DE102005040739A1

DE102005040739A1 - Bohrschablone

Info

Publication number: DE102005040739A1
Application number: DE102005040739A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Keeve; Lutz Ritter; Gerhard ZÜNDORF
Original assignee: Stiftung Caesar Center of Advanced European Studies and Research
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-27
Also published as: DE102005040739B4

Abstract

Verfahren zur Definition eines gemeinsamen Bezugsystems in einem Satz von Bilddaten, die den Kiefer 6 eines Patienten repräsentieren und die mit einem bildgebenden Verfahren aufgenommen sind, und einer Behandlungsschablone, die während eines operativen Eingriffes auf den Zähnen des Patienten in definierter Position lösbar fixiert ist und die dem Operateur zur Führung eines Instruments dient, wobei an der Behandlungsschablone Marker 2 vorgesehen sind, die sich mittels des bildgebenden Verfahrens darstellen lassen und die das Bezugsystem aufspannen, DOLLAR A wobei dem Patienten an der zu behandelnden Stelle ein mit Markern 2 versehener Schablonenrohling 1 vermittels einer sich erhärtenden Abdruckmasse 5 auf mindestens einen Zahn und/oder den Kiefer 6 aufgesetzt wird, DOLLAR A wobei der Satz von Bilddaten mit eingesetztem Schablonenrohling 1 aufgenommen wird, DOLLAR A wobei der Schablonenrohling 1 zusammen mit der erhärteten Abdruckmasse 5 entfernt und in einer Bearbeitungsvorrichtung eingespannt wird und DOLLAR A wobei die zur Führung nötigen Strukturen 7 durch Werkzeuge der Bearbeitungsvorrichtung in den Schablonenrohling 1 eingebracht werden, wobei die Werkzeuge entsprechend einer an den Bilddaten vorgenommenen Planung bewegt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Definition eines gemeinsamen Bezugsystems in einem Satz von Bilddaten, die den Kiefer eines Patienten repräsentieren und die mit einem durchleuchtenden bildgebenden Verfahren aufgenommen sind, und einer Behandlungsschablone, die während eines operativen Eingriffes auf den Zähnen des Patienten in definierter Position lösbar fixiert ist und die dem Operateur zur Führung eines Instrumentes dient, wobei an der Behandlungsschablone Marker vorgesehen sind, die sich mittels des bildgebenden Verfahrens darstellen lassen und die das Bezugsystem aufspannen. Die Erfindung betrifft gleichsam eine Behandlungsschablone zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der kieferchirurgischen Implantologie ist es bekannt, Zahnimplantate in einen vorgebohrten Kanal einzusetzen, der vermittels einer Bohrschablone in den Kiefer des Patienten eingebracht wurde. Dabei erfolgt die Anfertigung der Bohrschablone bekanntermaßen anhand eines Modells des Gebisses, insbesondere an einem Gipsabdruck. Wie auf den Gipsabdruck, so kann eine Bohrschablone in der späteren Operation an derselben Position auf die Zähne aufgesetzt werden. Damit wird die Gefahr der versehentlichen Verletzung kritischer anatomischer Strukturen gemindert, die beim Freihandbohren ohne Schablone besteht. Allerdings ist der zeitliche Aufwand, der für das Anfertigen der Schablone notwendig ist, beträchtlich. So vergehen in der Regel zwischen der ersten Sitzung, bei der eine Röntgenaufnahme erstellt wird, und der Insertion der Implantate mehrere Tage. Der Grund dafür liegt in dem Erfordernis der Zusammenarbeit des Zahnarztes mit einem zahntechnischen Labor, das die Bohrschablone auf Basis des Gipsmodells herstellt.

Diesbezüglich ist beispielsweise aus der WO 2005/023138 A1 bekannt, sich bei der Anfertigung solcher Bohrschablonen tomographischer Volumendatensätze zu bedienen. So wird im Rahmen der Planung der Bohrkanal in seiner Tiefe, seinem Durchmesser und seiner Ausrichtung an dem Computermodell simuliert und mit diesen Parametern auf die später an definierter Stelle auf den Zähnen aufsitzende Bohrschablone übertragen. Um die korrekte Übertragung auf die Bohrschablone zu ermöglichen, muss die Position der Bohrschablone im Volumendatensatz und im physikalischen Modell und damit auch bezüglich des Kiefers des Patienten exakt übereinstimmen. Das wird mittels einer „Registrierung" bewerkstelligt, wozu die WO 2005/023138 A1 die Verwendung eines Plättchens vorschlägt, das als Marker für die an einem Zahnmodell hergestellte Schablone dient.

Nach dem Stand der Technik wird eine Schablone auf Basis des Gipsmodells mittels eines Tiefziehverfahrens erstellt, wobei eine erhitzte Folie per Überdruck an das Gipsmodell angepasst wird. Diese Folie wird nach Abkühlung starr und kann als Schablone Verwendung finden.

Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zur Registrierung einer Behandlungsschablone im Verhältnis zu einem Satz volumentomographisch aufgenommener Daten zu schaffen, das sich einfach und mit kostengünstigen Mitteln auch unmittelbar vom behandelnden Arzt umsetzen lässt. Zudem soll eine einfach und schnell herzustellende und außerdem komfortabel zu handhabende Behandlungsschablone geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und mit der Behandlungsschablone nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das zur Registrierung verwendete Mittel direkt als Schablonenrohling zu verwenden, aus dem in einem der Aufnahme der Patientendaten unmittelbar nachfolgenden Verfahrensschritt die Behandlungsschablone gefertigt wird. Erfindungsgemäß wird dem Patienten an der zu behandelnden Stelle, insbesondere auf den Kiefer, ein solcher mit Markern versehener Schablonenrohling vermittels einer sich erhärtenden Abdruckmasse auf einen Zahn und/oder den Kiefer aufgesetzt, bevor der Satz von Bilddaten zusammen mit dem eingesetzten Schablonenrohling in einem Scan aufgenommen wird. Über die Marker wird die erforderliche Registrierung vorgenommen.

Dabei kommen als Marker generell alle definierten „markanten" Strukturen der Vorrichtung wie Ecken und/oder Kanten in Betracht. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Vorrichtung mit besonders offensichtlichen und/oder besonders gut darstellbaren Strukturen auszustatten, die als Marker Verwendung finden.

Nach dem Scan kann der Schablonenrohling zusammen mit der erhärteten Abdruckmasse entfernt werden. Der über die Abdruckmasse am Kiefer definiert gehaltene Schablonenrohling wird nachfolgend in eine Bearbeitungsvorrichtung eingespannt, ohne dass die Abdruckmasse eine Beschädigung erfährt. In der Zwischenzeit wurde eine Behandlung an den Patientendaten in dem durch die Marker des Schablonenrohlings aufgespannten Bezugsystem durchgeführt. Insbesondere wurde die Lage und Dimension des durch den Schablonenrohling hindurchreichenden Bohrloches festgelegt. Da der Schablonenrohling in definierter Position an der Bearbeitungsvorrichtung eingespannt ist, können nunmehr die zur Führung der Instrumente nötigen Strukturen, insbesondere die Bohrung, mit den spanabhebenden Werkzeugen aus dem Schablonenrohling ausgehoben werden. Dazu werden die Werkzeuge entsprechend der an den Bilddaten vorgenommenen Planung insbesondere computergesteuert bewegt.

Vorteilhafterweise ist der Schablonenrohling als stabiles Plättchen derart gestaltet, dass es mehrere Zähne inklusive der mit künstlichen Zähnen zu füllenden Zahnlücke überdeckt. Das erfindungsgemäße Plättchen wird vom Zahnarzt vor dem Scan mit dem Abdruckmaterial beschickt und dem Patienten derart auf die zu versorgende Zahnlücke gesetzt, dass ihm die benachbarten Zähne ausreichenden Halt geben. Das Plättchen mit dem erhärteten Abdruckmaterial kann entnommen und jederzeit wieder exakt repositioniert werden. Nach dem Scan und der Bearbeitung dient der Schablonenrohling inklusive dem Abdruckmaterial als Behandlungs- insbesondere als Bohrschablone. Vorteilhafterweise wird dabei für das Verfahren eine geeignete Abdruckmasse verwendet, die nach der Erhärtung problemlos bearbeitbar ist und nicht zur Brüchigkeit neigt.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist es somit, einen stabilen Schablonenrohling als Träger zu verwendeen, der mit einer Abdruckmasse so fest verbunden wird, dass das Gebilde aus Schablonenrohling und Abdruckmasse problemlos einer spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere einem Bohren und/oder Fräsen, zugeführt werden kann. Dazu muss der Schablonenrohling im Bereich der Zahnlücke eine ausreichende Dicke aufweisen, um der Bohrung selber und/oder einer darin eingesetzten Bohrhülse genügend Stabilität geben zu können. Die Abdruckmasse dient demnach im wesentlichen der Positionierung auf dem Kiefer, während die Positionierung und Stabilisierung der Bohrung oder der Bohrhülse durch den Schablonenrohling geschieht. Die Planung der in den Kiefer einzubringenden Bohrkanäle wird dann auf der Basis bildgestützter Planungsprogramme durchgeführt.

Um einen ausreichend guten Halt der Abdruckmasse am Schablonenrohling zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn dieser an seiner Unterseite Strukturen aufweist, die sich in die Abdruckmasse eingraben. Diese Strukturen können beispielsweise von Rippen gebildet werden, die sich über die Unterseite verteilen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn am Schablonenrohling ein Bohrbereich mit erhöhter Stärke vorgesehen ist, der ein tiefe Bohrung und damit eine gute Führung ermöglicht. Der verstärkte Bohrbereich ist gewissermaßen ein Fortsatz in Richtung Zahnfleisch, der bei der Abdrucknahme parallel zu den umgebenden Zahnachsen ausgerichtet werden kann. Dieser Fortsatz ist im radiologischen Bild sichtbar und erleichtert die Planung.

Anstelle des verstärkten Bohrbereiches oder auch zusammen mit dem verstärkten Bohrbereich kann es vorteilhaft sein, in die Bohrung eine Bohrhülse aus einem vorzugsweise biokompatiblen Metall, beispielsweise Titan, einzusetzen, um den Abrieb während des späteren Bohrens zu minimieren. Um Artefakte während des Scans zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Schablonenrohling aus einem robusten Kunststoff, einer Keramik oder einem Metall relativ geringer Dichte besteht. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Schablonenrohling der Anatomie des jeweiligen Kieferbereichs beispielsweise durch eine Krümmung anzupassen. Für Zahnlücken in den verschiedenen Kieferregionen, insbesondere für Schneidezähne und Backenzähne, können der Anatomie angepasste Schablonenrohlinge vorgesehen sein.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass es dem Zahnarzt ermöglicht ist, eine Bohrschablone auf einfache Weise in seiner Praxis selber herzustellen. Die Herstellung eines Gipsmodells ist dazu nicht länger notwendig. Eine Insertion der Implantate kann somit schon kurze Zeit nach der Planung der Bohrungen erfolgen. Die Herstellung der Bohrschablone geschieht damit gewissermaßen „live" und ohne Modell. Mit der Erfindung wird es dem Zahnarzt möglich, Einzelzahn- oder Schaltlücken sicher und mit reduziertem Aufwand mittels der erfindungsgemäßen Bohrschablone implantologisch zu versorgen. Zudem ist es von Vorteil, dass die Anschaffung einer dedizierten Bohr- und Fräsvorrichtung entfällt, da aufgrund des in der Regel kleinen Arbeitsbereichs bereits vorhandene Vorrichtungen verwendet werden können. Als Beispiel dafür sei das Cerec-System der Firma Sirona genannt, das für die CAD/CAM gestützte Herstellung von Kronen konzipiert ist.

Mit der Erfindung kann die sichere Einbringung von Bohrlöchern in den Kiefer und damit die Versorgung des Patienten mit Zahnimplantaten gewährleistet werden. Dabei dienen die Bohrlöcher als Aufnahmebett der Implantate, die wiederum die künstlichen Zähne tragen. Da gerade bei älteren Patienten das Knochenangebot der Kieferkämme vermindert ist, ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Komplikationen, wie der Penetration des Nervkanals oder der Nasennebenhöhlen mit dem Bohrer, erhöht. Daher ist die auf radiologischen Bildern basierende Planung der Operation und die Nutzung der Bohrschablonen von entscheidendem Vorteil. So kann sichergestellt werden, dass die geplanten Bohrlöcher exakt in den Kiefer übertragen werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 und 2 näher erklärt. Es zeigen:
1 einzelne Verfahrensschritte a)–d) mit Schablonenrohling und
2 einen Schablonenrohling mit Bohrhülse und Bohrbereich.
In 1a) ist ein als Plättchen ausgebildeter Schablohnenrohling 1 aus einem robusten Kunststoff gezeigt. Dieser weist Marker 2 auf, die als kleine erhabene Strukturen in Form von Zylindern auf die Oberseite des Schablonenrohlings 1 aufgebracht sind. Die Marker 2 sind als kleine Metallstrukturen so konzipiert, dass sie sich im Volumen- und im Oberflächenscan gut darstellen lassen. Die Marker spannen ein Bezugsystem auf. An der Unterseite des Schablonenrohlings 1 sind Rippen 3 vorgesehen, die für den besseren Halt der Abdruckmasse sorgen. Die Unterseite bildet somit eine Aufnahme für die Abdruckmasse. In den Rippen 3 sind Bohrungen 4 vorgesehen, über die der Schablonenrohling 1 in definierter Position in eine weiterbearbeitende Vorrichtung eingespannt werden kann. 1b) zeigt den nachfolgenden Verfahrensschritt, in dem die mit den Rippen 3 versehene Unterseite des Schablonenrohlings 1 mit zu dem Zeitpunkt noch weicher Abdruckmasse 5 beschickt ist. In diesem Zustand wird der Schablonenrohling 1 auf die mit dem Implantat zu versorgende Stelle auf den Kiefer 6 des Patienten aufgesetzt. Wenn die Abdruckmasse 5 ausgehärtet ist, wird ein Scan vom Patienten erstellt. In den Bilddaten läßt sich die Position des Schablonenrohlings 1 im Verhältnis zur Anatomie des Kiefers genau bestimmen.
In den nach dem Scan abgenommenen Schablonenrohling 1 kann eine Bohrung 7 eingebracht werden, deren Durchmesser und Winkel anhand der Bilddaten geplant und über eine spanabhebende Verarbeitungsvorrichtung eingebracht sind. Die Tiefe, in die der Bohrer bei der Operation eindringt, kann durch einen Anschlag bestimmt werden. Aus dem Schablonenrohling 1 ist nunmehr eine einsatzfähige Schablone 8 entstanden, die wegen der erhärteten Abdruckmasse 5 an die alte Position im Kiefer 6 aufgesetzt werden kann. In die Bohrung 7 kann eine Bohrhülse 9 eingebracht werden.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Schablone 10 gezeigt, bei welcher der Schablonenrohling 1 im Bereich der Zahnlücke eine Verstärkung 11 als Bohrbereich aufweist. In dieser Ausführungsform verhindert ein Anschlag 12 ein zu tiefes Eindringen der Bohrhülse 9 und stabilisiert deren Halt.
Nachfolgend sind die Verfahrensschritte noch einmal zusammengefasst: Zunächst wird der Schablonenrohling vom Zahnarzt mit einem Abdruckmaterial beschickt und dem Patienten so auf die zu versorgende Zahnlücke gesetzt. Dabei ist darauf zu achten, dass die benachbarten Zähne einen ausreichenden Halt geben. Nach kurzer Verweildauer ist das Abdruckmaterial erhärtet. Der Schablonenrohling, der mit dem Abdruckmaterial fest verbunden ist, kann nun entnommen und wieder exakt repositioniert werden. Während der Patient den Schablonenrohling auf den Zähnen trägt, wird eine Aufnahme, vorzugsweise eine 3D-Röntgenaufnahmen, des Kieferbereichs angefertigt. Wie gewohnt führt der Zahnarzt die Planung der Bohrlöcher am Computer durch wobei Orientierung und Position des oder der zu ersetzenden Zähne durch Computersimulation bestimmt werden kann. Da die Lage des Schablonenrohlings relativ zum Kiefer automatisch erkannt werden kann, ist auch die Lage der Bohrlöcher relativ zum Schablonenrohling bekannt. Dieser kann über die definierte Schnittstelle in eine Bohr-Fräsmaschine eingespannt werden. Die Daten, die von der Bohr-Fräsvorrichtung zum exakten Einbringen der Löcher benötigt werden, werden von der Planungssoftware geliefert. In die Bohrung wird eine Bohrhülse eingebracht, die ihren primären Halt sowohl in dem Schablonenrohling als auch in der Abdruckmasse finden kann. An der Stelle des fehlenden Zahns kann der Schablonenrohling eine Verstärkung aufweisen, um den Halt der Bohrhülse dort zu verstärken. Die Position der Hülse im Schablonenrohling kann durch einen Anschlag reguliert werden.

Claims

Verfahren zur Definition eines gemeinsamen Bezugsystems in einem Satz von Bilddaten, die den Kiefer (6) eines Patienten repräsentieren und die mit einem bildgebenden Verfahren aufgenommen sind, und einer Behandlungsschablone, die während eines operativen Eingriffes auf den Zähnen des Patienten in definierter Position lösbar fixiert ist und die dem Operateur zur Führung eines Instrumentes dient, wobei an der Behandlungsschablone Marker (2) vorgesehen sind, die sich mittels des bildgebenden Verfahrens darstellen lassen und die das Bezugsystem aufspannen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Patienten an der zu behandelnden Stelle ein mit Markern (2) versehener Schablonenrohling (1) vermittels einer sich erhärtenden Abdruckmasse (5) auf mindestens einen Zahn und/oder den Kiefer (6) aufgesetzt wird, der Satz von Bilddaten mit eingesetztem Schablonenrohling (1) aufgenommen wird, dass der Schablonenrohling (1) zusammen mit der erhärteten Abdruckmasse (5) entfernt und in einer Bearbeitungsvorrichtung eingespannt wird und dass die zur Führung nötigen Strukturen (7) durch Werkzeuge der Bearbeitungsvorrichtung in den Schablonenrohling (1) eingebracht werden, wobei die Werkzeuge entsprechend einer an den Bilddaten vorgenommenen Planung bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, dass der Schablonenrohling (1) derart über eine Zahnlücke gelegt wird, dass er auf den benachbarten Zähnen Halt findet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, dass der Schablonenrohling (1) der Anatomie des jeweiligen Kieferbereichs, insbesondere durch eine Krümmung, angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass eine Abdruckmasse (5) verwendet wird, die nach der Erhärtung bearbeitbar ist, ohne in großem Maße zu brechen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass in den Schablonenrohling (1) eine Bohrung (7) eingebracht wird, die in Position, Durchmesser und Ausrichtung eine Führung für einen in der Operation zu verwendenden Bohrer bildet.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch, dass in die Bohrung (7) eine insbesondere aus Metall gefertigte Bohrhülse (9) eingesetzt wird.
Behandlungsschablone zur Umsetzung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit Markern (2) versehenen, insbesondere aus Kunststoff gefertigten, Schablonenrohling (2), der eine für die Beschickung mit Abdruckmasse (5) geeignete Aufnahme aufweist, wobei der Schablonenrohling (1) von einem stabilen Plättchen gebildet wird, dessen Stärke die Einbringung einer als Führung dienenden Bohrung (7) erlaubt.
Behandlungsschablone nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch, dass die Aufnahme von einer rippenartigen Struktur (3) an der Unterseite des Plättchens gebildet wird.
Behandlungsschablone nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch, dass an dem Schablonenrohling (1) Mittel (4) vorgesehen sind, die ein definiertes Einspannen in eine weiterbearbeitende Vorrichtung erlauben.
Behandlungsschablone nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch, dass das Plättchen einen Bohrbereich (11) mit erhöhter Stärke aufweist, der ein tiefe Bohrung (7) und damit eine gute Führung ermöglicht.