DE19518702C2 - Method and device for computer-aided restoration of teeth - Google Patents

Method and device for computer-aided restoration of teeth

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DE19518702C2 DE19518702A DE19518702A DE19518702C2 DE 19518702 C2 DE19518702 C2 DE 19518702C2 DE 19518702 A DE19518702 A DE 19518702A DE 19518702 A DE19518702 A DE 19518702A DE 19518702 C2 DE19518702 C2 DE 19518702C2
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Description

Die Restauration von Zähnen erfolgt heute zunehmend mit Industriekeramik oder anderem schleif- oder fräsbaren Materi­ al, wobei der Restauration folgender Verfahrensablauf zugrun­ deliegt:The restoration of teeth is increasingly carried out today Industrial ceramics or other grindable or millable materials al, with the restoration greening the following procedure lies:

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.First, using a measuring device (scanning system with optical or mechanical sensor or 3D camera) Geometry of the tooth to be restored and its surroundings (possibly also the opposite teeth) recorded and electronically saved.

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.In a second step, the image is interpreted. Here must have bottom lines, cavity edges, equator lines, bumps, etc. recognized and drawn. This usually happens by hand by an experienced dentist.

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.In the third step, the restoration (inlay, onlay, crown, Veneer, etc.). This task requires one appropriate calculator and professional CAD (Computer Aided Design) work by the operator of the computer, with three-dimensional imagination and the ability to use the screen To be able to construct computer means.

Die Qualität des Restaurats hängt wesentlich von diesen Fähigkeiten und vom Trainingszustand des Personals ab.The quality of the restaurant depends largely on these Skills and training status of the staff.

Im vierten Schritt wird das Ergebnis dieser Konstruktion in ein Programm für eine numerisch gesteuerte Schleif- /Fräsmaschine übersetzt. The fourth step is the result of this construction in a program for a numerically controlled grinding / Milling machine translated.  

Im fünften Schritt wird schließlich das Restaurat in einer NC-Maschine (CAM) aus einem Materialblock gefertigt.In the fifth step, the restoration is finally in one NC machine (CAM) made from a block of material.

Im letzten Schritt wird das Restaurat in den Kiefer des Patienten eingegliedert.In the last step, the restoration is placed in the jaw of the Patients incorporated.

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.The above-mentioned procedure and a facility that works according to it tion are in EP 0 054 785 A1 and in the article "Das CEREC system: Computer-aided production of direct ceramics inlays in one session "from 'Die Quintessenz' 3/1987 be wrote.

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.The invention specified in claim 1 is the object to find a technical solution that allows without special skills and training of dental medicine personnel in Computer Aided Design (CAD) Procedure and a device working afterwards in the dental practice and thereby investi lower dentist costs.

Die nachfolgend näher beschriebene Erfindung basiert im wesentlichen auf zwei Hauptgedanken:The invention described in more detail below is based on essentially on two main ideas:

I.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.The operator intensive steps two and three, i. H. the Interpretation of the 3D image (s) and the construction of the Restaurates (CAD activity) become the dental practice staff decreased. These processes are shifted to a center which has an appropriate equipment, namely a powerful computer, in the following central computer ge named, and has an experienced operator.

II.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.The powerful computer (central computer) can also be used other programs and tools, for example with an optimized graphic image processing, one better pattern recognition and image manipulation with tooth and Restaurant libraries that are largely automated Allow image interpretation and CAD activity of the computer. The calculator can e.g. B. on the principle of neural networks be conceived. This computer is through a data network module  and data lines with the device in the dental practice bound.

Eine Restauraterstellung kann demnach folgendermaßen ablau­ fen:A restoration can therefore be done as follows 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.The dentist creates 3D images of the prep as needed tooth, possibly also from the neighboring and Counter teeth or from the counter teeth impressions. Perhaps can also take color pictures with a video camera be put. Then the tooth is prepared in the usual way riert. Subsequently, the prepared tooth is 3D and possibly video images created.

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.The images are initially in an existing 3D measuring device saved at the dentist. These activities are easy and to learn quickly from the practice staff. The 3D measuring device consists essentially of a measuring camera with the associated camera electronics, a power supply and one Screen.

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. The images are then via a data line - in simple In most cases, this can be done on a telephone line closed modem can be used - to an external of the Be data center located in the action room. There the images are interpreted and the restoration is included Help from the central computer with or without operator guidance constructed. The central computer then delivers the Restoration data via the same data line in the Dental practice back, in a form that guarantees Continues that the grinding machine there is the restoration can grind out. The dentist then needs the restoration only used on patients. It all happens - as before - in quick succession in one session of the patient 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.The grinding machine does not necessarily need to be treated room of the dentist; it can also work on others Stand, for example in a dental laboratory or in a Service center that both the computing power as also offers the mechanical production of the restorations. In in this case, however, because of the necessary transportation of the restaurant usually no treatment in one session to be possible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Ausführungs­ beispielen beschrieben.The invention is based on three embodiments described examples.

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. Fig. 1 shows a first embodiment in which, a compact device 1 (CAD / CAM device) is placed in a space A which is to the treatment room of a dentist, which normally is the workplace for patient treatment represent.

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.Such a compact device is described in example in DE 40 30 176 A1. It contains a 3D camera 2 with the necessary supply and imaging electronics; an integrated, here only symbolically indicated microprocessor 3 for image processing, construction and grinding machine control, a screen 4 , various controls 5 (trackball, buttons, input foot switch), a floppy disk drive 6 for storing the original 3D images and the restorations and a grinding machine 8 arranged in a grinding chamber 7 . In an expansion stage, the machine can also contain a video camera with appropriate electrical supply. The video images can be saved and printed using an external printer. The 3D video images can only be displayed alternatively, not simultaneously on the screen.

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.In the modification according to the invention, the CAD / CAM functions of the compact device 1 are not used; rather, the original 3D images, possibly also the video images, are transmitted to a central computer 13 via corresponding data network modules 10 , 11 and a data line 12 . This central computer is equipped in comparison to the aforementioned, in the compact device 1 microprocessor 3 with more complex programs and tools and is located outside the treatment room A, z. B. in a dental laboratory or in a specially created central data center (room B). The image interpretation and construction already mentioned is carried out there. The result is retransmitted via the same data line 12 and the two data network modules 11 , 10 and stored in the memory of the microprocessor 3 of the grinding machine in room A. Then the restoration is milled or ground using the machine's own resources (universal computer and grinding machine). With this variant, the user has no investment cost advantage with the CAD / CAM machine, but saves learning and performing image processing and design. So it's a gain in time, so labor costs and quality.

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. Fig. 2 shows a variant is used in the room A, that the dental treatment station, a PC 15. This PC is supplemented by a 3D camera 16 , which corresponds to item 2 in FIG. 1, and possibly a video camera (not shown) with its necessary electronics. The electronics can be arranged externally in their own housings and / or as a plug-in card (s) in the PC.

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.The PC 15 also has the necessary interface card cards to be able to couple it with the data networks shown here externally, e.g. B. by 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.The images generated by the cameras are temporarily stored on the PC's own memory and can be checked for suitability by the practitioner on the screen. The usable images can then be transferred to central computer 13 in room B, as in variant 1, processed there and the result can then be retransmitted, either in the above-mentioned PC or - with appropriate equipment - directly into grinding machine 17 (which is shown in FIG in this case without a monitor). This is followed by the production of the restaurant, etc.

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.The grinding machine can be controlled directly by the PC or a processor built into the grinding machine respectively; in the latter case it would be a CNC machine.

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. FIG. 3 shows a further variant, which essentially differs from that shown in FIG. 2 in that one or more cameras are arranged on a DV box 20 located directly at the dental treatment station. The DV box 20 is advantageously designed as a 3D measuring device and, in the simplest version, contains the already mentioned 3D measuring camera with appropriate electronics, a screen and a power supply unit. In various stages of expansion, in / on this DV box either only a 3D camera 21 with the corresponding electronics, a screen 22 and operating elements 23 and an integrated computer 24 (here only symbolically indicated) (PC) or additionally one or more video cameras 25 and / or X-ray cameras 26 can be attached. The computer 24 is connected to the grinding machine 17 via a data transmission line 27 .

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.The advantages of variants 2 and 3 compared to those of variant 1 are that an already existing PC for other purposes (with all memory and peripheral components) can be used, which reduces the cost of the CAD / CAM system and it allows the increased performance of a new PC generation to be used.

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.1. Method for computer-aided restoration of teeth, in which the geometry of the tooth to be restored is detected in a first step with the aid of a measuring device and the tooth image thus obtained is electronically stored, in which the tooth image is interpreted in a second step and in a third step the restoration is constructed using CAD, and in the fourth step the restoration is then milled out of a block of suitable tooth restoration material using a numerically controlled grinding device, characterized in that the image acquisition (step 1) with a 3D measuring device takes place at the treatment station, on the other hand, the CAD / CAM tasks (steps 2 and 3) are outsourced to a central computer ( 13 ) not located at the dental treatment station, the central computer accordingly at least partially having programs and tools for pattern recognition and image processing , the CAD-K on structure and the generation of control programs for NC-controlled machines ( 17 ) are suitable and that these steps are at least partially automatically followed by the central computer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CAD- Arbeiten am Zentralrechner (13) durch einen in der Methode erfahrenen Operator erfolgen.2. The method according to claim 1, characterized in that the CAD work on the central computer ( 13 ) is carried out by an operator experienced in the method. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte eins und vier in einem Kompakt-Gerät (1) gemeinsam durchgeführt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that steps one and four are carried out together in a compact device ( 1 ). 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.4. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the 3D measuring device and the grinding machine via data lines, for. B. are connected via modem and telephone line to the central computer ( 13 ). 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.5. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that the 3D measuring device consisting of a 3D camera, a PC and one or more rer PC plug-in cards with the hardware and software for the operation ben the 3D camera and that the grinding machine of it is set up separately. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät als tragbares Gerät ausgebildet ist.6. Device for performing the method according to claim 1 or 5, characterized in that the 3D measuring device is designed as a portable device. 7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das 3D-Meßgerät zusätzlich noch wenigstens eine Videokamera, eine Röntgenkamera oder Programme der Praxisverwaltung enthält.7. Device according to claim 5, characterized characterized that the 3D measuring device in addition at least one video camera, one x-ray camera or Programs of practice management contains.
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