DE4141311C1 - Tooth spacing and spatial structure evaluation system - uses sectional slices obtained from mould block scanned to provide digital data which is processed to reconstruct three-dimensional surface - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfah­ ren zur datenmäßigen Erfassung der räumlichen Struktur und der räumlichen Relation von Zäh­ nen. Sie umfaßt auch eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie einen Abdrucklöffel zur Verwendung bei der Durchführung der Verfahren.

Es gibt bereits zur Praxisreife entwickelte enorale Videokamera- und Bildverarbeitungs­ systeme mit deren Hilfe der Zahnarzt zumindest relevante Teilbereiche des bezahnten Kiefers direkt im Mund des Patienten dreidimensional erfassen, computergraphisch darstellen und vermessen kann. Einen Überblick über derartige Verfahren mit weiteren Fundstellennachweisen geben R. Stoll und V. Stachniss in ihrem Auf­ satz "Computerunterstützte Technologien in der Zahnheilkunde" (Deutsche Zahnärztliche Zeit­ schrift 45 (1990), S. 314 ff.).

Üblicherweise wird bei der Datenerfassung auf den zu vermessenden Zahn - im Mund oder an ei­ nem mit Hilfe einer Abformung hergestellten Modell - ein Linienmuster projiziert, aus des­ sen Verzerrung sich die dritte Raumdimension errechnen läßt. Das entsprechende, in der CH 6 72 722 A5 beschriebene System von Mörmann und Brandestini (Cerec®) wird als bislang einziges serien­ mäßig hergestellt und für bestimmte Teilindi­ kationen eingesetzt. Die hierzu verwendete Vorrichtung umfaßt eine in die Mundhöhle ein­ bringbare Kamera mit einer Lichtquelle, einer das Referenzmuster erzeugenden Maske und einer das Referenzmuster auf den Zahn projizierenden Optik sowie einen Bildsensor für das von dem Zahn reflektierte Licht. Die vom Bildsensor aufgenommenen Signale werden in ein zeilenge­ rastertes Videosignal umgewandelt, aus welchem auf einem Monitor ein pseudoplastisches Kon­ trastbild erstellt wird. Zugleich wird ein dreidimensionales Relief des Zahns ermittelt. Dieses System soll dem Zahnarzt selbst ermög­ lichen, gleich nach dem Beschleifen erkrankter Zähne zur Aufnahme von Füllungen und Teilkro­ nen den erforderlichen Zahnersatz computerun­ terstützt am Bildschirm zu konstruieren, mit­ tels einer computergesteuerten Fräsmaschine aus einem zahnfarbenen Keramikblock heraus zu­ fräsen und dem Patienten in derselben Sitzung einzugliedern. Somit entfällt die bislang üb­ liche Abformung der beschliffenen und benach­ barten Zähne, die Herstellung eines mit der Patientensituation möglichst identischen Mo­ dells aus Gips oder Kunststoff und die sich über Tage hinziehende Delegierung der Zahner­ satzfertigung an einen Zahntechniker. Die Me­ thode der computergesteuerten Fräsung von Ein­ lagefüllungen und Kronen bietet neben der Zei­ tersparnis den Vorteil, daß hinsichtlich ihrer biophysikalischen und ästhetischen Eigenschaf­ ten optimierte Werkstoffe verwendet werden können, die sich mittels konventioneller zahn­ technischer Guß oder Sinterverfahren nicht verarbeiten ließen.

In der EP 02 99 490 A2 wird ebenfalls ein Verfahren beschrieben, bei welchem ein von einer Lichtquelle und einem Gitter erzeugtes Streifenmuster auf einen be­ schliffenen Zahn projiziert wird. Die so ent­ stehenden Höhenschichtlinien werden von einer oberhalb des Zahnstumpfs postierten Fernsehka­ mera aufgenommen, und die Daten werden zu ei­ nem auf einem Monitor angezeigten Bild und ei­ nem die räumliche Struktur des Zahnstumpfes wiedergebenden Datensatz verarbeitet.

Die biologische Verträglichkeit und Langlebig­ keit eines Zahnersatzes hängt jedoch ganz ent­ scheidend von der Präzision ab, mit der die Kaufläche und die Ränder des Ersatzstückes an die verbliebene natürliche Zahnsubstanz ange­ paßt sind. Eine Zahnkrone kann aber besten­ falls nur die Paßgenauigkeit erreichen, mit der die Arbeitsgrundlage (dreidimensionales Computermodell bzw. konventionelles Gips­ modell) von der Ausgangssituation (Zahn im Patientenmund) abweicht. Aus diesem Grunde ist eine möglichst genaue Erfassung der dreidimen­ sionalen Form einzelner Zähne sowie ihrer Stellung zueinander besonders wichtig.

Während sich mit modernen Abform- und Modell­ materialien kaum meßbare Abweichungen erzielen lassen und neuere zahntechnische Verfahren re­ produzierbare Randgenauigkeiten von 5 µm errei­ chen, weisen mit Cerec® angefertigte Einlagefüllungen variable Diskrepanzen von 50-400 µm auf. Letztere sind vor allem auf ver­ schiedene Probleme bei der dreidimensionalen Erfassung des beschliffenen Zahnstumpfes zurückzuführen: schwierige Zugänglichkeit in­ nerhalb der Mundhöhle des Patienten, durch Speichel bedingte Lichtreflexionen, limitierte Kameraauflösung (50 µm), Versuch der Erfassung des gesamten Zahnes mittels einer einzigen Aufnahme etc. Selbst eine Verbesserung der enoralen Kameratechnologie kann prinzipielle Einschränkungen dieser Verfahrensweise nicht aus dem Weg räumen, die jedem Zahnarzt aus der täglichen Praxis bekannt sind.

Des weiteren ist zur Erfassung der Struktur von Zähnen die Arbeit mit enoral stereoskopisch aufgenommenen Diapositiven, die außerhalb des Mundes gescannt und ausgewertet werden, be­ kannt.

Will man sich bei der herzustellenden Restau­ ration nicht auf die Teilindikation einer Ein­ lagefüllung wie beim Cerec-System beschränken, so sind zur vollständigen Zahnerfassung zu­ sätzliche Informationen über die räumliche Re­ lation beider Kiefer(modelle) zu gewinnen. Es gelingt jedoch mit keinem der zahlreichen in der Literatur untersuchten Re­ gistriermaterialien bzw. -verfahren aufgrund werkstoffkundlich bedingter Dimensionsverände­ rungen eine absolut originalgetreue und treff­ sichere Modellzuordnung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur datenmäßigen Er­ fassung der räumlichen Struktur und der räum­ lichen Relation von Zähnen zu schaffen, bei welchen die ermittelten Daten möglichst genau mit der tatsächlichen Situation überein­ stimmen. Das Verfahren soll mit anderen Worten somit möglichst präzise arbeiten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 9 ge­ löst. Beide Verfahren besitzen dabei bevor­ zugte unterschiedliche Anwendungsschwerpunkte: Während beim Verfahren gemäß Anspruch 1 re­ staurative Verfahren im Vordergrund stehen, insbesondere die hochpräzise Anfertigung von an den beschliffenen Zahn und den Antagonisten angepaßten Zahnersatzstücken, kommt das Ver­ fahren gemäß Anspruch 9 bevorzugt zur Vorbe­ reitung von kieferorthopädischen, chirurgi­ schen oder prothetischen Maßnahmen zum Ein­ satz. Denn beim Verfahren gemäß Anspruch 1 läßt sich zugleich die Struktur von natürli­ chen und beschliffenen Zähnen sowie die räum­ liche Relation von Antagonisten in der habitu­ ellen Interkuspidationsstellung bei hoher Prä­ zision ermitteln, wohingegen das Verfahren ge­ mäß Anspruchs 9 insbesondere zur Vermessung von Zahnbreiten, Zahnhöhen, Zahndistanzen, Kie­ fernkammdimensionen und Kieferbasen geeignet ist. Die Wahl des im Einzelfall anzuwendenden Verfahrens richtet sich somit u. a. nach dem gewünschten Bildausschnitt, der gewünschten Auflösung und der angestrebten Präzision.

Grundprinzip der erfindungsgemäßen Verfahren ist die schrittweise Erfassung zwei­ dimensionaler Querschnittsbilder der betref­ fenden zu vermessenden räumlichen Strukturen in zueinander parallelen Ebenen sowie die räumliche Zusammensetzung der zweidimensiona­ len Querschnittsdaten zu dreidimensionalen Raumdaten mit Hilfe einer Rechnereinheit. Da­ bei werden die zweidimensionalen Quer­ schnittsbilder außerhalb des Mundes durch die mechanische Abtragung ultradünner Schichten von einer patientenidentischen Abformung (Anspruch 1) oder einem Gipsmodell (Anspruch 9) gewonnen, wobei die patientenidentische Ab­ formung bzw. das Gipsmodell zuvor mit einem bevorzugt artgleichen, optisch kontrastieren­ den Werkstoff ausgespritzt bzw. umgossen wurde. Die Umgießung der Abformung bzw. des Gipsmodells dient dabei insbesondere dazu, die zu vermessende Fläche (Innenfläche der Abfor­ mung bzw. Außenfläche des Gipsmodells) beim Herstellen der Schnitte zu stützen, so daß Verformungen beim Schneiden sowie Abplatzen von kleinen Stücken im Falle von harten Mate­ rialien (Gips) oder Ausfransungen im Falle von weichen Materialien (Polyetherabformmasse) vermieden werden. Infolge der Umgießung der Abformung bzw. des Gipsmodells ergeben sich somit scharfe, unverformte, von ihrem Kon­ trastverhalten standardisierbare Grenzlinien­ verläufe, welche zur optischen Erfassung ge­ eignet sind.

Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren voll­ ziehen sich im einzelnen zweckmäßigerweise in den folgenden Schritten: Beim Verfahren gemäß Anspruch 9 wird zunächst eine konventionelle Alginatabformung des zu vermessenden Kiefers genommen. Durch Ausgießen der Abformung mit weißem, hochpräzisem Abdruckgips wird dann ein konventionelles Gipsmodell hergestellt. Das Modell wird anschließend in eine rechteckige Gummihohlform auf eine Kunststoffbasisplatte mit einer retentiven dreidimensionalen Ober­ flächenstruktur geklebt. Daraufhin wird die Modelloberfläche mit dünnfließendem, dunkel pigmentiertem Gips benetzt und die Hohlform bis zur vollständigen Einbettung aller Zähne blasenfrei mit Gips ausgefüllt. Nach der Ent­ nahme aus der Gummiform liegt ein aus Gipsmo­ dell und Gipsumgießung zusammengesetzter Gips­ quader (Block) vor, der mechanisch fest mit der Kunstoffbasisplatte verbunden ist. Die Ba­ sisplatte wird anschließend unverrückbar auf dem Objektträgertisch eines Hart­ schnittmikrotoms fixiert. Die Schnittebene des Mikrotoms liegt dabei parallel zur horizonta­ len Transversalebene des Modells. Der Bildaus­ schnitt einer auf die Schnittebene des Mikro­ toms fokusierten Videokamera erfaßt das ge­ samte Kiefermodell in der Übersicht. Ein Schlitten mit dem Schneidwerkzeug (einem spe­ ziell geschliffenen Messer) wird über den Gipsquader hinweggefahren, wobei eine Materialschicht vorbestimmter Stärke abgetra­ gen wird. Nach Rücklauf des Schlittens in seine Startposition wird der Gipsblock automa­ tisch um den Betrag der Schnittdicke angeho­ ben, so daß die neu hergestellte Schnittfläche genau in der Bildebene der Videokamera liegt. Nun erfolgt die Schnittbilderfassung mit Hilfe einer hochauflösenden Videokamera, die unver­ rückbar über dem Objektträgertisch des Mikro­ toms montiert ist. Das Videosignal der Schnittfläche wird unter der Regie einer han­ delsüblichen Bildverarbeitungssoftware in eine Videokarte eingelesen. Ein geeignetes Programm stellt beispielsweise die interaktive Bildver­ arbeitungssoftware "VIDS" der Al Tectron, 4005 Meerbusch 1 dar. Sofern gewährleistet ist, daß sich das zu erkennende und zu vermessende Ob­ jekt kontrastreich und in sich homogen von seinem Umfeld abhebt, kann mit Hilfe der Vi­ deosoftware die Schnittfläche automatisiert in Form zweidimensionaler kartesischer Koordina­ tenpaare beschrieben werden, wobei die Anzahl der erhobenen Meßpunkte softwaremäßig vorein­ gestellt werden kann und lediglich durch die Auflösung bzw. Kapazität von Videokamera und Videokarte limitiert werden.

Die Koordinaten jedes Querschnitts durch das zu erfassende Objekt werden zusammen mit der jeweils abgetragenen Schnittdicke abgespei­ chert. Nach der vollständigen Zerspanung des relevanten Modellbereiches können diese Daten nach entsprechender Formatierung in ein CAD-Programm importiert werden, wo sich die dritte Raumdimension durch einfache Aneinanderreihung zueinander paralleler, zweidimensionaler Poly­ gone in bekannten Abständen regenerieren läßt. Das Computermodell der darzustellenden Strukturen entsteht quasi durch die einfache Umkehr des Schneidevorgangs. Da die Video­ kamera starr gegenüber dem Objektträgertisch montiert ist, werden alle Schnittbilder re­ lativ zu einem identischen X-Y-Koordinatenur­ sprung berechnet. Sie können daher im 3D-Computermodell einfach um den Betrag des zur X-Y-Ebene rechtwinkligen Vorschubvektors translatiert werden.

Bei dem schichtweisen Vermessungsverfahren ge­ mäß Anspruch 1 wird kein Gipsmodell für die Auswertung herangezogen, sondern bereits die dem Patientenmund entnommene Abformung. Dies steigert einerseits die Präzision der Erfas­ sung, da zusätzliche, durch den Modellwerk­ stoff (z. B. Gips) bedingte Dimensionsverände­ rungen vermieden werden und erspart zudem den Zeitaufwand für die Modellherstellung. Des wei­ teren wird beim Verfahren nach Anspruch 1 kein separater Gipsabdruck eines Kiefers vermessen, sondern es wird ein sogenannter interokklu­ saler Abdruck erfaßt, der die räumliche Infor­ mation zweier gegenüberliegender Gebißqua­ dranten enthält. Der interokklusale Abdruck wird in einem speziell an das erfindungsgemäße Verfahren angepaßten, weiter unten beschriebe­ nen Abdrucklöffel genommen, wobei bevorzugt eine übliche Polyetherabdruckmasse zur Anwen­ dung kommt. Nach dem Abbinden der Abdruckmasse wird die Abformung mit einer, bevorzugt der Abdruckmasse chemisch verwandten Substanz aus­ gespritzt, wobei die chemische Verwandtschaft beider Massen dazu dient, daß Abdruckmasse und Umgießungsmasse sich an ihrer Grenzfläche mit­ einander verbinden, so daß sie einander un­ trennbar stabilisieren. Der Block aus Abfor­ mung und Umgießung wird anschließend auf dem Mikrotom Schicht für Schicht abgetragen, und die jeweils freigelegten Schichten werden op­ tisch vermessen, wie es im Zusammenhang mit Anspruch 9 vorstehend bereits beschrieben wurde. Der Block aus Abformung und Umgießung wird so in das Mikrotom eingespannt, daß des­ sen Schnittebenen in vertikalen Transversal­ ebenen des abgeformten Gebisses liegen.

Die erfindungsgemäße schichtweise Konturver­ messung gemäß Anspruch 1, welche die Erfassung einer sog. interokklusalen Abformung, d. h. antagonistischer Zähne in ihrer natürlichen räumlichen Relation ermöglicht, wobei der Pa­ tient in der Abbindephase des Abformmaterials seine gewohnte (z. B. auch während des Schluckakts eingenommene) Kieferschlußposition einnimmt, läßt - eine dimensionsgetreue Ferti­ gung des Ersatzstückes gemäß den gewonnenen Daten vorausgesetzt - Nachkorrekturen der Kau­ flächen des Ersatzstückes zur Anpassung an den Antagonisten überflüssig werden.

Für eine optimale Präzision des Schnittbildes wird zweckmäßigerweise sowohl der Abdruck als auch die Umgießung mit einer Abdruckmasse auf Polyetherbasis hergestellt, wobei zweckmäßi­ gerweise die Umgießungsmasse bei ihrer Verar­ beitung dünnflüssiger konfektioniert ist als die Abformungsmasse. Die Umgießungsmasse könnte dahingehend modifiziert werden, daß ihr ein fluoreszierender Farbstoff beigemengt wird, der bei geeigneter Beleuchtung der Schnittfläche das Kontrastverhalten der Grenz­ fläche zusätzlich steigert.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der erfin­ dungsgemäßen Verfahren ist in Anspruch 12 ange­ geben. Bei dem im Rahmen der Erfindung verwen­ deten Mikrotom handelt es sich um ein hochprä­ zises Schneidegerät, mit dem von einem groben Körper ultradünne Schnitte einer minimalen einstellbaren Schichtdicke von 1 µm abgetragen werden können. Bei den im Handel befindlichen Mikrotomen sind sämtliche Parameter wie Schnittdicke, Vor- und Rücklaufgeschwindigkeit des Schlittens mit dem Schneidwerkzeug sowie Start- und Umkehrpunkt des Schlittens program­ mierbar. In Anpassung an das erfindungsgemäße Verfahren wird auf dem Objektträgertisch eines derartigen bekannten Mikrotoms ein Träger auf­ gebaut, an welchem eine Videokamera fest mon­ tiert ist. Die Videokamera befindet sich dabei exakt über der mit dem Mikrotom zu bearbeiten­ den Probe und ihre optische Achse steht auf der Schneidebene des Mikrotoms senkrecht, so daß die jeweils hergestellten Schnitte von der Videokamera verzerrungs- und parallaxefrei ab­ getastet werden können. Am Mikrotom angeordnet ist eine Recheneinheit, in welcher die Verar­ beitung der optisch erfaßten Daten nach han­ delsüblichen Bildverarbeitungsprogrammen er­ folgt. Hierzu ist die Recheneinheit mit der Videokamera und der Hubeinrichtung des Mikro­ toms leitungsmäßig verbunden, wobei die Daten von zwei Dimensionen von der Videokamera und die Daten der dritten Dimension von der Hub­ einrichtung geliefert werden.

Der erfindungsgemäße Löffel, welcher die im Rahmen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 vorge­ sehene Abnahme einer interokklusalen Abformung ermöglicht, welche gemäß den folgenden Schrit­ ten des Anspruchs 1 weiterverarbeitet werden kann, umfaßt zwei ebene, parallel zueinander ausgerichtete Backen, vorzugsweise aus Metall, welche mittels eines schmalen Bügels miteinan­ der verbunden sind, und stellt eine Modifika­ tion des Abformlöffels nach Scheufele dar. An einer der Backen ist ein Griff b festigt. Der Löffel umfaßt ferner zwei Halteplatten, vorzugsweise aus Kunststoff, welcher auf die Metallbacken aufgeschoben und von diesen abgezogen werden können. Dieser mehrteilige Aufbau des Löffels dient dazu, daß, nachdem die Abformung genom­ men und mittels der Umgießungsmasse umgossen worden ist, der so entstehende Block zusammen mit den beiden Halteplatten von dem Rest des Löf­ fels getrennt werden kann. Die beiden Halteplatten dienen bei der weiteren Bearbeitung des Blockes auf dem Mikrotom dessen Befestigung und Stabilisierung. Zu diesem Zwecke weisen die Halteplatten an ihren Oberflächen, welche zur Abformung weisen, retentive Bohrungen auf. In diese Bohrungen tritt, wenn die Abformung ge­ nommen wird, Abdruckmasse ein und verbindet auf diese Weise die Abformung fest mit den Halteplatten. Des weiteren weisen die Halteplatten an ihrer nach mesial gerichteten Stirnseite Platten auf, mit welchen der Block aus Abformmasse, Umgießungsmasse und Halteplatten auf dem Mikrotom befestigt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines er­ findungsgemäßen Abdrucklöffels,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Abdrucklöf­ fel gemäß Fig. 1 mit einer interokklusalen Ab­ formung eines oberen sowie eines beschliffenen unteren Molaren,

Fig. 3 den Abdrucklöffel mit der Abformung ge­ mäß Fig. 2 während der Ausspritzung der Abfor­ mung mit einer Umgießungsmasse,

Fig. 4 die perspektivische Ansicht einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zur datenmäßigen Erfassung der Zahnstruktur/-anordnung,

Fig. 5 den Querschnitt durch ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßigerweise eingesetztes Sägeblatt und

Fig. 6 einen Plotter-Ausdruck der nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren erfaßten Daten eines Zahnes als dessen perspektivische Ansicht.

Der in Fig. 1 dargestellte Abdrucklöffel be­ steht aus einem Halter 1 und zwei Halteplatten 2. Der Halter 1 umfaßt dabei zwei Backen 3, wel­ che durch rechteckige Metallplatten gebildet sind. Die beiden Backen 3 sind durch einen schmalen Metallbügel 4 verbunden, welcher an jeder der Backen 3 im Bereich einer der beiden kurzen Kanten angelötet ist. Der Bügel 4 ist dabei so gestaltet, daß die Backen 3 in zuein­ ander parallelen Ebenen liegen und daß die einander entsprechenden Längs- und Querkanten der Backen zueinander parallel sind. An einer der Backen 3 ist ein Griff 5 angelötet, wel­ cher ebenso wie der Bügel 4 aus einem Vier­ kantstab gebildet ist; das freie Ende des Griffes 5 ist zur Vermeidung von Verletzungen schlaufenförmig geschlossen ausgebildet.

Die beiden Halteplatten 2, welche darauf angepaßt sind, auf die Backen 3 des Halters 1 aufgeschoben zu werden, sind bezüglich einander identisch aufgebaut. Sie weisen jeweils eine rechteckige Grundfläche 6 auf, welche an beiden Längskanten Befestigungsschienen 7 besitzen. Die Halteplatten 2 besitzen somit einen C-förmigen Querschnitt, wobei die im Bereich der Befestigungsschienen 7 vorhandenen Nuten 8 zur Aufnahme der Backen 3 des Halters 1 zwischen sich vorgesehen sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Halteplatten so auf die Backen des Halters aufgeschoben, daß ihre Grundflächen 6 einander zugekehrt sind.

Die Grundflächen 6 der Halteplatten 2 sind mit Löchern 9 versehen, in welche bei der Herstellung der interokklusalen Abformung die Abdruckmasse eindringt zur Herstellung einer formschlüssigen retentiven Verbindung zwischen der Abformmasse und den beiden Halteplatten. Stirnseitig weisen beide Halteplatten 2 je eine Stirnplatte 10 auf, mittels welcher, wie weiter unten beschrieben werden wird, der Block aus den beiden Halteplatten 2, der interokklusalen Abformung und der Umgießung auf dem Mikrotom befestigt wird. Damit die Halteplatten 2 zusammen mit der Abformung und der Umgießung auf dem Mikro­ tom schichtweise abgetragen werden können, bestehen sie aus einem Hartkunststoff.

Um die interokklusale Abformung gemäß Merkmal a des Anspruchs 1 zu nehmen, wird zunächst der Löffel gemäß Fig. 1 dadurch vorbereitet, daß die beiden Halteplatten 2 auf die Backen 3 des Hal­ ters 1 geschoben werden, woraufhin an­ schließend der Raum zwischen den Grundplatten 6 der Halteplatten mit einer Polyetherabformmasse aufgefüllt wird. Der so vorbereitete Löffel wird nun in der Weise in den Patientenmund eingeführt, daß die Zahnreihen der einander gegenüberliegenden Ober- und Unterkiefer zwi­ schen den beiden Halteplatten 2 liegen, wobei der die Backen 3 verbindende Bügel 4 hinter dem am weitesten distal gelegenen Backenzahn zu lie­ gen kommt, so daß er das Schließen des Gebis­ ses nicht behindert. Der Griff 5 befindet sich dabei auf der Außenseite, so daß auch er das Schließen des Gebisses, während die Abformung genommen wird, nicht behindert.

Fig. 2 zeigt den Abdrucklöffel gemäß Fig. 1 im Querschnitt, nachdem er nach Nehmen der inter­ okklusalen Abformung dem Patientenmund entnom­ men wurde. Der im Querschnitt gemäß Fig. 2 ge­ zeigte Zahn des Oberkiefers ist unbehandelt, während der gegenüberliegende Zahn des Unter­ kiefers zur Vorbereitung des Aufsetzens einer Krone beschliffen wurde. Die Zähne des Ober­ kiefers und des Unterkiefers haben beim Schließen des Gebisses in seine habituelle Interkuspidationsstellung die zwischen den Grundplatten der Halteplatten eingebrachte Abdruck­ masse 11 in der Weise verformt, daß sie eine interokklusale Abformung der jeweiligen Anta­ gonisten darstellt. Dementsprechend erkennt man in der Abdruckmasse Hohlräume, welche die Außenkontur der Zähne und des angrenzenden Zahnfleisches von Ober- und Unterkiefer wiedergeben. Fig. 2 zeigt des weiteren, daß beim Schließen des Gebisses zur Herstellung der Abformung die Abdruckmasse 11 auch in die Löcher 9 der Grundplatten 6 der Halteplatten ver­ drängt wurde, so daß die Abdruckmasse 11 mit den Grundplatten verzahnt ist.

Im nächstfolgenden Schritt werden gemäß Fig. 3 die durch die Zähne und das angrenzende Zahn­ fleisch in der Abdruckmasse 11 gebildeten Hohlräume durch eine - während der Verarbei­ tung - dünnflüssige Polyetherabdruckmasse blasenfrei aufgefüllt. An ihrer Grenzfläche gehen die Abformung 11 und die Umgießung 12 miteinander eine chemische Verbindung ein, so daß zwischen den Grundplatten 6 der Halteplatten eine im wesentlichen homogene Einheit aus Ab­ formung und Umgießung entsteht; infolge einer entsprechenden Einfärbung der Abdruckmasse für die Abformung 11 und der für die Umgießung 12 sind die beiden Bereiche allerdings optisch kontrastiert.

Wenn die Abformung 11 und die Umgießung 12 vollständig ausgehärtet sind, werden die Halteplatten 2 von den Backen 3 des Halters abgezo­ gen. Der Block aus den beiden Kunststoff- halteplatten und der zwischen ihnen liegenden Ab­ formung 11 und der Umgießung 12 kann dann auf der weiter unten beschriebenen Vorrichtung schichtenweise abgetragen und die jeweilige Grenzlinie 13 (Fig. 3) zwischen der interok­ klusalen Abformung 11 und der Umgießung 12 kann optisch erfaßt und digital abgespeichert werden.

Die Vorrichtung, mit welcher die Auswertung bzw. Zahndatenerfassung erfolgt, ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Sie umfaßt ein Mikro­ tom mit einem Objektträgertisch 14, einer un­ ter dem Objektträgertisch angeordneten Hub­ einrichtung 15 und einem auf dem Objektträger­ tisch verfahrbaren Schlitten 16. In dem Schlitten 16 ist eine Schneidvorrichtung untergebracht, welche einen Elektromotor 17 aufweist, auf dessen Welle 18 eine in einer horizontalen Ebene rotierende Scheibenfräse 19 bzw. ein an seiner Unterfläche hohlgeschliffe­ nes Kreissägeblatt befestigt ist. Eine in Höhe der Schnittebene angebrachte, nicht darge­ stellte Preßluftdüse und ein ihr gegenüberlie­ gender Absaugstutzen dienen der Entsorgung des bei der Zerspanung anfallenden Staubes.

Auf dem Objektträgertisch 14 ist ein U-förmi­ ger Träger 22 aufgebaut, dessen lichte Weite derart bemessen ist, daß der Schlitten 16 un­ gehindert durch ihn hindurch verfahren werden kann. Am Querholm 23 des Trägers 22 ist eine Videokamera 24 befestigt, deren optische Achse 25 mit der Vorschubrichtung 26 der Hubeinrich­ tung 15 zusammenfällt und normal steht auf dem Objektträgertisch 14.

Auf dem in Vorschubrichtung 26 verfahrbaren Hubteil 27 der Hubeinrichtung 15 ist der Block aus den beiden Backen 2 des Abdrucklöffels und der zwischen ihnen aufgenommenen Abformung 11 und Umgießung 12 befestigt, wobei die Stirn­ platten 10 mittels - nicht dargestellter - Be­ festigungselemente auf der Stirnfläche 28 des Hubteils 27 fixiert sind. Der Block aus Halteplatten 2, Abformung 11 und Umgießung 12 ragt da­ bei durch eine in dem Objektträgertisch 14 vorgesehene Bohrung 29 hindurch, so daß das Kreissägeblatt 19 der Schneideinrichtung parallel zum Objektträgertisch Schichten von ihm abtragen kann.

Die in dem Gehäuse 30 untergebrachte Steuerung steuert die Vorrichtung gemäß Fig. 4 in der Weise, daß folgende Schritte wiederholt nach­ einander ausgeführt werden: Anheben des Hub­ teils 27 um eine vorgegebene Zustellung, Ver­ fahren des Schlittens 16 mit der Schneidvor­ richtung nach links und wieder zurück, so daß durch das Kreissägeblatt 19 eine eine der Zustellung entsprechende Schicht von den Halteplatten 2, der Abformung 11 und der Umgießung 12 abgetra­ gen wird, Erfassung der Grenzlinie 13 zwischen der Abformung 11 und der Umgießung 12 in dem sich ergebenden Transversalschnitt mittels der Videokamera 24.

Datenleitungen verbinden die Videokamera und die Steuerung für die Hubeinrichtung mit einer Rechnereinheit (Computer bzw. Workstation). Die Rechnereinheit, welche mit einer herkömmlichen Auswerteelektronik arbeitet, ordnet die in X- und Y-Koordinaten definierte Grenzlinie 13 jeder Schnittebene der aktuellen Z-Koordi­ nate des Hubteiles 27 der Hubeinrichtung 15 zu, so daß die räumliche Grenzfläche zwischen der Abformung 11 und der Umgießung 12 dreidimensional erfaßt ist. Fig. 6 veranschau­ licht das Ergebnis anhand eines Computeraus­ drucks, der die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Struktur eines beschlif­ fenen Zahnes in perspektivischer Ansicht dar­ stellt, wobei wahlweise 20 µ als auch 40 µ Schichten abgetragen wurden. Ebenso wie zur zeichnerischen Darstellung der Oberfläche ei­ nes Zahnes/mehrerer Zähne lassen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten dreidimensionalen Daten zur Steuerung einer NC-Werkzeugmaschine verwenden, welche eine Krone oder dergleichen bearbeitet.

Fig. 5 veranschaulicht, daß das Kreissägeblatt 31, welches in dem Mikrotom zweckmäßigerweise verwendet wird, an der Stirnfläche 32 (gegenüber dem Schaft 33 des Trägers) derart hohlgeschliffen ist, daß die Stirnfläche ko­ nisch ist. Am Umfang 34, der die Sägezähne trägt, besitzt das Sägeblatt somit seine größte Dicke; zum Zentrum hin verjüngt es sich.

Claims (17)

1. Verfahren zur datenmäßigen Erfassung der räumlichen Struktur und der räumlichen Re­ lation von Zähnen mit folgenden Schritten:

• a) Vom zu erfassenden Ausschnitt des Ge­ bisses wird eine interokklusale Abfor­ mung in der habituellen Interkuspida­ tionsstellung genommen;
• b) die Abformung wird mit einer Umgie­ ßungsmasse, welche bezüglich der Ab­ formmasse optisch kontrastiert ist, blasenfrei umgossen;
• c) nach Aushärten der Umgießungsmasse wird der Block aus Abformung und Um­ gießung auf einem Mikrotom befestigt;
• d) das Mikrotom trägt nacheinander zuein­ ander parallele Schichten des Blockes aus Abformung und Umgießung ab;
• e) die zweidimensionale Grenzlinie zwi­ schen der Abformung und der Umgießung jeder nach dem Abtragen einer Schicht entstehenden Schnittfläche des Blockes aus Abformung und Umgießung wird op­ tisch digital erfaßt;
• f) eine Recheneinheit setzt die Grenzli­ niendaten aller Schnittflächen des Blockes und die Lagedaten der jeweili­ gen Schnittebenen zu einer dreidimen­ sionalen räumlichen Grenzfläche zusam­ men, welche die Oberfläche der erfaß­ ten Zähne repräsentiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Herstellung der Abformung ver­ wendete Abdruckmasse und die Umgießungs­ masse chemisch verwandt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Herstellung der Abformung wie der Umgießung eine Abdruckmasse auf Polyether­ basis verwendet wird.

4. Verfahren und Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der auf dem Mikrotom eingespannte Block aus Abformung und Umgießung ferner zwei Halteplatten eines Abdrucklöffels um­ faßt, welche mit der Abformmasse form­ schlüssig verbunden sind und nach Aushär­ ten der Abformung zusammen mit dieser von Backen des Abdrucklöffels abgezogen wur­ den.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umgießungsmasse bei ihrer Verar­ beitung dünnflüssiger konfektioniert ist als die Abformmasse.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umgießung mittels einer fluores­ zierenden Abdruckmasse hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zueinander parallelen Schichten in vertikalen Transversalebenen des Gebisses liegen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schichtweise Abtragen des Blockes aus Abformung und Umgießung unter Verwen­ dung eines rotierenden Fräsers oder Säge­ blattes erfolgt.

9. Verfahren zur datenmäßigen Erfassung der räumlichen Relation von Zähnen mit folgen­ den Schritten:

• a) Vom betreffenden Kiefer wird eine Al­ ginatabformung genommen;
• b) in der Alginatabformung wird ein Gips­ modell des abgeformten Kiefers herge­ stellt;
• c) das Gipsmodell wird mit eingefärbtem, farblich kontrastierendem Gips umgos­ sen;
• d) nach Aushärten der Umgießung wird der Block aus Gipsmodell und Umgießung auf einem Mikrotom befestigt;
• e) das Mikrotom trägt nacheinander zuein­ ander parallele Schichten des Blockes ab;
• f) die zweidimensionale Grenzlinie zwi­ schen dem Gipsmodell und der Umgießung jeder nach dem Abtragen einer Schicht entstehenden Schnittfläche des Blockes wird optisch digital erfaßt;
• g) eine Recheneinheit setzt die Grenzli­ niendaten aller Schnittflächen des Blockes und die Lagedaten der jeweili­ gen Schnittebenen zu einer dreidimen­ sionalen räumlichen Grenzfläche zusam­ men, welche die Oberfläche der erfaß­ ten Zähne repräsentiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zueinander parallelen Schichten in horizontalen Transversalebenen des Gebis­ ses liegen.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das schichtweise Abtrages des Blockes aus Gipsmodell und Umgießung unter Verwen­ dung eines Messers erfolgt.

12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, um­ fassend:

• - ein Mikrotom mit einem Objektträger­ tisch (14), einem mit einem Schneid­ werkzeug bestückten, auf dem Objekt­ trägertisch verschiebbaren Schlitten (16) und einer mit Befestigungsmitteln versehenen Hubeinrichtung (15) mit senkrecht zum Objektträgertisch ausge­ richteter Vorschubrichtung (26);
• - einem am Objektträgertisch fest mon­ tierten Träger (22, 23);
• - einer Videokamera (24), welche am Trä­ ger (22, 23) oberhalb der Hubeinrich­ tung (15) des Mikrotoms angeordnet und in der Weise ausgerichtet ist, daß die optische Achse (25) der Videokamera und die Vorschubrichtung (26) der Hub­ einrichtung (15) zusammenfallen und die Bildebene der Videokamera parallel zur Schnittebene des Mikrotoms ausge­ richtet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Objektträgertisch (14) oder an dem Schlitten (16) mindestens jeweils eine ei­ ner Absaugvorrichtung zugeordnete Saugdüse und Blasdüse, vorzugsweise einander gegen­ überliegend, vorgesehen sind.

14. Abdrucklöffel zur Verwendung bei einem Verfah­ ren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bestehend aus zwei ebenen, zueinander parallelen Backen (3), vorzugsweise aus Metall, welche mittels eines schmalen Bügels (4) miteinander ver­ bunden sind und von denen eine einen Griff (5) aufweist, und zwei Halteplatten (2), vorzugsweise aus Kunststoff, welche mit den Backen (3) zusammenwirkende Befesti­ gungsmittel aufweisen und auf die Backen aufgeschoben und von diesen abgezogen wer­ den können, wobei beide Halteplatten (2) jeweils eine Stirnplatte (10) aufweisen.

15. Abdrucklöffel gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungsmittel Befestigungs­ schienen (7) vorgesehen sind, welche Nuten (8) zur Aufnahme der Backen (3) ausbilden.

16. Abdrucklöffel gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Abdruckmasse in Berührung kommenden Flächen der Halteplatten aufgerauht sind.

17. Abdrucklöffel gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Abdruck­ masse in Berührung kommenden Flächen der Halteplatten Bohrungen (9) aufweisen.