DE19619951C2 - Optisches Vermessungssystem des Zahnapparates mit einer miniaturisierten Spezialendoskopkamera, einer Mikrolasersonde und einer mechanischen Messtasternadel zur Darstellung und Korrektur der Zahntopographie, insbesondere der Okklusalflächen, im Hinblick auf die Optimierung der Bissgestaltung, sowie einer Digitalisierung der Messwerte und Übertragung auf CNC zur Herstellung von Füllungen und Zahnersatz - Google Patents

Optisches Vermessungssystem des Zahnapparates mit einer miniaturisierten Spezialendoskopkamera, einer Mikrolasersonde und einer mechanischen Messtasternadel zur Darstellung und Korrektur der Zahntopographie, insbesondere der Okklusalflächen, im Hinblick auf die Optimierung der Bissgestaltung, sowie einer Digitalisierung der Messwerte und Übertragung auf CNC zur Herstellung von Füllungen und Zahnersatz

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur exakten Vermessung der oberen und unteren Zahnreihe zur Darstellung und Korrektur der Bissstellung des Kauapparates und zur Herstellung von Füllungen und Zahnersatz.
In der Zahnmedizin ist bekannt, daß eine Vielzahl von Symptomen von der Fehlstellung der Zähne herrühren können: Zahnschmerzen durch Fehlstellung der Zähne und einseitiger Kaubelastung, Entzündungen des Zahnhalteapparates mit Kieferknochenschwund und Zahnfleischrückgang, Entzündungen der Zahnwurzel und des Zahnnervs, Zahnsubstanzverlust an den einseitig falsch belasteten Zähnen und tiefe Einkerbungen im Zahnschmelz des Zahnhalses mit Kariesgefahr und eventuellem Verlust der falsch belasteten Zähne. Ferner können Schmerzen der Muskeln und des Bänderapparates von Mund und Kiefer durch Bissfehlstellung resultieren, bis hin zu Kopf- und Nackenschmerzen.
In den Zahnarztpraxen gibt es bislang kein Video unterstütztes optisches Verfahren zur Korrektur der Bissstellung, insbesondere der Okklusalflächen. Bislang wird die Bissstellung der Zähne mit Hilfe von Okklusionspapier ermittelt. Der Patient beisst auf einen Streifen Papier, der mit Farbpigment beschichtet ist, schiebt seinen Kiefer hin und her, wobei Farbe an Zahnvorsprüngen haften bleibt, so daß der Zahnarzt die Zähne beschleifen kann, um den Biss zu regulieren. Dieses Verfahren ist äusserst ungenau, besonders wenn beide Zahnreihen betroffen sind und Zähne fehlen. Zudem kann dieses Verfahren nur ausgeführt werden, wenn der Patient in der Lage ist, den Anweisungen des Arztes zu folgen.
Gipsabdrücke der oberen und unteren Zahnreihe sind ebenso ungenau, da man zwei getrennte Teile nicht passgenau aufeinander setzen kann, um die Unregelmäßigkeiten der Zahntopographie in Bruchteilen von Millimetern zu erkennen. Geräte wie Registrate, Artikulatoren, Axiographe und gnathologischer Positioner können das Problem ebenfalls nicht lösen, zumal sie hauptsächlich auf die Laborarbeit abzielen.
Aus der DE 41 30 238 A1 ist eine Vorrichtung zur Vermessung der oberen und unteren Zahnreihe zur Darstellung des Kauapparates bekannt.
Die DE 40 10 661 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Kontrolle des Abtrags von Zahnsubstanz vor und während der Präparation eines Zahnes.
In der DE 40 07 957 A1 wird eine Vorrichtung zur Ausmessung des Mundinnenraumes beschrieben und in der DE 38 29 925 A1 eine optische Sonde zur 3-D Vermessung von Zähnen in der Mundhöhle.
Der, im Schutzanspruch angegebenen, Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine exakte Zahn-Bissstellungs-Dokumentation vornehmen zu können zur Zahn-Fehl-Bissstellungs- Korrektur der oberen und unteren Zahnreihe und eine exakte Berechnung und Herstellung von Füllungen und Zahnersatz (Inlays, Kronen, Brücken, Implantate), insbesondere im Hinblick auf exakt angepasste Kauflächen.
Die Lösung der Aufgabe wird durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale erreicht.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass die Zahnkonturen und das Kauprofil in Bruchteilen von Millimetern gleichzeitig für die obere und untere Zahnreihe dokumentiert werden, etwaige Abweichungen genau sichtbar und korrigierbar werden, ohne die Ungenauigkeit der Okklusionsfolie. Ferner zeigt das PC Programm an, wo die Zahnsubstanz aufgebaut, bzw. abgebaut werden muss, um nicht nur lokal begrenzt an gegenüberliegenden Zähnen zu korrigieren, sondern den gesamten Kauapparat zu sanieren, der oftmals viele gegensätzliche Unebenheiten aufweist. Zudem kann Zahnersatz perfekt eingegliedert werden, eventuell sogar fehlende Knochensubstanz im Kieferknochen (mittels Einarbeitung von Röntgenbefunden), um Implantate einzusetzen.
Zur optischen Vermessung des Zahnapparates, insbesondere der Okklusalflächen, mit Zielsetzung der optimalen Bissanpassung, bedarf es eines Gerätes der Mikrooptik mit miniaturisierter Spezialendoskopkamera deren starke Lichtquelle mit Mikrolinse eine 100stel Millimeterauflösung ermöglicht.
Die Spitze der Spezialendoskopkamera erlaubt einen Rundumblick, um auch in tiefe Kavitäten Einblick zu erhalten und die bildverdeckende Schattenbildung zu umgehen. Die gebräuchlichen Video-Kameras, z. B. bei dem CEREC-Verfahren, sind ungeeignet, da sie zu gross sind, der Patient den Mund dabei zu weit öffnen muss und die gegenüberliegende, aufeinander abgestimmte, Zahntopographie nicht erfaßt werden kann. Zudem ist die Bildauflösung zu ungenau, da es bei der Bissanpassung um eine Genauigkeit von 100stel Millimeter geht. Bei konventionellen endoskopischen Sonden zeigt die Lichtquelle samt Linse nur geradeaus, so dass das seitliche Blickfeld eingeschränkt ist, Schattenbildung in der Kavität entsteht, so dass die tieferen Strukturen nicht bildlich erfasst werden können.
Um Verschiebungen bei einer gewünschten Genauigkeit von 100stel Millimeter auszuschliessen, sollte der Kopf des Patienten, ähnlich wie bei der Untersuchung der Augen beim Ophthalmologen, auf einem Gestell fixiert werden mit Kinn und Stirn. Ferner muß wegen Messgenauigkeit der 0-Punkt zu Messbeginn definiert werden durch Koordinaten wie Nase, Ohren, Kiefergelenk. Die obere und untere Zahnreihe werden durch ein kleines Kunststoffteil zwischen den zusammengebissenen Frontzähnen stabilisiert, so dass die Zähne in einem Abstand von 0,5 cm fixiert sind.
Die Spezialendoskopkamera muß ebenfalls fixiert werden, um optimale Messgenauigkeit zu erreichen. Die Befestigungsvorrichtung der Spezialendoskopkamera muss die gewünschte Beweglichkeit und Steuerbarkeit gewährleisten, um zwischen der rechten und linken Zahnreihe entlangzufahren und die Beschaffenheit der oberen und unteren Zahnreihe mit Kauflächen und Zahnschiefstand optisch aufnehmen und dokumentieren zu können.
Der gleiche Messvorgang der Zahnreihen und Okklusalflächen kann mit einer Mikrolasersonde und einer mechanischen 3-D Meßtasternadel wiederholt werden, entsprechend der gewünschten Messart und Resultate.
Die Mikrolasersonde misst im Mikrometerbereich, was eine hohe Genauigkeit garantiert, die für die Anfertigung von Zahnersatz unerlässlich ist. Notwendig ist eine mikroskopisch bildauflösende dreidimensional erfassende Mikrolasersonde, die die Kauflächenstruktur mit etwaigen Rissen und Spalten zwischen Zahn und Füllungen, bzw. Inlays, aufnimmt. Die Problematik der Aufnahme der Struktur des recessus cavus (Vertiefung) soll durch Umlenkoptik gelöst werden. Bei der Spezialoptik der Mikrolasersonde entsteht das Bild durch eine Modifizierung an der Spitze der Faser, so dass alle Erhöhungen und Vertiefungen der Okklusalflächen aufgezeichnet werden können. Der Lichtstrahl der Mikrolasersonde wird im LSV Messkopf durch einen fasergestützten Bildleiter in Auskoppeloptik mit Speziallinse zu einem Rundumblick ausgelegt. Ein Traversiersystem (Bewegungssystem) ist auf 100stel Millimeter Genauigkeit justiert. Der Messkopf muß miniaturisiert werden, um zwischen die engstehenden Zahnreihen zu passen.
Der Kiefer muß erschütterungsfrei fixiert werden, damit die Mikrolasersonde ohne Verschiebungen an der oberen und unteren Zahnreihe entlanggeführt werden kann, um absolute Messgenauigkeit und Schärfe der Abbildung zu garantieren, so dass die gewonnenen Informationen zur technischen Herstellung von Zahersatz verwendet werden können. Zur Darstellung auf einem Bildschirm und zur Verarbeitung wird der Messablauf in einem Rechner programmiert und mit den anderen Daten kombiniert.
Zur Kontrolle und Erweiterung der, mit Spezialendoskopkamera und Mikrolasersonde gewonnenen, Daten ist eine weitere Messung mit einer mechanischen Messtasternadel möglich, die wie ein mechanisches Rauhheitsmessgerät oder ein mechanischer Mikro- Oberflächenmesser die Stellen abtasten kann, die weder mit Spezialendoskopkamera noch mit Mikrolasersonde erreichbar sind, etwa unter dem Zahnfleischrand, und die mit gebogener Nadel in Zahnzwischenräumen und an der Innenseite der Mundhöhle Kavitäten vermessen kann.
Grund dieser Kombination verschiedener Messverfahren ist die gewünschte Genauigkeit im 100stel Millimeterbereich, da Zahnersatz mit höchster Präzision gearbeitet werden muß. Diese Präzision lassen derzeitige Verfahren (CEREC) vermissen, so dass Spalten zwischen Zahn und Zahnfüllung entstehen, die Eintrittsorte von Bakterien bzw. Karies sind, was zum Zahnverlust führt.
Ein computergesteuertes Messwerterfassungssystem soll die gewonnenen Daten kombinieren und zu digitalen Messdaten zusammenfassen. Ein Rechner-Spezialprogramm, das an einen CD-Rom-Informationsspeicher angeschlossen ist, bildet die Zähne dreidimensional auf einem Hochleistungs-Graphik-Workstations-Bildschirm ab. Auf der Bedienoberfläche sind Zahnunebenheiten im 100stel Millimeterbereich erkennbar und durch Graphik-Software ausgleichbar, so dass der Zahnarzt erkennt, wo Zähne angepasst werden müssen und wie Zahnersatz zu formen ist. Durch die 3D Vergrösserung sind selbst geringste Abweichungen in der Graphik-Darstellung erkennbar.
Die hochauflösende 3-D Mikrooptik erlaubt über die Modell-Datenbasis eine Weiterverarbeitung über CAD/CAM mit entsprechender Zeichnung auf dem Monitor. Die massstabgetreue Verarbeitung wird im Rechner digitalisiert, die Koordinaten für die Struktur der Welligkeit errechnet und für das Post-Processing aufbereitet.
Die mittels der beschriebenen optischen 3-D-Messtechnik gewonnenen Daten beschreiben die Oberfläche des zu bearbeitenden Teils aus mehreren Ansichten in Form einer Vielzahl von Punkten. Diese "Punktewolken" beschreiben die Struktur der Oberfläche und die Gesamtheit der Form, so dass jedem Punkt -x,y,z,-Koordinaten absolut zugeordnet werden zur Digitalisierung, wobei sogar eine Genauigkeit von 1 : 4000 bei 70 Millimetre Gebissradius erreicht werden kann, vorausgesetzt, der Kiefer wird beim Messvorgang justiert, um die optimale Messgenauigkeit zu erreichen.
Nach dem Programm zur Digitalisierung erfolgt das Programm zur Flächenrückführung, um die Fräsdaten zu erstellen, d. h., die errechneten Koordinaten werden nach dem Post-Processing in ein CNC Programm umgesetzt. Die Umsetzung der digitalisierten Messdaten auf das Steuerungssystem der CNC Maschine wird durch ein Rechner-basiertes Fuzzy-Logic- Programm realisiert.
Der Rechner überträgt die Daten mittels auf einem Chip gespeicherter Softwäre vom Monitor der Sensormessdaten-Aufnahmeeinheit auf ein 19 Zoll Steuergerät zur CAD Modellierung im Fräser mittels Feinstkorndiamantschleifern.
Das graphische Softwaresystem unterstützt den Entwurf von Zahnersatz mittels computergesteuerter Modellierung auf einem Bildschirm im 3-D Modell mit 100stel Millimeter Genauigkeit.
Die Daten zur Flächenrückführung von den "Punktewolken" zu CAD Daten für die Steuerung der Fräse können mittels Fuzzy Logic den 3-D Anforderungen angepasst werden.
Zur Produktion des gewünschten Teils können sowohl Laser als auch Feinstkorn- Diamantschleifer eingesetzt werden.
Eine 3-D Form bedingt eine 5 (6) Achsen-Fräsmaschine. Als Syntax des NC-Programms käme die DIN Norm 66025 für das NC Programm infrage. Ein programmierter Messtaster tastet mittels Laser das zu fräsende Teil ab während des Fräsvorganges.
Zur Nachbearbeitung, bzw. zum Polieren des gefrästen Teils kann eine Feinpoliermaschine eingesetzt werden.
Da zur mechanischen Anfertigung eines kleinen Teils eine Hochfrequenzspindel mit hoher Drehzahl nötig ist, benötigt man einen Temperaturregler, bzw. einen Temperaturkühler. Ein Spezialantrieb stellt sich auf eine 100stel Millimeter Genauigkeit ein, damit der Randschluß zwischen Zahn und Füllung optimal garantiert werden kann. Zwei verschiedene CNC Maschinen sind notwendig, um Keramik und Metall gesondert verarbeiten zu können.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur exakten Vermessung der oberen und unteren Zahnreihe zur Darstellung und Korrektur der Bissstellung des Kauapparates und zur Herstellung von Füllungen und Zahnersatz, wobei diese besteht aus
    einer miniaturisierten Spezialendoskopkamera, deren starke Lichtquelle mit Mikrolinse einen Rundumblick an der Spitze des Lichtleiters ermöglicht, um auch in tiefe Kavitäten Einblick zu erhalten und die bildverdeckende Schattenbildung zu umgehen und/oder
    eine Mikrolasersonde, deren fasergestützter Bildleiter mit Auskoppeloptik bzw. Umlenkoptik einen Rundumblick erlaubt, um die obere und untere Kauflächenstruktur abbilden zu können und/oder
    einer mechanischen Messtasternadel, die mit feiner Millimeternadel die Oberflächenstruktur der Zahnreihen abtastet,
    einer Spezialapparatur zur Fixierung des Kopfes des Patienten zur Vermeidung von Ungenauigkeiten,
    einer justierten, dennoch beweglichen, steuerbaren Halterung auf einer Konsole, auf der die Mikrolasersonde und/oder die Spezialendoskopkamera und/oder die Messtasternadel befestigt sind, so dass Ungenauigkeiten vermieden werden bei der Messwertaufnahme und Videodokumentation, wobei von der Halterung zur Sondenfixierung eine Verbindung zu Rechner, Bildschirm und Programmbearbeitung führt,
    einem Rechner,
    einer computergesteuerten Fräsmaschine mit konventioneller oder Fuzzy-Logic- Programmierung, die Füllungen und/oder Zahnersatz in 100stel Millimeter Genauigkeit produziert oder
    einem computergesteuerten Laser, der mit konventioneller oder Fuzzy-Logic-Programmierung Füllungen und/oder Zahnersatz in höchster Genauigkeit produziert oder
    einem computergesteuerten Diamantfräser, der mit konventioneller oder Fuzzy-Logic- Programmierung Füllungen und/oder Zahnersatz in höchster Millimetergenauigkeit produziert.
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