WO1994024957A1 - Verfahren zur datenmässigen erfassung der zahnstruktur/-anordnung sowie vorrichtung und abdrucklöffel zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur datenmässigen erfassung der zahnstruktur/-anordnung sowie vorrichtung und abdrucklöffel zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO1994024957A1
WO1994024957A1 PCT/EP1993/001013 EP9301013W WO9424957A1 WO 1994024957 A1 WO1994024957 A1 WO 1994024957A1 EP 9301013 W EP9301013 W EP 9301013W WO 9424957 A1 WO9424957 A1 WO 9424957A1
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impression
block
casting
layer
teeth
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PCT/EP1993/001013
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Gerhard Bruckner
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Gerhard Bruckner
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004—Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046—Data acquisition means or methods
    • A61C9/0053—Optical means or methods, e.g. scanning the teeth by a laser or light beam
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0004—Computer-assisted sizing or machining of dental prostheses
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture

Definitions

  • the present invention relates to methods for data acquisition of the spatial structure and / or the spatial relationship of teeth. It also relates to a device for carrying out the method and an impression tray for use in carrying out the method.
  • a line pattern is projected onto the tooth to be measured - in the mouth or on a model made with the help of an impression - from the distortion of which the third spatial dimension can be calculated.
  • the corresponding system by Mörmann and Brandestini (Cerec (R)) described in CH-672722-A5 is the only system to date to be mass-produced and used for certain partial indications.
  • the device used for this purpose comprises a camera that can be inserted into the oral cavity with a light source, a mask that generates the reference pattern and an optical system that projects the reference pattern onto the tooth, and an image sensor for the light reflected from the tooth.
  • the signals recorded by the image sensor are converted into a line-rastered video signal, from which a pseudoplastic contrast image is created on a monitor.
  • a three-dimensional relief of the tooth is determined.
  • This system is intended to enable the dentist himself to construct the required dentures on the screen with computer support immediately after grinding diseased teeth to accommodate fillings and partial crowns, to mill them out of a tooth-colored ceramic block using a computer-controlled milling machine, and to fit the patient into the same session.
  • This eliminates the usual molding of the ground and adjacent teeth, the production of a model made of plaster or plastic that is as identical as possible to the patent situation, and the delegation of dental prosthesis production to a dental technician, which takes several days.
  • the method of computer-controlled milling of inlay fillings and crowns offers the advantage that, with regard to their biophysical and aesthetic properties, optimized materials can be used which can be conventional dental casting or sintering process could not be processed.
  • EP-299490 A2 also describes a method in which a stripe pattern generated by a light source and a grating is projected onto a ground tooth. The resulting height stratification lines are recorded by a television camera positioned above the tooth stump, and the data are processed to form an image displayed on a monitor and a data record reflecting the spatial structure of the tooth stump.
  • a tooth crown can only achieve the accuracy of fit with which the working basis (three-dimensional computer model or conventional plaster model) deviates from the initial situation (tooth in the patient's mouth). For this reason, it is particularly important to determine the three-dimensional shape of individual teeth and their position relative to one another as precisely as possible.
  • the restoration to be produced is not to be limited to the partial indication of an inlay filling as in the Cerec system, additional information about the spatial relationship of the two jaws (modile) can be obtained for complete tooth acquisition.
  • modile additional information about the spatial relationship of the two jaws
  • none of the numerous registration materials and methods examined in the literature succeed in an absolutely true to the original and accurate model assignment due to material-related dimensional changes.
  • the present invention is based on the object of creating a method for data-based detection of the spatial structure and the spatial relation of teeth, in which the data determined correspond as closely as possible to the actual situation. In other words, the method should work as precisely as possible.
  • the method according to claim 1 focuses on restorative methods, in particular the high-precision manufacture of tooth replacement pieces adapted to the ground tooth and the antagonists
  • the method according to claim 5 is preferably prepared of orthodontic, surgical or prosthetic measures for use. Because with the method according to claim 1, the structure of natural and ground teeth as well as the spatial relation of antagonists in the habitual intercuspation position can be determined with high precision, whereas the method according to claim 5, in particular for measuring tooth widths, tooth heights, tooth distances, jaws - ridge dimensions and jaw bases are suitable. The choice of the method to be used in the individual case thus depends, among other things, on the desired one Image section, the desired resolution and the desired precision.
  • the basic principle of the method according to the invention is the step-by-step acquisition of two-dimensional cross-sectional images of the relevant spatial structures to be measured in mutually parallel planes, and the spatial composition of the two-dimensional cross-sectional data to three-dimensional spatial data with the aid of a computer unit.
  • the two-dimensional cross-sectional images outside the mouth are obtained by mechanical removal of ultra-thin layers from a patient-identical impression (claim 1) or a plaster model (claim 5), the patient-identical impression or the plaster model being obtained beforehand with a preferably identical type , optically contrasting material was injected or cast around.
  • the casting of the impression or the plaster model serves in particular to support the surface to be measured (inner surface of the impression or outer surface of the plaster model) when making the cuts, so that deformations during cutting and flaking of small pieces in the case of hard materials ( Plaster) or fraying in the case of soft materials (polyether molding material) can be avoided.
  • the casting around the impression or the plaster model there are sharp, undeformed, of their contrast behavior Standardizable boundary line courses, which are suitable for optical detection.
  • a conventional alginate impression of the jaw to be measured is first taken.
  • a conventional plaster model is then produced by pouring the impression with white, high-precision plaster.
  • the model is then glued into a rectangular hollow rubber mold on a plastic base plate with a retentive three-dimensional surface structure.
  • the model surface is then wetted with thin-flowing, dark pigmented plaster and the hollow mold is filled with plaster until all the teeth are completely embedded.
  • a plaster cuboid (block) composed of a plaster model and cast is available, which is mechanically firmly connected to the plastic base plate.
  • the base plate is then immovably fixed on the slide table of a hard-cut microtome.
  • the section plane of the microtome is parallel to the horizontal transverse plane of the model.
  • the image section of a video camera focused on the cutting plane of the microtome captures the entire jaw model in an overview.
  • a carriage with the cutting tool (a specially ground knife) is over moved the plaster cuboid away, a material layer of predetermined thickness being removed.
  • the plaster block is automatically raised by the amount of the section thickness, so that the newly created section surface lies exactly in the image plane of the video camera.
  • the sectional image is now recorded with the aid of a high-resolution video camera, which is immovably mounted above the microscope slide table.
  • the video signal of the cut surface is read into a video card under the direction of a commercially available image processing software.
  • a suitable program is, for example, the interactive image processing software "VIDS" from AI Tectron, 4005 Meerbusch 1.
  • VIDS interactive image processing software
  • the cut surface is automatically described in the form of two-dimensional Cartesian coordinate pairs, the number of the measured points being able to be preset by software and being limited only by the resolution or capacity of the video camera and video card.
  • the coordinates of each cross-section through the object to be recorded are stored together with the cut thickness that has been removed.
  • this data can be edited accordingly Formatting can be imported into a CAD program, where the third spatial dimension can be regenerated by simply lining up parallel, two-dimensional polygons at known intervals.
  • the computer model of the structures to be represented is created, as it were, by simply reversing the cutting process. Since the video camera is mounted rigidly opposite the slide table, all sectional images are calculated relative to an identical XY coordinate origin. They can therefore be simply translated in the 3D computer model by the amount of the feed vector that is perpendicular to the XY plane.
  • the impression is sprayed with a substance, preferably a substance chemically related to the impression compound, the chemical relationship between the two compounds serving to ensure that the impression compound and the encapsulating compound bond to one another at their interface, so that they are mutually independent ⁇ separable stabilize.
  • a substance preferably a substance chemically related to the impression compound, the chemical relationship between the two compounds serving to ensure that the impression compound and the encapsulating compound bond to one another at their interface, so that they are mutually independent ⁇ separable stabilize.
  • the block of molding and casting is then removed layer by layer on a device for layer-by-layer material removal.
  • a suitable device for this is a modified microtome, in which the cutting knife is replaced by a motor-driven milling head or a motor-driven saw blade.
  • the cutting tool in the sense of a CNC milling machine is particularly expediently arranged on a cross table with which it can be displaced in two mutually orthogonal directions which are perpendicular to the feed direction of the lifting device.
  • the milling head can in this case be exactly along the one in the previous one Step determined boundary line between the impression and the casting or line by line within a selected area. The fact that only the border region or section of interest is removed and not the entire surface of the block in each step enables the implementation of the method according to the invention to be considerably accelerated.
  • the entire block is leveled after a certain number of measurements, for example after 100 steps of 20 ⁇ m layer thickness.
  • the boundary line exposed after each removal step is measured optically, as has already been described above in connection with claim 6.
  • the block of impression and casting is generally clamped in the device for layer-by-layer material removal in such a way that its removal planes lie in vertical transverse planes of the molded dentition.
  • the device for layer-by-layer material removal used in the context of the invention can in particular comprise a commercially available or a modified microtome. It is a high-precision cutting device that can be used to remove ultra-thin cuts with a minimum adjustable layer thickness of 1 ⁇ m from one body. In the case of the commercially available microtomes, all parameters such as cutting thickness, forward and return speeds of the slide can be programmed with the cutting tool, as well as the starting and reversing point of the slide. When performing the method according to claim 5 in particular comes as a cutting tool Cutting knife into consideration; when carrying out the method according to claim 1, however, a high-speed milling head is preferably used.
  • a carrier is built on the slide table of such a known microtome, on which a video camera is permanently mounted.
  • the video camera is located exactly above the sample to be processed with the microtome and its optical axis is perpendicular to the cutting plane of the microtome, so that the cuts produced in each case can be scanned by the video camera free of distortion and parallax.
  • a computing unit is arranged on the microtome in which the processing of the optically recorded data takes place according to commercially available image processing programs.
  • the computing unit is connected by line to the video camera and the lifting device of the microtome, the data of two dimensions being supplied by the video camera and the data of the third dimension being supplied by the lifting device.
  • the impression tray according to the invention which enables the interocclusal impression to be taken as part of the method according to claim 1, which can be processed further in accordance with the following steps of claim 1, comprises two flat, parallel jaws, preferably made of metal, which are connected to each other by means of a narrow bracket, and represents a modification of the impression tray according to Scheufeie.
  • a handle is attached to one of the jaws.
  • the spoon also comprises two holding plates, preferably made of plastic, which can be pushed onto and removed from the metal jaws. This multi-part structure of the spoon serves to ensure that, after the impression has been taken and the casting compound has been cast around it, the resulting block can be separated from the rest of the spoon together with the two holding plates.
  • the two holding plates serve for the layer-by-layer removal of material, its fastening and stabilization.
  • the holding plates have retentive bores on their surfaces, which point to the impression. When the impression is taken, impression material enters these holes and in this way connects the impression firmly to the holding plates.
  • the holding plates have end plates on their mesially oriented end face, with which the block of impression material, casting compound and holding plates is fastened to the device for layer-by-layer material removal.
  • FIG. 2 shows a cross section through the impression tray according to FIG. 1 with an interocclusal impression of an upper and a ground lower molar
  • FIG. 4 shows a perspective view of a device according to the invention for data acquisition of the tooth structure / arrangement
  • FIG. 5 shows a plotter printout of the data of a lower jaw acquired according to the method according to the invention
  • FIG. 6 shows a plotter printout of the data of a tooth acquired according to the method according to the invention as its perspective view.
  • the impression tray shown in Fig. 1 consists of a holder 1 and two holding plates 2.
  • the holder 1 comprises two jaws 3, which are formed by rectangular metal plates.
  • the two jaws 3 are connected by a narrow metal bracket 4, which is soldered to each of the jaws 3 in the region of one of the two short edges.
  • the bracket 4 is designed so that the jaws 3 lie in mutually parallel planes and that the corresponding longitudinal and transverse edges of the jaws are mutually parallel.
  • On one of the jaws 3 is a handle 5 soldered, which, like the bracket 4, is formed from a square rod; the free end of the handle 5 is loop-shaped to avoid injuries.
  • the two holding plates 2, which are adapted to be pushed onto the jaws 3 of the holder 1, are constructed identically with respect to one another. They each have a rectangular base plate 6, which have fastening rails 7 on both longitudinal edges.
  • the holding plates 2 thus have a C-shaped cross section, the grooves 8 provided in the region of the fastening rails 7 being provided between them for receiving the jaws 3 of the holder 1. As shown in Fig. 1, the holding plates are pushed onto the jaws of the holder so that their base plates 6 face each other.
  • the base plates 6 of the holding plates 2 are provided with holes 9, into which the impression material penetrates during the manufacture of the interocclusal impression in order to produce a positive, retentive connection between the impression material and the two holding plates.
  • both holding plates 2 each have an end plate 10, by means of which, as will be described further below, the block of the two holding plates 2, the interocclusal impression and the encapsulation, are attached to the device for layer-by-layer material removal. So that the holding plates 2 together with the impression and the Pouring around in layers or at least gradually, they consist of a hard plastic.
  • the tray according to FIG. 1 is first prepared by pushing the two holding plates 2 onto the jaws 3 of the holder 1, whereupon the space between the base plates 6 of the Holding plates is filled with a polyether impression material.
  • the spoon thus prepared is now inserted into the patient's mouth in such a way that the rows of teeth of the opposing upper and lower jaws lie between the two holding plates 2, the bracket 4 connecting the jaws 3 coming to rest behind the most distal molar tooth, so that it does not hinder the closing of the bit.
  • the handle 5 is on the outside, so that it does not hinder the closing of the bit while the impression is being taken.
  • FIG. 2 shows the impression tray according to FIG. 1 in cross-section after it has been removed from the patient's mouth after taking the interrocclusal impression.
  • the tooth of the upper jaw shown in cross section according to FIG. 2 is untreated, while the opposite tooth of the lower jaw was ground in preparation for the placement of a crown.
  • the teeth of the upper jaw and the lower jaw have when closing the In its habitual intercuspation position, the impression material 11 introduced between the base plates of the holding plates is deformed in such a way that it represents an interocclusal impression of the respective antagonists.
  • cavities can be seen in the impression material, which represent the outer contour of the teeth and the adjacent gums of the upper and lower jaw.
  • FIG. 2 further shows that when the denture is closed to produce the impression, the impression compound 11 has also been displaced into the holes 9 in the base plates 6 of the holding plates, so that the impression compound 11 is interlocked with the base plates.
  • the cavities formed by the teeth and the adjoining gums in the impression material 11 are filled with bubbles - during processing - with a thin-bodied polyether impression material.
  • the impression 11 and the encapsulation 12 form a chemical bond with one another, so that an essentially homogeneous unit of impression and encapsulation is formed between the base plates 6 of the holding plates; due to a corresponding coloring of the impression material for the impression 11 and that for the encapsulation 12, the two areas are contrasted optically.
  • the holding plates become 2 pulled off the jaws 3 of the holder.
  • the block of the two plastic holding plates and the impression 11 between them and the encapsulation 12 can then be removed in layers on the device described below, and the respective boundary line 13 (FIG. 3) between the interocclusal impression 11 and the encapsulation 12 can be visual recorded and stored digitally.
  • the device with which the evaluation or tooth data acquisition takes place is shown schematically in FIG. 4. It comprises a modified microtome with a slide table 14, a lifting device 15 arranged under the slide table and a slide 16 which can be moved in two directions (x- and y-direction) on the slide table.
  • the slide 16 is part of one for this purpose known cross table 31, which has a servomotor 32 for moving the carriage 33 in the x direction and a further servomotor 34 for displacing the carriage 16 on the carriage 33 in the y direction.
  • a cutting device is arranged on the carriage 16, which comprises a micromotor 17, on the vertically extending shaft of which a cylindrical milling head 19, which has cutting edges on the end face and on its circumference, is fastened.
  • An attached at the level of the cutting plane, not shown, compressed air nozzle and a suction port opposite it serve the Disposal of the dust generated during machining and at the same time cooling of the machining surfaces and the cutting tool.
  • a U-shaped support 22 is constructed on the slide table 14, the clear width of which is dimensioned such that the carriage 33 and the slide 16 can be moved through it unhindered.
  • a video camera 24 is attached to the cross member 23 of the carrier 22, the optical axis 25 of which coincides with the feed direction 26 of the lifting device 15 and is normally on the specimen slide table 14.
  • the block comprising the two holding plates 2 of the impression tray and the impression 11 and encapsulation 12 received between them is fastened on the lifting part 27 of the lifting device 15 which can be moved in the feed direction 26, the end plates 10 being fastened to the end face by means of fastening elements (not shown) 28 of the lifting part 27 are fixed.
  • the block of holding plates 2, impression 11 and encapsulation 12 projects through a bore 29 provided in the specimen slide table 14, so that the milling head 19 of the cutting device can remove layers from it parallel to the specimen slide table.
  • the controller housed in the housing 30 controls the device according to FIG. 4 in such a way that the following steps are carried out repeatedly in succession: lifting the lifting part 27 around a predetermined infeed, method of the carriage 16 with the cutting device to the left over the block of holding plates, molding and casting, traversing the boundary line between the molding and casting that was detected in the previous step with the milling head 19, so that through this a layer corresponding to the infeed is removed from the impression 11 and the encapsulation 12, moving the slide 16 to the right so that the surface of the block is exposed, detection of the boundary line 13 between the impression 11 and the encapsulation 12 in the resulting transverse section by means of the video camera 24. After every 100th removal, the entire surface of the block is leveled by the milling head, with the holding plates 2 also being removed.
  • Data lines connect the video camera and the control for the lifting device to a computer unit (computer or workstation).
  • the computer unit which works with conventional evaluation electronics, assigns the boundary line 13 defined in the X and Y coordinates to each cutting plane of the current Z coordinate of the lifting part 27 of the lifting device 15, so that the spatial interface between the impression 11 and the encapsulation 12 is recorded three-dimensionally.
  • FIG. 5 illustrates the acquired data of a lower jaw using a computer printout.
  • the "contour lines" are clearly visible, the correspond to the boundary lines recorded in the different layers between a conventionally produced plaster model and the encapsulation.
  • FIG. 6 illustrates the result of the data acquisition and preparation on the basis of a computer printout, which shows the structure of a ground tooth determined according to the method according to the invention in a perspective view, with either 20 ⁇ or 40 ⁇ layers being removed.
  • the three-dimensional data determined with the method according to the invention can be used to control an NC machine tool which processes a crown or the like to be placed on the ground tooth.

Abstract

Zur datenmäßigen Erfassung der räumlichen Struktur und/oder der relativen Anordnung von Zähnen wird eine (Negativ-)Abformung oder ein (Positiv-)Modell der Zähne zur Herstellung eines Blockes mit einer Umgießungsmasse blasenfrei umgossen, wobei die Grenzfläche zwischen Abformung bzw. Modell und Umgießung die Oberfläche der zu vermessenden Zähne repräsentiert. Der Block wird dann schichtweise in zueinander parallen Ebenen abgetragen. Die sich in jeder Schnittebene ergebende Grenzlinie zwischen der Abformung bzw. dem Modell und der Umgießung wird optisch digital erfaßt. Durch Zuordnung der dritten Koordinate, welche der jeweiligen Lage der Schnittebene entspricht, zu den beiden Koordinaten der Grenzlinie wird die Grenzfläche und somit die Oberfläche der Zähne dreidimensional dargestellt. Eine Vorrichtung sowie ein Abdrucklöffel zur Durchführung des Verfahrens werden beschrieben.

Description

Verfahren zur datenmäßigen Erfassung der Zahn¬ struktur/-anordnung sowie Vorrichtung und Abdrucklöffel zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur datenmäßigen Erfassung der räumlichen Struktur und/oder der räumlichen Relation von Zähnen. Sie betrifft desweiteren eine Vorrichtung zur Durch¬ führung der Verfahren sowie einen Abdrucklöffel zur Verwendung bei der Durchführung der Verfahren.
Es gibt bereits zur Praxisreife entwickelte enorale Videokamera- und Bildverarbeitungssysteme mit deren Hilfe der Zahnarzt zumindest relevante Teilbereiche des bezahnten Kiefers direkt im Mund des Patienten dreidimensional erfassen, computer¬ graphisch darstellen und vermessen kann. Einen Überblick über derartige Verfahren mit weiteren Fundstellennachweisen geben R. Stoll und V. Stachniss in ihrem Aufsatz "Computerunterstützte Technologien in der Zahnheilkunde" (Deutsche Zahnärztliche Zeitschrift 45 (1990), S. 314 ff.).
Üblicherweise wird bei der Datenerfassung auf den zu vermessenden Zahn - im Mund oder an einem mit Hilfe einer Abformung hergestellten Modell - ein Linienmuster projiziert, aus dessen Verzerrung sich die dritte Raumdimension errechnen läßt. Das entsprechende, in der CH-672722-A5 beschriebene System von Mörmann und Brandestini (Cerec (R) ) wird als bislang einziges serienmäßig hergestellt und für bestimmte Teilindikationen eingesetzt. Die hierzu verwendete Vorrichtung umfaßt eine in die Mundhöhle einbringbare 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 zeilengerastertes Videosignal umgewandelt, aus welchem auf einem Monitor ein pseudoplastisches Kontrastbild 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 Teilkronen den erforderlichen Zahnersatz computerunterstützt am Bildschirm zu konstruieren, mittels einer computergesteuerten Fräsmaschine aus einem zahn- farbenen Keramikblock herauszufräsen und dem Patienten in derselben Sitzung einzugliedern. Somit entfällt die bislang übliche Abformung der beschliffenen und benachbarten Zähne, die Herstellung eines mit der Patentsituation möglichst identischen Modells aus Gips oder Kunststoff und die sich über Tage hinziehende Delegierung der Zahnersatzfertigung an einen Zahntechniker. Die Methode der computer¬ gesteuerten Fräsung von Einlagefüllungen und Kronen bietet neben der Zeitersparnis den Vorteil, daß hinsichtlich ihrer biophysikalischen und ästhetischen Eigenschaften optimierte Werk¬ stoffe verwendet werden können, die sich mittels konventioneller zahntechnischer Guß- oder Sinter¬ verfahren nicht verarbeiten ließen.
In der EP-299490 A2 wird ebenfalls ein Verfahren beschrieben, bei welchem ein von einer Licht¬ quelle und einem Gitter erzeugtes Streifenmuster auf einen beschliffenen Zahn projiziert wird. Die so entstehenden Höhenschichtlinien werden von einer oberhalb des Zahnstumpfs postierten Fernsehkamera aufgenommen, und die Daten werden zu einem auf einem Monitor angezeigten Bild und einem die räumliche Struktur des Zahnstumpfes wiedergebenden Datensatz verarbeitet.
Die biologische Verträglichkeit und Langlebigkeit eines Zahnersatzes hängt jedoch ganz entscheidend von der Präzision ab, mit der die Kaufläche und die Ränder des Ersatzstückes an die verbliebene natürliche Zahnsubstanz angepaßt sind. Eine Zahn¬ krone kann aber bestenfalls nur die Paßgenauig¬ keit erreichen, mit der die Arbeitsgrundlage (dreidimensionales Computermodell bzw. konven¬ tionelles Gipsmodell) von der Ausgangssituation (Zahn im Patientenmund) abweicht. Aus diesem Grunde ist eine möglichst genaue Erfassung der dreidimensionalen 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 5μm errei- chen, weisen mit Cerec (R) angefertigte Einla¬ gefüllungen variable Diskrepanzen von 50-400μm auf. Letztere sind vor allem auf verschiedene Probleme bei der dreidimensionalen Erfassung des beschliffenen Zahnstumpfes zurückzuführen: schwierige Zugänglichkeit innerhalb der Mundhöhle des Patienten, durch Speichel bedingte Licht- reflejtionen, limitierte Kameraauflösung (50μm), Versuch der Erfassung des gesamten Zahnes mittels einer einzigen Aufnahme etc.. Selbst eine Verbes¬ serung der enoralen Kameratechnologie kann prin¬ zipielle Einschränkungen dieser Verfahrensweise nicht aus dem Weg räumen, die jedem Zahnarzt aus der täglichen Praxis bekannt sind.
Desweiteren ist zur Erfassung der Struktur von Zähnen die Arbeit mit enoral stereoskopisch auf¬ genommenen Diapositiven, die außerhalb des Mundes gescannt und ausgewertet werden, bekannt.
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 zusätzliche Informationen über die räumliche Relation beider Kiefer(modeile) zu gewinnen. Es gelingt jedoch mit keinem der zahlreichen in der Literatur untersuchten Registriermaterialien bzw. - verfahren aufgrund werkstoffkundlich bedingter Dimensionsveränderungen eine absolut original¬ getreue und treffsichere Modellzuordnung. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur datenmäßigen Er¬ fassung der räumlichen Struktur und der räum¬ lichen Relation von Zähnen zu schaffen, bei welchem die ermittelten Daten möglichst genau mit der tatsächlichen Situation übereinstimmen. Das Verfahren soll mit anderen Worten somit möglichst präzise arbeiten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 und Anspruch 5 gelöst. Beide Verfahren besitzen dabei bevorzugte unter¬ schiedliche Anwendungsschwerpunkte: Während beim Verfahren gemäß Anspruch 1 restaurative Verfahren im Vordergrund stehen, insbesondere die hoch¬ präzise Anfertigung von an den beschliffenen Zahn und den Antagonisten angepaßten Zahnersatz¬ stücken, kommt das Verfahren gemäß Anspruch 5 bevorzugt zur Vorbereitung von kieferorthopä¬ dischen, chirurgischen oder prothetischen Maßnahmen zum Einsatz. Denn beim Verfahren gemäß Anspruch 1 läßt sich zugleich die Struktur von natürlichen und beschliffenen Zähnen sowie die räumliche Relation von Antagonisten in der habituellen Interkuspidationsstellung bei hoher Präzision ermitteln, wohingegen das Verfahren ge¬ mäß Anspruch 5 insbesondere zur Vermessung von Zahnbreiten, Zahnhöhen, Zahndistanzen, Kie- fernkammdimensionen und Kieferbasen geeignet ist. Die Wahl des im Einzelfall anzuwendenden Verfah¬ rens richtet sich somit u.a. nach dem gewünschten Bildausschnitt, der gewünschten Auflösung und der angestrebten Präzision.
Grundprinzip der erfindungsgemäßen Verfahren ist die schrittweise Erfassung zweidimensionaler Querschnittsbilder der betreffenden zu vermes¬ senden räumlichen Strukturen in zueinander paral¬ lelen Ebenen sowie die räumliche Zusammensetzung der zweidimensionalen Querschnittsdaten zu drei¬ dimensionalen Raumdaten mit Hilfe einer Rechnereinheit. Dabei werden die zweidimensio¬ nalen Querschnittsbilder außerhalb des Mundes durch die mechanische Abtragung ultradünner Schichten von einer patientenidentischen Ab¬ formung (Anspruch 1) oder einem Gipsmodell (Anspruch 5) gewonnen, wobei die patienten¬ identische Abformung bzw. das Gipsmodell zuvor mit einem bevorzugt artgleichen, optisch kontrastierenden Werkstoff ausgespritzt bzw. umgössen wurde. Die Umgießung der Abformung bzw. des Gipsmodells dient dabei insbesondere dazu, die zu vermessende Fläche (Innenfläche der Abformung bzw. Außenfläche des Gipsmodells) beim Herstellen der Schnitte zu stützen, so daß Verformungen beim Schneiden sowie Abplatzen von kleinen Stücken im Falle von harten Materialien (Gips) oder Ausfransungen im Falle von weichen Materialien (Polyetherabfor masse) vermieden werden. Infolge der Umgießung der Abformung bzw. des Gipsmodells ergeben sich somit scharfe, unverformte, von ihrem Kontrastverhalten standardisierbare Grenzlinienverläufe, welche zur optischen Erfassung geeignet sind.
Die beiden erfindungsgemäßen Verfahren vollziehen sich im einzelnen zweckmäßigerweise in den folgenden Schritten: Beim Verfahren gemäß Anspruch 5 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 blasen¬ frei mit Gips ausgefüllt. Nach der Entnahme aus der Gummiform liegt ein aus Gipsmodell und Gipsumgießung zusammengesetzter Gipsquader (Block) vor, der mechanisch fest mit der Kunststoffbasisplatte verbunden ist. Die Ba¬ sisplatte wird anschließend unverrückbar auf dem Objektträgertisch eines Hartschnittmikrotoms fixiert. Die Schnittebene des Mikrotoms liegt dabei parallel zur horizontalen Transversalebene des Modells. Der Bildausschnitt einer auf die Schnittebene des Mikrotoms fokusierten Video¬ kamera erfaßt das gesamte Kiefermodell in der Übersicht. Ein Schlitten mit dem Schneidwerkzeug (einem speziell geschliffenen Messer) wird über den Gipsquader hinweggefahren, wobei eine Materialschicht vorbestimmter Stärke abgetragen wird. Nach Rücklauf des Schlittens in seine Startposition wird der Gipsblock automatisch um den Betrag der Schnittdicke angehoben, so daß die neu hergestellte Schnittfläche genau in der Bildebene der Videokamera liegt. Nun erfolgt die Schnittbilderfassung mit Hilfe einer hochauf¬ lösenden Videokamera, die unverrückbar über dem Objektträgertisch des Mikrotoms montiert ist. Das Videosignal der Schnittfläche wird unter der Regie einer handelsüblichen Bildver¬ arbeitungssoftware in eine Videokarte eingelesen. Ein geeignetes Programm stellt beispielsweise die interaktive Bildverarbeitungssoftware "VIDS" der AI Tectron, 4005 Meerbusch 1 dar. Sofern gewähr¬ leistet ist, daß sich das zu erkennende und zu vermessende Objekt kontrastreich und in sich homogen von seinem Umfeld abhebt, kann mit Hilfe der Videosoftware die Schnittfläche automatisiert in Form zweidimensionaler kartesischer Koordi¬ natenpaare 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 abgespeichert. Nach der vollständigen Zerspanung des relevanten Modell- bereiches können diese Daten nach entsprechender Formatierung in ein CAD-Programm importiert werden, wo sich die dritte Raumdimension durch einfache Aneinanderreihung zueinander paralleler, zweidimensionaler Polygone in bekannten Abständen regenerieren läßt. Das Computermodell der darzu¬ stellenden Strukturen entsteht quasi durch die einfache Umkehr des Schneidevorgangs. Da die Videokamera starr gegenüber dem Objektträgertisch montiert ist, werden alle Schnittbilder relativ zu einem identischen X-Y-Koordinatenursprung berechnet. Sie können daher im 3D-Computermodell einfach um den Betrag des zur X-Y-Ebene recht¬ winkligen Vorschubvektors translatiert werden.
Bei dem schichtweisen Vermessungsverfahren gemäß Anspruch 1 wird kein Gipsmodell für die Auswer¬ tung herangezogen, sondern bereits die dem Patientenmund entnommene Abformung. Dies steigert einerseits die Präzision der Erfassung, da zusätzliche, durch den Modellwerkstoff (z.B. Gips) bedingte Dimensionsveränderungen vermieden werden und erspart zudem den Zeitaufwand für die Modellherstellung. Desweiteren wird beim Verfahren nach Anspruch 1 kein separater Gips- abdruck eines Kiefers vermessen, sondern es wird ein sogenannter interokklusaler Abdruck erfaßt, der die räumliche Information zweier gegenüber¬ liegender Gebißquadranten enthält. Der interok- klusale Abdruck wird in einem speziell an das erfindungsgemäße Verfahren angepaßten, weiter unten beschriebenen Abdrucklöffel genommen, wobei bevorzugt eine übliche Polyetherabdruckmasse zur Anwendung kommt. Nach dem Abbinden der Abdruck- masse 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 Abformung und Umgießung wird anschließend auf einer Vorrichtung zum schicht¬ weisen Materialabtrag Schicht für Schicht abgetragen. Eine geeignete Vorrichtung hierfür ist ein modifiziertes Mikrotom, bei dem das Schneidmesser durch einen motorisch angetriebenen Fräskopf oder ein motorisch angetriebenes Säge¬ blatt ersetzt ist. Besonders zweckmäßig ist dabei das Schneidwerkzeug im Sinne einer CNC- Fräsmaschine an einem Kreuztisch angeordnet, mit welchem es in zwei zueinander orthogonalen, auf der Vorschubrichtung der Hubeinrichtung senkrecht stehenden Richtungen verschiebbar ist. Wird ein relativ kleiner (Durchmesser z.B. 4 mm), hoch- tourig (z.B. 30.000 min-1) angetriebener Fräskopf verwendet, ist ein Verschmieren der zu vermessenden Grenzlinie zwischen der Abformung und der Umgießung nicht zu befürchten; denn die Wärmeentwicklung ist dann minimal, was wiederum, nachdem keine Wärmeverformungen auftreten, zu einer besonders hohen Präzision der Datenerfassung führt. Zudem kann der Fräskopf in diesem Falle exakt entlang der im vorherigen Schritt ermittelten Grenzlinie zwischen der Abformung und der Umgießung oder zeilenweise innerhalb eines ausgewählten Bereichs verfahren werden. Indem nur der interessierende Grenz¬ bereich bzw. Ausschnitt abgetragen wird und nicht bei jedem Schritt die gesamte Oberfläche des Blocks, läßt sich die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträchtlich beschleunigen. Jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Messungen wird in diesem Falle der gesamte Block planiert, z.B. nach 100 Schritten von jeweils 20 μm Schichtdicke. Die nach jedem Abtrageschritt freigelegte Grenzlinie wird optisch vermessen, wie es im Zusammenhang mit Anspruch 6 vorstehend bereits beschrieben wurde. Der Block aus Abformung und Umgießung wird im allgemeinen so in die Vorrichtung zum schichtweisen Materialabtrag eingespannt, daß deren Abtragsebenen 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 räum¬ lichen Relation ermöglicht, wobei der Patient in der Abbindephase des Abformmaterials seine gewohnte (z.B. auch während des Schluckakts eingenommene) Kieferschlußposition einnimmt, läßt
- eine dimensionsgetreue Fertigung des Ersatz- Stückes gemäß den gewonnenen Daten vorausgesetzt
- Nachkorrekturen der Kauflächen des Ersatz- stückes zur Anpassung an den Antagonisten nahezu überflüssig werden.
j 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 fluo¬ reszierender Farbstoff beigemengt wird, der bei geeigneter Beleuchtung der Schnittfläche das Kontrastverhalten der Grenzfläche zusätzlich steigert.
Eine Vorrichtung zur Durchführung der erfin¬ dungsgemäßen Verfahren ist in Anspruch 6 ange¬ geben. Die im Rahmen der Erfindung verwendete Vorrichtung zum schichtweisen Materialabtrag kann insbesondere ein handelsübliches oder ein modifi¬ ziertes Mikrotom umfassen. Dabei handelt es sich um ein hochpräzises Schneidegerät, mit dem von einem Körper ultradünne Schnitte einer minimalen einstellbaren Schichtdicke von 1 μm abgetragen werden können. Bei den im Handel befindlichen Mikrotomen sind sämtliche Parameter wie Schnitt¬ dicke, Vor- und Rücklaufgeschwindigkeit des Schlittens mit dem Schneidwerkzeug sowie Star - und Umkehrpunkt des Schlittens programmierbar. Als Schneidwerkzeug kommt bei Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 insbesondere ein Schneidmesser in Betracht; bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 wird hingegen bevorzugt ein hochtourig angetriebener Fräskopf eingesetzt. Dieser ist zweckmäßig in zwei Rich¬ tungen verfahrbar. Mit einer entsprechenden Steuerung kann der Fräskopf entlang der Grenz¬ linie zwischen Abformung und Umgießung verfahren werden. In Anpassung an das erfindungsgemäße Verfahren wird auf dem Objektträgertisch eines derartigen bekannten Mikrotoms ein Träger auf¬ gebaut, an welchem eine Videokamera fest montiert ist. Die Videokamera befindet sich dabei exakt über der mit dem Mikrotom zu bearbeitenden Probe und ihre optische Achse steht auf der Schneidebene des Mikrotoms senkrecht, so daß die jeweils hergestellten Schnitte von der Video¬ kamera verzerrungs- und parallaxefrei abgetastet werden können. Am Mikrotom angeordnet ist eine Recheneinheit, in welcher die Verarbeitung der optisch erfaßten Daten nach handelsüblichen Bild¬ verarbeitungsprogrammen erfolgt. Hierzu ist die Recheneinheit mit der Videokamera und der Hubein¬ richtung des Mikrotoms leitungsmäßig verbunden, wobei die Daten von zwei Dimensionen von der Videokamera und die Daten der dritten Dimension von der Hubeinrichtung geliefert werden.
Der erfindungsgemäße Abdrucklöffel, welcher die im Rahmen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 vorge¬ sehene Abnahme einer interokklusalen Abformung ermöglicht, welche gemäß den folgenden Schritten des Anspruchs 1 weiterverarbeitet werden kann, umfaßt zwei ebene, parallel zueinander ausge¬ richtete Backen, vorzugsweise aus Metall, welche mittels eines schmalen Bügels miteinander verbunden sind, und stellt eine Modifikation des Abformlöffels nach Scheufeie dar. An einer der Backen ist ein Griff befestigt. Der Löffel umfaßt ferner zwei Halteplatten, vorzugsweise aus Kunst¬ stoff, welcher auf die Metallbacken aufgeschoben und von diesen abgezogen werden können. Dieser mehrteilige Aufbau des Löffels dient dazu, daß, nachdem die Abformung genommen und mittels der Umgießungsmasse umgössen worden ist, der so entstehende Block zusammen mit den beiden Halte¬ platten von dem Rest des Löffels getrennt werden kann. Die beiden Halteplatten dienen bei der weiteren Bearbeitung des Blockes auf der Vorrich¬ tung zum schichtweisen Materialabtrag 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 genommen wird, Abdruckmasse ein und verbindet auf diese Weise die Abformung fest mit den Halte¬ platten. Desweiteren weisen die Halteplatten an ihrer nach mesial gerichteten Stirnseite Stirnplatten auf, mit welchen der Block aus Abformmasse, Umgießungsmasse und Halteplatten auf der Vorrichtung zum schichtweisen Materialabtrag befestigt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich¬ nung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines er¬ findungsgemäßen Abdrucklöffels,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Abdrucklöffel gemäß Fig. 1 mit einer interokklusalen Abformung eines oberen sowie eines beschliffenen unteren Molaren,
Fig. 3 den Abdrucklöffel mit der Abformung gemäß Fig. 2 während der Ausspritzung der Abformung mit einer Umgießungsmasse,
Fig. 4 die perspektivische Ansicht einer er¬ findungsgemäßen Vorrichtung zur datenmäßigen Erfassung der Zahnstruktur/-anordnung, Fig. 5 einen Plotter-Ausdruck der nach dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren erfaßten Daten eines Unterkiefers 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 besteht aus einem Halter 1 und zwei Halteplatten 2. Der Halter 1 umfaßt dabei zwei Backen 3, welche durch rechteckige Metallplatten gebildet sind. Die beiden Backen 3 sind durch einen schmalen Metall- bügel 4 verbunden, welcher an jeder der Backen 3 im Bereich einer der beiden kurzen Kanten ange¬ lötet ist. Der Bügel 4 ist dabei so gestaltet, daß die Backen 3 in zueinander 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, welcher ebenso wie der Bügel 4 aus einem Vierkantstab 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 Grundplatte 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 Grundplatten 6 einander zugekehrt sind.
Die Grundplatten 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 Halte¬ platten 2, der interokklusalen Abformung und der Umgießung auf der Vorrichtung zum schichtweisen Materialabtrag befestigt wird. Damit die Halte¬ platten 2 zusammen mit der Abformung und der Umgießung schichtweise oder zumindest nach und nach 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 anschließend der Raum zwischen den Grundplatten 6 der Halte¬ platten 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 zwischen den beiden Halteplatten 2 liegen, wobei der die Backen 3 verbindende Bügel 4 hinter dem am weitesten distal gelegenen Backenzahn zu liegen kommt, so daß er das Schließen des Gebisses 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 inte¬ rokklusalen Abformung dem Patientenmund entnommen wurde. Der im Querschnitt gemäß Fig. 2 gezeigte Zahn des Oberkiefers ist unbehandelt, während der gegenüberliegende Zahn des Unterkiefers zur Vorbereitung des Aufsetzens einer Krone beschliffen wurde. Die Zähne des Oberkiefers und des Unterkiefers haben beim Schließen des Gebisses in seine habituelle Interkuspidations- stellung die zwischen den Grundplatten der Halte¬ platten eingebrachte Abdruckmasse 11 in der Weise verformt, daß sie eine interokklusale Abformung der jeweiligen Antagonisten darstellt. Dement¬ sprechend erkennt man in der Abdruckmasse Hohlräume, welche die Außenkontur der Zähne und des angrenzenden Zahnfleisches von Ober- und Unterkiefer wiedergeben. Fig. 2 zeigt deswei¬ teren, daß beim Schließen des Gebisses zur Herstellung der Abformung die Abdruckmasse 11 auch in die Löcher 9 der Grundplatten 6 der Halteplatten verdrängt wurde, so daß die Abdruck¬ masse 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 Hohl¬ räume durch eine - während der Verarbeitung - 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 Abformung 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 voll¬ ständig ausgehärtet sind, werden die Halteplatten 2 von den Backen 3 des Halters abgezogen. Der Block aus den beiden Kunststoffhalteplatten und der zwischen ihnen liegenden Abformung 11 und der Umgießung 12 kann dann auf der weiter unten beschriebenen Vorrichtung schichtenweise abge¬ tragen und die jeweilige Grenzlinie 13 (Fig. 3) zwischen der interokklusalen 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 schema¬ tisch dargestellt. Sie umfaßt ein modifiziertes Mikrotom mit einem Objektträgertisch 14, einer unter dem Objektträgertisch angeordneten Hubein¬ richtung 15 und einem auf dem Objektträgertisch in zwei Richtungen (x- und y-Richtung) verfahr¬ baren Schlitten 16. Der Schlitten 16 ist hierzu Teil eines als solches bekannten Kreuztisches 31, der einen Stellmotor 32 zum Verschieben des Wagens 33 in x-Richtung und einen weiteren Stell¬ motor 34 zum Verschieben des Schlittens 16 auf dem Wagen 33 in y-Richtung aufweist. An dem Schlitten 16 ist eine Schneidvorrichtung ange¬ ordnet, welche einen Mikromotor 17 umfaßt, auf dessen sich vertikal erstreckender Welle ein zylindrischer Fräskopf 19, welcher stirnseitig und an seinem Umfang über Schneidkanten verfügt, befestigt ist. Eine in Höhe der Schnittebene angebrachte, nicht dargestellte Preßluftdüse und ein ihr gegenüberliegender Absaugstutzen dienen der Entsorgung des bei der Zerspanung anfallenden Staubes sowie gleichzeitig der Kühlung der Bearbeitungsflächen und des Schneidwerkzeuges.
Auf dem Objektträgertisch 14 ist ein U-förmiger Träger 22 aufgebaut, dessen lichte Weite derart bemessen ist, daß der Wagen 33 und der Schlitten 16 ungehindert durch ihn hindurch verfahren werden können. Am Querholm 23 des Trägers 22 ist eine Videokamera 24 befestigt, deren optische Achse 25 mit der Vorschubrichtung 26 der Hubeinrichtung 15 zusammenfällt und normal steht auf dem Objektträgertisch 14.
Auf dem in Vorschubrichtung 26 verfahrbaren Hub¬ teil 27 der Hubeinrichtung 15 ist der Block aus den beiden Halteplatten 2 des Abdrucklöffels und der zwischen ihnen aufgenommenen Abformung 11 und Umgießung 12 befestigt, wobei die Stirnplatten 10 mittels - nicht dargestellter - Be¬ festigungselemente auf der Stirnfläche 28 des Hubteils 27 fixiert sind. Der Block aus Halte¬ platten 2, Abformung 11 und Umgießung 12 ragt da¬ bei durch eine in dem Objektträgertisch 14 vorge¬ sehene Bohrung 29 hindurch, so daß der Fräskopf 19 der Schneideinrichtung parallel zum Objekt¬ trägertisch 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 Hubteils 27 um eine vorgegebene Zustellung, Verfahren des Schlittens 16 mit der Schneidvorrichtung nach links über den Block aus Halteplatten, Abformung und Umgießung, Abfahren der im vorherigen Schritt erfaßten Grenzlinie zwischen Abformung und Umgießung mit dem Fräskopf 19, so daß durch diesen eine der Zustellung entsprechende Schicht von der Abformung 11 und der Umgießung 12 abgetragen wird, Verfahren des Schlittens 16 nach rechts, so daß die Oberfläche des Blocks frei¬ liegt, Erfassung der Grenzlinie 13 zwischen der Abformung 11 und der Umgießung 12 in dem sich ergebenden Transversalschnitt mittels der Video¬ kamera 24. Nach jedem lOOsten Abtrag wird die gesamte Oberfläche des Blocks durch den Fräskopf planiert, wobei auch die Halteplatten 2 abgetragen werden.
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-Koordinate des Hubteiles 27 der Hubeinrichtung 15 zu, so daß die räumliche Grenzfläche zwischen der Abformung 11 und der Umgießung 12 dreidimensional erfaßt ist.
Fig. 5 veranschaulicht anhand eines Computer¬ ausdrucks die erfaßten Daten eines Unterkiefers. Deutlich sind die "Höhenlinien" zu erkennen, die den in den verschiedenen Schichten erfaßten Grenzlinien zwischen einem herkömmlich hergestellten Gipsmodell und der Umgießung entsprechen.
Fig. 6 veranschaulicht das Ergebnis der Datenerfassung und -aufbereitung anhand eines Computerausdrucks, der die nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren ermittelte Struktur eines beschliffenen Zahnes in perspektivischer Ansicht darstellt, wobei wahlweise 20μ als auch 40μ Schichten abgetragen wurden.
Ebenso wie zur zeichnerischen Darstellung der Oberfläche eines Zahnes/mehrerer Zähne lassen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten dreidimensionalen Daten zur Steuerung einer NC-Werkzeugmaschine verwenden, welche eine auf den beschliffenen Zahn aufzusetzende Krone oder dergleichen bearbeitet.

Claims

Patentansprüche
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 umgössen; c) nach Aushärten der Umgießungsmasse wird der Block aus Abformung und Um¬ gießung auf einer Vorrichtung zum schichtweisen Abtrag von Material befestigt; d) die Vorrichtung trägt nacheinander zumindest im Bereich der Grenzlinie zwischen Abformung und Umgießung zueinander 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 erfa߬ ten Zähne repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der auf der Vorrichtung zum schichtweisen Materialabtrag 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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Umgießungsmasse bei ihrer Verar¬ beitung dünnflüssiger konfektioniert ist als die Abformmasse.
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.
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 umgös¬ 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 erfa߬ ten Zähne repräsentiert.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 um¬ fassend: eine mit Befestigungsmitteln versehene Hubeinrichtung (15); einen mit einem Schneidwerkzeug bestückten, senkrecht zur Vorschubrichtung (26) der Hubeinrichtung (15) verschiebbaren Schlitten (16); einen Kameraträger (22, 23); eine Videokamera (24), welche am Trä¬ ger (22, 23) oberhalb der Hubeinrich¬ tung (15) 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.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten Teil eines Kreuztisches mit zwei orthogonalen Verschieberichtungen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug ein von einem Mikromotor angetriebener Fräskopf ist.
9. Abdrucklöffel zur Verwendung beim Verfah¬ ren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus zwei ebenen, zueinander parallelen Backen (3), vorzugsweise aus Metall, welche mittels eines schmalen Bügels (4) miteinander verbunden sind und von denen eine einen Griff (5) aufweist, und zwei Halteplatten (2), vorzugsweise aus Kunststoff, welche mit den Backen (3) zusammenwirkende Befestigungsmittel aufweisen und auf die Backen aufgeschoben und von diesen abgezogen werden können, wobei beide Halteplatten (2) jeweils eine Stirnplatte (10) aufweisen.
10. Abdrucklöffel gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Befestigungsmittel Befestigungs- schienen (7) vorgesehen sind, welche Nuten (8) zur Aufnahme der Backen (3) ausbilden.
PCT/EP1993/001013 1991-12-14 1993-04-27 Verfahren zur datenmässigen erfassung der zahnstruktur/-anordnung sowie vorrichtung und abdrucklöffel zur durchführung des verfahrens WO1994024957A1 (de)

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