DE10117403A1 - Verfahren und System zum minimalen Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modell- und Manufakturarbeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum minimalen Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modellarbeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie ein System zu entwickeln, dass es dem Benutzer ermöglicht, kontrolliert Gewebe abzutragen und dabei unter medizinischen Gesichtspunkten nicht zu viel und nicht zu wenig Gewebe zu entfernen. Das Gewebe soll auch präzise an der richtigen Stelle entfernt werden. Diese Aufgabe wird durch Verfahren sowie ein System nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. DOLLAR A Verfahren und System sind insbesondere für das kontrollierte Anordnen, Führen von Handstücken sowie die Zu- und Abschaltung der Effektorenergie in der Chirurgie und Zahnheilkunde zum optimalen Gewebeabtrag als Vorbereitung für die Konservierung und das Inserieren von Implantaten, Inlays und Onlays vorteilhaft anwendbar. Es lassen sich auch Schnitte mit hoher Präzision setzen. DOLLAR A Verfahren und System zum minimalen Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modellarbeiten sind dadurch gekennzeichnet, dass Material von einem Objekt zur Erfüllung von mindestens einem Kriterium abgetragen wird und vorzugsweise die Leistung und/oder Form und/oder Lage des angeordneten und/oder geführten materialabtragenden Effektors so gesteuert oder geregelt wird, daß Kriterien möglichst optimal erfüllt werden können und die Lage und Geometrie der ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum minima­ len Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Mo­ dellarbeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Verfahren und das sind insbesondere für das kontrollierte Anordnen, Führen von Handstücken sowie die Zu- und Abschaltung der Effektorenergie in der Chirurgie und Zahnheilkunde zum op­ timalen Gewebeabtrag als Vorbereitung für die Konservierung und das Inserieren von Implantaten, Inlays und Onlays geeignet. On­ lays. Es lassen sich auch Schnitte mit hoher Präzision setzen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind für den Gewebeabtrag in der Medizin überwiegend Instrumente wie Bohrer, Fräsen und Sägen im Einsatz, die in das Spannfutter eines medizinischen Handstücks eingesetzt werden. Vereinzelt kommen auch Lasersysteme zum Ein­ satz, die Weich- und Hartgewebe abtragen können.

Beim Gewebeabtrag werden Gewebeschnitte, Gewebeöffnungen und Gewebelöcher (Kavitäten) oder Durchgänge erzeugt, die medizini­ schen Kriterien (z. B. Restgewebe ist tumorfrei, baktierenfrei, nicht kariös, oder Restgewebe hat hohe Festigkeit) und/oder weiteren Kriterien (z. B. die Geometrie des entfernten Gewebes besitzt eine besondere Passform zum Einfügen eines Gegenstücks) genügen sollen.

Es sind aus der Meßtechnik Koordinatenmeßsysteme bekannt, mit denen die Lage (Position und Orientierung) eines Werkzeugs re­ lativ zu einem Referenzkoordinatensystem vermessen werden kann. Es sind aus der computerassistierten Chirurgie medizinische Na­ vigationssysteme bekannt, mit denen die Lage (Position und Ori­ entierung) eines Instrumentes relativ zu Patientengewebe ange­ zeigt werden kann, nachdem das Gewebe registriert worden ist. Es sind aus der roboterassistierten Chirurgie medizinsche Robo­ tersysteme bekannt, mit denen die Instrumente von einem Roboter auf vorgeplanten Bahnen bewegt werden können, damit beispiels­ weise eine Bohrung an eine bestimmte Lage (Position und Orien­ tierung) gelangt oder eine Kavität ausgebohrt wird, die eine besondere geometrische Form hat.

Es sind aus der roboterassistierten Chirurgie medizinsche In­ teraktionssysteme bekannt, bei denen die Instrumente an einer passiven (aktiv bremsend) oder aktiven (aktiv bewegend) Kinema­ tik befestigt sind, jedoch vom Arzt manuell durch direktes Füh­ ren des Instruments oder der Kinematik innerhalb von definier­ ten Volumen, auf definierten Flächen und entlang definierter Bahnen (Geraden, Kurven) bewegt werden können, um beispielswei­ se eine Bohrung an eine bestimmte Lage (Position und Orientie­ rung) zu setzen oder eine Kavität auszubohren, die eine beson­ dere geometrische Form haben soll.

Es sind aus der roboterassistierten Chirurgie medizinsche Tele­ manipulationssysteme bekannt, bei denen die Instrumente an ei­ ner aktiven Kinematik (Slave-Manipulator) befestigt sind jedoch vom Arzt weitgehend über eine angekoppelte Eingabekinematik (Master-Manipulator) manuell innerhalb von definierten Volumen, auf definierten Flächen und entlang definierter Bahnen (Gera­ den, Kurven) bewegt werden können, um beispielsweise eine Bohrung an eine bestimmte Lage (Position und Orientierung) zu set­ zen oder eine Kavität auszubohren, die eine besondere geometri­ sche Form haben soll.

In der Zahnheilkunde sind Handscanner bekannt, die über Strei­ fenprojektion oder andere Verfahren ein 3D Oberflächenmodell mit hoher Genauigkeit vermessen können.

Einem Arzt ist es bisher mit einem manuell geführten Instrument nicht möglich, Gewebeabtragungen so durchzuführen, daß die Lage und/oder die Geometrie der Gewebeabtragungen vorab oder dyna­ misch definierten medizinischen Kriterien (z. B. das Restgewebe ist tumorfrei, baktierenfrei, nicht kariös, oder Restgewebe hat hohe Festigkeit) oder geometrischen Kriterien (z. B. das Restge­ webe oder entnommene Gewebe besitzt eine besondere Passform zum Einfügen eines Gegenstücks) mit einer hohen Güte entspricht. Dies hängt mit der mangelnden Fähigkeit des Menschen zusammen, seine Hände in einem Referenzkoordinatensystem räumlich präzise auszurichten,

Auch mit einem Navigationssystem ist es einem Arzt mit einem manuell geführten Instrument bisher nicht möglich, Gewebeabtra­ gungen so durchzuführen, daß die Lage und/oder die Geometrie der Gewebeabtragungen vorab oder dynamisch definierten medizi­ nischen Kriterien (z. B. das Restgewebe ist tumorfrei, baktie­ renfrei, nicht kariös, oder Restgewebe hat hohe Festigkeit) oder geometrischen Kriterien (z. B. das Restgewebe oder entnom­ mene Gewebe besitzt eine besondere Passform zum Einfügen eines Gegenstücks) mit einer hohen Präzision entspricht.

Robotergesteuerte, telemanipulierte oder interaktiv roboterge­ führte Instrumenteneinsätze sind immer mit einem erheblichen Geräteaufwand verbunden, was zu einer Kostensteigerung führt. Darüber hinaus erfordert es auch ein hohes Ausbildungs- und Mo­ tivationsniveau des beteiligten medizinischen Personals sowie des Pflegepersonals. Es muss erheblicher Einarbeitungs- und In­ stallationsaufwand geleistet werden. Die Operationen dauern oftmals länger als ohne Roboter.

Die Patienten müssen fixiert werden, um mit einem Roboter die gewünschte Qualität zu erreichen.

In der Zahnheilkunde werden oftmals versehentlich benachbarte Strukturen beim Umgang mit einem gewebeabtragenden Sensor uner­ wünscht verletzt. Es ist selbst navigationsunterstützt nicht möglich, eine Kavität sauber auszuformen. Es können keine vor­ gefertigten Implantate sauber eingepaßt werden. Es ist nicht möglich, später passende Inlays, Onlays oder Brücken vorab an­ zufertigen. Es ist nicht möglich, ein später passende Suprakon­ struktion vorab anzufertigen und diese perfekt einzupassen. Es ist nicht möglich, Standardinlays, Onlays, oder Brücken zu ver­ wenden, die in sehr hoher Qualität bei einem Implantatherstel­ ler oder vergleichbaren Herstellern angefertigt werden. Es ist nicht möglich, Kavitäten sauber so auszuformen, daß sie be­ stimmten medizinischen Kriterien (z. B. Abstand zu bakteriösen, tumorösen Gewebe) entsprechen. Es ist nicht möglich, Kavitäten sauber so auszuformen, daß sie bestimmten herstellungstechni­ schen Kriterien (z. B. Formgebung des Passkörpers für die Her­ stellung mit 3-Achs-Fräsen) entsprechen. Es ist nicht möglich, Kavitäten sauber so auszuformen, daß sie bestimmten Kriterien zur Integration von Passkörpern (Einschub, einstecken, verdrehbar sichern), entsprechen. Es ist nicht möglich, die Kavitäten so auszuformen, dass sie Kombinationen der Kriterien entspre­ chen.

Es ist nicht möglich, einen manuell ausgeführten Gewebeabtrag (z. B. am Modell) zu erfassen, zu speichern und als "Vorlage" für einen Gewebeabtrag mit identischer Form an dem selben oder an einem anderen Objekt (z. B. Patientengewebe) zu verwenden).

In der Weichgewebschirurgie können keine Schnitte so gelegt werden, so daß sie bestimmten medizinischen Kriterien (z. B. Ab­ stand zu bakteriösen, tumorösen Gewebe) und/oder Kriterien für die Integration von Transplantaten und Implantaten (z. B. Bru­ stimplantate nach Gewebsentfernung) entsprechen.

In der Knieendoprothethik können keine Mehrfachschnitte ohne Fixierung oder kinematischer Führung mit sauber zueinander de­ finierten Schnittflächen hergestellt werden.

In der Wirbelsäulenchirurgie können keine Dekompressionen und Pedikelschraubeninserierung ohne Fixierung des Gewebes und/oder kinematischer Führung der Instrumente durchgeführt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Stan­ des der Technik zu vermeiden und ein Verfahren und ein zu ent­ wickeln, daß es dem Benutzer ermöglicht, kontrolliert Gewebe abzutragen und dabei unter medizinischen Gesichtspunkten nicht zu viel und nicht zu wenig Gewebe zu entfernen. Das Gewebe soll auch präzise an der richtigen Stelle entfernt werden.

Nichttaktile gewebeabtragende Effektoren wie beispielsweise La­ serstrahlen erlauben es dem Benutzer bei einer manuellen Bear­ beitung eines Hartgewebes nicht gefühlsmäßig die Form des abge­ tragenen Gewebes oder der entstehenden Passform zu erfassen. Es können daher manuell keine Passformen hergestellt werden, die bestimmten Kriterien (z. B. zylindrisch) genügen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und System nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Verfahren und System zum minimalen Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modellarbeiten ist dadurch gekenn­ zeichnet, Material von einem Objekt zur Erfüllung von minde­ stens einem Kriterium abgetragen wird und vorzugsweise die Lei­ stung und/oder Form und/oder Lage des angeordneten und/oder ge­ führten materialabtragenden Effektors so gesteuert oder gere­ gelt wird, daß Kriterien möglichst optimal erfüllt werden kön­ nen und die Lage und Geometrie der erreichten Objektoberfläche erfasst und für weitere Bearbeitungsvorgänge am selben oder an­ deren Objekten gespeichert wird und vorzugsweise die Herstel­ lung, Bearbeitung von einzusetzenden Passkörpern sowie der Zeitraum zwischen Materialabtrag und Einsatz von hergestellten oder vorhandenen Passkörpern verkürzt wird.

Das Verfahren und das System sind insbesondere für das kontrol­ lierte Anordnen, Führen von Handstücken sowie die Zu- und Ab­ schaltung der Effektorenergie in der Chirurgie und Zahnheilkun­ de zum optimalen Gewebeabtrag als Vorbereitung für die Konser­ vierung und das Inserieren von Implantaten, Inlays und Onlays vorteilhaft anwendbar. Es lassen sich auch Schnitte mit hoher Präzision setzen.

Es ist möglich, hinsichtlich geometrischer Ansprüche saubere präzise Schnitte zu legen, Bohrungen zu setzen, Kavitäten- oder Stümpfe zu fräsen und die Bewegungen sauber zu vermessen.

In der Zahnmedizin ist es selbst frei Hand möglich, Löcher für Implantate so exakt zu bohren, als ob ein Führungskinematik verwendet worden wäre. In der Zahnmedizin ist es dann möglich, ein Inlay, Onlay oder eine Brücke vorab anzufertigen und die Kavitäten zu auszuformen, daß die vorhandenen Inlays oder On­ lays perfekt in die Kavitäten oder auf den Stumpf passen. Da­ durch entfällt die vor Ort Herstellung eines Inlays oder On­ lays. Inlays und Onlays können deutlich preiswerter und mit hö­ herer Qualität zentral hergestellt und gelagert werden. Der Zeitraum zwischen Ausformen und Versorgung sinkt erheblich.

In der Zahnmedizin ist es möglich, gleichzeitig das Gewebe un­ ter medizinischen Gesichtspunkten zu entfernen und parallel da­ zu eine Kavität oder einen Stumpf zu formen, der das Fügen mit einer Passkörper (ohne Hinterscheidungen), bei maximalem Gewe­ beerhalt erlaubt. Es können komplizierte Geometrie erreicht werden.

In der Weichgebschirurgie lassen sich bei dem Trennen kompli­ zierten Gewebestrukturen (Viszeralchirurgie) manuell perfekte Gewebeabtrennung erreichen, wenn gleichzeitig ein Gewebepositi­ onsmeßsystem z. B. auf der Basis von elektromagnetischen Reflek­ toren verwendet wird. Kostenintensive mechanische Aufbauten für die Führung der Instrumente können entfallen. Es können auch ohne den Einsatz von Robotern vergleichbare Ergebnisse bei ei­ ner manuellen Instrumentenführung erreicht werden. Dies ist ex­ treme Verbesserung der gegenwärtigen Situation. Medizinische Fräsroboter können in Ihrer Funktion weitgehend ersetzt werden. Es kann auch bei dem Gewebeabtrag die Geometrie des Gewebeab­ trags vermessen werden und diese Geometrie dann mehrfach ver­ wendet werden. Dies hat Vorteile bei der Übertragung von Mo­ dellarbeiten auf andere Gewebearten. Es können auch Formen an einer Achse oder als Volumenmodelle gespiegelt werden (Positiv- , Negativform)

Die Vorlage kann auch an einer oder mehreren Achsen gespiegelt werden. Teile der Geometrie können von Negativ- in Positivfor­ men gespiegelt werden.

Ein Nutzer kann mit einem manuell geführten Instrument Gewebe­ abtragungen so durchzuführen, daß die Lage und/oder die Geome­ trie der Gewebeabtragungen vorab oder dynamisch definierten me­ dizinischen Kriterien (z. B. das Restgewebe ist tumorfrei, bak­ tierenfrei, nicht kariös, oder Restgewebe hat hohe Festigkeit) oder geometrischen Kriterien (z. B. das Restgewebe oder entnom­ mene Gewebe besitzt eine besondere Passform zum Einfügen eines Gegenstücks) mit einer hohen Güte entspricht. Die mangelnden Fähigkeit des Menschen sein Hände in einem Referenzkoordinaten­ system räumlich präzise auszurichten wird ausgeglichen.

In der Zahnheilkunde können vorab angefertigte Suprakonstruk­ tionen, Inlays, Onlays oder Brücken verwendet werden. Es können komplizierte Geometrieformen manuell hergestellt werden. Es können CAD-Daten des Abtrags erstellt werden. Die Geometrieda­ ten können zur Herstellung von Implantaten oder zum Heraustren­ nen von Transplantaten verwendet werden. Die Geometriedaten können zum Qualitätsnachweis verwendet werden.

In der Wirbelsäulenchirurgie können manuell Bohrungen und Fräs­ flächen sauberer hergestellt werden. In der Knieendoprothetik können manuell die Schnittflächen sauberer gelegt werden. Es gibt fast in allen Bereichen der Medizin deutliche Vorteile bei der Instrumentenführung. Das Verfahren erlaubt es, auch mit nichttaktilen gewebeabtragenden Effektoren wie beispielsweise Laserstrahlen bei einer manuellen Bearbeitung eines Hartgewebes eine Passform herzustellen, die bestimmten Kriterien (z. B. zy­ lindrisch) genügt.

Es zeigen:

Fig. 1 Gewebeabtragender Effektor mit Referenzlage zum Gewebe­ objekt,

Fig. 2 Wirkgeometrie und Schnittgeometrie im Objekt,

Fig. 3 Hergestellter Passkörper und Passform des abgetragenen Gewebes,

Fig. 4 Visualisierung der Differenzgeometrie zur Effektorfüh­ rung,

Fig. 5 Drosselintervall zur Steuerung und Regelung der Effek­ torleistung,

Fig. 6 Laserhandstück mit passformerzeugender Effektorgeome­ triekörper,

Fig. 7 Das Setzen von Schnitten in Weichgewebe,

Fig. 8 Ein System zur Durchführung des manuellen optimalen Ge­ webeabtrags.

Fig. 1 zeigt das Handstück (1) eines medizinischen Instruments mit einem gewebeabtragenden Effektor (2) in einer meßbaren Ef­ fektorlage (Position und Orientierung) (3) relativ zu einer Re­ ferenzlage (4) eines Gewebeobjekts (5). Die gewebeabtragende Geometrie des Effektors (2) ist als quasi unveränderlich be­ kannt (z. B. Fräser, Bohrer) oder kann vermessen bzw. justiert werden (z. B. Laser). Die Leistung zum Abtragen des Gewebes kann zumindest ein- und ausgeschaltet werden bzw. vorzugsweise ge­ steuert oder geregelt werden. Bei dem Effektor (2) kann es sich um ein Sägeblatt, einen Bohrer, eine Fräse, einen Wasser- oder Partikelstrahl, Laserstrahl, Ultraschall, oder andere Effekto­ ren zum Gewebeabtragen handeln. Die relative Lage T_EFF des ge­ webeabtragenden Effektors (3) zur Referenzlage (4) T_OBJ des Gewebeobjekts (5) kann beispielsweise durch Koordinatenmeßver­ fahren ermittelt werden, die auf künstlichen oder anatomischen Meßmarkierungen in bekannter Lage aufbauen. Im Bild sind Mar­ kierungsträger (6) dargestellt, die fest in ihrer Lage relativ zu Effektor bzw. Gewebeobjekt befestigt sind.

An den Markierungsträgern (6) befindet sich in der Figur eine Markierung (7) aus reflektierenden Glaskugeln, die als Signal­ reflektoren in einem optischen Koordinatenmeßsystem zum Einsatz kommen können.

Die Markierung (7) ist verallgemeinert eine Menge von Punkten, Figuren oder Körpern, deren relative Lage (Position und/oder Orientierung) zueinander sowie zu dem jeweiligen Markierungsre­ ferenzsystem (8) vorab bekannt sind und deren Lage relativ zu mindestens einem Lagemeßkoordiantensystem bei Bedarf bestimmt werden kann. Dazu können unterschiedliche Meßverfahren (op­ tisch, akustisch, elektromagnetisch, radarbasiert, laserba­ siert, Zeilenkamera, Flächenkameras, Videosequenzen, 3D- Oberflächenkameras, 3D-Laserkameras, 3D-Radarvefahren usw. mit signalsendenden, signalempfangenden und signalreflektierenden Punkten, Figuren oder Körpern) verwendet werden. Alternativ kann die Markierung als Flansch zur Aufnahme eines Meßfühlers in bekannter Lage relativ zu dem jeweiligen Markierungsrefe­ renzsystem (8) realisiert sein. Die Markierung (7) kann an dem jeweiligen Markierungsträger (6) angebracht, ausgespart und/oder durch einen Teil der Geometrie des Markierungsträger (6) ausgeprägt sein. Der jeweilige Markierungsträger kann auch durch das Handstück des Effektors oder das Objekt selbst gebil­ det werden.

Fig. 2 zeigt ein Wirkvolumen bzw. eine Wirkgeometrie (9), die durch die räumliche Überlagerung der Effektorgeometrie (2) an den gemessenen Effektorlagen (3) berechnet wird. Das Wirkvolu­ men beschreibt die mit dem Wirkeffektor maximal überstrichene Raumgeometrie. Ebenfalls eingezeichnet ist die Schnittgeometrie (10) bzw. das Schnittvolumen, das aus der Schnittmenge von dem Gewebeobjektvolumen (5) in der Referenzlage (4) - vor dem Gewe­ beabtrag - und dem Wirkvolumen (9) gebildet wird. Das Schnitt­ volumen beschreibt das mit dem Effektor tatsächliche abgetrage­ ne Objektvolumen. Die für den Gewebeabtrag relevante Objektge­ webegeometrie kann über ein tiefenbild- bzw. volumenbilderzeu­ gendes Verfahren (Röntgen, Ultraschall, Laser, MRT, CT, - oder Oberflächenbild etc.) oder über ein oberflächenbilderzeugendes Verfahren (2D, 3D Oberflächenscanner, Videobild, Handscanner) oder über ein taktiles oder nichttaktiles abstandsbilderzeugen­ des Verfahren (Abstandslaser, taktiler Meßfühler etc.) mit nachfolgender Oberflächennetzgenerierung erzeugt werden. Im einfachsten Fall wird mit der energielosen Effektorgeometrie (2) die Oberfläche berührt und so die Oberfläche taktile ver­ messen (duch Erzeugung eines Oberflächengitters aus den Mess­ punkten) oder am Handstück (1) ist ein abstandsmessender oder oberflächenmessender Sensor befestigt bzw. in das Handstück in­ tegriert.

Das Schnittvolumen (10) wäre in der Zahnheilkunde beispielswei­ se eine gebohrte, gefräste oder gelaserte Kavität im Zahn, im Kieferknochen oder in einem Modell. Das Schnittvolumen (10) kann in der Zahnheilkunde auch das Gewebe beschreiben, das ab­ getragen wurde, um einen Stumpf für eine Überkronung herzustel­ len. Entsprechende Beispiele gibt es in der Chirurgie. Das Schnittvolumen (10) kann auch eine Schnittfläche zum Trennen von Gewebe in der Hartgewebschirurgie (Osteotomie) oder aber auch eine Schnittfläche in der Weichgebschirurgie (z. B. Vis­ zeralchirurgie) beschreiben.

Fig. 3 zeigt Gewebeobjekte (5) mit abgetragenen Gewebevolumen (10) sowie die Geometrie von Passkörpern (11), die auf der Ba­ sis der Schnittvolumengeometrie (10) sowie weiteren medizini­ schen Kriterien und/oder Kriterien zur Herstellung der Passkör­ per (11) und/oder Integration von Passkörper (11) und Restgewe­ bevolumen (5, 12) beruhen. Medizinische Kriterien können sein, daß beispielsweise die Außen- oder Innenoberfläche des Passkör­ pers (11) einen Mindestabstand zu dem abgetragenen Gewebe (10) oder zu Gewebe mit bestimmten Gewebeeigenschaften (tumorös, bakteriell, Hartgewebe, Spongiosa, Außenschale, Nerven, Organe etc.) besitzt oder es beispielsweise keinen Fallen (Hohlräume) für Bakterien geben darf. In der Zahnheilkunde muss der Pass­ körper (11) auch weiteren medizinischen Kriterien wie der opti­ malen Okklusion (Passung zwischen den Zähnen unterschiedlicher Kiefer) genügen. Kriterien zur Herstellung der Passkörper (11) können sein, daß Grundkörper oder Materialmengen in einem Lager vorhanden sind, oder sich die Passkörper (11) mit bekannten und/oder vorhandenen Werkzeugen bzw. Werkzeugmaschinen herstel­ len lassen, und diese daher bestimmte Materialeigenschaften (z. B. Festigkeit oder besondere Geometrieformen) aufweisen müs­ sen. Ein Kriterium kann auch sein, daß der entsprechende Pass­ körper in einem Lager vorhanden sein muss.

Kriterien zur Integration von Passkörper (11) und Restgewebevo­ lumen (5, 12) können sich auf die Fügepassung zwischen Passkör­ per (11) und Restgewebevolumen, d. h. Objektpassform (12) bezie­ hen, da Hartgewebe so passend vorbereitet sein muss, daß sich der Passkörper sauber fügen lässt. Dies fordert auch bestimmte geometrische Formen. Auch die Vergrößerung und oder die Ver­ kleinerung der Passkörpergeometrie so daß eine gewünschte End­ form nach dem Verbinden von Restgewebevolumen und Passkörper entsteht fällt hierunter.

Die Passkörpergeometrie (11) kann jetzt dazu verwendet werden, beispielsweise eine Materialmenge/-volumen abzumessen oder die Daten zur Herstellung des Passkörpers (11) mit Hilfe von CAD/CAM-Verfahren bzw. im Rapid-Prototyping-Verfahren zu ver­ wenden. So kann beispielsweise eine Fräsmaschine angesteuert werden, die den Passkörper (11) aus einem Grundkörper heraus fräst.

Alternativ dazu kann auch ein passender Grundkörper aus einem Lager ausgewählt und entnommen werden, der nicht oder nur wenig geeignet nachbearbeitet werden muß.

Fig. 4 zeigt ein Gewebeobjekt (5) (Zahnstumpf) bei dem bereits die optimale Objektpassform (12) durch den Passkörper (11) be­ kannt ist, jedoch noch nicht alles abzutragende Gewebe abgetra­ gen wurde. Im Bild ist das Differenzvolumen (13) zu erkennen, das aus der Geometrie des aktuellen Passkörpers (12) und dem aktuellen Schnittvolumen (10) durch Schnittbildung ermittelt wird. Das Differenzvolumen (13) bzw. die Differenzgeometrie kann an einem Bildschirm visualisiert werden und/oder es kann akustisch der Abstand des Effektors (2) zur Grenzfläche Diffe­ renzvolumen (13) und Passform (12) signalisiert werden. Die Vi­ sualisierung wird dann dazu verwendet, manuell (Hand-Auge und/oder Hand-Ohr-Koordiantion) oder motorisch angetrieben und geregelt (z. B. mit einem Roboter) den Effektor (2) so zu bewe­ gen, daß der Effektor (2) nur Gewebe des Differenzvolumens (13) erreichen soll oder kann. Dadurch wird der Gewebeabtrag optimal minimiert. Da kontinuierlich die Schnittgeometrie ermittelt wird kann das System auch zur Vermessung und Dokumentation selbsterzeugter Kavitäten sowie zur Weiterverarbeitung der Meß­ daten verwendet werden. Der Effektor kann auch als taktiler Po­ sitionsmeßtastkopf zum Einsatz kommen.

Fig. 5 zeigt das Gewebeobjekt (5) bzw. die Objektpassform (12) sowie die Differenzgeometrie (13), die das noch abzutragende Gewebe beschreibt. Die Leistung des gewebeabtragenden Effektors (2) wird spätesten dann abgeschaltet, wenn die Effektorgeome­ trie die Differenzgeometrie (13) oder die Vereinigungsmenge von Passkörpergeometrie (11) und Differenzgeometrie (13) verläßt. Die Leistung des gewebeabtragenden Effektors wird spätesten dann eingeschaltet, wenn sich die Effektorgeometrie in die Dif­ ferenzgeometrie (13) oder die Vereinigungsmenge von Passkörpergeometrie (11) und Differenzgeometrie (13) hineinbewegt. Die Leistung des Effektors wird in Abhängigkeit von dem Abstand des Effektors (2) zur Objektpassform (12) gesteigert bzw. mit sin­ kenden Abstand reduziert. Vorzugweise ist die Leistungsverände­ rung auf ein Drosselintervall ausgehend von der Objektpassfor­ moberfläche (12) beschränkt.

Fig. 6 zeigt ein Handstück (1) (z. B. Laserhandstück) mit einem aufgesetzten Effektorgeometriekörper (14), das die gewebeabtra­ gende Energie so kontrolliert an der Grenzfläche abgibt, daß sich eine gewünschte Passform (12) für einen Passkörper (11) ergibt. Bei einem Lasereinsatz und einem geeigneten lichtlei­ tenden bzw. lichtemittierende Effektorgeometriekörper (14) kann dann beispielsweise ein Außen- oder Innengewinde mit dem Laser so geschnitten werden, daß es sich an der exakten gewünschten Lage (Position und Orientierung) befindet und darüber hinaus sogar der Endpunkt der austretenden Windung bekannt sein kann.

Fig. 7 zeigt ein Weichgewebeobjekt (5), in das zwei Schnitte (11) gesetzt werden sollen, die in diesem Fall als Passkörper modelliert sind. Die Lage des Gewebes wird über Markierungen (7) erfasst, die beispielsweise mit einem elektromagnetischen Positionsmessverfahren, ähnlich einem GPS vermessen werden. Mit diesem Verfahren können auch Teilvolumen des Weichgewebes in ihrer Position und Lage bestimmt werden. Das Gewebe befindet sich vorzugsweise in einer formstabilisierende Matrize (15), damit bei dem Trennvorgang das Gewebe (5) sich nicht ver­ schiebt. Die formstabilisierende Matrize (15) sollte ihre Form auch beim Setzen der Schnitte behalten können. Diese könnte bei einem Skalpelleffektor (2) eine Folie sein oder ein Körper mit vorgefertigten vorzugsweise gitterförmigen oder bei einem La­ serskalpell eine lichtdurchlässige, lichtleitende Folie sein, die die Laserleistung auf der Gewebeseite des Matrize (15) ge­ webeabtragend austreten lässt.

Fig. 8 zeigt ein erfindungsgemäßes System bestehend aus einem Lagemeßsystem (16) zur Messung der Effektorlage (3) eines Ef­ fektors (2) in einem Handstück (1) relativ zu der Referenzlage (4) eines Gewebeobjekts (5). Im Bild ist das Lagemeßsystem als optisches Navigationssystem (16) dargestellt, mit kugelförmigen passiven Markern (7), deren Träger (6) über provisorische Im­ plantate (17) mit dem Kieferknochen verschraubt sind bzw. an dem Handstück (1) angebracht sind.

Die über ein Leistungsteuergerät (18) (Fußschalter, Handschal­ ter, Sensor) kontrollierte Leistung des Leistungsumsetzers (19) (Antriebsmotor) für den gewebeabtragenden Effektors (2) kann über eine Drosselvorrichtung (20) ausgeschaltet und/oder einge­ schaltet und/oder auf eine geeignete Leistung reduziert werden. Die Drosselvorrichtung (20) kann auch integraler Bestandteil des Leistungsumsetzers (19) sein und über eine Gerätedrossel­ schnittstelle (21) angesteuert werden.

Eine Steuereinheit (22), vorzugsweise ein Computer mit Display (23) (z. B. Bildschirm mit Lautsprecher), wird verwendet, um die Meßdaten des Lagemeßsystems (16) einzulesen und auszuwerten. Bei Bedarf wird zu Beginn die Länge oder die Form des Effektors (2) in einer Einmeßvorrichtung wie einem Registrierpunkt (24) eingemessen. In der Steuereinheit ist nach definierten Kriteri­ en mindestens eine Lage (Position und Orientierung) des abzutragenden Gewebes (5) bekannt oder kann im Betrieb (on-line) festgelegt werden. Es ist mindestens eine Passform (12) und/oder ein Passkörper (11) vorab gespeichert oder kann im Be­ trieb (on-line) definiert werden. Alternativ dazu oder zusätz­ lich sind Kriterien zur on-line dynamischen Berechnung von min­ destens einer Passform/ Passkörper (11, 12) vorab gespeichert oder die entsprechenden Kriterien können im Betrieb (on-line) festgelegt werden. In der Steuereinheit ist während des Be­ triebs eine Objektgeometrie (5) gespeichert, die entweder vorab bekannt war, vor dem Einsatz vermessen wurde oder eingriffsbe­ gleitend kurz vor dem Gewebeabtrag vermessen wird. Die Steuer­ einheit berechnet jetzt bei Bedarf oder quasikontinuierlich das Wirkvolumen (9), das Schnittvolumen (10), wählt oder berechnet die Passkörpergeometrie (11) und die geeignete Passform (12) und berechnet die Differenzgeometrie (13). Die Differenzgeome­ trie wird geeignet auf dem Bildschirm dargestellt und erlaubt das manuelle Anordnen und Führen des Handstücks so, daß gezielt die Differenzgeometrie abgetragen werden kann. Dabei kann die Steuereinheit (22) die Leistung des Effektors (2) über die Drosselschnittstelle (21) aus- und einschalten bzw. drosseln wie weiter oben bzw. in den Ansprüchen beschrieben. Anschlie­ ßend wird aus einem Lager (25) der bereits vorbereitete geeig­ nete Passkörper entnommen (beispielsweise vom Zahntechniker oder als Normkörper von einer Dentalfirma hergestellt) oder nachträglich hergestellt (vom Zahntechniker oder von einer Fer­ tigungsmaschine). Der Körper wird mit der Passform integriert und geeignet nachbearbeitet, wobei die Leistungsdrosselung dann ständig freigeschaltet werden kann. Wird ein Modell bearbeitet, dann kann dieselbe Bearbeitung an einem anderen Modell oder Pa­ tientengewebe kopiert werden.

Zur Herstellung von Kavitäten im Hartgewebe für die Implantolo­ gie wird das Verfahren und ein entsprechendes System wie folgt eingesetzt. An dem Hartgewebe (5) wird eine Meßmarkierung (7) befestigt, die es erlaubt, die Lage der Hartgewebegeometrie re­ lativ zu einem Referenzkoordinatensystem (8) quasikontinuier­ lich zu bestimmen oder zu messen. Das Hartgewebe (5) kann dabei ortsfest fixiert oder frei beweglich sein. Die relative Lage des Hartgewebes zu den Meßmarkierungen kann mit unterschiedli­ chen abstands-, volumen-, oder oberflächenbildgebende Verfahren ermittelt werden. In der Zahnheilkunde und der Kopfchirurgie bietet sich die Verwendung einer an den Zähnen befestigten Re­ gistratschablone an, in anderen Gebieten der Chirurgie eine Oberflächenvermessung oder eine Markerregistrierung. Der Effek­ tor (2) kann beispielsweise eine Fräse, ein Bohrer oder ein La­ ser sein, der über ein entsprechendes Handstück (1) manuell (aber natürlich auch kinematisch gestützt, gebremst, gedämpft oder angetrieben) geführt wird. Am Handstück (1) ist ebenfalls eine Meßmarkierung (7) vorhanden. Ein Positions- und/oder Lage­ meßsystem (16) wird verwendet, das es erlaubt, die relative La­ ge der Marker und damit auch die Markierungsreferenzsysteme (8) zu vermessen. Hier können optische, elektromagnetische, akusti­ sche, oberflächenabstandsmessende, Navigationssysteme mit fe­ sten oder variablen Markergeometrien zum Einsatz kommen. Beson­ ders einfach ist in der Zahnheilkunde die Verwendung von opti­ schen Navigationssystemen mit passiven Markern. Die Geometrie und die Lage des Effektors (2) relativ zu dem Markierungsrefe­ renzsysteme (8) des Handstücks ist vorab bekannt, oder wird durch das Berühren eines Registrierpunkts (24) bzw. einer Regi­ strierform eingemessen. Bei einem Laserhandstück ist es auch möglich, den Fokuspunkt entsprechend einzustellen oder seine Position zu vermessen. So kann über eine Koordinatentransforma­ tion die Lage (3) der gewebeabtragenden Effektorgeometrie mit dem Navigationssystemen relativ zu der Lage (4) des Objektgewe­ be (5) quasikontinuierlich gemessen werden. Manuell oder mit Hilfe einer Kinematik wird mit dem Effektor (2) jetzt Gewebe abgetragen, wobei - vorzugsweise mit einem Computer - die Posi­ tionen und Orientierungen der gewebeabtragenden Effektorgeome­ trie protokolliert werden und aus der Überlagerung der der Ef­ fektorgeometrien eine Wirkgeometrie (9) und aus der Schnittbil­ dung von Objektgeometrie (5) und Wirkgeometrie (9) die Geome­ trie des abgetragenen Gewebevolumens (10) berechnet wird. Es wird also direkt die Geometrie des abgetragenen Gewebes berech­ net. Beim Abtragen wird der Arzt versuchen bestimmte Kriterien einzuhalten. Dies können Informationen über das Gewebe sein, die beispielsweise über die Augen (Farbe, Späne), Nase (Gerü­ che), die taktile Informationen (Gewebefestigkeit oder Festig­ keitsänderung des Gewebe) oder akustisch wahrgenommen werden und direkt umgesetzt werden. Es können auch Informationen aus einer Vorplanung sein, bei der bestimmte Positionen, Orientie­ rungen der Kavitäten oder Kavitätsgeometrien festgelegt wurden. Dabei kann die Kavität beispielsweise zur Aufnahme eines Im­ plantats geformt werden müssen. Im einfachsten Fall wird die Kavität für ein vorab definiertes Implantat oder Transplantat angefertigt. Es ist aber auch möglich, daß unter Berücksichti­ gung weiterer Kriterien ein Implantat aus einer Auswahl ver­ schiedener vorhandener Implantate ausgewählt wird. In diesem Fall muss die Kavität jetzt auch noch den Kriterien einer Pass­ form (12) für den Passkörper (11) des Implantats genügen. Aus diesem Grund wird ein Differenzkörper (13) berechnet, der das Gewebe umschließt, das noch entfernt werden muss, um die Pass­ form (12) für den Passkörper (11) zu bilden. Diese Differenz­ geometrie (13) wird dazu verwendet, um den Effektor (2) für den Gewebeabtrag optimal anzuordnen und zu führen. Die kann bei­ spielsweise durch eine grafische Darstellung an einem Bild­ schirm für den Arzt erfolgen oder durch die Steuerung einer ro­ boterähnlichen Kinematik. Auf der Basis der Differenzgeometrie kann auch ein Effektorgeometriekörper (14) ausgewählt werden, die eine Passform (12) direkt erzeugt. Dies kann beispielsweise bei einem Laserhandstück mit einem gewebeabtragenden Laser ein zylinderförmiger Effektorgeometriekörper (14) geschehen, der so lichtdurchlässig ist, daß das gewebeabtragende Laserlicht beim Austritt aus dem Effektorgeometriekörper (14) ein Gewinde als Passform (12) in das Hartgewebe (5) schneidet. Ist die Passform (12) im Gewebe (5) hergestellt, dann kann das Implan­ tat bzw. der Passkörper (11) aus einem Lager (25) entnommen werden und direkt integriert werden. Um zu vermeiden, daß bei der manuellen oder kinematisch gestützten Anordnung und Führung des Effektor versehentlich Gewebe (5) abgetragen wird, daß die optimale Passform (12) zerstören würde oder den erforderlichen Kriterien nicht genügt, wird die gewebeabtragende Effektorleistung computergesteuert abgeschaltet, wenn sich der Effektor (2) außerhalb der Differenzgeometrie (13) und/oder einer Teil­ menge der Vereinigungsmenge von Differenzgeometrie (13) und Passkörpergeometrie (11) befindet. Vorzugsweise wird die Effek­ torleistung aus Sicherheitsgründen auch nur eingeschaltet, wenn sich der Effektor innerhalb der Differenzgeometrie (13) und/oder einer Teilmenge der Vereinigungsmenge von Differenz­ geometrie (13) und Passkörpergeometrie (11) befindet. Um eine besonders saubere Passform (12) zu erhalten ist es sinnvoll, die Effektorleistung mit sinkendem Abstand des Effektors zur Grenzfläche zwischen Passform (12) und Differenzgeometrie (13) so zu drosseln, dass möglichst kein Gewebe der Passform (12) versehentlich abgetragen werden kann. An dem Handstück ist vor­ zugsweise ein Absaugmechanismus für das Absaugen von Gerüchen sowie Dämpfen und anderen Partikeln angebracht.

Zur Herstellung von Kavitäten im Zahn für die Versorgung mit Inlays, Onlays oder Überkronungen wird das Verfahren und ein entsprechendes System analog zu der Bearbeitung am Knochen ein­ gesetzt. Hier wird jedoch der Passkörper (11) in Form eins In­ lays, Onlays oder einer Brücke entweder aus einem Lager mit vorbereiteten Normkörper entnommen oder im Rapid-Prototyping- Verfahren (gefräst, gesintert, usw.) oder vorab von einem Zahntechniker hergestellt und vermessen. Es kann auch Material abgemessen und in die Kavität bzw. in eine Form um den Passkör­ per herum eingefüllt werden.

Das Verfahren kann in der Zahnmedizin auch für die Herstellung oder Modifikation von Modellarbeiten und Suprakonstruktionen verwendet werden. Dann wird nicht nur am Patientengewebe son­ dern auch an Modellen bzw. an den Suprakonstruktionen gearbei­ tet, die sich jedoch über bekannte Verfahren (Registrierscha­ blone übertragen lassen).

Das Verfahren kann auch in der Kniendoprothetik eingesetzt wer­ den, bei der sehr viele Schnitte am Knochen gesetzt bzw. Flä­ chen zueinander gefräst werden müssen. Hier kann sehr einfach ein Markierungsträger an den Knochen angeschraubt werden. Das Verfahren kann auch in der Dekompression und der Vorberei­ tung der Verschraubung von Wirbelkörpern verwendet werden. Zum Trennen von Hartgewebe wird das Verfahren und ein entspre­ chendes System wie folgt eingesetzt. Der Passkörper wird als mindestens eine Schnittfläche definiert bzw. als mindestens ein Schnittvolumen. Es muß nicht notwendigerweise auch ein Passkör­ per eingesetzt werden.

Zum Trennen von Weichgewebe beispielsweise in der Viszeralchir­ urgie wird das Verfahren und ein entsprechendes System wie folgt eingesetzt. Es wird verwendet, um saubere Schnitte in Weichgewebe (5) zu setzen, um beispielsweise Gewebe zu trennen oder zu entfernen. Dabei wird die Lage (Position und Orientie­ rung) (4) des Weichgewebes (5) beispielsweise über ein Weich­ teil-GPS verwendet, bei denen in das Weichgewebe Markierungen (7) eingebracht sind. Über die Lagemessung der Markierungen kann die teilweise unabhängige Verschiebung und Verlagerung von Gewebestrukturen vermessen werden. Zusammen mit einem lei­ stungsgesteuerten Effektor (2)zur Gewebetrennung lassen sich dann saubere Schnitte setzen. Das Gewebe kann auch vorab in ei­ ne formstabilisierende Matrize (15) gelegt, gepresst oder gesaugt werden, bevor die gewebeabtragende Leistung zugeführt wird. Die Matrize (15) kann auch selbst energiedurchlässig sein, damit die Schnitte geeignet durch die Matrize hindurch geführt werden können. Das Schneidwerkzeug ist hier vorzugweise ein Laser, der abtastend über das Gewebe geführt und selbstän­ dig die Schneidposition mißt. Die Leistung wird nur an den ge­ plante Schnittkanten bzw. Schnittflächen zugeschaltet. Die formgebende Matrize (15) kann dabei aus einem lichtleitenden Material sein.

Das Verfahren kann auch außerhalb der Medizin z. B. beim Gewebe­ abtrag in Manufakturen oder handwerklichen Kleinbetrieben (Schreiner, Zimmermann, Holzbootsbau) oder von Heimwerkern ein­ gesetzt werden, wo keine vollautomatischen computergesteuerten Bearbeitungsmaschinen eingesetzt werden können. Dies kann der Fall sein, weil die Maschinen beispielsweise zu groß oder zu teuer oder überhaupt nicht zu erwerben sind. In diesem Fall können das Verfahren und eine entsprechend ausgerüstete manuel­ le Bearbeitungsmaschine (elektrisches Heimwerkerbearbeitungsge­ rät) ein Ergebnis erbringen, daß einer numerisch gesteuerten automatischen Maschine vergleichbar ist. Ein Anwendungsbeispiel hier ist das "in Form"-Schleifen zum Restaurieren eines alten Autos oder das Abschleifen einer GFK-Hülle eines alten Segel­ boots. Hier wird ein Normkörper auf der Basis von alten bekann­ ten Rissen bzw. technischen Zeichnungen vorgegeben. An dem Be­ arbeitungsobjekt wird der Referenzpunkt einer Koordinaten­ meßeinrichtung angebracht wie Beispiel der eines Differenz-GPS oder einer optischen bzw. Laser, Radar etc. basierten Koordina­ tenmeßeinrichtung oder eines Meßarms. Die Effektorgeometrie beispielsweise der Schleifscheibe ist entweder bekannt oder wird in einer Form eingemessen. Die Effektorposition der gewe­ beabtragende Effektorgeometrie der Maschine (Schleifmaschine, Fräskopf, Polierkopf) wird kontinuierlich bestimmt und beim Schleifen die Leistung (Drehzahl) der Maschine so definiert, daß die Maschinenleistung als Funktion des Abstands zwischen aktueller Lage des gewebeabtragenden Effektor und der Oberflä­ chenlage der Normgeometrie geregelt wird. So läuft die Maschine beispielsweise mit voller Leistung bis zum einem Abstand von 2 mm zur Oberfläche und wird dann bis zum Abstand von 0 mm zur Oberfläche proportional in der Leistung herunter geregelt. An­ dere Regelungsverfahren können anwendungsabhängig sinnvoll sein. Die Lage des Normkörpers bzw. der Normgeometrie relativ zum Objektgeometrie kann dadurch erreicht werden, daß die Lage des Objektkörpers beispielsweise über das Berühren von minde­ stens einer Symmetrieachse (z. B. Bugspitze, Heckecken, Ruder­ fußpunkt am Kiel) mit einem Positionsmeßfühler oder der Ober­ flächenerfassung und Registrierung einer besonders ausgeprägten Teilgeometrie des Objektkörpers durch Mittelung. Oberflächen­ vermessung und Symmetriebildung. Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, bei einer unsauberen und unsymmetrischen ge­ spachtelten Oberfläche nachträglich eine Oberfläche zu erzeu­ gen, die definierten Optimierungskriterien genügt, z. B. gerin­ ger Luft- oder Wasserwiderstand oder Symmetrie bei minimalem Materialabtrag etc. Das Verfahren kann auch dazu verwendet wer­ den, um nachträglich Planken oder Spanten an der optimalen Po­ sition einzusetzen, wobei dann der Objektkörper paßgenau für einen Passkörper vorbereitet wird oder der Paßkörper vorberei­ tet wird für das Einbringen in den Objektkörper.

Bezugszeichenliste

1

Handstück

2

Effektor

3

Effektorlage

4

Referenzlage

5

Gewebeobjekt

6

Markierungsträger

7

Markierung

8

Markierungsreferenzsystem

9

Wirkvolumen/-geometrie

10

Schnittvolumen/-geometrie

11

Passkörpergeometrie

12

Objektpassform/-geometrie

13

Differenzkörpergeometrie

14

Effektorgeometriekörper

15

formstabilisierende Matrize

16

Lagemeßsystem

17

provisorische Implantate

18

Leistungssteuergerät

19

Leistungsumsetzers

20

Drosselvorrichtung

21

Drosselschnittstelle

22

Steuereinheit

23

Bildschirm

24

Einmeßvorrichtung

25

Lager

26

Fertigungsmaschine

Claims (50)

1. Verfahren zum Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modell- und Manufakturarbeiten, wobei Material von einem Objekt zur Erfüllung von mindestens einem Kriterium abge­ tragen wird und vorzugsweise die Leistung und/oder Form und/oder Lage des angeordneten und/oder geführten materialab­ tragenden Effektors so gesteuert oder geregelt wird, daß Krite­ rien möglichst optimal erfüllt werden können und die Lage und Geometrie der erreichten Objektoberfläche erfasst und für wei­ tere Bearbeitungsvorgänge am selben oder anderen Objekten ge­ speichert wird und vorzugsweise die Herstellung, Bearbeitung von einzusetzenden Passkörpern sowie der Zeitraum zwischen Ma­ terialabtrag und Einsatz von hergestellten oder vorhandenen Passkörpern verkürzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über einen definierten Zeitraum hinweg quasikontinuierlich die Lage (3) einer materialabtragenden Effektorgeometrie (2) relativ zu der Lage (4) eines Objektes (5) erfasst wird und daraus die Geometrie (10) des abgetragenen Materials berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 zum Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin sowie für Modell- und Manufakturarbeiten, wobei die Geometrie (10) des abgetragenen Materials durch die Einbe­ ziehung von 3D-Oberflächenbilddaten aus einem 3D-Scanner be­ rechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis einer definierten Lage und definierten Geometrie einer zu erzielenden Objektform (12) die Lage und Geometrie des noch abzutragenden Materials (13) berechnet und zur Anordnung und Führung des Effektors verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis der Lage und Geometrie des bereits abgetragenen Gewebes (10) sowie einer definierten Lage und definierten Geo­ metrie einer zu erzielenden Objektform (12) die Lage und Geome­ trie des noch abzutragenden Materials (13) berechnet wird und zur Anordnung und Führung des Effektors verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des materialabtragenden Effektors (2) spätestens dann abgeschaltet wird, wenn es zu einer Überschneidung von ab­ getragenem Material (10) und zu erzielender Objektform (12) kommt.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des materialabtragenden Effektors zumindest inner­ halb des Geometrie des noch abzutragenden Materials (12) auf der Basis des Abstands der Effektorlage (3) und/oder der Effek­ torgeometrie (2) zur Grenzfläche zwischen abzutragendem Materi­ al (13) und zu erzielender Objektform (12) gesteuert oder gere­ gelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die materialabtragende Leistung über eine formgebende energie­ transportierende Matrize ohne Lageveränderung des Effektors di­ rekt zur Erzielung von Teilen der Objektpassform (12) abgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erzielenden Objektform (12) auf der Basis von medizini­ schen Kriterien und/oder bereits abgetragenem Materials und/oder Kriterien zur Herstellung von Objektform und Passkör­ per und/oder Kriterien zur Integration von Objektform und Pass­ körper berechnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass quasikontinuierlich die Lage (3) einer materialabtragenden Ef­ fektorgeometrie (2) erfasst wird und zusammen mit dem Meßzeit­ punkt gemeinsam gespeichert wird, wobei die materialabtragenden Effektorgeometrie bekannt ist und/oder bei Bedarf oder quasi­ kontinuierlich zusammen mit dem Meßzeitpunkt und/oder der Lage des Effektorvolumens gemessen, erfasst und gemeinsam gespei­ chert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkvolumen bei Bedarf oder quasikontinuierlich aus der räumlichen Überlagerung des Effektorvolumens in den erfassten Lagen berechnet wird und vorzugsweise bei Bedarf oder quasikon­ tinuierlich ein Schnittvolumen aus der Schnittmenge von Wirkvo­ lumens mit einem Objektvolumen gebildet bzw. dessen geometri­ sche Beschreibung berechnet wird, wobei die Lage des Objektvo­ lumens relativ zu dem Wirkvolumen bekannt ist oder gemessen wird und vorzugsweise bei Bedarf oder quasikontinuierlich die Schnittvolumenbeschreibung zur Berechnung der Geometrie eines Passkörpers verwendet wird, wobei die Geometrie des Passkörpers geeignet verändert werden kann, um zusätzlichen medizinischen Kriterien oder Kriterien zur Herstellung oder Integration des Passkörpers zu genügen. Im einfachsten Fall entspricht Schnitt­ volumenbeschreibung der Form des Passkörper.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Passkörpers zur Abmessung einer Materialmenge und/oder Herstellung eines Passkörpers verwendet wird.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Tabelle mit mindestens einer geometrischen Beschreibung eines Passkörpers als Normkörper gibt.

14. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Normkörpertabelle ein Normkörper auswählt wird, der einem Optimierungskriterium genügt. Im einfachsten Fall ent­ spricht der Normkörper dem einzigen Eintrag eines Passkörpers in der Tabelle.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es ein der Tabelle der Normkörper entsprechendes Lager mit bereit vorgefertigten Normkörpern gibt, die nicht oder nur in ge­ ringem Umfang nachbearbeitet werden müssen.

16. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzvolumen zwischen dem ausgewählten oder aktuell be­ rechneten Passkörper und dem aktuellen Schnittvolumen berechnet wird.

17. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Effektorenergie abgeschaltet wird, wenn sich der Effektor außerhalb der Geometrie des Passkörpers befindet.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Effektorenergie eingeschaltet wird, wenn sich der Effektor innerhalb der Geometrie des Passkörpers befindet.

19. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiches Objekt weitgehend formstabil durch eine Matrize stabilisiert wird, die mindestens eine Möglichkeit zur defi­ nierten Durchleitung bzw. Durchführung von materialabtragender Energie oder einen materialabtragenden Effektor hat.

20. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzvolumengeometrie zur Anordnung und Führung des Ef­ fektors verwendet wird.

21. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtrag entstehende Abtragspartikel, Dämpfe und Gerüche ab­ gesaugt werden.

22. Ein Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor nicht nur zum Materialabtragung sondern auch zur 3D Oberflächengeometrievermessung verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Effektor ein Laser ist und die gewebeabtragende Effektorgeome­ trie durch einen austauschbaren lichtleitenden Positiveffektor­ geometriekörper und/oder durch einen lichtundurchlässigen Nega­ tiveffektorgeometriekörper erreicht wird, mit dem sich bei­ spielsweise hinterschneidende Kavitäten herstellen lassen.

24. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Objektgeometrie durch ein volumenbildgebendes Verfahren (Rönt­ gen, MRT, CT, Ultraschall, etc.) oder durch ein oberflächen­ bildgenerierendes Verfahren (3D-Oberflächenscanner, Handscan­ ner, taktiler Meßfühler) direkt oder über einen Abdruck erfasst und berechnet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gewebeabtrag an einem Modell erfolgt und die erfasste Lage und Form des Gewebeabtrags für den Gewebeabtrag an dem selben Modell, anderen Modellen sowie Patienten verwendet wird.

26. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebeabtrag (erfasst über die Wirk-, Schnitt- oder Differenzgeometrie oder einen 3D-Oberflächenscanner) als geometrisches Modell gespeichert wird und bei einem weiteren Gewebeabtrags­ vorgang beim selben oder an anderen Gewebeobjekte oder Gewebe­ modellen verwendet wird. Dabei können auch Positiv-Geometrien in Negativ-Geometrien gespiegelt werden, um beispielsweise pas­ send für Kavitäten, Transplantate herauszutrennen.

27. System zum Gewebeabtrag in der Medizin und Zahnmedizin so­ wie für Modell- und Manufakturarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass Mithilfe eines Meßsystem (16) über einen definierten Zeit­ raum hinweg quasikontinuierlich die Lage (3) einer materialab­ tragenden Effektorgeometrie (2) relativ zu der Lage (4) eines Objektes (5) erfasst wird und daraus die Geometrie (10) des ab­ getragenen Materials berechnet wird, wobei die Geometrie (10) des Objektes und des abgetragenen Materials durch die Einbezie­ hung von 3D-Oberflächenbilddaten aus einem 3D-Scanner vorteil­ haft ergänzt werden kann.

28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis einer definierten Lage und definierten Geometrie ei­ ner zu erzielenden Objektform (12) die Lage und Geometrie des noch abzutragenden Materials (13) berechnet, an einem Bild­ schirm grafisch dargestellt wird und die Informationen über die Lage (3) des Effektors (2) zur Grenzfläche zwischen zu erzie­ lender Objektpassform und noch abzutragenden Material (13) ebenfalls grafisch und/oder akustisch darstellt wird und zur manuellen und/oder kinematischen Anordnung und Führung des Ef­ fektors verwendet wird.

29. System nach Anspruch 27-28, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basis der Lage und Geometrie des bereits abgetragenen Gewe­ bes (10) sowie einer definierten Lage und definierten Geometrie einer zu erzielenden Objektform (12) die Lage und Geometrie des noch abzutragenden Materials (13) berechnet, an einem Bild­ schirm grafisch dargestellt wird und die Informationen über die Lage (3) des Effektors (2) zur Grenzfläche zwischen zu erzie­ lender Objektpassform und noch abzutragenden Material (13) ebenfalls grafisch und/oder akustisch darstellt wird und zur manuellen und/oder kinematischen Anordnung und Führung des Ef­ fektors verwendet wird, wobei es vorteilhaft sein kann, aufbe­ reitete Informationen zur Ansteuerung einer Anordnungs- und Führungkinematik für den Effektor über eine Schnittstelle aus­ zugeben.

30. System nach Anspruch 27-29, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des materialabtragenden Effektors (2) durch die Steu­ ereinheit (22) über die Drosselschnittstelle (21) bzw. die Drosselvorrichtung (20) spätestens dann abgeschaltet wird, wenn es zu einer Überschneidung von abgetragenem Material (10) und zu erzielender Objektform (12) kommt.

31. System nach Anspruch 27-30, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des materialabtragenden Effektors (2) durch die Steu­ ereinheit (22) über die Drosselschnittstelle (21) bzw. die Drosselvorrichtung (20) zumindest innerhalb des Geometrie des noch abzutragenden Materials (12) auf der Basis des Abstands der Effektorlage (3) und/oder der Effektorgeometrie (2) zur Grenzfläche zwischen abzutragendem Material (13) und zu erzie­ lender Objektform (12) gesteuert oder geregelt wird.

32. System nach Anspruch 27-31 dadurch gekennzeichnet, daß die materialabtragende Leistung über eine formgebende energietrans­ portierende Matrize ohne Lageveränderung des Effektors direkt zur Erzielung von Teilen der Objektpassform (12) abgegeben wird.

33. System nach Anspruch 27-32, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erzielenden Objektform (12) auf der Basis von medizinischen Kriterien und/oder bereits abgetragenem Materials und/oder Kri­ terien zur Herstellung von Objektform und Passkörper und/oder Kriterien zur Integration von Objektform und Passkörper berechnet wird.

34. System nach Anspruch 27-33, dadurch gekennzeichnet, dass quasikontinuierlich die Lage (3) einer materialabtragenden Ef­ fektorgeometrie (2) erfasst wird und zusammen mit dem Meßzeit­ punkt gemeinsam gespeichert wird, wobei die materialabtragenden Effektorgeometrie bekannt ist und/oder bei Bedarf oder quasi­ kontinuierlich zusammen mit dem Meßzeitpunkt und/oder der Lage des Effektorvolumens gemessen, erfasst und gemeinsam gespei­ chert wird.

35. System nach Anspruch 27-34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkvolumen bei Bedarf oder quasikontinuierlich aus der räumlichen Überlagerung des Effektorvolumens in den erfassten Lagen berechnet wird und vorzugsweise bei Bedarf oder quasikon­ tinuierlich ein Schnittvolumen aus der Schnittmenge von Wirkvo­ lumens mit einem Objektvolumen gebildet bzw. dessen geometri­ sche Beschreibung berechnet wird, wobei die Lage des Objektvo­ lumens relativ zu dem Wirkvolumen bekannt ist oder gemessen wird und vorzugsweise bei Bedarf oder quasikontinuierlich die Schnittvolumenbeschreibung zur Berechnung der Geometrie eines Passkörpers verwendet wird, wobei die Geometrie des Passkörpers geeignet verändert werden kann, um zusätzlichen medizinischen Kriterien oder Kriterien zur Herstellung oder Integration des Passkörpers zu genügen. Im einfachsten Fall entspricht Schnitt­ volumenbeschreibung der Form des Passkörper.

36. System nach Anspruch 27-35 dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Passkörpers zur Abmessung einer Materialmenge und/oder Herstellung eines Passkörpers verwendet wird.

37. System nach Anspruch 27-36 dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Tabelle mit mindestens einer geometrischen Be­ schreibung eines Passkörpers als Normkörper gibt.

38. System nach Anspruch 27-37 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Normkörpertabelle ein Normkörper ausgewählt wird, der ei­ nem Optimierungskriterium genügt. Im einfachsten Fall entspricht der Normkörper dem einzigen Eintrag eines Passkörpers in der Tabelle.

39. System nach Anspruch 27-38 dadurch gekennzeichnet, dass es ein der Tabelle der Normkörper entsprechendes Lager mit bereit vorgefertigten Normkörpern gibt, die nicht oder nur in geringem Umfang nachbearbeitet werden müssen.

40. System nach Anspruch 27-39 dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzvolumen zwischen dem ausgewählten oder aktuell berech­ neten Passkörper und dem aktuellen Schnittvolumen berechnet wird.

41. System nach Anspruch 27-40 dadurch gekennzeichnet, daß die Effektorenergie abgeschaltet wird, wenn sich der Effektor au­ ßerhalb der Geometrie des Passkörpers befindet.

42. System nach Anspruch 27-41 dadurch gekennzeichnet, daß die Effektorenergie eingeschaltet wird, wenn sich der Effektor in­ nerhalb der Geometrie des Passkörpers befindet.

43. System nach Anspruch 27-42, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiches Objekt weitgehend formstabil durch eine Matrize stabilisiert wird, die mindestens eine Möglichkeit zur defi­ nierten Durchleitung bzw. Durchführung von materialabtragender Energie oder einen materialabtragenden Effektor hat.

44. System nach Anspruch 27-43 dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzvolumengeometrie zur Anordnung und Führung des Effek­ tors verwendet wird.

45. System nach Anspruch 27-44, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtrag entstehende Abtragspartikel, Dämpfe und Gerüche ab­ gesaugt werden.

46. System nach Anspruch 27-45 dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor nicht nur zum Materialabtragung sondern auch zur 3D Oberflächengeometrievermessung verwendet wird.

47. System nach Anspruch 27-46 dadurch gekennzeichnet, daß der Effektor ein Laser ist und die gewebeabtragende Effektorgeome­ trie durch einen austauschbaren lichtleitenden Positiveffektor­ geometriekörper und/oder durch einen lichtundurchlässigen Nega­ tiveffektorgeometriekörper erreicht wird, mit dem sich bei­ spielsweise hinterschneidende Kavitäten herstellen lassen.

48. System nach Anspruch 27-47 dadurch gekennzeichnet, dass die Objektgeometrie durch ein volumenbildgebendes Verfahren (Rönt­ gen, MRT, CT, Ultraschall, etc.) oder durch ein oberflächen­ bildgenerierendes Verfahren (3D-Oberflächenscanner, Handscan­ ner, taktiler Meßfühler) direkt oder über einen Abdruck erfasst und berechnet wird.

49. System nach Anspruch 27-48, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gewebeabtrag an einem Modell erfolgt und die erfasste Lage und Form des Gewebeabtrags für den Gewebeabtrag an dem selben Modell, anderen Modellen sowie Patienten verwendet wird.

50. System nach Anspruch 27-49, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebeabtrag (erfasst über die Wirk-, Schnitt- oder Differenz­ geometrie oder einen 3D-Oberflächenscanner) als geometrisches Modell gespeichert wird und bei einem weiteren Gewebeabtrags­ vorgang beim selben oder an anderen Gewebeobjekte oder Gewebe­ modellen verwendet wird. Dabei können auch Positiv-Geometrien in Negativ-Geometrien gespiegelt werden, um beispielsweise pas­ send für Kavitäten, Transplantate herauszutrennen.