DE19518702C2 - Verfahren und Einrichtung zur rechnergestützten Restauration von Zähnen - Google Patents

Description

Die Restauration von Zähnen erfolgt heute zunehmend mit Industriekeramik oder anderem schleif- oder fräsbaren Materi­ al, wobei der Restauration folgender Verfahrensablauf zugrun­ deliegt:

Zunächst wird mit Hilfe einer Meßeinrichtung (Abtastsystem mit optischem oder mechanischem Fühler oder 3D-Kamera) die Geometrie des zu restaurierenden Zahnes und seiner Umgebung (evtl. auch der Gegenzähne) aufgenommen und elektronisch gespeichert.

In einem zweiten Schritt wird das Bild interpretiert. Dabei müssen Bodenlinien, Kavitätenränder, Äquatorlinien, Höcker, usw. erkannt und eingezeichnet werden. Dies geschieht meist von Hand durch den erfahrenen Zahnarzt.

Im dritten Schritt wird das Restaurat (Inlay, Onlay, Krone, Veneer, usw.) konstruiert. Diese Aufgabe erfordert einen entsprechenden Rechner und professionelle CAD(Computer Aided Design)-Arbeit vom Bediener des Rechners, mit dreidimensiona­ lem Vorstellungsvermögen und der Fähigkeit, am Bildschirm mit Computermitteln konstruieren zu können.

Die Qualität des Restaurats hängt wesentlich von diesen Fähigkeiten und vom Trainingszustand des Personals ab.

Im vierten Schritt wird das Ergebnis dieser Konstruktion in ein Programm für eine numerisch gesteuerte Schleif- /Fräsmaschine übersetzt.

Im fünften Schritt wird schließlich das Restaurat in einer NC-Maschine (CAM) aus einem Materialblock gefertigt.

Im letzten Schritt wird das Restaurat in den Kiefer des Patienten eingegliedert.

Das vorerwähnte Verfahren und eine danach arbeitende Einrich­ tung sind in der EP 0 054 785 A1 sowie in dem Aufsatz "Das CEREC-System: Computergestützte Herstellung direkter Keramik­ inlays in einer Sitzung" aus 'Die Quintessenz' 3/1987 be­ schrieben.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zu finden, die es erlaubt, ohne besondere Fähigkeiten und Schulungen des zahnmedizini­ schen Personals in Computer Aided Design (CAD) ein solches Verfahren und ein danach arbeitendes Gerät dennoch in der zahnärztlichen Praxis einzusetzen und dabei auch die Investi­ tionskosten für den Zahnarzt zu senken.

Die nachfolgend näher beschriebene Erfindung basiert im wesentlichen auf zwei Hauptgedanken:

I.

Die bedienerintensiven Schritte zwei und drei, d. h. die Interpretation der 3D-Aufnahme(n) und die Konstruktion des Restaurates (CAD-Tätigkeit) werden dem Zahnpraxispersonal abgenommen. Diese Prozesse werden in ein Zentrum verlagert, welches über eine entsprechende Ausstattung, nämlich einen leistungsfähigen Rechner, im folgenden Zentralrechner ge­ nannt, und einen erfahrenen Operator verfügt.

II.

Der leistungsfähige Rechner (Zentralrechner) kann mit aufwen­ digeren Programmen und Hilfsmitteln ausgestattet sein, etwa mit einer optimierten grafischen Bildverarbeitung, einer besseren Mustererkennung und Bildmanipulation mit Zahn- und Restauratbibliotheken, die eine weitgehend automatische Bildinterpretation und CAD-Tätigkeit des Rechners erlauben. Der Rechner kann z. B. nach dem Prinzip der neuronalen Netze konzipiert sein. Dieser Rechner ist über ein Datennetzmodul und Datenleitungen mit dem Gerät in der Zahnarztpraxis ver­ bunden.

Eine Restauraterstellung kann demnach folgendermaßen ablau­ fen:

Der Zahnarzt fertigt nach Bedarf 3D-Aufnahmen vom zu präpa­ rierenden Zahn, gegebenenfalls auch von den Nachbar- und Gegenzähnen oder von den Gegenzahnabdrücken an. Eventuell können zusätzlich Farbaufnahmen mit einer Videokamera er­ stellt werden. Dann wird der Zahn auf gewohnte Weise präpa­ riert. Anschließend werden vom präparierten Zahn 3D- und eventuell Videobilder erstellt.

Die Bilder werden zunächst in einem vorhandenen 3D-Meßgerät beim Zahnarzt abgespeichert. Diese Tätigkeiten sind einfach und vom Praxispersonal schnell zu erlernen. Das 3D-Meßgerät besteht im wesentlichen aus einer Meßkamera mit der dazugehörigen Kameraelektronik, einem Netzteil und einem Bildschirm.

Die Bilder werden sodann über eine Datenleitung - im einfach­ sten Falle kann hierzu ein an einer Telefonleitung ange­ schlossenes Modem verwendet werden - an ein extern des Be­ handlungsraumes befindliches Rechenzentrum übertragen. Dort werden die Bilder interpretiert und das Restaurat wird mit Hilfe des Zentralrechners mit oder ohne Operatorführung konstruiert. Der Zentralrechner liefert anschließend die Restaurationsdaten über die gleiche Datenleitung in die Zahnarztpraxis zurück, und zwar in einer Form, die gewährlei­ stet, daß die dort befindliche Schleifmaschine das Restaurat ausschleifen kann. Der Zahnarzt braucht danach das Restaurat nur noch beim Patienten einzusetzen. Das alles geschieht - wie bisher - zügig nacheinander in einer Sitzung des Patien­ ten.

Die Schleifmaschine braucht sich nicht unbedingt im Behand­ lungsraum des Zahnarztes befinden; sie kann auch an anderer Stelle stehen, etwa in einem Dental-Labor oder in einem Dienstleistungszentrum, das sowohl die Rechnerleistung als auch die mechanische Fertigung der Restaurate anbietet. In diesem Falle wird allerdings wegen des notwendigen Transports des Restaurats in der Regel keine Behandlung in einer Sitzung möglich sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Ausführungs­ beispielen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung, bei der in einem Raum A, der den Behandlungsraum eines Zahnarztes, in dem sich normalerweise der Arbeitsplatz für die Patientenbehandlung befindet, repräsentieren soll, ein Kompaktgerät 1 (CAD/CAM- Gerät) aufgestellt ist.

Ein solches Kompaktgerät ist bei­ spielsweise in der DE 40 30 176 A1 beschrieben. Es enthält eine 3D-Kamera 2 mit der notwendigen Versorgungs- und Bilderzeu­ gungselektronik; einen integrierten, hier nur symbolisch angedeuteten Mikroprozessor 3 für die Bildbearbeitung, Kon­ struktion und Schleifmaschinensteuerung, einen Bildschirm 4, diverse Bedienelemente 5 (Rollkugel, Tasten, Eingabe-Fuß­ schalter), ein Diskettenlaufwerk 6 zum Abspeichern der Original-3D-Bilder und der Restaurationen und eine in einer Schleifkammer 7 angeordnete Schleifmaschine 8. In einer Ausbaustufe kann die Maschine auch eine Videokamera mit entsprechender elektrischer Versorgung enthalten. Die Video­ bilder können mit Hilfe eines externen Druckers gespeichert und ausgedruckt werden. Die 3D-Videobilder können nur alter­ nativ, nicht gleichzeitig auf dem Schirm dargestellt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Modifikation werden die CAD/CAM- Funktionen des Kompaktgerätes 1 nicht benutzt; es werden vielmehr die Original-3D-Bilder, gegebenenfalls auch die Videobilder, über entsprechende Datennetz-Module 10, 11 und eine Datenleitung 12 an einen Zentralrechner 13 übertragen. Dieser Zentralrechner ist im Vergleich zu dem vorerwähnten, in dem Kompaktgerät 1 befindlichen Mikroprozessor 3 mit aufwendigeren Programmen und Hilfsmitteln ausgestattet und befindet sich außerhalb des Behandlungsraumes A, z. B. in einem Dentallabor oder in einem eigens dafür geschaffenen zentralen Rechenzentrum (Raum B). Dort wird die bereits angesprochene Bildinterpretation und Konstruktion durchge­ führt. Das Ergebnis wird über die gleiche Datenleitung 12 und die beiden Datennetz-Module 11, 10 rückübertragen und im Speicher des Mikroprozessors 3 der Schleifmaschine im Raum A gespeichert. Danach erfolgt das Ausfräsen bzw. Schleifen des Restaurats mit den maschineneigenen Mitteln (Universalrechner und Schleifmaschine). Bei dieser Variante hat der Nutzer zwar keinen Investitionskostenvorteil bei der CAD/CAM-Maschine, er erspart sich jedoch das Lernen und Durchführen der Bildbear­ beitung und der Konstruktion. Es ist also ein Gewinn an Zeit, damit Lohnkosten und Qualität.

Die Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der im Raum A, also am zahnärztlichen Behandlungsplatz, ein PC 15 verwendet wird. Dieser PC ist ergänzt durch eine 3D-Kamera 16, die der Pos. 2 in Fig. 1 entspricht, und gegebenenfalls eine (nicht darge­ stellte) Videokamera, mit deren notwendiger Elektronik. Die Elektronik kann extern in eigenen Gehäusen und/oder als Einsteckkarte(n) im PC angeordnet sein.

Der PC 15 verfügt außerdem über die notwendigen Schnittstel­ lenkarten, um ihn mit den hier extern dargestellten Datennet­ zen koppeln zu können, z. B. per Modem.

Die durch die Kameras erzeugten Bilder werden auf PC-eigenen Speichern zwischengespeichert und können vom Behandler am Bildschirm auf Eignung geprüft werden. Die brauchbaren Bilder können sodann wie in Variante 1 an den Zentralrechner 13 im Raum B übertragen, dort verarbeitet und das Ergebnis dann wieder rückübertragen werden, und zwar entweder in den oben genannten PC oder - bei entsprechender Ausrüstung - direkt in die Schleifmaschine 17 (die in diesem Fall ohne Monitor ausgeführt ist). Danach folgt die Fertigung des Restaurats usw.

Die Steuerung der Schleifmaschine kann dabei direkt durch den PC oder einen in der Schleifmaschine eingebauten Prozessor erfolgen; im letzten Falle wäre es eine CNC-Maschine.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Variante, die sich von der in Fig. 2 gezeigten im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß an einer direkt am Dentalbehandlungsplatz befindlichen DV-Box 20 ein oder mehrere Kameras angeordnet sind. Die DV-Box 20 ist vorteilhafterweise als 3D-Meßgerät ausgebildet und ent­ hält in der einfachsten Version die bereits angesprochene 3D- Meßkamera mit entsprechender Elektronik, einen Bildschirm und ein Netzteil. In verschiedenen Ausbaustufen können in/an dieser DV-Box entweder nur eine 3D-Kamera 21 mit entsprechen­ der Elektronik, ein Bildschirm 22 und Bedienelemente 23 sowie ein (hier nur symbolisch angedeuteter) integrierter Rechner 24 (PC) oder zusätzlich eine oder mehrere Videokameras 25 und/oder Röntgenkameras 26 angebracht sein. Der Rechner 24 ist mit der Schleifmaschine 17 über eine Datenübertragungsleitung 27 verbunden.

Die Vorteile der Varianten 2 und 3 im Vergleich zu denen von Variante 1 liegen darin, daß ein für andere Zwecke bereits vorhandener PC (mit allen Speicher- und Peripheriekomponen­ ten) verwendet werden kann, was die Kosten des CAD/CAM-Sy­ stems vermindert und es erlaubt, die jeweils gesteigerte Leistung einer neuen PC-Generation zu nutzen.

Claims (7)

1. Verfahren zur rechnergestützten Restauration von Zähnen, bei dem in einem ersten Schritt mit Hilfe einer Meßeinrich­ tung die Geometrie des zu restaurierenden Zahnes erfaßt und das so gewonnene Zahnbild elektronisch abgespeichert wird, bei dem in einem zweiten Schritt das Zahnbild interpretiert und in einem dritten Schritt das Restaurat mit Hilfe CAD kon­ struiert wird, und bei dem schließlich in einem vierten Schritt das Restaurat mit Hilfe einer numerisch gesteuerten Schleifeinrichtung aus einem Block aus geeignetem Zahnrestau­ rationsmaterial herausgefräst wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderfassung (Schritt 1) mit einem 3D-Meßgerät am Behandlungsplatz erfolgt, dagegen die CAD/CAM-Aufgaben (Schritte 2 und 3) auf einen nicht am zahnärztlichen Behandlungsplatz befindlichen Zentralrechner (13) ausgelagert werden, wobei der Zentralrechner dementspre­ chend zumindest teilweise über Programme und Tools verfügt, die zur Mustererkennung, der Bildverarbeitung, der CAD-Kon­ struktion und der Erzeugung von Steuerprogrammen für NC-ge­ steuerte Maschinen (17) geeignet sind und daß diese Schritte zumindest teilweise automatisch durch den Zentralrechner er­ folgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CAD- Arbeiten am Zentralrechner (13) durch einen in der Methode erfahrenen Operator erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte eins und vier in einem Kompakt-Gerät (1) gemeinsam durchgeführt werden.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät und die Schleifmaschine über Datenleitungen, z. B. per Modem und Telefonleitung, mit dem Zentralrechner (13) verbunden sind.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät aus der 3D-Kamera, einem PC und einer oder mehre­ rer PC-Einsteckkarten mit der Hard- und Software zum Betrei­ ben der 3D-Kamera besteht und daß die Schleifmaschine davon getrennt aufgestellt ist.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät als tragbares Gerät ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät zusätzlich noch wenigstens eine Videokamera, eine Röntgenkamera oder Programme der Praxisverwaltung enthält.