DE202022001267U1

DE202022001267U1 - Measuring device for determining anatomical features

Info

Publication number: DE202022001267U1
Application number: DE202022001267.5U
Authority: DE
Original assignee: Zebris Medical GmbH
Current assignee: Zebris Medical GmbH
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-06-13
Anticipated expiration: 2032-05-27

Abstract

Messvorrichtung zur sequenziellen Bestimmung der 3D-Position der Bipupillarlinie, sowie von Punkten an oder in der Nähe der äußeren Gehörgänge und/oder weiterer Messlinien im Gesichtsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einer Haltevorrichtung besteht an deren Oberseite, zur Übereinbringung mit den Augenpupillen eine Markiervorrichtung in Form eines langgestreckten waagrechten Volumenkörpers aufweist und die mit einem Messbogen verbunden ist, an dessen Ende sich Tast-/Zeigerelemente befinden und dass sich am Messbogen ein Positionssensor befindet, dessen Messsignale von einer Recheneinheit ausgewertet werden.

Measuring device for the sequential determination of the 3D position of the bipupillary line, as well as points on or near the external auditory canals and/or other measuring lines in the face area, characterized in that the device consists of a holding device on its upper side, for alignment with the eye pupils Marking device in the form of an elongated horizontal solid and which is connected to a measuring arc at the end of which there are touch/pointer elements and that there is a position sensor on the measuring arc whose measurement signals are evaluated by a computing unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung anatomischer Merkmale insbesondere der Ausrichtung der Bipupillarlinie in Bezug zur Position des äußeren Gehörganges oder der Kondylen des Kiefergelenks sowie weiterer anatomischer Messlinien im Gesichtsbereich.The invention relates to a measuring device for determining anatomical features, in particular the alignment of the bipupillary line in relation to the position of the external auditory canal or the condyles of the temporomandibular joint and other anatomical measuring lines in the facial area.

Stand der Technik mit FundstellenState of the art with references

Im Zusammenhang mit verschiedenen zahnärztlichen Leistungen, speziell der Herstellung von hochwertigen Teil- oder Totalprothesen oder Schienen, ist die Bestimmung anatomischer Parameter und auch die Position und Bewegungscharakteristik der Kondylen wünschenswert. Hierzu wurden von der Anmelderin in der DE 102 18 435 B4 ein 3D-Positionsmesssystem sowie eine speziell gestaltete Bissgabel zum Einsatz in einem solchen vorgeschlagen. Die Bissgabel hat einen Fortsatz, an dem eine Haltevorrichtung für Positionssensoren des 3D-Positionsmesssystems (etwa Ultraschall- oder optische Marker) angebracht werden können. Positionssensoren können beispielsweise Kameras oder Lasersensoren, Magnetsensoren oder Sensoren basierend auf Inertialsensoren oder Gyroskopen oder Kombinationen hieraus beinhalten. Weiterhin können stationäre 3D-Positionsmesssysteme z.B. Kameras mit aktiven oder passiven Positionssensoren eingesetzt werden. Zur Kompensation von Kopfbewegungen können Positionssensoren am Oberkiefer einen Kopfbogen oder auch stationär befestigt sein. In der Anmeldung 20 2017 104 364 und 10 2022 102 335.4 sind Ausgestaltungen solcher Messsysteme beschrieben.In connection with various dental services, especially the production of high-quality partial or total dentures or splints, the determination of anatomical parameters and also the position and movement characteristics of the condyles is desirable. For this purpose, the applicant in the DE 102 18 435 B4 proposed a 3D position measurement system and a specially designed bite fork for use in such a system. The bite fork has an extension to which a holding device for position sensors of the 3D position measuring system (such as ultrasonic or optical markers) can be attached. Position sensors can include, for example, cameras or laser sensors, magnetic sensors or sensors based on inertial sensors or gyroscopes, or combinations thereof. Furthermore, stationary 3D position measuring systems such as cameras with active or passive position sensors can be used. To compensate for head movements, position sensors on the upper jaw can be attached to a head bow or also in a stationary manner. Configurations of such measuring systems are described in the application 20 2017 104 364 and 10 2022 102 335.4.

Zur weiteren Bearbeitung des Zahnersatzes werden Zahnmodelle oder mit Scannern erstellte virtuelle Zahnmodelle in mechanische oder virtuelle Artikulatoren übertragen. Hierzu ist es wichtig, die Modellposition nach kopfbezüglichen Referenzpunkten in die Artikulatoren einzubringen.For further processing of the dental prosthesis, tooth models or virtual tooth models created with scanners are transferred to mechanical or virtual articulators. For this it is important to bring the model position into the articulators according to head-related reference points.

In der digitalen Zahnmedizin werden gescannte Zähne des Ober- und Unterkiefers in CAD-Systemen, mit Gesichtsmerkmalen mit den für eine Restauration geplanten Zahn- und Kieferposition übereingebracht, um ein bestmöglichen funktionelles und ästhetisches Ergebnis zu erzielen.In digital dentistry, scanned teeth of the upper and lower jaw are matched in CAD systems with facial features with the tooth and jaw position planned for a restoration in order to achieve the best possible functional and aesthetic result.

In der Anmeldung 20 2019 001 108 wird eine Positionsbestimmungsvorrichtung beschrieben, mit der die dreidimensionalen Positionen des äußeren Gehörgangs bzw. der Kondylenpositionen sowie weitere anatomische Punkte des Gesichtes, wie beispielsweise der Orbitalpunkt, mittels eines Messbogens und eines Zeigerstiftes sowie eines zugehörigen Positionsbestimmungssystems gemessen werden.Application 20 2019 001 108 describes a position determination device with which the three-dimensional positions of the external auditory canal or the condyle positions and other anatomical points of the face, such as the orbital point, are measured using a measuring arc and a pointer pen as well as an associated position determination system.

Problemproblem

Mit den bekannten Messvorrichtungen wird jeder Punkt lokalisiert und einzeln abgetastet. Hierzu werden die Porus-Stifte des Messbogens und/oder die Spitze eines Messzeigers oder Taststiftes auf dem anatomischen Punkt lokalisiert und so lange gehalten, bis eine Eingabe in das Rechnersystem des 3D-Positionsmesssystems erfolgt ist. Dabei wird darauf geachtet, dass sich die Positionssensoren im Sicht- / Aufnahmebereich des Positionsmesssystems befinden.With the known measuring devices, each point is localized and scanned individually. For this purpose, the Porus pins of the measuring arc and/or the tip of a measuring pointer or stylus are located on the anatomical point and held until an entry has been made in the computer system of the 3D position measuring system. Care is taken to ensure that the position sensors are in the field of vision/recording of the position measuring system.

Zur Erzielung funktionell und insbesondere ästhetisch optimaler Ergebnisse bei prothetischen Versorgungen ist es notwendig, die Lage der Verbindungslinie der Augenpupillen in Bezug zu den Kiefergelenken bzw. zum Gehörgang und gegebenenfalls zu einer senkrechten Symmetrielinie des Gesichtes in Bezug zu bringen. Die Position und Ausrichtung der Bipupillarlinie kann mit einem Taststift bzw. angetasteten Punkten nicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden.In order to achieve functionally and, in particular, aesthetically optimal results with prosthetic fittings, it is necessary to relate the position of the line connecting the eye pupils in relation to the temporomandibular joints or the auditory canal and, if necessary, to a vertical line of symmetry of the face. The position and orientation of the bipupillary line cannot be determined with sufficient accuracy using a stylus or touched points.

Lösungsolution

Die bestehenden Nachteile werden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.The existing disadvantages are solved with the features of claim 1. Advantageous configurations of the inventive concept are the subject matter of the respective dependent claims.

Insbesondere können bei der erfindungsgemäßen Anordnung mittels eines C-förmigen Messbogens und eines Positionsmesssystems, Messpunkte des äußeren Gehörgangs bzw. Punkte in der Nähe der Kondylen nacheinander sicher und schnell gemessen werden.In particular, with the arrangement according to the invention, measuring points of the external auditory canal or points in the vicinity of the condyles can be measured reliably and quickly one after the other using a C-shaped measuring arc and a position measuring system.

Damit bevorzugt lösbar und in fester Relation verbunden ist ein Messbügel, der im oberen Bereich eine Markiervorrichtung einer im Wesentlichen geraden Messtrecke bestehend aus einem stabförmigen Volumenkörper oder als zumindest im Bereich der Augen langgezogenes Sichtfenster aufweist. Diese werden in der Draufsicht von vorne mit den Pupillen der Augen des Probanden zur Deckung gebracht. Der Messbügel enthält eine Haltevorrichtung mit der er in definiert angewinkelter Position mit dem Messbogen verbunden ist. Vorteilhaft befindet sich in der Mitte der Messtrecke und/oder in der Mitte des Messbogens eine optische Ausrichtmarkierung, damit der Messbogen während der Bestimmung der Bipupillarline bezüglich der Gesichtsymmetrie u.a. mit der Position der Nase und des Mundes positioniert werden kann. Es ist zu erwähnen, dass die Positionsbestimmung der Bipupillarlinie bevorzugt als separater Messschritt durchgeführt wird. Dabei kann es sinnvoll sein, dass der Messbügel nur für diese Messung am Messbogen befestigt wird. Auch die Ausrichtung des Mundes kann mit derselben Vorrichtung in einem zusätzlichen Messschritt bestimmt werden.A measuring bracket is connected thereto, preferably detachably and in a fixed relation, which has a marking device of an essentially straight measuring section consisting of a rod-shaped volume body or as an elongated viewing window at least in the area of the eyes in the upper area. When viewed from the front, these are aligned with the pupils of the subject's eyes. The measuring bracket contains a holding device with which it is connected to the measuring arch in a defined angled position. An optical alignment mark is advantageously located in the middle of the measuring section and/or in the middle of the measuring arc, so that the measuring arc can be positioned with respect to facial symmetry, including the position of the nose and mouth, during the determination of the bipupillary line. It should be mentioned that the determination of the position of the bipupillary line is preferably carried out as a separate measurement step. It can make sense that the measuring bracket is only attached to the measuring arch for this measurement. The orientation of the mouth can also be adjusted with the same device can be determined in an additional measurement step.

Ein optional in der Mitte des Bogens angebrachter, vorzugsweise abnehmbarer Messstab ermöglicht die gleichzeitige oder separate Eingabe und Messung einer senkrechten mittigen Gesichtslinie. In einer kurzen Ausführung kann der Stab im Gesicht aufgesetzt werden und ergibt eine Führung während der Ausrichtung und Positionsbestimmung der Bipupillarlinie.An optional, preferably detachable, ruler mounted at the center of the arch allows for simultaneous or separate entry and measurement of a perpendicular center line of sight. In a brief embodiment, the rod can be placed on the face and provides guidance during bipupillary line alignment and positioning.

Erreichte VorteileAchieved Benefits

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt als universelle „Stand Alone“-Messvorrichtung die Bestimmung der Ausrichtung und Position der Bipupillarlinie als auch eine schnelle und genaue Bestimmung der Kondylenpositionen sowie gegebenenfalls weiterer anatomischer Messlinien des Gesichtes.
Alle mittels eines Positionsbestimmungssystems ermittelten Daten werden in einer Recheneinheit zueinander in Relation gesetzt.As a universal “standalone” measuring device, the device according to the invention allows the determination of the orientation and position of the bipupillary line as well as a quick and precise determination of the condyle positions and, if necessary, further anatomical measuring lines of the face.
All data determined by means of a position determination system are related to one another in a computing unit.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Furthermore, advantages and expediencies of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.

1 zeigt eine schematische 3D-Darstellung einer bevorzugten Anordnung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Der C-Messbogens 1 ist mit beidseitig ausgeführten Tastarmen ausgestattet. Der Vorteil der Anordnung ist es, dass damit beide Körperseiten nacheinander einfach und schnell gemessen werden können. Beispielhaft befindet sich an den Enden jeweils eine Porusmesskugel 2, die zur Positionsbestimmung in die Gehörgänge eingreifen. Alternativ befinden sich an dieser Stelle Zeigerelemente, mit denen Messpunkte auf der Haut in der Nähe der Kondylen oder im Bereich der Ohren des Probanden angetastet werden können. Ein vorzugsweise im unteren Bereich 3c definiert angewinkelter Messbügel 3 ist mit dem Messbogen 1 über eine Einsteck- oder Rastverbindung 3b lösbar oder fest verbunden. Dieser besteht zumindest im Bereich der Augen aus einem drahtförmigen Volumenkörper 3a. Vorteilhaft ist in der Mitte der Messtrecke eine optische Ausrichtmarkierung 3d angebracht. Des Weiteren können vorteilhaft mindestens zwei verschiebbare Markierungen 3e angebracht sein, mit denen die genaue Position der Pupillen des Probanden festgehalten werden kann. Ggf. kann der Volumenkörper zusätzlich eine Skala beinhalten, um eingestellten Positionen ablesen zu können. 1 shows a schematic 3D representation of a preferred arrangement of the measuring device according to the invention. The C measuring arc 1 is equipped with feeler arms on both sides. The advantage of the arrangement is that both sides of the body can be measured quickly and easily one after the other. For example, there is a porus measuring ball 2 at each end, which engages in the auditory canals to determine the position. Alternatively, pointer elements are located at this point, with which measuring points on the skin in the vicinity of the condyles or in the area of the subject's ears can be touched. A measuring bracket 3, which is preferably angled in a defined manner in the lower region 3c, is detachably or firmly connected to the measuring arc 1 via a plug-in or snap-in connection 3b. At least in the area of the eyes, this consists of a wire-shaped volume body 3a. An optical alignment mark 3d is advantageously attached in the middle of the measuring section. Furthermore, at least two displaceable markings 3e can advantageously be attached, with which the exact position of the subject's pupils can be recorded. If necessary, the volume body can also contain a scale in order to be able to read off the set positions.

In einer mit dem Messbogen verbundenen Halterung 4a, die gleichzeitig als Mitte-Markierung dienen kann, ist ein Messstab 4 befestigt, der während der Vermessung der Bipupillarlinie als Abstützung dienen kann. Gleichzeitig oder in einem zusätzlichen Messvorgang kann damit die Mitte der rechten und linken Gesichtshälfte vermessen werden. Der Messstab kann dazu vorteilhaft auch länger ausgeführt, anatomisch an das Gesicht angeformt und/oder aus einem elastischen Material bestehen.A measuring rod 4, which can serve as a support during the measurement of the bipupillary line, is fastened in a holder 4a connected to the measuring arch, which can also serve as a center marking. The center of the right and left half of the face can be measured at the same time or in an additional measurement process. For this purpose, the measuring rod can advantageously also be longer, anatomically shaped to the face and/or consist of an elastic material.

An einer Halterung 5 wird in definierter Position ein Positionsmesssensor beispielsweise über einen Rast- oder Magnetverschluss lösbar oder auch fest mit dem C-Messbogen verbunden.A position measuring sensor is connected to a holder 5 in a defined position, for example by means of a snap-in or magnetic closure, in a detachable or fixed manner with the C-measuring arc.

Selbstverständlich kann der C-förmige Bogen mit rechtwinklig oder anderweitig angeordneten Seitenarmen ausgestattet sein.Of course, the C-shaped arch can be equipped with side arms arranged at right angles or otherwise.

In 2 wird ein nur an einer Seite befestigter Messbügel 3 gezeigt. Abweichend zur Vorrichtung in 1 ist hier die Markiervorrichtung im Bereich der Augen als Sichtfenster 3a ausgeführt durch den die Pupillen beobachtet und der Messbügel ausgerichtet werden kann. Die Mittenmarkierung ist durch einen vertikalen Steg gebildet.In 2 a measuring bracket 3 attached to only one side is shown. Deviating from the device in 1 Here the marking device in the area of the eyes is designed as a viewing window 3a through which the pupils can be observed and the measuring bracket can be aligned. The center marking is formed by a vertical bar.

Beispielhaft ist der Messbügel aus einem Flachmaterial gefertigt. Bevorzugt kann auch der Messbogen 1 aus einem metallischen Flachmaterial bestehen, sodass die gesamte Messvorrichtig einstückig ausgeführt werden kann. Der Messbügel 3 muss hierbei nur noch in einem definierten Winkel abgebogen werden.By way of example, the measuring bracket is made from a flat material. Preferably, the measuring arc 1 can also consist of a flat metal material, so that the entire measuring device can be made in one piece. In this case, the measuring bracket 3 only has to be bent at a defined angle.

3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit einer T-förmigen Ausgestaltung und einer zentralen mittigen Halterung 3c. Vorzugsweise ist das Verbindungselement 3c in einem Teilbereich 3e nach vorne ausgewölbt, damit bei es bei der Bestimmung der Bipupillarlinie nicht zu einer Kollision mit der Nase des Probanden kommen kann. 3 shows another preferred embodiment with a T-shaped configuration and a central support 3c. The connecting element 3c preferably bulges forward in a partial area 3e, so that a collision with the subject's nose cannot occur when determining the bipupillary line.

4 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung während der Bestimmung der Position und Ausrichtung der Bipupillarline. Das Positionsmesssystem wurde hier zur vereinfachten Darstellung weggelassen. Die Markiervorrichtung 3a des Messbügels 3 wird hierbei mit den Augen des Probanden in Übereinstimmung gebracht. Der Messstab 4 ist für die Messung nicht notwendig und kann optional zum symmetrischen Ausrichten und zur Abstützung während der Messung verwendet werden. 4 shows the arrangement according to the invention during the determination of the position and orientation of the bipupillary line. The position measuring system has been omitted here for the sake of simplicity. The marking device 3a of the measuring bracket 3 is brought into line with the test person's eyes. The measuring stick 4 is not necessary for the measurement and can optionally be used for symmetrical alignment and for support during the measurement.

5 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung während der Bestimmung der Position des rechten äußeren Gehörganges des Probanden. Der Messvorgang wird in einem weiteren Messschritt für den linken Gehörgang durchgeführt. Die Position des Poruszeigers 2 wird über ein 3D-Positionsmesssystem gemessen, das beispielhaft aus einem in einem Kopfbogen untergebrachten Stereokamerasystem 7 und einem mit der erfindungsgemäßen Anordnung verbundenen lichtemittierenden Positionssensor 6 besteht. Die entsprechenden Messdaten werden von einer nicht dargestellten Recheneinheit weiterverarbeitet. 5 shows the arrangement according to the invention during the determination of the position of the right external auditory canal of the subject. The measurement process is carried out in a further measurement step for the left auditory canal. The position of the Porus pointer 2 is measured using a 3D position measuring system, which, for example, consists of a stereo camera system 7 accommodated in a head bow and one with the arrangement according to the invention associated light-emitting position sensor 6 consists. The corresponding measurement data are further processed by a computing unit that is not shown.

6 zeigt den Einsatz des 3D-Positionsmesssystems aus 5 bei der Bestimmung der Bipupillarlinie. Das Kamerasystem 7 wird über eine Kopfhalterung 7a befestigt und nimmt die Lichtsignale des Sensors 6 auf. 6 shows the use of the 3D position measuring system 5 when determining the bipupillary line. The camera system 7 is attached via a head mount 7a and picks up the light signals from the sensor 6 .

7 zeigt den Einsatz des 3D-Positionsmesssystems, wobei das Stereo-Kamerasystem 9 stationär in einiger Entfernung zum Kopf des Probanden angeordnet ist. An einer Kopfhalterung 6a als auch am Messbogen 1 ist je ein Positionssensor 6 befestigt. Diese zeigen in Richtung des Kamerasystems 8 und können aktive Leucht- als auch passive Reflektorelemente enthalten. Beispielhaft ist ein Messstab 4 eingezeichnet, der im Bereich der Nase 4a anatomisch ausgeformt ist. 7 shows the use of the 3D position measuring system, with the stereo camera system 9 being arranged in a stationary manner at some distance from the subject's head. A position sensor 6 is fastened to a head mount 6a and to the measuring arc 1 . These point in the direction of the camera system 8 and can contain active lighting as well as passive reflector elements. A measuring stick 4 is shown as an example, which is anatomically shaped in the area of the nose 4a.

Die Darstellung in 6 und 7 zeigen die vorteilhaft abgewinkelten Positionen des Messbügels 3 und des Messtabes 4 zum C-Messbogen 1. Dabei hat sich ein Winkel von 30 bis 70 Grad als günstig erwiesen. Durch die Abwinkelung befinden sich die Sensoren 6 bei den nacheinander durchgeführten Positionsmessungen in einem optimalen Winkel zu den Kamerasystemen 7 und 8.The representation in 6 and 7 show the advantageously angled positions of the measuring bracket 3 and the measuring rod 4 in relation to the C-measuring arc 1. An angle of 30 to 70 degrees has proven to be favorable. Due to the bending, the sensors 6 are at an optimal angle to the camera systems 7 and 8 when the position measurements are carried out one after the other.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.The implementation of the invention is not limited to these examples, but is also possible in a large number of modifications that are within the scope of professional action.

BezugszeichenlisteReference List

11: Messbogenmeasuring sheet
22: Porus-/ZeigerelementPorus/pointer element
33: Messbügel bestehend aus Halte- und MarkiervorrichtungMeasuring bracket consisting of holding and marking device
44: Messstab/Abstützelementdipstick/support element
55: Halterung für 3D-PositionssensorBracket for 3D position sensor
66: Reflektierender oder lichtaussendende optische PositionsmarkerReflective or light-emitting optical position marker
77: Am Kopf getragenes 3D-Stereo-KamerasystemHead worn 3D stereo camera system
88th: Stationäres 3D-Stereo-KamerasystemStationary 3D stereo camera system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 10218435 B4 [0002]

Claims

Measuring device for the sequential determination of the 3D position of the bipupillary line, as well as points on or near the external auditory canals and/or other measuring lines in the facial area, characterized in that the device consists of a holding device on its upper side, for alignment with the eye pupils Marking device in the form of an elongated horizontal solid and which is connected to a measuring arc at the end of which there are touch/pointer elements and that there is a position sensor on the measuring arc whose measurement signals are evaluated by a computing unit.

measuring device claim 1 , characterized in that the holding device and the marking device are at least partially formed as a measuring bracket from a wire-like round material and are fixed on both sides or are releasably attached to the measuring arch via corresponding magnetic elements and/or male/female parts and/or locking elements.

measuring device claim 1 and 2 , characterized in that in the middle of the measuring arc a support element or measuring rod is fixed or detachably fastened via a closure via corresponding magnetic elements and/or male/female parts and/or latching elements.

measuring device claim 1 and 3 , characterized in that the measuring arch and the device for determining the bipupillary line and/or the support element or the measuring rod are formed from a one-piece flat material.

Measuring device according to the claims according to the preceding claims, characterized in that the holding device for determining the bipupillary line is fixedly or detachably connected to the measuring bracket on both sides, on one side and/or centrally in a T-shape.

measuring device according to claims 1 until 5 , characterized in that the device for determining the bipupillary line and the support or measuring rod and the measuring arc are arranged at a defined angle to one another.

Measuring device according to the preceding claims, characterized in that an optical alignment mark is fixed in the middle of the measuring arc and/or in the middle of the volume body for determining the bipupillary line.

Measuring device according to the preceding claims, characterized in that the measuring system for determining the three-dimensional position of the device is based on cameras and reflecting or active light markers or works according to the principle of transit time measurement of ultrasound or is designed as magnetic field sensors.