DE102012002817B4 - Method for determining digital data sets for the production of dental prostheses - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz, einer Prothese, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte aufeinander folgen: a. Der Patient wird vorbereitet. Eine Gingivapräparation unter Zuhilfenahme von Fadentechnik oder Elektrotom wird nicht durchgeführt. b. Zur Bestimmung der Kieferrelation befindet sich der Patient im Schlussbiss. Der Patient beißt entweder auf ein Provisorium, das im passenden Biss hergestellt wurde oder auf eine Tiefziehschiene. c. Das Röntgengerät, das zur Aufnahme benutzt wird, ist zur digitalen Volumentomographie (DVT) eingerichtet und ist Hounsfield-kalibriert. d. Es werden Daten mit einem Scan erzeugt. Aus den erfassten Rohdaten wird ein 3-D-DICOM-Datensatz rekonstruiert. e. Erste Segmentierung: Aus dem 3-D-DICOM-Datensatz werden die Voxel separiert, die nach ihren Hounsfield-Dichtewerten in den Segmenten für Knochen, Zahnschmelz, Dentin und Wurzelzement stehen. Die Voxel, die in diesem Segment der Hounsfield-Skala liegen, werden in das erste 3-D-Objekt gespeichert. f. Zweite Segmentierung: Die 3-D-Dicomdaten werden nochmals segmentiert. Erfasst werden Voxel im Segment der Hounsfield-Dichtewerte für Implantate und Abutments. Die Speicherung erfolgt im zweiten 3-D-Objekt. g. Beide 3-D-Objekte werden im Wege einer Sichtkontrolle feinjustiert. h. Beide 3-D-Objekte werden gemeißelt. i. Beide 3-D-Objekte werden in das Format STL verbracht. j. Im STL-Format werden eindeutige 3-D-Oberflächenobjekte erzeugt, überflüssige Informationen werden gelöscht. k. Aus den beiden einzelnen Objekten wird ein finaler primärer Datensatz im STL-Format erzeugt. l. Mit diesem primären Datensatz im STL-Format wird mit dem Verfahren ”rapid manufacturing” das virtuelle computergenerierte Modell in ein reales Modell umgesetzt, wobei folgende Verfahren zur Anwendung kommen: Fräsen, 3-D-Drucker, Lasersintern, Stereolithverfahren.Process for the production of dental prostheses, a prosthesis, a model or a framework construction, characterized in that the following process steps follow one another: a. The patient is being prepared. A gingiva preparation with the aid of thread technique or electrotome is not performed. b. To determine the jaw relation, the patient is in the final bite. The patient bites either on a provisional made in the appropriate bite or on a thermoforming splint. c. The X-ray machine used for recording is set up for digital volume tomography (DVT) and is Hounsfield-calibrated. d. Data is generated with a scan. From the acquired raw data, a 3-D DICOM data set is reconstructed. e. First Segmentation: From the 3-D DICOM dataset, the voxels are separated, which according to their Hounsfield density values are in the segments for bone, enamel, dentin and root cementum. The voxels that are in this segment of the Hounsfield scale are stored in the first 3-D object. f. Second segmentation: The 3-D dicom data is segmented again. Voxels are included in the segment of Hounsfield density values for implants and abutments. The storage takes place in the second 3-D object. G. Both 3-D objects are finely adjusted by visual inspection. H. Both 3-D objects are chiseled. i. Both 3-D objects are spent in the format STL. j. In STL format, unique 3-D surface objects are generated, superfluous information is deleted. k. From the two individual objects, a final primary data record in STL format is generated. l. Using this primary data set in STL format, the "rapid manufacturing" process transforms the virtual computer-generated model into a real model using the following methods: milling, 3-D printers, laser sintering, stereolithography.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verwenden eines Hounsfield-kalibrierten digitalen Volumentomographens zur Erzeugung eines medizinischen 3D-Datensatzes an einer anatomischen Struktur im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich und anschließendem Auswählen der gewünschten Daten anhand von Hounsfield-Dichtewerten zur Herstellung einer Prothese, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Erzeugung eines medizinischen 3D-Datensatzes mit dem, nach Datensegmentierung und Umwandlung in ein geeignetes Datenformat, direkt Zahnersatz, Modelle oder Gerüstkonstruktionen hergestellt werden können.The invention relates to using a Hounsfield calibrated digital volume tomograph to generate a medical 3D dataset on an anatomical structure in the oral and maxillofacial region and then selecting the desired data using Hounsfield density values to make a prosthesis, a model or a prosthesis scaffold construction. The invention further relates to a method for generating a medical 3D data set with which, after data segmentation and conversion into a suitable data format, directly dentures, models or scaffolding constructions can be produced.

Die Verwendung digitaler Computertomographen (DVT-Geräte) in der Zahnmedizin zur Generierung von medizinischen 3D-Datensätzen ist bekannt (siehe z. B. DE 10 2008 009 643 A1 oder DE 10 2004 035 475 A1 ).The use of digital computer tomographs (DVT devices) in dentistry for generating medical 3D data sets is known (see, for example, US Pat. DE 10 2008 009 643 A1 or DE 10 2004 035 475 A1 ).

In der deutschen Version von online Lexikon ”Wikipedia” wird am Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung die digitale Volumentomographie (DVT) folgendermaßen beschrieben: Die digitale Volumentomographie ist ein dreidimensionales, zahnärztliches und hals-nasen-ohrenärztliches bildgebendes Tomographie-Verfahren, bei dem Röntgenstrahlen zum Einsatz kommen. Im englischsprachigen Raum ist für dieses Verfahren die Bezeichnung ”Cone-Beam CT (CBCT)” üblich. Ähnlich wie bei der Computertomographie oder der Magnetresonanztomographie ermöglicht die DVT (in der Zahnmedizin früher digitale, jetzt dentale Volumentomographie) die Erzeugung von Schnittbildern. Bei der DVT rotiert eine Röntgenröhre und ein gegenüberliegender Bildsensor um einen liegenden, sitzenden oder stehenden Patienten. Die um 180–360 Grad rotierende Röntgenröhre sendet einen kegelförmigen, meist gepulsten Röntgenstrahl (Röntgenblitz) aus. Die Röntgenstrahlung durchdringt das dreidimensionale Untersuchungsgebiet und erzeugt auf einem Flatpanel-Detektor mit Szintillator-Schicht ein abgeschwächtes Grauwerte-Röntgenbild als 2D-Parallelprojektion. Dabei sind bewegungsbedingt Objekte außerhalb der Fokusebene unscharf. Während des Umlaufs Röntgenröhre wird eine große Serie von zweidimensionalen oder linienförmigen Einzelbildern aufgenommen, wobei durch die kreisförmig-umlaufende Bilderserie direkt ein fließend beobachtbares 2D-Panoramabild entsteht. Mit einer anschließenden mathematischen Verrechnung mittels eines PCs kann ein optimiertes Panoramabild erzeugt werden. Weiter kann mit entsprechend aufwendigen Verfahren darüber hinaus auch ein Grauwert-Koordinatenbild in den drei Raumebenen erzeugt werden. Dieses dreidimensionale Koordinatenmodell entspricht einer Volumengrafik, die sich aus einzelnen Voxeln zusammensetzt. Aus diesem Volumen können Schnittbilder (Tomogramme) in allen Raumebenen sowie 3D-Ansichten von Körperregionen generiert werden. Durch die für die Bildgebung entstehenden Umlaufzeiten von bis zu 30 Sekunden entstehen manchmal Verwacklungsunschärfen (”Artefakte”), die die Qualität der Bildgebung negativ beeinträchtigen können, da sie sich bei der algorithmischen Bearbeitung nicht vollständig mathematisch eliminieren lassen. Metallische Objekte wie Zahnplomben können ebenfalls unerwünschte Bildstörungen erzeugen, da sie den Strahl z. T. vollständig absorbieren und dahinter liegende Gebiete abschatten.In the German version of the online encyclopedia "Wikipedia" the digital volume tomography (DVT) is described as follows on the filing date of the present application: The digital volume tomography is a three-dimensional, dental and ear, nose and throat imaging tomography method using X-rays , In English-speaking countries, the term "Cone-Beam CT (CBCT)" is customary for this process. Similar to computed tomography or magnetic resonance imaging, DVT (in digital dentistry, previously digital, now dental volume tomography) enables the generation of sectional images. In the DVT, an X-ray tube and an opposing image sensor revolve around a lying, sitting or standing patient. The rotating about 180-360 degrees X-ray tube emits a conical, mostly pulsed X-ray (X-ray flash). The X-ray radiation penetrates the three-dimensional examination area and generates on an flat panel detector with a scintillator layer an attenuated gray-scale X-ray image as a 2D parallel projection. In the process, objects outside the focal plane are blurred due to movement. During the rotation of the X-ray tube, a large series of two-dimensional or line-shaped individual images is recorded, whereby the circular-rotating image series directly produces a fluently observable 2D panorama image. With a subsequent mathematical calculation by means of a PC, an optimized panoramic image can be generated. Furthermore, a greyscale coordinate image in the three spatial planes can also be generated using correspondingly complicated methods. This three-dimensional coordinate model corresponds to a volume graphic composed of individual voxels. From this volume, sectional images (tomograms) can be generated in all spatial levels as well as 3D views of body regions. The imaging time of up to 30 seconds can sometimes result in camera shake ("artifacts") that can negatively impact the quality of the imaging because they can not be completely mathematically eliminated during algorithmic processing. Metallic objects such as dental plugs can also create unwanted image noise, as they cause the beam z. T. completely absorb and shade behind it.

Für die Herstellung von Zahnersatz sind gewöhnlich mindestens zwei Behandlungen nötig. In der ersten Behandlung werden die zu restaurierenden Zähne und deren umliegendes Zahnfleisch präpariert. Hierzu werden die betreffenden Restzähne bis auf einen Stumpf abgeschliffen. Es bildet sich eine Stufe in der Zahnhartsubstanz, die sogenannte Präparationsgrenze. Wenn diese Präparationsgrenze unterhalb des Zahnfleisches liegt, wird das Zahnfleisch ebenfalls präpariert. Hierfür legt man zirkulär Fäden zwischen Zahnfleisch und Zahn. Dadurch wird das Zahnfleisch vom Zahn abgespreizt um den später verwendeten Abformmassen die Möglichkeit zu geben, die Präparationsgrenze zu erreichen.At least two treatments are usually needed to make dentures. In the first treatment, the teeth to be restored and their surrounding gums are prepared. For this purpose, the relevant residual teeth are ground down to a stump. It forms a step in the hard tooth substance, the so-called preparation border. If this preparation margin is below the gum, the gum is also prepared. To do this, thread circularly between gum and tooth. As a result, the gums are splayed from the tooth to give the impression materials used later, the possibility to reach the preparation margin.

Gerade bei umfangreichem Zahnersatz ist diese erste Vorbereitung für den Zahnarzt sehr aufwendig und für den Patienten schmerzhaft. Das Herausarbeiten der Präparationsgrenze ist besonders wichtig, da dort der Übergang zum Zahnersatz liegen wird.Especially with extensive dentures this first preparation for the dentist is very complex and painful for the patient. The preparation of the preparation border is particularly important, since there the transition to the dentures will lie.

Bei der ersten Behandlung wird dann auch der Ober- und Unterkiefer eines Patienten mittels plastischer aushärtender Abdruck- bzw. Abformmassen abgeformt, um einen sogenannten Abdruck zu erhalten. Der Abdruck dient als Basis zur Herstellung eines Modells. Auf dem Modell formt ein Zahntechniker den Zahnersatz, der meist als Wachsmodell ausgeführt ist. Das Wachsmodell dient gewöhnlich als Positivform für eine Negativform. Aus der Negativform wird in bekannter handwerklicher Art der Zahnersatz gewonnen. Bei der zweiten Behandlung wird nun der Zahnersatz beim Patienten angepasst und eingesetzt.In the first treatment, the upper and lower jaw of a patient is then molded by means of plastic curing impression or impression materials in order to obtain a so-called impression. The impression serves as a basis for the production of a model. On the model a dental technician forms the dentures, which is usually executed as a wax model. The wax model usually serves as a positive mold for a negative mold. The denture is obtained from the negative mold in a known artisanal way. In the second treatment, the dentures are now adapted and used in the patient.

Basierend auf den vorliegenden Stand der Technik stellte sich nun die Aufgabe, wie man das Herstellen von Zahnersatz weniger schmerzhaft und belastend für den Patienten gestalten kann, was zudem kostengünstig und einfach ist.Based on the present state of the art, the object now was how to make the manufacture of dentures less painful and stressful for the patient, which is also inexpensive and easy.

Die Druckschrift WO 2011/077 175 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung herausnehmbarer Prothesen im 3-D-Printing-Verfahren. Nach dem Stand der Technik werden diese Prothesen in der Weise geschaffen, dass in ein Wachsmodell, das den Kiefern der Patienten abgeformt wurde, Zähne eingedrückt werden, die industriell aus Wachs vorgefertigt sind. Dieses Modell wird dann ”gekontert”: Es wird mit Gips umgossen, der nach der Aushärtung so weit erhitzt wird, dass das Wachs ausschmilzt. In der so entstandenen Hohlform wird die Prothese aus geeignetem Kunststoff gegossen.The publication WO 2011/077 175 A1 discloses a method for making removable prostheses in the 3-D printing process. According to the prior art, these prostheses in the Created in a wax model, which was molded the patient's jaws, teeth are pressed, which are industrially prefabricated from wax. This model is then "countered": it is covered with plaster, which is heated after curing so far that the wax melts out. In the resulting mold, the prosthesis is cast from suitable plastic.

Demgegenüber wird in WO 2011/077 175 A1 vorgeschlagen, dass die Prothese mit einem 3-D-Printer unmittelbar hergestellt wird, aber es ist nicht offenbart, wie die Daten beschafft werden, die der 3-D-Plotter verarbeiten kann.In contrast, in WO 2011/077 175 A1 suggested that the prosthesis is made directly with a 3-D printer, but it is not disclosed how to obtain the data that the 3-D plotter can handle.

In der Druckschrift WO 2012/016 635 A2 ist ein Verfahren zur Röntgenaufnahme eines Patienten im Schlussbiss offenbart. Nach dem Stand der Technik stellte sich dabei die Aufgabe, Bildeffekte zu vermeiden, die im Okklusionsbereich auftreten. Gelöst wird die Aufgabe mit einer Bisseinlage. Das Verfahrensziel sind zahnmedizinische Behandlungen wie beispielsweise die Behandlung von Dysgnathin.In the publication WO 2012/016 635 A2 a method is disclosed for radiographing a patient in the final bite. According to the state of the art, the object here was to avoid image effects that occur in the occlusion area. The task is solved with a bis insert. The process objective is dental treatments such as the treatment of Dysgnathin.

In der Diplomarbeit von Marion, Jähne: Automatische Extraktion des Herzens aus kontrastverstärkten Schichtaufnahmen des Torax, Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Mathematik, durchgeführt am Fraunhofer Institut für grafische Datenverarbeitung, November 2005, Seite 4 wird die Hounsfield-Skala für den standardisierten Vergleich von CT-Bildern beschrieben.In the thesis of Marion, Jähne: Automatic extraction of the heart from contrast-enhanced tomographies of the Torax, Darmstadt University of Technology, Department of Mathematics, carried out at the Fraunhofer Institute for Computer Graphics, November 2005, page 4, the Hounsfield scale for the standardized comparison of CT Pictures described.

Die Erfinder haben nun ein Verfahren gefunden, das das Herstellen von Zahnersatz drastisch vereinfacht, indem ein medizinischer 3D-Datensatz nach Datensegmentierung (Objektmaskierung) und Umwandlung in ein passendes Datenformat zur direkten Herstellung von Zahnersatz, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion verwendet wird, wobei der medizinische 3D-Datensatz direkt am Patienten ermittelt wird und die Herstellung über ein Verfahren der schnellen Fertigung, dem sogenannten ”rapid manufacturing” erfolgt.The inventors have now found a method that drastically simplifies the fabrication of dental prostheses by using a 3D medical dataset after data segmentation (object masking) and conversion to a suitable data format for the direct fabrication of dentures, a model, or a scaffolding design 3D data set is determined directly on the patient and the production via a process of rapid production, the so-called "rapid manufacturing" takes place.

Hierdurch kann der Schritt des Abdrucknehmens und somit auch ein Teil der ersten Behandlung, nämlich das für den Patienten meist schmerzhafte Darstellen einer Präparationsgrenze, entfallen.In this way, the step of impression taking and thus also a part of the first treatment, namely the patient's most painful presentation of a preparation border, can be omitted.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Erzeugung eines medizinischen 3D-Datensatzes, eines sogenannten 3D-DICOM-Datensatzes, mit dem, nach Datensegmentierung (Objektmaskierung) und Umwandlung in ein geeignetes Datenformat, direkt Zahnersatz, Meistermodelle oder Gerüstkonstruktionen hergestellt werden können und das folgende Schritte (i) bis (iv) umfasst:
Schritt (i): Erzeugen eines 3D-DICOM-Datensatzes eines zahnärztlich vorbehandelten Gebisses und Zahnfleisch, wobei das Gebiss bzw. das Zahnfleisch präparierte Zahnstümpfe, Implantate und ggf. Abutments enthalten kann, durch Verwenden eines Hounsfield-kalibrierten digitalen Volumentomographens und Speichern des 3D-DICOM-Datensatzes auf einem Datenträger;
Schritt (ii): Segmentieren (Objektmaskieren) von Daten, die für Gewebestrukturen und ähnlichem stehen (z. B. Luft, Fettgewebe, Wasser, Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz und sonstige sich im Gebiss befindlichen Materialien), anhand von deren Hounsfield-Dichtewerten und Speichern dieser segmentierten Daten als erstes 3D-Objekt und anschließendes weiteres Segmentieren derjenigen Daten über Hounsfield-Dichtewerte, die für Implantate und Abutments aus Metall z. B. Titan stehen und Speichern dieser segmentierten Daten als zweites 3D-Objekt;
Schritt (iii): Umwandeln der in Schritt (ii) erhaltenen ersten und zweiten 3D-Objekte in ein Format, vorzugsweise STL-Format, das sich für die Verwendung in einem Verfahren der schnellen Fertigung, dem sogenannten ”rapid manufacturing” eignet; und
Schritt (iv): Herstellen eines Zahnersatzes, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion.
The invention thus relates to a method for generating a medical 3D dataset, a so-called 3D-DICOM dataset, with which, after data segmentation (object masking) and conversion into a suitable data format, dentures, master models or framework constructions can be produced directly and the following steps (i) to (iv) comprises:
Step (i): generating a 3D DICOM record of a previously prepared denture and gum, wherein the gum may contain prepared tooth stumps, implants and possibly abutments, using a Hounsfield calibrated digital volume tomography and storing the 3D DICOM record on a data carrier;
Step (ii): segmentation (object masking) of data representative of tissue structures and the like (e.g., air, adipose tissue, water, bone, cementum, dentin, enamel, and other dentate materials) from their Hounsfield Density values and storing this segmented data as the first 3D object and then further segmenting the data on Hounsfield density values used for metal implants and abutments, e.g. Titanium and storing this segmented data as a second 3D object;
Step (iii): converting the first and second 3D objects obtained in step (ii) into a format, preferably STL format, suitable for use in a rapid manufacturing process; and
Step (iv): making a denture, model, or scaffolding design.

In einer alternativen Ausführungsform [X] bezieht sich die Erfindung auf das vorbeschriebene Verfahren, in dem man nach Schritt (iii) in einem Schritt (iii-a) durch geeignete Datenmanipulation ein virtuelles Modell plus virtuellem Zahnersatz erstellt, von dem man gegebenenfalls in einem weiteren Schritt (iii-b) die ursprünglichen, vor Manipulation erhaltenen Daten, wieder abzieht und so einen Datensatz erhält, der den Zahnersatz beschreibt.In an alternative embodiment [X], the invention relates to the method described above, in which, after step (iii), in a step (iii-a), by means of suitable data manipulation, a virtual model plus virtual prosthesis is created, optionally in another Step (iii-b) subtracts the original data obtained from manipulation to obtain a dataset describing the denture.

Die Datenmanipulation in der alternativen Ausführungsform [X] kann auf Basis vorhandener Daten anatomischer Strukturen (z. B. Scans des Gebisses des Patienten vor Beschädigung oder Scan eines ähnlichen Gebisses eines anderen Menschen) gemacht werden, die gegebenenfalls bearbeiten wurden.The data manipulation in the alternative embodiment [X] may be made based on existing data of anatomical structures (eg, scans of the patient's bit from damage or similar human teeth being scanned) that may have been processed.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform [Y] wird in Schritt (iii) die Schleimhautinformation von Implantaten (”Emergence Profile”) erfasst, indem man die im Gebiss vorhandenen Informationen der die Abutments umgebenden Kompositmanschetten abgreift.In a further alternative embodiment [Y], in step (iii) the mucosal information of implants ("emergence profiles") is detected by picking up the information present in the dentition of the composite cuffs surrounding the abutments.

Es ist selbstverständlich, dass ein 3D-Datensatz am Patienten nur dann angefertigt wird, wenn die medizinische Notwendigkeit besteht, welche durch rechtfertigende medizinische Indikation eindeutig gewährleistet ist.It goes without saying that a 3D data record is only made on the patient when there is a medical necessity, which is clearly ensured by a justified medical indication.

Die Erfindung bezieht sich ferner in einer Ausführungsform [A] auf das Verwenden eines Hounsfield-kalibrierten digitalen Volumentomographens zur Erzeugung eines 3D-DICOM-Datensatzes an einer anatomischen Struktur im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich und anschließendem Auswählen der gewünschten Daten durch Datensegmentierung/Objektmaskierung und Umwandlung dieser segmentierten/maskierten Daten in ein Format, so dass diese Daten in einem rapid manufacturing-Verfahren eingesetzt werden können.The invention further relates in one embodiment [A] to the use of a Hounsfield-calibrated digital volume tomography to generate a 3D DICOM. Data set on an anatomical structure in the oral and maxillofacial area and then selecting the desired data by data segmentation / object masking and converting this segmented / masked data into a format so that this data can be used in a rapid manufacturing process.

In einer weiteren Ausführungsform [B] bezieht sich die Erfindung auch auf das Verwenden eines Hounsfield-kalibrierten digitalen Volumentomographens zur Erzeugung eines medizinischen 3D-Datensatzes an einer anatomischen Struktur im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich und anschließendem Auswählen der gewünschten Daten anhand von Hounsfield-Dichtewerten zur Herstellung einer Prothese, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion.In another embodiment [B], the invention also relates to using a Hounsfield-calibrated digital volume tomograph to generate a medical 3D dataset on an anatomical structure in the oral and maxillofacial region, and then selecting the desired data using Hounsfield density values Production of a prosthesis, a model or a framework construction.

In einer weiteren Ausführungsform [C] bezieht sich die Erfindung auf die in Ausführungsform [B] beschriebene Verwendung, wobei die anatomische Struktur ein Gebiss ist und mit dem Verfahren ein Zahnersatz, ein Modell oder eine Gerüstkonstruktion hergestellt wird.In a further embodiment [C], the invention relates to the use described in embodiment [B], wherein the anatomical structure is a denture and the method produces a dental prosthesis, a model or a framework construction.

Die Erfindung bezieht sich ferner in einer Ausführungsform [D] auf die Ausführungsform [C], in der für Luft ein Hounsfield-Dichtewert von –1000, für Fettgewebe von –100, für Wasser von 0, für Knochen 500 bis 1500 und für Implantate und Zahnschmelz von 3000 angenommen wird.The invention further relates in one embodiment [D] to the embodiment [C], in which for air a Hounsfield density value of -1000, for fatty tissue of -100, for water of 0, for bone 500 to 1500 and for implants and Enamel of 3000 is assumed.

Die in Schritt (i) verwendbaren digitalen Volumentomographen (DVT-Geräte) sind käuflich erhältlich. Bekannte und erfindungsgemäß bevorzugte Hounsfield-kalibrierte DVT-Geräte sind zum Beispiel:

  • – Acteon Whitefox – Patientenpositionierung sitzend, stehend: Volumen Zylinder, 599 Images, FOV 60 mm × 60 mm, 80 mm × 80 mm, Auflösung 0.15 μm 105 kV, 9 mA, gepulst, Dental Scan 360°, 25 sek, effektiv 6,8 sek., Brennfleck 0.5, Hersteller: Satelec (Acteon Group) – de Götzen – Milano.
  • – NewTom 5G – Patientenpositionierung liegend: Volumen Zylinder, 659 Images, FOV 60 mm × 60 mm, 80 mm × 80 mm, Auflösung 0.125 μm 110 kV, 16 mA, gepulst, Dental Scan 360°, 36 sek, effektiv 7,3 sek., Brennfleck 0.3, Hersteller: QR srl – Verona IT.
The digital volume tomographs (DVT devices) usable in step (i) are commercially available. Known and inventively preferred Hounsfield-calibrated DVT devices are, for example:
  • - Acteon Whitefox - Patient Positioning Seated, Standing: Volume Cylinder, 599 Images, FOV 60mm × 60mm, 80mm × 80mm, Resolution 0.15μm 105kV, 9mA, Pulsed, Dental Scan 360 °, 25sec, Effective 6, 8 sec., Focal spot 0.5, maker: Satelec (Acteon Group) - de Götzen - Milano.
  • - NewTom 5G - patient positioning lying: volume cylinder, 659 images, FOV 60 mm × 60 mm, 80 mm × 80 mm, resolution 0.125 μm 110 kV, 16 mA, pulsed, dental scan 360 °, 36 sec, effective 7.3 sec ., Focal spot 0.3, manufacturer: QR srl - Verona IT.

Diese Geräte sind gewöhnlich an einen Computer angeschlossen, auf dem die entsprechende Software (Controller) zum Betreiben des Geräts läuft. Beim Acteon Whitefox ist das ActeonWhitefoxControl.ce.0434 und beim NewTom 5G ist das NewTom NNTTM. Unter Datenträger werden erfindungsgemäß alle verwendbaren Datenträger verstanden (z. B. Festplatten, Chips, CD-Roms, DVDs, Blue-Ray Disks).These devices are usually connected to a computer running the appropriate software (controller) to operate the device. The Acteon Whitefox is the ActeonWhitefoxControl.ce.0434 and the NewTom 5G is the NewTom NNT TM . According to the invention, data carrier means all usable data carriers (eg hard disks, chips, CD-ROMs, DVDs, Blue-Ray disks).

Um die wie in Schritt (ii) beschriebene Segmentierung (Objektmaskierung) von Daten, die für Gewebestrukturen und ähnlichem stehen (z. B. Luft, Fettgewebe, Wasser, Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz und sonstige sich im Gebiss befindlichen Materialien), anhand von deren Hounsfield-Dichtweiten durchführen zu können, ist die Kalibrierung des DVT-Geräts nach Hounsfield-Skala zwingend erforderlich. Jeder Voxel kann dadurch eindeutig Werten zwischen –1000 und +3000 Hounsfield zugeordnet werden. Luft hat zum Beispiel einen Wert von –1000, Fettgewebe von –100, Wasser von 0, Knochen 500 bis 1500; Implantate und Zahnschmelz von 3000.The segmentation (object masking) of data representative of tissue structures and the like as described in step (ii) (eg, air, adipose tissue, water, bone, cementum, dentin, enamel, and other dentate materials) of their Hounsfield sealing ranges, calibration of the DVT device according to the Hounsfield scale is absolutely necessary. Each voxel can be uniquely assigned values between -1000 and +3000 Hounsfield. Air, for example, has a value of -1000, fatty tissue of -100, water of 0, bone 500 to 1500; Implants and enamel of 3000.

In medizinischen Computertomographen werden Röntgendichte (Radiodensity, Röntgenstrahlung Abschwächung) Werte in CT Zahlen nach Standard Hounsfield Unit (HU) Skala konvertiert. Dieses Verfahren wird auch bei Hounsfield-kalibrierten Cone Beam CT (DVT) Geräten angewendet.In medical computed tomography, radiopacity (radiodensity, x-ray attenuation) values are converted into CT numbers according to the standard Hounsfield Unit (HU) scale. This procedure is also used on Hounsfield calibrated Cone Beam CT (DVT) devices.

Die Formel hierfür ist:

Figure DE102012002817B4_0002
The formula for this is:
Figure DE102012002817B4_0002

Segmentieren (Objektmaskierung) bedeutet erfindungsgemäß das Filtern der Daten nach Hounsfield-Dichtewerten. Luft –1000; Fettgewebe –100; Wasser 0; Knochen 500 bis 1500; Implantate und Zahnschmelz 3000. Wie bereits erwähnt, ist die Voraussetzung zur Segmentierung (Objektmaskierung) des 3D-DICOM-Datensatzes nach Luft, Wasser, Fettgewebe, Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz, Metalle und sonstige sich im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich befindlichen Materialien, ist die Kalibrierung des DVT nach Hounsfield. Die Hounsfield-Kalibrierung ist turnusgemäß, vorzugsweise wöchentlich, durchzuführen. Die Vorgehensweise zur Kalibrierung wird in den Dokumentationen zur Qualitätssicherung der jeweiligen Hersteller z. B. Acteon oder NewTom eindeutig beschrieben.Segmentation (object masking) in accordance with the invention means filtering the data according to Hounsfield density values. Air -1000; Fatty tissue -100; Water 0; Bone 500 to 1500; Implants and Enamel 3000. As previously mentioned, the prerequisite for segmentation (object masking) of the 3D-DICOM dataset is air, water, adipose tissue, bone, cementum, dentine, enamel, metals, and other materials in the oral and maxillofacial region , is the calibration of the DVT to Hounsfield. The Hounsfield calibration is to be performed regularly, preferably weekly. The procedure for the calibration is described in the documentation for the quality assurance of the respective manufacturer z. As Acteon or New Tom clearly described.

Zur erfindungsgemäßen Segmentierung (Objektmaskierung) des 3D-DICOM-Datensatzes in Schritt (ii) kann die 3D-Software OnDemand3DTMApp (Version 1.0) verwendet werden. OnDemand3DTMApp ermöglicht die Verwaltung von medizinischen 2D und 3D Bildern. Umfangreiche 2D und 3D Werkzeuge zur Analyse, Formatierung und Segmentierung der Daten werden zur Verfügung gestellt.For the segmentation (object masking) of the 3D-DICOM data set according to the invention in step (ii), the OnDemand3D App 3D software (version 1.0) can be used. OnDemand3D TM App allows the management of medical 2D and 3D images. Extensive 2D and 3D tools for analysis, formatting and segmentation of data are provided.

Die Daten im Schritt (i) werden folgendermaßen erzeugt: Nach dem erfindungsgemäßen Scannen in Volumengröße 80 mm × 80 mm High-Quality gemäß Schritt (i) wird aus den erfassten Rohdaten der 3D-DICOM-Datensatz rekonstruiert. Als Auflösung wird 1.25 μm oder 1.5 μm vorgewählt. Der erfasste 3D-DICOM-Datensatz wird aus der Herstellersoftware Acteon Whitefox ImagingTM oder NewTom NNTTM als 3D-DICOM-Datensatz exportiert. Im Anschluss wird im Schritt (ii) der 3D-DICOM-Datensatz in die Software OnDemand3DTMApp eingelesen. Es werden über das Objektmaskenwerkzeug solche Daten aus den DICOM-Datensätzen segmentiert (maskiert), die für Knochen, Zahnschmelz, Dentin und Wurzelzement stehen. Verwendet wird die Maskierung ”Benutzte Schwellwert” Grenzwerte: 1000 HU–6000 HU. Diese segmentierten Daten werden in ein erstes 3D-Objekt gespeichert.The data in step (i) are generated as follows: After scanning according to the invention in volume size 80 mm × 80 mm high-quality according to step (i), the 3D-DICOM data record is reconstructed from the acquired raw data. The resolution is 1.25 μm or 1.5 μm. The captured 3D DICOM record is taken from the Acteon Whitefox Imaging TM or NewTom NNT TM software was exported as a 3D DICOM record. Subsequently, in step (ii) the 3D-DICOM data record is read into the software OnDemand3D TM App. The object mask tool segments (masks) such data from the DICOM records that represent bone, enamel, dentin, and root cementum. The mask used is "Used Threshold" Limits: 1000 HU-6000 HU. This segmented data is stored in a first 3D object.

Hierdurch wird die Form der Zahnpräparation dreidimensional erfassbar. Die Oberflächen von präparierten Zähnen können somit dargestellt werden. Im zweiten Schritt werden die 3D-DICOM-Daten nach Implantaten segmentiert. Verwendet wird die Maskierung ”Benutzte Schwellwert” Grenzwerte: 2700 HU–6000 H. Diese werden in ein zweites 3D-Objekt gespeichert. Es erfolgt zur Feinjustierung jeweils eine Sichtkontrolle der maskierten Objekte ggf. werden die Maskierungsfenster minimal nachgeregelt.As a result, the shape of the tooth preparation can be detected in three dimensions. The surfaces of prepared teeth can thus be displayed. In the second step, the 3D-DICOM data are segmented by implants. The mask used is "Used Threshold" Limits: 2700 HU-6000 H. These are stored in a second 3D object. For fine adjustment, a visual inspection of the masked objects is carried out. If necessary, the masking windows are minimally adjusted.

Die 3D-Objekte 1 und 2 werde über die ”Meißeln” Funktion im Objektmaskenwerkzeug von überflüssigen Teilen getrennt, das bedeutet, es werden überflüssige Regionen entfernt.The 3D objects 1 and 2 are separated from unnecessary parts by the "chisel" function in the object mask tool, which means that superfluous regions are removed.

In Schritt (iii) werden die so erzeugten Objekte 1 und 2 über die Oberflächen-Generierungsoption der OnDemand3DTM App Software ”Save to STL” als einzelne STL-Dateien abgespeichert. Für den Export wird die Komprimierung auf 0.100 eingestellt und die Filterfunktion deaktiviert.In step (iii), the objects 1 and 2 thus generated are stored as individual STL files via the surface generation option of the OnDemand3D App software "Save to STL". For the export, the compression is set to 0.100 and the filter function is deactivated.

Im Anschluss werden die einzelnen STL-Dateien in die Software 3D-Tool Version 10 Basic eingelesen. Die 3D-Tool Software dient zur professionellen Datenaufbereitung für das spätere rapid manufacturing, insbesondere rapid prototyping. 3D Basis-Import, 3D Basis Formate: STL, VRML, SLP, XGL, OBJ, PLY, 3DS, ASC, DXF, IV. Gleichzeitiges Laden mehrerer Dateien um 3D-Modelle oder 2D-Zeichnungen zusammenführen. Import/Export von STL-Dateien, Modelle im STL-Format importieren und exportieren.The individual STL files are then read into the software 3D-Tool Version 10 Basic. The 3D-Tool software is used for professional data processing for the later rapid manufacturing, in particular rapid prototyping. 3D Basic Import, 3D Base Formats: STL, VRML, SLP, XGL, OBJ, PLY, 3DS, ASC, DXF, IV. Simultaneously load multiple files to 3D models or 2D drawings. Import / export STL files, import and export models in STL format.

In der 3D-Tool Software werden eindeutige 3D-Oberflächenobjekte erzeugt: OK (Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz) OK-Implantate, UK (Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz) UK-Implantate; weitere überflüssige Information wird gelöscht. Im Anschluss wird aus den einzelnen importierten STL-Objekten ein finaler primärer Datensatz erzeugt. Dieser wird als primärer Datensatz im STL-Format exportiert und dient zur weiteren Verarbeitung im rapid-prototyping.Unique 3D surface objects are created in the 3D-Tool software: OK (bone, root cementum, dentin, enamel) OK implants, UK (bone, cementum, dentin, enamel) UK implants; further unnecessary information is deleted. Subsequently, a final primary data record is generated from the individual imported STL objects. This is exported as a primary data record in STL format and is used for further processing in rapid prototyping.

Die in Schritt (iii) verwendbaren Verfahren zur schnellen Fertigung (rapid manufacturing), auch rapid prototyping genannt, sind solche Verfahren, die direkt vom virtuellen, computer-generierten Modell ausgehen und das entsprechende reale Modell fertigen. Beispiele solcher Verfahren sind Fräsverfahren (z. B. Contur-Crafting (CC) Fräsverfahren) oder generative bzw. additive Fertigungsverfahren (3D-Drucker, Laser-Sintern, Stereolytverfahren).The rapid manufacturing processes, also called rapid prototyping, which can be used in step (iii), are processes that start directly from the virtual, computer-generated model and produce the corresponding real model. Examples of such methods are milling processes (eg Contur-Crafting (CC) milling processes) or additive or additive manufacturing processes (3D printers, laser-sintering, stereolytic processes).

Wird ein Fräsverfahren verwendet, so werden die Daten im entsprechenden Format, vorzugsweise STL-Format, zum Beispiel an eine CC-Fräse übermittelt, die dann die gewünschte Gerüstkonstruktion oder das gewünschte Modell aus einem Block herausfräst (Schritt (iv)). STL-Daten sind die Daten, die gewöhnlich beim rapid manufacturing verwendet werden, um die in den Daten gespeicherte Information (d. h. Formkörper) herzustellen.If a milling method is used, the data is transmitted in the appropriate format, preferably STL format, to, for example, a CC mill, which then mills out the desired scaffolding or model from a block (step (iv)). STL data is the data commonly used in rapid manufacturing to produce information stored in the data (i.e., shaped bodies).

Das Verfahren in der hier beanspruchten und beschriebenen Weise ist neu und war bisher aufgrund der technischen Limitierungen seitens der DVT-Geräte nicht möglich. Seitdem Hounsfield-kalibrierte DVT-Geräte verfügbar sind, deren Auflösung sehr gut ist, können den einzelnen Grauwerten auch Luft, Wasser, Fettgewebe, Knochen, Wurzelzement, Dentin, Schmelz, Metalle und sonstige sich im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich befindlichen Materialien, entsprechend ihrer Hounsfield-Dichtweite, zugeordnet werden. Nur durch diese Zuordnung ist es möglich, nach der Aufnahme des Gebisses oder sonstiger anatomischer Strukturen im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich, 3D-DICOM-Daten in der benötigten Qualität zu liefern. Selbstverständlich ist es denkbar, dieses Prinzip auszunutzen, um nicht nur Zahnersatz, sondern auch Prothesen in anderen Körperregionen, insbesondere Mund-Kiefer-Gesichtsbereich ganz oder teilweise herzustellen.The method in the manner claimed and described here is new and has hitherto not been possible due to the technical limitations on the part of the DVT devices. Since Hounsfield-calibrated DVT devices are available whose resolution is very good, the individual gray levels can also include air, water, adipose tissue, bone, cementum, dentin, enamel, metals, and other materials in the oral and maxillofacial area, according to their needs Hounsfield density, to be assigned. Only by this assignment, it is possible, after receiving the teeth or other anatomical structures in the oral and maxillofacial area, to deliver 3D DICOM data in the required quality. Of course, it is conceivable to use this principle to produce not only dentures, but also prostheses in other parts of the body, in particular oral and maxillofacial area in whole or in part.

Schritt (i) wird ausschließlich am Lebewesen (Mensch oder Tier) vorgenommen. Datenaufnahmen an künstlichen Gebissen oder an Reproduktionen künstlicher Gebisse ist grundsätzlich möglich.Step (i) is performed exclusively on the living being (human or animal). Data recording on artificial dentures or on reproductions of artificial dentures is possible in principle.

Der Begriff ”Zahnersatz” hat im Rahmen dieser Erfindung die gleiche Definition wie in der Zahnmedizin. Wie bereits erwähnt, ist es denkbar, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Zahnersatz herzustellen, sondern auch andere Strukturen des menschlichen Körpers zu ersetzen.The term "dentures" in the context of this invention has the same definition as in dentistry. As already mentioned, it is conceivable not only to produce dentures with the method according to the invention, but also to replace other structures of the human body.

Unter dem Begriff ”Abutment” werden im Allgemeinen Befestigungs- und Aufbauelemente, die in der Implantologie und ästhetischen Zahnheilkunde verwendet werden, verstanden. Abutments dienen als Basis für eine Krone und sind oftmals Aufsätze auf einem Implantat.The term "abutment" is generally understood to mean attachment and assembly elements used in implantology and aesthetic dentistry. Abutments serve as the basis for a crown and are often attachments on an implant.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Ausführungsform beschrieben, ohne sie jedoch auf diese einzuschränken.The method according to the invention will be described with reference to the following embodiment without, however, restricting it to these.

Beispiel 1: Example 1:

Vorbereitung des Patienten: Am ersten Behandlungstag werden die zu versorgenden Zähne oder Zahnimplantate mit zugehörigen Abutments so präpariert, dass sie später zur Aufnahme von Zahnersatz geeignet sind. Es werden keine Hilfsmittel (Fäden, Elektrotom) zur Darstellung der Präparationsgrenze benötigt. Anschließend erfolgt die Herstellung von passenden Provisorien aus bekanntem Kompositmaterial (Protemp 4TM der Firma 3M ESPE) mit Hilfe einer Tiefziehschiene.Preparation of the patient: On the first day of treatment, the teeth or dental implants to be supplied with the abutments are prepared so that they are later suitable for receiving dentures. No aids (threads, electrotome) are needed to visualize the preparation margin. Subsequently, the production of suitable temporaries made of known composite material (Protemp 4 TM from 3M ESPE) using a thermoforming rail.

Schritt (i): Am gleichen oder nächsten Behandlungstag wird der Patient mit Hilfe eines Hounsfield-kalibrierten DVT-Geräts gescannt. Bei der Aufnahme befindet sich der Patient, unterstützt durch das Provisorium oder die Tiefziehschiene, im Schlussbiss, so dass die Kieferrelation eindeutig ist. Durch das Scannen wird der gewünschte 3D-DICOM-Datensatz erzeugt. Der Patient darf sich während des Scanvorgangs nicht bewegen. Wie oben erwähnt, können sowohl die Tiefziehschiene als auch die Provisorien zur Kieferrelationsbestimmung verwendet werden. Diese ist nötig, um die Anordnung von Ober- zu Unterkiefer im Schlussbiss darzustellen. Bei falscher Kieferrelationsbestimmung entsteht folglich ein falscher Schlussbiss.Step (i): On the same or next day of treatment, the patient is scanned using a Hounsfield-calibrated DVT device. When recording, the patient, supported by the temporary or the Tiefziehschiene, in the final bite, so that the jaw relation is unique. Scanning creates the desired 3D DICOM record. The patient should not move during the scan. As mentioned above, both the thermoforming splint and the temporaries can be used for jaw relation determination. This is necessary to represent the arrangement of upper to lower jaw in the final bite. If the jaw relation determination is wrong, a wrong final bite will be created.

a) Kieferrelationsbestimmung mit Hilfe eines Provisoriums:a) Jaw relation determination with the aid of a temporary restoration:

Diese Variante ist dann interessant, wenn durch die Präparation der Zähne der Biss aufgelöst wurde. D. h. es gibt nur Bisskontakte von Zahn zu Provisorium und nicht von Zahn zu Zahn. Diese Röntgenopazität der Provisorien sollte deutlich zu den anderen Röntgenopazitäten im Mund differieren. Somit sind die Provisorien im erzeugten 3D-DICOM-Datensatz anschließend in Schritt (ii) gut zu segmentieren. Man lässt den Patienten während der Aufnahme auf die im passenden Biss hergestellten Provisorien beißen. Später stellt man durch die Segmentierung der Daten Ober- und Unterkiefer ohne Provisorien dar. Somit sieht man das Gebiss in korrekter Kieferrelation, ohne dass sich Ober- und Unterkieferzähne berühren.This variant is interesting if the bite was disintegrated by the preparation of the teeth. Ie. there are only bite contacts from tooth to temporary and not from tooth to tooth. This radiopacity of the temporaries should differ significantly from the other radiographic opacities in the mouth. Thus, the temporaries in the generated 3D DICOM data set are then well segmented in step (ii). The patient is allowed to bite on the provisional prepared in the appropriate bite during the recording. Later, segmentation of the data reveals upper and lower jaw without temporaries. Thus, the dentition can be seen in the correct jaw relation without touching upper and lower jaw teeth.

b) Kieferrelationsbestimmung mit Hilfe einer Tiefziehschiene:b) Jaw relation determination with the aid of a thermoforming rail:

Diese Variante ist bei allen Gebissen möglich. Der Patient trägt während der Aufnahme die Tiefziehschiene. Die Tiefziehschiene kann auf den Ober- oder Unterkieferzähnen sitzen. Sie hat eine Schichtstärke von ca. 0,5 mm und eine kaum zu erfassende Röntgenopazität. Im Datensatz sieht man folglich einen leicht angehobenen Biss. Die einzelnen Zähne diskludieren und können somit auch als einzelne Objekte dargestellt werden. Bei der Erstellung des Zahnersatzes kann entschieden werden, ob man im Artikulator (Simulator für Kaubewegungen) den Biss z. B. wieder absenkt, so dass Zähne, auf denen kein Zahnersatz erstellt wird, wieder in Kontakt stehen.This variant is possible with all dentures. The patient wears the thermoforming splint during the recording. The Tiefziehschiene can sit on the upper or lower jaw teeth. It has a layer thickness of about 0.5 mm and a barely detectable radiopacity. Consequently, the record shows a slightly raised bite. The individual teeth disklude and can therefore also be represented as individual objects. When creating the dentures can be decided whether in the articulator (simulator for chewing movements) the bite z. B. lowered again, so that teeth on which no dentures is created, again in contact.

Schritt (ii) und (iii): Die so erhaltenen Daten werden wie oben beschrieben segmentiert/maskiert und wie oben beschrieben in ein STL-Datenformat umgewandelt.Step (ii) and (iii): The data thus obtained are segmented / masked as described above and converted into an STL data format as described above.

Das weitere Vorgehen zur Erstellung des Zahnersatzes mit Hilfe des beschriebenen Datensatzes bietet zwei Varianten:The further procedure for the creation of the denture with the help of the described data set offers two variants:

Variante a – Schritt (iii-a)Variant a - step (iii-a)

Der segmentierte und in das STL-Format umgewandelte Datensatz (primärer STL-Datensatz) wird um quaderförmige Blöcke ergänzt, so dass ein einstückiges virtuelles Modell entsteht.The segmented and STL-formatted data set (primary STL data set) is supplemented by block-shaped blocks, so that a one-piece virtual model is created.

Es besteht an dieser Stelle die Möglichkeit einer Modellherstellung mit Hilfe von rapid manufacturing Verfahren (z. B. Fräsmaschine, 3D-Druck oder Stereolytverfahren) auf Basis der STL-Daten. Die entstandenen Modelle ähneln in ihrer Form den in der Zahnmedizin bekannten Präparationsmodellen mit dem Unterschied, dass Ober- und Unterkiefermodell miteinander verbunden sind. Beide Modelle werden in einen Artikulator überführt. Dabei wird die Verwendung eines Gesichtsbogens empfohlen. Das Modell wird danach in eine Oberkieferhälfte und eine Unterkieferhälfte getrennt. Mit Hilfe dieser Modelle wird nun der Zahnersatz auf klassischem, gewohntem Wege erstellt.At this point, it is possible to make a model using rapid manufacturing techniques (eg milling machine, 3D printing or stereolytic process) based on STL data. The resulting models are similar in shape to the well-known in dentistry preparation models with the difference that upper and lower jaw model are interconnected. Both models are transferred to an articulator. The use of a facebow is recommended. The model is then separated into an upper half of the jaw and a lower half of the jaw. With the help of these models, the dentures are now created in the usual way.

Variante b (Schritt iii-a)Variant b (step iii-a)

Ebenso ist es möglich, den Fertigungsprozess weiterhin virtuell zu betreiben. D. h. man pflegt den STL-Datensatz in eine spezielle Software ein, z. B. Girrbach ceramill mind. In dieser Software hat man vergleichbar zum realen Artikulator einen virtuellen Artikulator. Außerdem besteht die Möglichkeit, die abgebildeten Präparationsstümpfe und Abutments zur definitiven Zahnform zu erweitern (virtuelles Aufwachsen). Man dann diesen Vorgang (virtuelles Aufwachsen) frei gestalten, ebenso wäre es möglich, auf eine Datenbank zurückzugreifen, die fertige Zahnformen anbietet (z. B. beim Zahn 11 die gespiegelte Form des Zahnes 21, bei 35 die gespiegelte Form von 45 usw.).It is also possible to continue to operate the production process virtually. Ie. one maintains the STL data record in a special software, z. B. Girrbach ceramill mind. In this software you have comparable to the real articulator a virtual articulator. In addition, it is possible to expand the illustrated preparation stumps and abutments to the final tooth shape (virtual growth). It would then be possible to make this process (virtual growth) free, and it would also be possible to resort to a database that offers ready-made tooth forms (eg tooth 11 the mirrored form of tooth 21, at 35 the mirrored form of 45 etc.) ,

Interessant sind auch Datensätze von Verwandten aber auch fremden Personen für das virtuelle Aufwachsen zu verwenden. Durch diesen Vorgang entsteht ein erweiterter Datensatz, der das fertig versorgte Gebiss zeigt.It is also interesting to use records of relatives but also strangers for virtual growing up. This process creates an extended dataset showing the finished dentition.

Hiervon wird nun der primäre STL-Datensatz abgezogen, so das der Datensatz des Zahnersatzes übrig bleibt (Schritt (iii-b)). Dieser finale Datensatz wird an eine Fräsmaschine, z. B. Girrbach, übertragen, um den Zahnersatz zu fertigen. From this, the primary STL data set is subtracted so that the data set of the denture remains (step (iii-b)). This final data record is sent to a milling machine, z. B. Girrbach, transferred to manufacture the dentures.

Beispiel 2:Example 2:

Ein 37-jähriger männlicher Patient soll aufgrund der medizinischen Indikation 10 Sofortimplantationen und prothetische Versorgung mittels Bisserhöhung, Backward Planning und Einzelzahnkonzept erhalten.A 37-year-old male patient is due to the medical indication 10 immediate implantation and prosthetic restoration by means of bite increase, backward planning and single-tooth concept received.

Behandlung: Nach erfolgter parodontologischer und konservierender Vorbehandlung mittels geschlossener Kürettage und Kompositaufbauten wurden 10 Sofortimplantate (regio 12–22, regio 24–26, regio 44–46) zeitversetzt inseriert ( ). Anschließend erfolgte die Präparation der behandlungsbedürftigen Zähne 36–37, 14–15 und 13, 23 für Teilkeramiken. Eine Gingivapräparation unter Zuhilfenahme von Fadentechnik, Elektrotom etc. wurde nicht durchgeführt. Der Patent wurde anschließend mit Kunststoffprovisorien versorgt, welche mit Hilfe von Tiefziehschienen angefertigt worden waren. Die Tiefziehschienen wurden auf Duplikaten von Modellen nach Wax-up erstellt, auf denen die Ergebnisse der für den Patienten endgültig angestrebten Bisserhöhung eingearbeitet waren.Treatment: After completed periodontal and conservative pretreatment with closed curettage and composite abutments, 10 immediate implants (regio 12-22, regio 24-26, regio 44-46) were inserted with a time delay ( - ). Subsequently, the preparation of the teeth requiring treatment 36-37, 14-15 and 13, 23 for partial ceramics. A gingiva preparation with the help of thread technique, electrotome, etc. was not performed. The patent was subsequently supplied with plastic temporary restorations made using thermoforming slides. The deep-drawing rails were created on duplicates of models after wax-up, on which the results of the patient's final bite increase were incorporated.

Nach der Implantation und der Präparation wurde nicht abgeformt, auch wurden keine Bissregistrate im Mund angefertigt. Stattdessen wurden die unten aufgelisteten Informationen aus einem vorliegenden DVT-Scan gewonnen, der anschließend vom 3D-DICOM-Format in das STL-Format gewandelt wurde. Zur genauen Lagebestimmung der Implantate und OP-Kontrolle wurde prä- und postoperativ eine digitale Volumentomographie angefertigt. Gewählt wurde jeweils ein FOV (Field of View) von 80 mm × 80 mm, 360° Umlauf, 110 kV Röhrenspannung und automatisch Anpassung der Stromstärke (mA), die sog. ”Safe Beam Technik”. Zur Reduzierung der Dosis wurde eine effektive Bestrahlungszeit bis max. 5 Sekunden gewählt. Die geringe Bestrahlungszeit wird durch gepulste Hochfrequenz-Röhren erreicht. Zur Scharfzeichnung der Geräte ist ein Brennfleck von 0.3–0.5mm nötig. Wesentlich für die gute Segmentierung der 3D-DICOM-Daten ist die Kalibrierung des Gerätes nach Hounsfield. Geeignete Geräte sind: Acteon Whitefox und NewTom 5G.After the implantation and the preparation was not molded, no bite registrations were made in the mouth. Instead, the information listed below was obtained from an existing DVT scan, which was then converted from 3D DICOM format to STL format. For precise orientation of the implants and surgical control, digital volume tomography was performed pre- and postoperatively. In each case a FOV (Field of View) of 80 mm × 80 mm, 360 ° rotation, 110 kV tube voltage and automatically adjustment of the current (mA), the so-called "Safe Beam Technique" was selected. To reduce the dose, an effective irradiation time of up to max. 5 seconds dialed. The low irradiation time is achieved by pulsed high-frequency tubes. For sharpening the devices a focal spot of 0.3-0.5mm is necessary. Essential for the good segmentation of the 3D DICOM data is the calibration of the Hounsfield device. Suitable devices are: Acteon Whitefox and NewTom 5G.

Die Umwandlung der 3D-DICOM-Daten in STL-Format erfolgte über die 3D-Rekonstruktionssoftware mit STL-Schnittstelle (SurfaceTesselationLanguage, Beschreibung der Oberfläche durch Dreiecke oder auch StandardTriangulationLanguage). Die STL-Datensätze wurden durch die 3D-Rekonstruktionssoftware erstellt. Hierfür wurden jeweils für die Präparationsabformung und Implantatabformung eigene Objekte ausgearbeitet. Aus diesen Objekten wurde über die Exportfunktion (Saue to STL) und Oberflächen-Generierungsoption mit High-Quality ohne Filter der STL Export generiert.The conversion of the 3D-DICOM data into STL format was carried out via the 3D reconstruction software with STL interface (SurfaceTesselationLanguage, description of the surface by triangles or standard triangulation LANGUAGE). The STL records were created by the 3D reconstruction software. For this purpose, individual objects were prepared for the preparation impression and implant impression. From these objects, STL Export was generated via the export function (Saue to STL) and surface generation option with high quality without filter.

Präparationsabformung: Im DVT sind eine Vielzahl von Grauwerten erkennbar. Spezielle DVT-Geräte sind nach Hounsfield kalibriert, damit ist die Separierung der Grauwerte möglich. Um nun die Form der Zahnpräparationen dreidimensional exakt zu erfassen, extrahiert man die Grauwertstufen von Schmelz, Dentin und Wurzelzement und erstellt daraus einen Datensatz, der es ermöglicht, die Oberflächen von präparierten Zähnen zu reproduzieren ( , , , ).Preparation impression: The DVT shows a variety of gray values. Special DVT devices are calibrated according to Hounsfield, so that the separation of the gray values is possible. In order to precisely grasp the shape of the tooth preparations three-dimensionally, the greyscale levels of enamel, dentin and cementum are extracted and used to create a data set that makes it possible to reproduce the surfaces of prepared teeth ( . . . ).

Implantatabformung: Über die Hounsfield-Segmentierung ist es ebenfalls möglich, einen Datensatz zu erzeugen, der ausschließlich Titanelemente darstellt ( ). In den meisten Fällen empfehlen wir direkt intraoperativ ein spezielles, für dieses Vorgehen designtes Abutment, einzuschrauben. Folglich sehen wir im ”Titandatensatz” Abutments und Fixturen. Die beiden oben beschriebenen Datensätze werden übereinandergelegt und im basalen Anteil virtuell durch Basisquader ergänzt, so dass ein Stück entsteht, das die Elemente in ihrer korrekten dreidimensionalen Ausrichtung zueinander zeigt.Implant Impression: Using Hounsfield segmentation, it is also possible to create a dataset that represents only titanium elements ( ). In most cases we recommend intraoperatively to screw in a special abutment designed for this procedure. Consequently, we see abutments and fixtures in the Titanium dataset. The two datasets described above are superimposed and virtually complemented in the basal portion by base boxes, so that a piece is created, which shows the elements in their correct three-dimensional orientation to each other.

Bissnahme: Der DVT-Scan erfolgt in Schlussbissposition. Bei Patienten mit einem Schlussbiss ungleich der gewünschten zukünftigen Bissrelation (wie in unserem Fall), wird diese Situation über eine durch Backward Planning gewonnene Tiefziehschiene simuliert. Diese Schiene trägt der Patent beim Scan und verhindert damit, dass Datensätze von nicht beschliffenen Ober- und Unterkiefer-Elementen verschmelzen können.Bissnahme: The DVT scan takes place in final bite position. In patients with a final bite unequal to the desired future bite relation (as in our case), this situation is simulated via a deep-drawing rail obtained by Backward Planning. This splint carries the patent during the scan and thus prevents records of unworked upper and lower jaw elements from merging.

Der oben beschriebene, bearbeitete Datensatz diente als Grundlage für ein Rapid-Prototypingverfahren. Hierbei werden aus 3D-Daten z. B. Kunststoffmodelle erzeugt. In unserem Fall entstand ein geprintetes OK/UK-Kunststoffmodell. Da das Modell einstückig hergestellt wurde, erfolgte anschließend die Trennung in zwei Hälften. Zuvor wurde allerdings am Modell ein Bissschlüssel erstellt, der die richtige dreidimensionale Ausrichtung der Modelle zueinander weiterhin ermöglicht. Die Modelle wurden gesägt und einartikuliert. Somit standen nun Arbeitsunterlagen, wie sie der Zahntechniker von klassischen prothetischen Arbeiten kennt, zur Verfügung.The edited data set described above served as the basis for a rapid prototyping process. Here are from 3D data z. B. plastic models generated. In our case, a printed OK / UK plastic model was created. Since the model was made in one piece, then the separation into two halves took place. Previously, however, a bite key was created on the model, which continues to allow the three-dimensional alignment of the models to each other. The models were sawn and articulated. Thus, work documents were available, as the dental technician knows from classical prosthetic work.

Im Labor wurde das Modell abermals gescannt und somit für CAD/CAM-Technik vorbereitet. Mit Hilfe spezieller Software wurde der Zahnersatz designt und in einen virtuellen Artikulator gestellt. Im Falle der Abutments standen uns die Originalbemaßungen ähnlich einer technischen Zeichnung als Datensatz zur Verfügung. Deshalb wurden alle virtuellen Abutments nochmals gegen diesen Datensatz getauscht. Somit ist eine optimale Passung der Implantatkronen gewährleistet.In the laboratory, the model was scanned again and thus prepared for CAD / CAM technique. With the help of special software, the dentures were designed and placed in a virtual articulator. In the case of the abutments, the original dimensions were similar to a technical drawing as a record available. Therefore, all virtual abutments were swapped again for this record. Thus, an optimal fit of the implant crowns is guaranteed.

Im Anschluss wurden diese Elemente mittels CAD/CAM-Technik aus Hartwachs gefräst und im Mund einprobiert. Diese Hartwachskronen wurden dann im Falle der Zähne in Keramik überführt und teilweise verblendet. Die Implantatkronen wurden abermals aus Kunststoff im Sinne eines Langzeitprovisoriums gefräst.Subsequently, these elements were milled by means of CAD / CAM technology from hard wax and tried in the mouth. These hard wax crowns were then transferred in the case of teeth in ceramics and partially veneered. The implant crowns were again milled from plastic in the sense of a long-term temporary restoration.

Begründung: Unser Modell zeigt sowohl Zahnhartsubstanz wie auch Abutments in ihrer dreidimensionalen Ausrichtung zueinander. Das Zahnfleisch sehen wir nicht. Somit wurde das Emergenzprofil der Implantatkronen frei gestaltet. Die Langzeitprovisorien dienen folglich der Vorbereitung des Zahnfleisches für ein maximal mögliches ästhetisches Ergebnis. Im weiteren Behandlungsverlauf werden die Landzeitprovisorien gegen einzelne Implantatkeramikkronen ausgetauscht. Alle 15 Elemente wurden in einer Sitzung eingegliedert.Reason: Our model shows both tooth hard tissue as well as abutments in their three-dimensional orientation to each other. We do not see the gums. Thus, the emergence profile of the implant crowns was designed freely. The long-term temporaries therefore serve to prepare the gums for the maximum possible esthetic result. In the further course of treatment, the temporal temporaries are replaced by individual implant ceramic crowns. All 15 elements were integrated in one session.

und zeigen die dreidimensionale Darstellung der Implantate segmentiert nach Hounsfield mit ( ) und ohne Ober- und Unterkiefer ( ) des Patienten. and show the three-dimensional representation of the implants segmented by Hounsfield with ( ) and without upper and lower jaw ( ) of the patient.

zeigt den Datensatz als STL-Export zur Präparationsdarstellung. shows the record as STL export for preparation presentation.

zeigt den Implantatdatensatz als STL-Export, vor allem hier die räumliche Ausrichtung der Titanelemente 46–44 zueinander. shows the implant data set as STL export, especially here the spatial orientation of the titanium elements 46-44 to each other.

zeigt ein Modell, das aus den DVT-Daten mittels Rapid-Prototyping entstand. shows a model that emerged from the DVT data using rapid prototyping.

zeigt eine Abbildung, in der im Oberkiefer die virtuellen Abutments gegen deren Originaldatensätze bereits getauscht wurden. shows an image in the upper jaw, the virtual abutments have already been exchanged for their original data records.

zeigt den Oberkiefer vor Eingliederung. shows the upper jaw before insertion.

zeigt den das erfindungsgemäße Verfahren erstellte Zahnersatz im Oberkiefer. shows the method of the invention created dentures in the upper jaw.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz, einer Prothese, eines Modells oder einer Gerüstkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Verfahrensschritte aufeinander folgen: a. Der Patient wird vorbereitet. Eine Gingivapräparation unter Zuhilfenahme von Fadentechnik oder Elektrotom wird nicht durchgeführt. b. Zur Bestimmung der Kieferrelation befindet sich der Patient im Schlussbiss. Der Patient beißt entweder auf ein Provisorium, das im passenden Biss hergestellt wurde oder auf eine Tiefziehschiene. c. Das Röntgengerät, das zur Aufnahme benutzt wird, ist zur digitalen Volumentomographie (DVT) eingerichtet und ist Hounsfield-kalibriert. d. Es werden Daten mit einem Scan erzeugt. Aus den erfassten Rohdaten wird ein 3-D-DICOM-Datensatz rekonstruiert. e. Erste Segmentierung: Aus dem 3-D-DICOM-Datensatz werden die Voxel separiert, die nach ihren Hounsfield-Dichtewerten in den Segmenten für Knochen, Zahnschmelz, Dentin und Wurzelzement stehen. Die Voxel, die in diesem Segment der Hounsfield-Skala liegen, werden in das erste 3-D-Objekt gespeichert. f. Zweite Segmentierung: Die 3-D-Dicomdaten werden nochmals segmentiert. Erfasst werden Voxel im Segment der Hounsfield-Dichtewerte für Implantate und Abutments. Die Speicherung erfolgt im zweiten 3-D-Objekt. g. Beide 3-D-Objekte werden im Wege einer Sichtkontrolle feinjustiert. h. Beide 3-D-Objekte werden gemeißelt. i. Beide 3-D-Objekte werden in das Format STL verbracht. j. Im STL-Format werden eindeutige 3-D-Oberflächenobjekte erzeugt, überflüssige Informationen werden gelöscht. k. Aus den beiden einzelnen Objekten wird ein finaler primärer Datensatz im STL-Format erzeugt. l. Mit diesem primären Datensatz im STL-Format wird mit dem Verfahren ”rapid manufacturing” das virtuelle computergenerierte Modell in ein reales Modell umgesetzt, wobei folgende Verfahren zur Anwendung kommen: Fräsen, 3-D-Drucker, Lasersintern, Stereolithverfahren.Process for the production of dental prostheses, a prosthesis, a model or a framework construction, characterized in that the following process steps follow one another: a. The patient is being prepared. A gingiva preparation with the aid of thread technique or electrotome is not performed. b. To determine the jaw relation, the patient is in the final bite. The patient bites either on a provisional made in the appropriate bite or on a thermoforming splint. c. The X-ray machine used for recording is set up for digital volume tomography (DVT) and is Hounsfield-calibrated. d. Data is generated with a scan. From the acquired raw data, a 3-D DICOM data set is reconstructed. e. First Segmentation: From the 3-D DICOM dataset, the voxels are separated, which according to their Hounsfield density values are in the segments for bone, enamel, dentin and root cementum. The voxels that are in this segment of the Hounsfield scale are stored in the first 3-D object. f. Second segmentation: The 3-D dicom data is segmented again. Voxels are included in the segment of Hounsfield density values for implants and abutments. The storage takes place in the second 3-D object. G. Both 3-D objects are finely adjusted by visual inspection. H. Both 3-D objects are chiseled. i. Both 3-D objects are spent in the format STL. j. In STL format, unique 3-D surface objects are generated, superfluous information is deleted. k. From the two individual objects, a final primary data record in STL format is generated. l. Using this primary data set in STL format, the "rapid manufacturing" process transforms the virtual computer-generated model into a real model using the following methods: milling, 3-D printers, laser sintering, stereolithography.
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