafür konfiguriert sein, Daten mit einer Datenbank in der Herstellerfirma 12 gemeinsam zu nutzen. Als Alternative kann sich der Patientendatensatz in einer Datenbank in der Herstellerfirma 12 befinden, die der Klinik 8 über das Netzwerk 14 Fernzugang ermöglicht.
Beim Abnehmen eines Abdrucks der Zahnstruktur des Patienten 6 oder kurz davor oder danach erzeugt der Fachmann in der Klinik 8 einen Modelldatensatz für das neue Modell (172). Die Bezeichnung "Modell" bezeichnet eine beliebige Nachbildung der Zahnstruktur des Patienten, zum Beispiel den Abdruck, die Bißregistrierung, den Abguß und/oder das digitale 3D-Modell der Zahnstruktur. Der Fachmann in Klinik 8 wählt ein Zahnabdrucktray aus (174) und aktualisiert dann die Datenbank, um dem Modelldatensatz den passenden Patientendatensatz zuzuordnen (176). Dieser Modelldatensatz befindet sich in der Datenbank und protokolliert den Status und alle Datenveränderungen der Zahnstruktur des Patienten. Der Fachmann der Klinik 8 benutzt dann das Zahnabdrucktray 10, um einen Abdruck der Zahnstruktur des Patienten herzustellen (178) und aktualisiert den Modelldatensatz zum Status "Abdruck hergestellt" (180). Häufig benötigt ein Patient eine kieferorthopädische Behandlung sowohl am oberen als auch am unteren Zahnbogen. In diesem Fall wählt der Fachmann der Klinik 8 ein Abdrucktray 10 für jeden Zahnbogen aus (174), stellt einen Abdruck jedes Zahnbogens her (178), ordnet jedem Zahnbogen einen Modelldatensatz zu (176) und aktualisiert den Modelldatensatz für jeden Zahnbogen zum Status "Abdruck hergestellt" (180). Die Klinik 8 sterilisiert oder desinfiziert das Abdrucktray 10 und schickt das Tray zur Herstellerfirma 12 (182). Wenn die Abdrücke fertiggestellt sind, kann der Fachmann das Wachs von der Zahnstruktur 164 entfernen.
In weiteren Ausführungsformen können die Schritte von 26 in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der Fachmann den Patientendatensatz erzeugen (170) und auf die Datenbank zugreifen, um einen Modelldatensatz für ein neues Modell zu erzeugen (172), bevor die Bandvorrichtungen angebracht werden (166). In einer beliebigen Ausführungsform kann der Fachmann einen Abdruck von der Zahnstruktur 164 herstellen, während die Bandvorrichtungen 160 und 162 angebracht sind.
27 ist eine perspektivische Ansicht exemplarischer Bandvorrichtungen, die mit Wachs abgedeckt sind. In dem Beispiel von 27 weisen die Zähne 158 des Patienten die Bandvorrichtungen 160 und 162 an der Zahnstruktur 164 auf, ähnlich der in 25B. Die Decksubstanz 184 umhüllt das Buccal-Röhrchen 161 der Bandvorrichtung 160, während eine andere Decksubstanz (nicht gezeigt) das Buccal-Röhrchen der Bandvorrichtung 162 umhüllt. Die Decksubstanz 184 umhüllt auch jede andere Struktur, die in dem hergestellten Abdruck der Zahnstruktur 164 hängenbleiben kann. In einigen Ausführungsformen kann die Decksubstanz 184 auch die Bandvorrichtungen 160 und 162 teilweise oder vollständig umhüllen.
Der Marker 163 wird nicht von der Decksubstanz abgedeckt, um zu ermöglichen, die Zahnstruktur 164 mit dem vom Abdruck erzeugten digitalen Modell zu registrieren. In der bevorzugten Ausführungsform wird Wachs als Decksubstanz 184 verwendet, es kann aber ein beliebiges Material verwendet werden, das verhindern kann, daß der Abdruck auf einer Struktur der Bandvorrichtung hängen bleibt. Die Decksubstanz 184 kann von den Bandvorrichtungen 160 und 162 entfernt werden, wenn der Abdruck fertiggestellt ist. Die Decksubstanz 184 kann auf eine beliebige Bandvorrichtung oder ein beliebiges Bracket aufgetragen werden, die/das an einem Abdruck hängenbleiben kann.
Die 28A und 28B sind Flußdiagramme, die eine exemplarische Technik zur Herstellung von Indirektklebetrays von dem in 26 hergestellten Abdruck veranschaulichen. 28A und 28B gleichen im wesentlichen den Beispielen von 3A und 3B. Beim Beispiel von 28A und 28B erhält die Herstellerfirma 12 typischerweise das Zahnabdrucktray 10 als Teil einer größeren Lieferung, die mehrere Zahnabdrücke enthält (186). Als nächstes sterilisiert oder desinfiziert die Herstellerfirma 12 die Lieferung der Abdrucktrays, einschließlich des Zahnabdrucktrays 10, und befördert die Zahnabdrucktrays zu einer Gießstation, wo von den Trays Abgüsse angefertigt werden (188). Die Herstellerfirma 12 verwendet dann die gleiche Datenbank, auf die die Klinik 8 zugreift, zum Aktualisieren des Modelldatensatzes, um einen Status "Abguß hergestellt" anzugeben (190). Als nächstes härtet die Herstellerfirma 12 den Abguß aus und bearbeitet ihn (192) und bringt einen Sockel am Abguß an (194).
Als nächstes kann die Herstellerfirma 12 eine Computertomographie-(CT-)Abtastvorrichtung benutzen, um den Abguß abzutasten (196). Der Abguß kann auch mit Röntgenstrahlung, Magnetresonanzaufnahmen oder anderen Abtastvorrichtungen abgetastet werden, einschließlich Abtastvorrichtungen mit sichtbarem Licht. In Fällen, in denen ein Patient eine kieferorthopädische Behandlung sowohl am oberen als auch am unteren Zahnbogen benötigt, können Abgüsse des oberen und unteren Zahnbogens gleichzeitig abgetastet werden (196). Die Abtastung erzeugt eine Punktwolke-Datei, die die Herstellerfirma 12 dann unter Verwendung eines der heute im Handel erhältlichen verschiedenen Softwarepakete flächenmodelliert. Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein Softwarepaket mit dem Namen "Wrap" oder "Studio" benutzen, das von Raindrop Geomagic, Inc. of Durham, North Carolina, lieferbar ist. Wenn die Punktwolke flächenmodelliert ist, ist im Computer ein digitales 3D-Modell des Abgusses mit Sockel vorhanden. Die Herstellerfirma 12 kann dann die Daten der Punktwolke modifizieren, um die Bandvorrichtungen 160 und 162, die vorher mit der Decksubstanz abgedeckt waren, einzufügen (198). Die Herstellerfirma 12 kann die Marker oder Informationen, die vom Fachmann bereitgestellt werden, verwenden, um die Bandvorrichtungen exakt zu reproduzieren. In einigen Ausführungsformen ist der Abguß möglicherweise nicht an einem Sockel angebracht, wie oben beschrieben. In weiteren Ausführungsformen können die Bandvorrichtungen 160 und 162 der Punktwolke-Datei zu jedem Zeitpunkt während des Verfahrens von 28A digital hinzugefügt werden.
Die Herstellerfirma 12 führt dann einen Algorithmus der optimalen Anpassung aus, um zwischen einem 3D-Koordinatensystem des physischen Abgusses und einem 3D-Koordinatensystem, das dem digitalen Modell des Abgusses innerhalb einer 3D-Modellierungsumgebung zugeordnet ist, automatisch oder halbautomatisch eine Registrierung herzustellen (200). Zum Beispiel kann ein Computer das Registrierungsverfahren durch Korrelation der Position der physischen Marker, die sich am Abguß befinden, mit der Position der virtuellen Marker, die sich in dem digitalen Modell des Abgusses befinden, automatisieren. Zum Beispiel kann der Computer Flächendaten des abgetasteten Abgusses nach halbkugelförmigen Erhebungen absuchen und die Erhebungen mit den halbkugelförmigen Markern der virtuellen Darstellungen des Zahnbogens des Patienten ausrichten. Auf diese Weise kann die Registrierung des physischen und virtuellen Modells direkt erfolgen, um die Koordinatensysteme jedes Raumes auszurichten. Im Gegensatz zu dem in 3A beschriebenen Verfahren wird für die Registrierung kein Sockel verwendet. Marker, wie etwa der Marker 163, die sich am Abguß befinden, können zu jeder Zeit verwendet werden, um die Abgußkoordinaten mit den digitalen Modellkoordinaten ohne die Verwendung irgendeiner anderen angebrachten Struktur zu registrieren. Die Registrierung ist vollständig durchgeführt, wenn der Computer die Ausrichtung der optimalen Anpassung innerhalb einer vorbestimmten Abweichung bestimmt. Dieses Verfahren kann vollautomatisch oder insofern halbautomatisch sein, als eine Benutzerbestätigung oder eine andere Eingabe erforderlich sein kann. In weiteren Ausführungsformen kann der Computer die Flächendaten des abgetasteten Abdrucks nach halbkugelförmigen Vertiefungen absuchen, wo der Marker mit einer Bandvorrichtung in Eingriff war. In alternativen Ausführungsformen kann der Computer die Flächendaten eines abgetasteten Abdrucks nach entsprechenden halbkugelförmigen Vertiefungen oder Erhebungen absuchen, um den Abdruck mit dem digitalen Modell zu registrieren.
Wenn die Koordinatensysteme des physischen Abgusses und des digitalen Modells des Abgusses innerhalb der 3D-Umgebung registriert sind (200), benutzt die Herstellerfirma 12 eine Software, um das digitale Modell vor der virtuellen Bracketplazierung am digitalen Modell in einzelne Komponenten zu segmentieren (202). Die Trennungssoftware identifiziert jeden Zahn und trennt die Zähne innerhalb der 3D-Umgebung voneinander und vom Zahnfleisch. Dies kann nützlich sein, um zu ermöglichen, jeden Zahn innerhalb der 3D-Umgebung unabhängig zu bewegen und um die vorausberechneten Ergebnisse einer beliebigen kieferorthopädischen ärztlichen Vorgabe, die die vorher angebrachten Bandvorrichtungen 160 und 162 aufweist, zu veranschaulichen.
Die Herstellerfirma 12 importiert dann die 3D-Daten jeder Komponente vom digitalen Modell in den Modelldatensatz der Datenbank (204) und übermittelt den Modelldatensatz an die Klinik 8 (206). Die Klinik 8 benutzt den Modelldatensatz, indem sie die Vorrichtungen auswählt und diese in der virtuellen Darstellung der Zahnstruktur plaziert. Ein Anwendersoftwareprogramm berechnet dann die endgültigen Positionen der Zähne im Anschluß an die Behandlung mit einem solchen Vorrichtungssystem auf der Grundlage der Geometrie der Vorrichtungen und der relativen Positionen der Vorrichtungen und ihrer entsprechenden Zähnen. Die Nutzung der Positionen der Bandvorrichtungen in bezug auf die jeweiligen Zähne kann bei der Vorausberechnung der relativen Positionen der Zähne mit bzw. ohne Bänder nützlich sein. Nachdem die Klinik 8 den Modelldatensatz zur virtuellen Bracketplazierung benutzt hat, empfängt die Herstellerfirma 12 ärztliche Vorgabedaten und virtuelle Plazierungsdaten von der Klinik 8 (208). Die ärztlichen Vorgabedaten geben die der ärztlichen Vorgabe zugeordneten einzelnen Vorrichtungen an (z. B. Brackets, Bandvorrichtungen oder Drahtbögen, die an den Bandvorrichtungen 160 und 162 angebracht sind), und die virtuellen Plazierungsdaten geben die Stelle der Vorrichtungen innerhalb der 3D-Modellierungsumgebung an.
Als nächstes bewegen sich der physische Abguß und der befestigte Sockel zu einer Fertigungsstation in der Herstel lerfirma 12, wo Vorrichtungen auf der Grundlage der ärztlichen Vorgabedaten und der virtuellen Plazierungsdaten automatisch ausgewählt und am Abguß aufgebracht werden (210). Die Registrierung, die zwischen dem physischen Abguß und dem virtuellen Abgußmodell bestimmt wird, kann zur Sicherstellung der genauen Positionierung der Vorrichtungen verwendet werden. Ferner kann der am Abguß angebrachte Sockel sicher mit einer vorbestimmten Halteeinrichtung in der Fertigungsanlage in Eingriff treten, um ferner die exakte Plazierung der Vorrichtung am physischen Abguß sicherzustellen.
Nachdem die Fertigungsanlage Brackets am Abguß angebracht hat, stellt die Herstellerfirma 12 ein Indirektklebetray (212) her. Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein erwärmtes Matrixmaterial aus Kunststoffolie so über dem Abguß und den Brackets plazieren, daß das Kunststoffolienmaterial eine Konfiguration annimmt, die exakt dem Abguß entspricht.
Als nächstes bearbeitet die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray (214). Die Herstellerfirma 12 kann eine automatisierte Traybearbeitungsanlage benutzen, wie etwa Laser- oder numerisch gesteuerte (CNC-)Schneidvorrichtungen, um das Indirektklebetray zu bearbeiten. Die bekannte Geometrie der Sockel registriert das Koordinatensystem des Abgusses mit dem Koordinatensystem der Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays, während dieses auf dem Abguß angebracht bleibt. Da das Indirektklebetray auf einem Abguß, der an einem Sockel mit bekannter Geometrie angebracht ist, hergestellt wird, kann das der digitalen Darstellung des Abgusses zugeordnete Koordinatensystem auf ein Modell des Indirektklebetrays übertragen werden, das seinerseits zum automatischen Steuern der Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays verwendet werden kann. Nach vollständiger Durchführung der Bearbeitung des Indirektklebetrays aktualisiert die Herstellerfirma 12 den Modelldatensatz zum Status "Bearbeitet" (216). Schließlich schickt die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 zur Klinik 8 (218).
Die Ausführungsformen von 28A und 28B können durch Einbeziehung vorher angebrachter Bandvorrichtungen in das digitale Modell eine genauere Behandlungsplanung ermöglichen.
Mit anderen Worten, der Fachmann muß die Plazierung der Bandvorrichtungen nicht anfügen und anpassen, um der geplanten Behandlung, wie unter Verwendung des digitales Modells erzeugt, zu entsprechen.
29 ist ein Flußdiagramm, das eine zweite exemplarische Technik veranschaulicht, bei der Zähne mit Bandvorrichtungen direkt abgetastet werden, wodurch die Herstellung eines Abdrucks vom Zahnbogen nicht mehr erforderlich ist. In der alternativen Ausführungsform von 29 werden Bandvorrichtungen wie in den Beispielen in 25A oder 25B an der Zahnstruktur des Patienten 6 angebracht. 25B wird in dieser Ausführungsform als Beispiel verwendet. In einigen Ausführungsformen werden an den Bandvorrichtungen 160 und 162 angebrachte Marker möglicherweise nicht zur Registrierung benötigt. Elemente der Bandvorrichtungsstruktur, wie etwa das Buccal-Röhrchen 161, können anstelle einzelner Registrierungsmarker, wie Marker 163, erkannt werden. In alternativen Ausführungsformen können zusätzliche Marker mit anderen Zähnen der Zahnstruktur 164 zu Zwecken der Registrierung verklebt werden, wie oben beschrieben.
Anstatt, wie in 26 beschrieben, einen Abdruck herzustellen, verwendet der Fachmann eine intraorale Abtastvorrichtung, um die Zahnstruktur 164 des Patienten 6 abzutasten (220). Die Abtastung wird dann in das Netzwerk 14 hochgeladen, wo die Herstellerfirma 12 die Abtastdaten empfängt und ein digitales Modell der Zahnstruktur 164 erzeugt (222). Die Herstellerfirma 12 bringt einen virtuellen Sockel am digitalen Modell an, stellt einen Abguß vom digitalen Modell her, aktualisiert den Modelldatensatz, bearbeitet den Abguß, tastet den Abguß ab und registriert die Koordinatensysteme des Abgusses und des digitalen Modells (224). Die Schritte des Schritts 224 gleichen im wesentlichen den Schritten 188 bis 202 in 28A. Insbesondere wird die Registrierung des Abgusses mit dem digitalen Modell durch eine Korrelation der Positionen der Marker, wie etwa des Markers 163, am Abguß mit den Markern im digitalen Modell durchgeführt. Auf diese Weise ermöglichen die Marker, den Abguß direkt mit dem digitalen Modell zu registrieren, ohne die Verwendung einer weiteren angebrachten Struk tur mit bekannten Abmessungen oder Koordinaten. In weiteren Ausführungsformen können Strukturen der Bandvorrichtungen 160 und 162 verwendet werden, um den Abguß mit dem digitalen Modell zu registrieren. Als Alternative kann der hergestellte Abguß schon mit dem digitalen Modell registriert worden sein, weil der Abguß in einem bereits registrierten Koordinatensystem hergestellt wurde. Der Abguß kann mit einer schnellen Prototypenfertigungstechnik, wie etwa Stereolithographie, hergestellt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Abguß separat hergestellt werden, das heißt, ohne an einem Sockel angebracht zu sein.
Die verbleibenden Schritte des Beispiels von 29 gleichen im wesentlichen dem Beispiel in 3B. Die Herstellerfirma 12 importiert die 3D-Daten für jede Komponente vom digitalen Modell in den Modelldatensatz der Datenbank (226) und übermittelt den Modelldatensatz zur Klinik 8 (228). Die Klinik 8 benutzt den Modelldatensatz, indem sie Vorrichtungen auswählt und an den virtuellen Darstellungen der Zähne plaziert. Ein Anwendersoftwareprogramm berechnet dann die endgültigen Positionen der Zähne nach einer Behandlung mit einem solchen Vorrichtungssystem voraus, auf der Grundlage der Geometrie der Vorrichtungen und der relativen Positionen der Vorrichtungen und ihren entsprechenden Zähnen. Die Nutzung der Positionen der Bandvorrichtungen in bezug auf die jeweiligen Zähne ist möglicherweise beim Vorausberechnen der relativen Positionen der bandüberzogenen und nichtbandüberzogenen Zähne zweckmäßig. Nachdem die Klinik 8 den Modelldatensatz zur virtuellen Bracketplazierung benutzt hat, empfängt die Herstellerfirma 12 ärztliche Vorgabedaten und virtuelle Plazierungsdaten von der Klinik 8 (230). Die ärztlichen Vorgabedaten geben die der ärztlichen Vorgabe zugeordneten individuellen Vorrichtungen (z. B. an die Bandvorrichtungen 160 und 162 anzubringende Brackets oder Drahtbögen) an, und die virtuellen Plazierungsdaten geben die Anordnung der Vorrichtungen innerhalb der 3D-Modellierungsumgebung an.
Als nächstes bewegen sich der physische Abguß und der befestigte Sockel zu einer Fertigungsstation in der Herstellerfirma 12, wo Vorrichtungen auf der Grundlage der ärztlichen Vorgabedaten und der virtuellen Plazierungsdaten automatisch ausgewählt und am Abguß angebracht werden (232). Die zwischen dem physischen Abguß und dem virtuellen Abgußmodell durchgeführte Registrierung kann verwendet werden, um eine genaue Positionierung der Vorrichtungen sicherzustellen. Ferner kann der am Abguß angebrachte Sockel sicher mit einer vorbestimmten Halteeinrichtung innerhalb der Fertigungsanlage in Eingriff treten, um ferner eine genaue Plazierung der Vorrichtung am physischen Abguß sicherzustellen.
Nachdem die Fertigungsanlage Brackets am Abguß angebracht hat, stellt die Herstellerfirma 12 ein Indirektklebetray her (234). Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein erwärmtes Matrixmaterial aus Kunststoffolie so über dem Abguß und den Brackets plazieren, daß das Kunststoffmaterial eine Konfiguration annimmt, die genau dem Abguß entspricht.
Als nächstes bearbeitet die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray (236). Die Herstellerfirma 12 kann eine automatisierte Traybearbeitungsanlage benutzen, wie etwa Laser- oder numerisch gesteuerte (CNC-)Schneidvorrichtungen, um das Indirektklebetray zu bearbeiten. Die bekannte Geometrie der Sockel registriert das Koordinatensystem des Abgusses mit dem Koordinatensystem der Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays, während dieses am Abguß angebracht bleibt. Da das Indirektklebetray auf einem Abguß hergestellt wird, der an einem Sockel mit bekannter Geometrie angebracht ist, kann das der digitalen Darstellung des Abgusses zugeordnete Koordinatensystem auf ein Modell des Indirektklebetrays übertragen werden, das seinerseits dafür verwendet werden kann, die Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays automatisch zu steuern. Nach der vollständigen Durchführung der Bearbeitung des Indirektklebetrays aktualisiert die Herstellerfirma 12 den Modelldatensatz zum Status "Bearbeitet" (238). Schließlich schickt die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 zur Klinik 8 (240).
Die Ausführungsform in 29 kann durch Einbeziehung vorher angebrachter Bandvorrichtungen in das digitale Modell eine genauere Behandlungsplanung ermöglichen. In diesem Fall muß der Fachmann die Plazierung der Bandvorrichtungen nicht anfügen und anpassen, um der geplanten Behandlung, wie unter Verwendung des digitalen Modells erzeugt, zu entsprechen. Zusätzlich ermöglichen die Schritte aus 29, einen Abguß ohne Verwendung eines Abdrucks herzustellen, wie oben beschrieben. Abdrücke können für einen Patienten unangenehm sein und können, wenn sie auf Bandvorrichtungen hergestellt werden, aufgrund der zum Abdecken zumindest eines Abschnitts der Bandvorrichtungen verwendeten Decksubstanz ungenau sein. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, kann die Herstellung von Abgüssen von einem digitalen Modell durch die Reduzierung der Zeit, des Arbeitsaufwands und der Unannehmlichkeiten für Patienten nützlich sein.
30 ist ein Flußdiagramm, das eine weitere exemplarische Technik veranschaulicht, bei der der Fachmann die spezifischen Bandvorrichtungen zur Einbeziehung in das Indirektklebetray auswählt. In der Ausführungsform von 30 ist die Auswahl und Einbeziehung von Bandvorrichtungen in das Indirektklebetray beschrieben. Bandvorrichtungen können anstelle von oder zusätzlich zu anderen Brackets verwendet werden. Das Verfahren beginnt mit der Herstellung eines Abdrucks der Zahnstruktur des Patienten 6 und der Herstellung eines Abgusses und digitalen Modells, im wesentlichen wie in dem Beispiel in 2 und 3A.
Nach dem Beispiel in 3A importiert die Herstellerfirma die 3D-Daten für jede Komponente vom digitalen Modell in den Modelldatensatz der Datenbank (250). Ein Computer mit möglicher Rückmeldung von einem Techniker wird verwendet, um Bandvorrichtungsgrößen zu erzeugen, die sich an die Zähne der Zahnstruktur anfügen können. Der Computer weist Software auf, die Zahnumfänge messen kann, um die Bandgrößen der am Patienten 6 anzubringenden Bandvorrichtungen automatisch auszuwählen. Der Fachmann kann diese Daten verwenden, um die Bandvorrichtungstypen auszuwählen, die in das Indirektklebetray einbezogen werden. Die Auswahl von Bandgrößen ist ausführlich in den folgenden, ebenfalls auf den Anmelder übertragenen Patenten beschrieben: US-Patent 6.089 868 mit dem Titel "Selection of Orthodontic Appliances", erteilt am 18. Juli 2000 an Russel A. Jordan et al. und US-Patent 6 350 119 mit dem Titel "Selec tion of Orthodontic Appliances", erteilt am 26. Februar 2002 an Russel A. Jordan et al.
Die Herstellerfirma 12 übermittelt als nächstes den Modelldatensatz zur Klinik 8 (254). Nachdem die Klinik 8 den Modelldatensatz zur virtuellen Bracket- und Bandvorrichtungsplazierung benutzt hat, empfängt die Herstellerfirma 12 ärztliche Vorgabedaten und virtuelle Plazierungsdaten von der Klinik 8 (256). Die ärztlichen Vorgabedaten geben die der ärztlichen Vorgabe zugeordneten einzelnen Vorrichtungen (z. B. Brackets, Bandvorrichtungen oder Drahtbögen) an, und die virtuellen Plazierungsdaten geben die Anordnung der Vorrichtungen innerhalb der 3D-Modellierungsumgebung an.
Als nächstes bewegen sich der physische Abguß und der befestigte Sockel zu einer Fertigungsstation in der Herstellerfirma 12, wo Vorrichtungen auf der Grundlage der ärztlichen Vorgabedaten und der virtuellen Plazierungsdaten automatisch ausgewählt und am Abguß angebracht werden (258). Interproximale Bereiche am Abguß müssen möglicherweise geöffnet werden, um die Bänder aufzunehmen. Die zwischen dem physischen Abguß und dem virtuellen Abgußmodell bestimmte Registrierung kann verwendet werden, um eine genaue Positionierung der Vorrichtungen sicherzustellen. Ferner kann der am Abguß angebrachte Sockel sicher mit einer vorbestimmten Halteeinrichtung innerhalb der Fertigungsanlage in Eingriff treten, um ferner die genaue Vorrichtungsplazierung am physischen Abguß sicherzustellen, wie in 3B.
Nachdem die Fertigungsanlage die Brackets und Bandvorrichtungen am Abguß befestigt hat, stellt die Herstellerfirma 12 ein Indirektklebetray her (260). Zum Beispiel kann die Herstellerfirma 12 ein erwärmtes Matrixmaterial aus Kunststoffolie so über dem Abguß, den Brackets und den Bandvorrichtungen plazieren, daß das Kunststoffolienmaterial eine Konfiguration annimmt, die genau dem Abguß entspricht.
Als nächstes bearbeitet die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray (262). Die Herstellerfirma 12 kann eine automatisierte Traybearbeitungsanlage, wie etwa Laser- oder numerisch gesteuerte (CNC-)Schneidvorrichtungen, benutzen, um das Indirektklebetray zu bearbeiten. Die bekannte Geometrie der Sockel registriert das Koordinatensystem des Abgusses mit dem Koordinatensystem der Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays, während dieses auf dem Abguß angebracht bleibt. Da das Indirektklebetray auf einem Abguß hergestellt wird, der an einem Sockel mit bekannter Geometrie angebracht ist, kann das der digitalen Darstellung des Abgusses zugeordnete Koordinatensystem auf ein Modell des Indirektklebetrays übertragen werden, das seinerseits dafür verwendet werden kann, die Traybearbeitungsanlage zur Bearbeitung des Indirektklebetrays automatisch zu steuern. Nach der vollständigen Durchführung der Bearbeitung des Indirektklebetrays aktualisiert die Herstellerfirma 12 den Modelldatensatz zum Status "Bearbeitet" (264). Schließlich schickt die Herstellerfirma 12 das Indirektklebetray 16 zur Klinik 8 (266).
In einigen Ausführungsformen kann der Abguß aufgelöst oder zerbrochen werden, um die angebrachten Bandvorrichtungen vom Abguß zu entfernen. Dies kann aufgrund eines möglichen engen Anliegens der Bandvorrichtungen an den jeweiligen Zähnen des Abgusses erforderlich sein. In anderen Ausführungsformen können Bandvorrichtungen möglicherweise nicht an den Abguß angefügt werden. Da Bandvorrichtungen an jeden jeweiligen Zahn enganliegend angefügt werden, können die Bandvorrichtungen nach dem Entfernen des Klebetrays vom Abguß genau am Indirektklebetray plaziert werden.
31 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Indirektklebetrays, das Bandvorrichtungen aufweist. In dem Beispiel in 31 weist die Abgußanordnung 268 den Abguß 271 am Sockel 270 mit angebrachten Brackets 274, die Bandvorrichtungen 276 und ein auf dem Abguß 271 hergestelltes Indirektklebetray 272 auf. Die Bandvorrichtungen 276 weisen Buccal-Röhrchen auf und können auch Marker zur Registrierung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann sich die Trennung zwischen Abguß 271 und Sockel 270 an einem anderen Punkt als dem in 31 gezeigten befinden.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Sockel mit eingebetteten Bezugsmarkern verwendet werden, um die Registrierung zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Sockel aus Kunststoff hergestellt sein und drei oder mehr Kügelchen ha ben, die an bekannten Stellen innerhalb des Sockels eingebettet sind. Die Kügelchen können aus Stahl, Blei oder einem beliebigen anderen Material hergestellt sein, das durch eine Abtastvorrichtung ermittelt und vom umgebenden Sockel unterschieden werden kann. Der Computer ermittelt die abgetasteten Kügelchen und registriert das physische Abgußmodell mit dem virtuellen Abgußmodell auf der Grundlage der bekannten Anordnung der Bezugsmarker innerhalb des Sockels. Das Verfahren (beschrieben in 2, 3A und 3B) und die hierin beschriebenen Vorteile treffen auf diese alternative Technik von 31 zu.
32 ist ein Flußdiagramm einer exemplarischen Technik zur Überprüfung der Bandvorrichtungsplazierung, nachdem die Bandvorrichtungen an der Zahnstruktur eines Patienten unter Verwendung eines Indirektklebetrays befestigt worden sind. In dem Beispiel in 32 kann der Fachmann ein Indirektklebetray 272 von 31 an der Zahnstruktur des Patienten plazieren (278). Während der Plazierung kann der Fachmann Bandvorrichtungen, die sich im Klebetray befinden, an die entsprechenden Zähne anfügen (280). In einigen Fällen können sich die Bandvorrichtungen ohne Schwierigkeiten direkt an die jeweiligen Zähne anfügen. In anderen Fällen muß der Fachmann möglicherweise jede Bandvorrichtung einzeln anfügen, falls die Vorrichtungen zu eng sind, um mit dem Indirektklebetray angefügt zu werden.
Nachdem die Brackets, die Bandvorrichtungen und der Draht des Indirektklebetrays angefügt worden sind, führt der Fachmann eine intraorale Abtastung der Vorrichtungen durch (282). Ein Computer erzeugt Abtastdaten und übermittelt die Abtastdaten in Echtzeit an das Netzwerk 14 (284). Der Fachmann kann das digitale Modell und die Abtastdaten überprüfen, um zu bestimmen, ob die Brackets und Bandvorrichtungen richtig an den Zähnen des Patienten 6 plaziert worden sind (286). Wenn die Vorrichtungen richtig plaziert worden sind, beendet der Fachmann das Verkleben der Vorrichtungen mit den Zähnen und fährt mit der Behandlung fort (288). Wenn die Plazierung nicht richtig ist, kann der Fachmann einige Wahlmöglichkeiten haben. Eine Wahlmöglichkeit für den Fachmann ist, Repositionierungs vorschläge vom Netzwerk für eine oder mehrere Vorrichtungen (Band- oder Brackets), die nicht richtig plaziert sind, zu empfangen (290), so daß der Fachmann die Position der Vorrichtungen anpassen kann (294). Die andere Wahlmöglichkeit für den Fachmann ist, künftige Drahtbiegevorschläge vom Netzwerk zu erhalten (292), um eine Repositionierung jeglicher Vorrichtungen zu vermeiden. Der Fachmann kann dann die Verklebung der Vorrichtungen mit den Zähnen des Patienten beenden (288).
In einigen Ausführungsformen kann der Fachmann während des Anfügungsverfahrens regelmäßig Zahnabtastungen durchführen, um den Fachmann das erste Mal an das richtige Plazieren jeder Vorrichtung heranzuführen. In anderen Ausführungsformen können Marker an Bandvorrichtungen angebracht werden, um zur Registrierung der Abtastdaten mit dem digitalen Modell beizutragen. In jeder Ausführungsform kann der Fachmann mehrmals Abtastungen durchführen, um jede Vorrichtung richtig zu plazieren.
Es sind verschiedene erfindungsgemäße Implementierungen und Ausführungsformen beschrieben worden. Dennoch versteht es sich, daß verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne von der Erfindung abzuweichen. Diese und weitere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.
Zusammenfassung
Im allgemeinen betrifft die Erfindung Techniken zur Registrierung eines dreidimensionalen (3D-)Koordinatensystems eines physischen Modells einer Zahnstruktur eines Patienten mit einem 3D-Koordinatensystem eines virtuellen Modells der gleichen Zahnstruktur. Beschrieben werden Techniken zur Registrierung der komplexen Geometrien der physischen und virtuellen Zahnstrukturen unter Verwendung von Registrierungsmarkern, die sich an Bandvorrichtungen befinden, die vorher an den Zähnen des Patienten fixiert oder zur Fixierung an diesen vorbereitet wurden. Die Durchführung einer Registrierung mit Bandvorrichtungen kann eine vollständigere und genauere Behandlungsplanung ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5015180 [0010]
- US 5172809 [0010]
- US 5354199 [0010]
- US 5429229 [0010]
- US 6309215 [0066]
- US 6705863 [0066]
- US 2004/0219471 [0069]
- US 2004/0219473 [0069]
- US 2005/0074717 [0069]
- US 6123544 [0080]
- US 2006/0134580 [0080]
- US 6089868 [0155]
- US 6350119 [0155]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "A New Look at Indirect Bonding" von Moskowitz et al. (Journal of Clinical Orthodontics, Band 30, Nr. 5, Mai 1996, S. 277 ff.) [0016]

Claims

Verfahren mit den Schritten: Anbringen zumindest einer Bandvorrichtung an einer Zahnstruktur eines Patienten, wobei die Bandvorrichtung einen Marker aufweist, der an einer bekannten Stelle an der Bandvorrichtung fixiert ist; Herstellen eines Abgusses von einem Abdruck der Zahnstruktur des Patienten, die einen Marker aufweist; und Registrieren des Abgusses mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur auf der Grundlage der bekannten Stelle des Markers.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Abdecken der Bandvorrichtungen mit einer Abdeckverbindung, wobei die Marker freiliegend bleiben, um entsprechende Vertiefungsregionen im Abdruck zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt: Einfügen einer digitalen Darstellung der abgedeckten Bandvorrichtungen in das digitale Modell.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Abtasten des Abdrucks, um das digitale Modell der Zahnstruktur zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Herstellen des Markers aus der Bandvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: haftendes Anbringen des Markers an der Bandvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Benutzen des digitalen Modells zur Einarbeitung der Zahnstruktur in eine Platte, die zur automatischen Plazierung kieferorthopädischer Vorrichtungen genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Registrieren des Abgusses und des digitalen Modells mit einer Fertigungsvorrichtung unter Verwendung der bekannten Stelle des Markers.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt: Bestimmen der Stelle des Markers relativ zu einer Fertigungsvorrichtung unter Verwendung einer Berührungsschalter-Sonde oder eines Laser-Distanzmessers.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Benutzen einer Fertigungsrobotervorrichtung zur automatischen Plazierung einer kieferorthopädischen Vorrichtung am Abguß, entsprechend einer Position der Bandvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Herstellen einer Indirektklebevorrichtung auf dem Abguß.
Verfahren mit den Schritten: Anbringen einer oder mehrerer Bandvorrichtungen an einer Zahnstruktur eines Patienten; Abtasten der Zahnstruktur des Patienten mit der einen oder den mehreren an der Zahnstruktur angebrachten Bandvorrichtungen; Erzeugen eines digitalen Modells der Zahnstruktur aus dem Abtastergebnis auf der Grundlage bekannter Stellen der Bandvorrichtungen; und Erzeugen eines Abgusses auf der Grundlage des digitalen Modells.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner mit dem Schritt: Anbringen eines Markers an zumindest eine der einen oder der mehreren Bandvorrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: Registrieren einer Stelle einer physischen Nachbildung vom Marker im Abguß mit einer Stelle einer virtuellen Darstellung des Markers im digitalen Modell, um Koordinatensysteme des Abgusses und des digitalen Modells zu registrieren.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit dem Schritt: Registrieren des Abgusses und des digitalen Modells mit einer Fertigungsvorrichtung mit bekannten Stellen der einen oder der mehreren Bandvorrichtungen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Fertigungsvorrichtung eins oder mehreres von folgendem aufweist, um die Stellen der Bandvorrichtungen in den Fertigungsvorrichtungsko ordinaten zu bestimmen: eine Berührungsschalter-Sonde oder einen Laser-Distanzmesser.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit dem Schritt: Benutzen einer Fertigungsrobotervorrichtung zur automatischen Bracketplazierung am Abguß, wobei die Bracketplazierung auf der Grundlage der einen oder der mehreren Bandvorrichtungspositionen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Schritt: Herstellen einer Indirektklebevorrichtung auf dem Abguß.
Verfahren mit den Schritten: Anbringen von Markern an einer Zahnstruktur eines Patienten; Herstellen eines Abdrucks einer Zahnstruktur eines Patienten, die die angebrachten Marker aufweist; Erzeugen eines Abgusses vom Abdruck; Registrieren des Abgusses mit einem digitalen Modell der Zahnstruktur auf der Grundlage von bekannten Stellen der Marker; und Benutzen einer Fertigungsrobotervorrichtung zur automatischen Plazierung von Bandvorrichtungen am Abguß.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit dem Schritt: Herstellen eines Indirektklebetrays auf dem Abguß.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit dem Schritt: Benutzen einer Fertigungsrobotervorrichtung zur automatischen Bracketplazierung am Abguß.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner mit dem Schritt: Plazieren der Bandvorrichtungen innerhalb des Indirektklebetrays an der Zahnstruktur des Patienten.
Verfahren nach Anspruch 22, ferner mit dem Schritt: Abtasten der Zahnstruktur des Patienten mit den Bandvorrichtungen an entsprechender Stelle, um Plazierungsdaten zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner mit dem Schritt: Vergleichen der Plazierungsdaten mit der automatischen Plazierung am Abguß.
System mit: einem jeweiligen Marker, der an einer oder mehreren Bandvorrichtungen angebracht ist, die an einer Zahnstruktur eines Patienten angebracht sind; einem Abguß der Zahnstruktur mit den angebrachten Bandvorrichtungen; und einem Computer, der den Abguß mit einem digitalen Modell auf der Grundlage von bekannten Stellen der Marker registriert.
System nach Anspruch 25, ferner mit einer Abtastvorrichtung, die die Zahnstruktur des Patienten mit den angebrachten Markern abtastet, um ein digitales Modell der Zahnstruktur zu erzeugen.
System nach Anspruch 25, ferner mit einer Abtastvorrichtung, die den Abguß abtastet, um ein digitales Modell der Zahnstruktur zu erzeugen.
System nach Anspruch 25, wobei der jeweilige Marker eine ausgehärtete Klebstofferhebung aufweist.
System nach Anspruch 25, wobei der Marker einen lichtdurchlässigen Marker aufweist.
System nach Anspruch 25, wobei der Marker einen halbkugelförmigen Metallmarker aufweist.
System nach Anspruch 25, ferner mit einem Indirektklebetray mit einem oder mehreren Brackets.
Kieferorthopädische Bandvorrichtung mit: einem pyramidenförmigen Metallmarker, wobei der Marker eine Klebefläche zum Verkleben des Markers mit der kieferorthopädischen Bandvorrichtung aufweist.
Kieferorthopädische Bandvorrichtung mit: einem lichtdurchlässigen Marker, wobei der Marker eine Klebefläche zum Verkleben mit der kieferorthopädischen Bandvorrichtung aufweist.
Kieferorthopädische Vorrichtung mit: einem Indirektklebetray, das um einen Abguß einer Zahnstruktur eines Patienten herum hergestellt ist; einem oder mehreren Brackets, die im Indirektklebetray eingebettet sind; und einer oder mehreren Bandvorrichtungen, die im Indirektklebetray eingebettet sind.
Computerimplementiertes System mit: einem Computer, der eine Betriebsumgebung für eine Anwendungssoftware für kieferorthopädische Behandlung bereitstellt, die eine virtuelle Darstellung einer Bandvorrichtung mit einer jeweiligen virtuellen Darstellung eines Zahns auf. der Grundlage einer Stelle eines Registrierungsmarkers an der Bandvorrichtung registriert, und wobei die Anwendungssoftware eine abschließende Position des Zahns vorausberechnet und einem Fachmann erlaubt, eine Behandlung nach kieferorthopädischer ärztlicher Vorgabe auf der Grundlage der Vorausberechnung zu planen.