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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur navigierten dentalen Implantologie für die Zahnmedizin zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung eines medizinischen Gerätes und zur Bestimmung von Kiefergelenksbahnen eines Patienten für die Kiefergelenksdiagnostik und -therapie für medizinische Operationen in der Mund-, Kiefer und Gesichtschirurgie sowie in der Dentaltechnologie.
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Die operative navigierte Chirurgie ermöglicht einem Arzt einen virtuellen Blick in den Körper eines Patienten über die zuvor aufgenommenen radiologischen Bilder mittels der Computer- oder Magnetresonanztomographie, wobei chirurgische Navigationssysteme optische oder elektromagnetische Trackingsysteme verwenden, die dann die Positionen von Instrumenten und Patientenmarkern erfassen. So ist aus der
DE 20 2005 021 815 U1 eine Vorrichtung zur Vermessung der Kondylen einer Person und zur Montage wenigstens eines Kiefermodells in einem Artikulator bekannt, mit einer Positionsbestimmung des Kiefers im zwei- oder dreidimensionalen Raum über die optische Erfassung mittels einer elektronischen Kamera und Auswertung der Bilder mittels eines Bilderkennungsprogramms. Die optischen Trackingsysteme haben den Nachteil, dass die auf Referenzbasen angeordneten Marker vielfach den Zugriff auf das Operationsfeld behindern und der Erfassungsbereich der Kameras sehr klein ist. Aus der
DE 11 2005 000 700 T5 ist weiterhin ein elektromagnetisches Trackingsystem mit einem Instrument und einem Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Bewegung in einem lebenden Körper bekannt, indem die Vorrichtung zur Messung der Kieferbewegungen eine Vielzahl von magnetischen Generatoren an einem Unterkiefer und eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren an einem Oberkiefer zum Detektieren von Magnetfeldern der magnetischen Generatoren umfasst. Sie haben den Nachteil, dass im klinischen Umfeld durch Metallgegenstände eine starke Störanfälligkeit gegenüber Verzerrungen des elektromagnetischen Feldes auftritt und teure Spezialinstrumente zur Durchführung notwendig sind. Aus der
DE 10 2006 004 197 A1 ist weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Aufzeichnung von Körperbewegungen bekannt, wobei mittels einer Bildaufnahmekamera eine Grafikmarkierung umfassende Abbildung des Körperteils erzeugt und diese in einer Prozessoreinrichtung als Bilddatei verarbeitet wird, zur Bestimmung der Position, Lage und/oder Bewegungsbahn der Grafikmarkierung relativ zur Bildkamera im dreidimensionalen Raum, u. a. für die automatische Lageerfassung der Kiefergelenksachse im dreidimensionalen Raum. In der Zahnmedizin beim Einsatz von Zahnimplantaten ist es wichtig, sicher und präzise die prothetisch einzusetzenden Zahnimplantate zu positionieren. Eine Analyse der Kiefergelenksbewegungen ist zur Vermeidung aufwendiger und kostenintensiver Nachbehandlungen nach einem Zahnersatz oder Implantaten bei Patienten notwendig. Dazu werden die Zähne des Ober- und Unterkiefers als Modelle in Artikulatoren (mechanische Bewegungssimulatoren) eingebracht, um die Kiefer- und Zahnbewegungen eines Patienten nachzuvollziehen, In der
DE 10 2006 029 122 A1 wird ein System zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung eines medizinischen Instrumentes beschrieben, bei dem das medizinische Instrument mindestens ein Lokalisierungselement mit einem Transporter aufweist, wie er bei den bekannten RFID-Tags zum Einsatz kommt. Eine Auswertungseinheit ermittelt dann aus dem von dem Transporter abgestrahlten Lokalisierungssignal die räumliche Position und/oder Orientierung des medizinischen Instrumentes. Die bekannten Implantationsverfahren haben vielfach den Nachteil, dass in der Vorbereitungsphase und während der Durchführung der Implantation viele aufwendige Messungen zur Aufbereitung des Implantatbettes, verbunden mit einer aufwendigen Auswertung, Speicherung und Abrufung der Daten während des Implantationsverfahrens, mit einem hohen technischen Aufwand durch die Verknüpfung der unterschiedlichen Messsysteme während der Implantation erforderlich sind. Für die Analyse der Kiefergelenksbewegungen ist oftmals ein zeitaufwendiger Mess- und Auswerteprozess erforderlich und die Wiederholgenauigkeit der Messwerte im Millimeterbereich sind vielfach für die Kiefergelenksdiagnostik und -therapie zu ungenau und erschweren eine einfache Diagnose mittels einer 3D-Simultation.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zur navigierten dentalen Implantologie zur Bestimmung der räumlichen Position- und/oder Orientierung eines medizinischen Gerätes und zur Bestimmung von Kiefergelenksbahnen für die Kiefergelenksdiagnostik und -therapie zu schaffen, mittels denen ein geschlossenes Behandlungssystem von der Vorbereitungsphase bis zur Durchführung der Implantation und für eine Kiefergelenksdiagnostik erhalten wird, das vor allem leicht zu handhaben ist sowie präzise und komplikationsarm für einen Patienten arbeitet. Weiterhin soll eine Verringerung des technischen Aufwandes, der für die Implantation notwendigen Datenerfassung, die Datenverarbeitung und Datenspeicherung durch eine optimale Verknüpfung der unterschiedlichen Messsysteme während der Implantation erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur navigierten Implantologie zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung eines medizinischen Gerätes und zur Bestimmung von Kiefergelenksbahnen eines Patienten, mit einem Navigationssystem zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung des medizinischen Gerätes zum Ober- und/oder Unterkiefer und zur Positionierung und Orientierung von Ober- und Unterkiefer zueinander, indem in einem ersten Schritt vor der Aufnahme von Patientendaten für eine 3D-Kiefermodellerfassung für die navigierte Implantation sowie zur navigierten dynamischen dreidimensionalen Aufzeichnung der Bewegung des Unterkiefers zum Oberkiefer jeweils mindestens ein Lokalisierungselement zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung des medizinischen Gerätes entweder direkt auf den Zähnen eines Ober- und/oder Unterkiefers eines Gebisses oder direkt auf dem Ober- und/oder Unterkiefer eines Patienten oder an einem Hilfsmittel befestigt wird,
dass in einem anschließenden Verfahrensschritt mittels des Lokalisierungselementes des Navigationssystems aus dessen Positionen und Orientierung sämtliche individuellen Patientendaten berechnet und gleichzeitig diese Patientendaten, als auch alle relevanten Daten während und nach der Datenaufnahme, der Datenverarbeitung und weitere Prozessdaten direkt auf dem Lokalisierungselement abgespeichert werden,
dass abschließend für den chirurgischen Eingriff zur Implantation der Patient entweder mit den in das Hilfsmittel integrierten Lokalisierungselementen oder in Kombination mit den direkt auf den vorgesehenen Zähnen des Unter- und/oder Oberkiefers applizierten Lokalisierungselementen in den Eingriffs- und Navigationsbereich des medizinische Gerätes eingebracht und das medizinische Gerät zur Ausführung der Implantation zum Implantatort navigiert wird, so dass nach erfolgter Bearbeitung des jeweiligen Implantatortes mittels des medizinischen Gerätes ein oder mehrere Implantate in den entsprechenden Ober- und/oder Unterkiefer des Patienten eingesetzt werden,
und dass nach der Implantation die Positionsdaten der Implantate in dem Ober- und/oder Unterkiefer des Patienten auf dem Lokalisierungselement aufgezeichnet und gespeichert werden,
oder das in einem weiteren Schritt durch Zusammenführung der mittels der Lokalisierungselemente gemessenen Daten der Kiefergelenksbahnen und der gewonnenen 3D-Patientendaten durch einen Tomographen eine Aufzeichnung der Kieferbewegungen und mit diesen dann eine Abbildung des Gebisses eines Patienten auf einem 3D-Bildschirm für einen virtuellen Artikulator erhalten wird. In der Vorbereitungsphase und während der Durchführung der Implantation sind beispielsweise eine 3D-Kiefermodellerfassung eines Patienten sowie Messergebnisse zur Optimierung, Positionierung der einzusetzenden Implantate, die Implantattiefe, die Messung zur Substanz eines Ober- und/oder Unterkiefers für das vorgesehene Implantat, die Erfassung der Geometrie des Kiefergelenks und die Aufzeichnung der Kieferbewegungen wichtig, um mit diesen Aufzeichnungen dann eine Abbildung des Gebisses eines Patienten auf einem 3D-Bildschirm zu realisieren. Das System zur navigierten dentalen Implantologie für die Zahnmedizin zur Bestimmung der räumlichen Position- und/oder Orientierung eines medizinischen Gerätes und zur Bestimmung von Kiefergelenksbahnen eines Patienten besteht aus einem modular ausgebildeten Navigationssystem mit unterschiedlichen Funktionsmodulen, die über eine Sende-, Empfangs- und Auswerteeinheit miteinander verbunden sind. Das Navigationssystem umfasst eine elektromagnetische Strahlung emittierenden Sendeeinheit, Lokalisierungselemente, welche die von der Sendeeinheit emittierte elektromagnetische Strahlung empfangen und Lokalisierungssignale erzeugen und an eine Empfangseinheit aussenden, die gekoppelt ist mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung der Position und/oder Orientierung der Lokalisierungselemente. Das Navigationssystem ist vorteilhaft kabellos mit der Auswerteeinheit zum Datenauslesen, Datenbeschreiben und Datenspeichern verbunden. Die Sende- und Empfangseinheit des Navigationssystems sind dabei vorzugsweise in das Umfeld der vorgesehenen Behandlungseinheit für die Implantation integrierbar vorgesehen. Dadurch wird für einen Chirurgen das Arbeiten wesentlich erleichtert und gleichzeitig die Behandlungsdauer verkürzt. Eine erneute Einmessung der frisch gesetzten Implantate ist nicht notwendig. Weiterhin ist ein Messsystem zur Erfassung der Operationsumgebung für die Implantation und die Bestimmung der Kiefergelenksbahnen vorgesehen.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die Lokalisierungselemente zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder Orientierung des benötigten medizinischen Gerätes zum Implantatort, zur Einbringung des Implantates und zur Aufzeichnung der Kieferbewegungen eines Patienten als RFID-Bauelemente ausgebildet sind, wobei mindestens ein RFID-Bauelement jeweils entweder direkt auf den Zähnen eines Ober- und/oder Unterkiefers eines Gebisses oder direkt auf dem Ober- und/oder Unterkiefer eines Patienten oder an einem Hilfsmittel befestigbar ist. Das RFID-Bauelement weist einen Transponder auf, mit wenigstens einer Sensoreinheit sowie eine Antenne und einen mit der Antenne verbunden Schaltkreis zum Empfangen und Senden von elektromechanischer Strahlung, wobei der Schaltkreis durch die über die Antenne empfangene elektromechanische Strahlung der Sendeeinheit ein Lokalisierungssignal an die Empfangseinheit aussendet, und wobei mittels der Auswerteeinheit die räumliche Position und/oder Orientierung des benötigten medizinischen Gerätes zum Implantatort und zur Aufzeichnung der Kieferbewegungen eines Patienten bestimmbar sind.
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Diese neuartige Trackingtechnologie unter Verwendung von vorzugsweise passiven, sehr kleinen RFID-Tags, durch die eine Positionsbestimmung im Millimeterbereich möglich ist, ist im chirurgischen und dentalchirurgischen Bereich in der Implantologie und zur Vermessung der Kiefergelenksbahnen bei Patienten einsetzbar und bietet weiterhin den Vorteil, da sie sehr kostengünstig durch den Einsatz von sehr kleinen kabellosen Sensoren ist, dass diese sich einfach in medizinische Geräte oder medizinische Implantate integrieren lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Navigationssystem kann auch im Zahnlabor oder zur Herstellung dentaltechnologischer Produkte, beispielsweise zur Herstellung passgenauer Prothesen und Bissschienen oder benötigten Vorrichtungen oder speziellen Hilfskonstruktionen für dentaltechnologische Produkte eingesetzt werden. Dadurch, dass die Lokalisierungselemente, die RFID-Bauelemente, besonders klein sind, haben sie den Vorteil, dass sie direkt auf den Zähnen eines Ober- und/oder Unterkiefer eines Gebisses oder direkt auf dem Ober- und/oder Unterkiefer stoffschlüssig für Implantationen oder zur Bestimmung von Kiefergelenksbahnen eines Patienten befestigbar sind. Die RFID-Bauelemente können als Variante auch in eine weiche Trägermasse einer Bissschiene eingebettet werden, die nach einer Bissnahme aushärtet und dadurch das Lokalisierungselement ortsfest zum Kiefergebiss angeordnet ist. Auf der Bissschiene sind zusätzlich zur Navigation Referenzmarken vorgesehen. Durch die eindeutige Lage der Lokalisierungselemente in Form von RFID-Bauelementen auf den Zähnen eines Patienten ist somit keine Hilfskonstruktion mehr erforderlich, um eine Bissschiene in ein Referenzpunktsystem der relevanten Zahnreihe des Ober- und/oder Unterkiefers zu überführen und es müssen keine Bohrschablonen eingesetzt werden, die im Seitenbereich eines Ober und/oder Unterkiefers eines Patienten nicht anwendbar sind und zu ungenauen Ergebnissen oder bei der Implantatsetzung zu Komplikationen führen können. Durch die eindeutige Lage der RFID-Bauelemente auf den Zähnen des Patienten ist keine Hilfskonstruktion bei speziellen Gebissausbildungen mehr erforderlich, verbunden mit aufwendigen Arbeiten zur Herstellung einer Bissschiene.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Anzahl der einzusetzenden Lokalisierungselemente gemäß der zugrunde liegenden Messprinzipien und/oder gemäß der vorzunehmenden mathematischen Auswertungen frei wählbar sind, es ist aber mindestens jeweils ein Lokalisierungselement auf Seiten des jeweils zu behandelnden Kiefers vorgesehen. Die mittels der Lokalisierungselemente erhaltenen Patienten-, Mess- und Prozessdaten sind gleichzeitig auf dem Lokalisierungselement speicherbar, so dass mögliche Verwechselungen oder auftretende Fehler minimiert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die applizierten Lokalisierungselemente für den nachfolgenden Prozess des Einbringens der Implantate insofern wiederverwendet werden können, da auch das Einbringen des Implantates navigiert erfolgt und die echten Positionsdaten der Implantate somit aufgezeichnet und gespeichert werden können, was eine erneute Einmessung der frisch gesetzten Implantate überflüssig macht. Dadurch ist es erstmalig möglich, die digitale Kette von der Datengewinnung über die Datenverarbeitung bis hin zur Implantation und Prothetik durchgängig ohne handwerklichen Zwischenschritt der Datenermittlung oder Modellierung zu schaffen. Die eigentliche Aufzeichnung der Relativbewegung des Unter- zum Oberkiefers erfolgt unabhängig von der radiologischen Datenaufnahme, sondern im Rahmen der Datenverarbeitung erfolgt die Berechnung der Relativbewegung des Unterkiefers zum Oberkiefer und zur Bestimmung der Kiefergelenksbahnen werden die Positionen und Orientierungen der Lokalisierungselemente berechnet und zur weiteren Datenverarbeitung in Analyse-, Diagnose- und Simulationssysteme oder für einen virtuellen Artikulator aufbereitet und bereitgestellt, indem durch Zusammenführung der gemessenen Daten der Kiefergelenksbahnen und der gewonnenen 3D-Patientendaten eine Aufzeichnung der Kieferbewegungen und mit diesen dann eine Abbildung des Gebisses eines Patienten auf einem 3D-Bildschirm für einen virtuellen Artikulator erhalten wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass auf dem medizinischen Gerät mindestens ein Lokalisierungselement zur Lagebestimmung des medizinischen Gerätes vorgesehen ist und dass durch die auf den Zähnen eines Ober- und/oder Unterkiefers des Gebisses oder auf dem zu behandelnden Ober- und/oder Unterkiefer oder an einem Hilfsmittel applizierten Lokalisierungselemente ermittelten räumlichen Positionen zur Navigation des medizinischen Gerätes für das Einbringen der Implantate vorgesehen sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass für den chirurgischen zahnärztlichen Eingriff zur Implantation der Patient in den direkten Eingriffs- und Navigationsbereich des medizinischen Gerätes gebracht und das medizinische Gerät zur Ausführung der Implantation zum Implantator navigiert wird, und dass nach erfolgter Bearbeitung des jeweiligen Implantatortes ein oder mehrere Implantate in den entsprechenden Ober- und/oder Unterkiefer des Patienten eingesetzt werden, indem die relative Position und Orientierung des medizinischen Gerätes, z. B. eines Bohrgerätes zum Implantatort dynamisch bestimmt wird. Nach erfolgten Bohrungen werden die Implantate dann in die Bohrungen eingesetzt, z. B. eingeschraubt.
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Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass nach der Implantation die Positionsdaten der Implantate auf den RFID-Bausteinen aufgezeichnet und für fortführende Nachbehandlungen gespeichert werden. Die applizierten RFID-Bausteine können für den nachfolgenden Prozess des Einbringens neuer Implantate insofern wiederverwendet werden, da das Einbringen des Implantates navigiert erfolgt und die echten Positionsdaten der vorherigen Implantate somit aufgezeichnet und gespeichert werden können. Die Erfindung wird folgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Navigationssystems für ein medizinisches Gerät;
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2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Navigationssystems für ein medizinisches Gerät;
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3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles zur Bestimmung der Kiefergelenksbahnen.
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1 zeigt die schematische Darstellung eines Navigationssystem für ein medizinisches Gerät 1, beispielsweise ein Bohrgerät, das in der Zahnmedizin sowie in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie einsetzbar ist. Kernstück des Navigationssystems sind Lokalisierungselemente 4 in Form von RFID-Bauelementen, die entweder auf dem medizinischen Gerät 1 und/oder auf den Zähnen des Ober- und/oder Unterkiefers eines Gebisses 9 stoffschlüssig, vorzugsweise durch eine Klebverbindung appliziert sind. Die RFID-Bauelemente 4 können auch direkt auf dem Ober- und/oder Unterkiefer des Gebisses 9 mittels vorgesehener Befestigungsverfahren befestigt werden. Von einer Sendeeinheit 2, die sich im Umfeld der vorgesehenen Behandlungseinheit befindet, wird ein elektromagnetisches Signal 3 ausgesendet, das von den RFID-Bauelementen 4 aufgenommen wird. Diese RFID-Bauelemente 4 dienen zur Bestimmung der räumlichen Position, Orientierung des Implantatortes und des benötigten medizinischen Gerätes 1, wobei die RFID-Bauelemente 4 aus einem Sensor, einer Antenne und einem mit der Antenne verbundenen Schaltkreis zum Empfangen und Senden von elektromechanischer Strahlung 3, 5 bestehen, wobei der Schaltkreis durch die über die Antenne empfangene elektromechanische Strahlung 3 der Sendeeinheit 2 ein Lokalisierungssignal 5 aussendet, das von einer Empfangseinheit 6 empfangen wird. Mittels einer Auswerteeinheit 7 wird dann die räumliche Position des Implantatortes und des benötigten medizinischen Gerätes 1 bestimmt. Die ermittelten Daten werden einem Zahnarzt bzw. einem Chirurgen auf einer Anzeigeeinheit 8 angezeigt, die im Bereich der Behandlungseinheit sichtbar angeordnet ist. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die RFID-Bauelemente 4 in eine weiche Abdruckmasse einer Bissschiene 10 eingebettet sind, die nach einer Bissnahme aushärtet und dadurch die RFID-Bauelemente 4 ortsfest zum Kiefergebiss definiert angeordnet sind. Gleichzeitig sind bei diesem Ausführungsbeispiel die RFID-Bauelemente 4 auch auf den Zähnen des Gebisses 9 angeordnet. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles zur Bestimmung der Kiefergelenksbahnen durch die Anordnung von RFID-Bauelementen 4 direkt auf den Zähnen des Ober- und Unterkiefers des Gebisses 9. Dadurch kann die Lage von Ober- und Unterkiefer zueinander ermittelt werden und somit Lageänderungen, sogenannte Kiefergelenksbewegungen ermittelt werden, die dann auf einem 3D-Bildschirm aufgezeichnet werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern ist in dem angewandten Navigationsverfahren und dem Navigationssystem variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- medizinisches Gerät
- 2
- Sendeeinheit
- 3
- elektromagnetisches Signal
- 4
- Lokalisierungselement
- 5
- Lokalisierungssignal
- 6
- Empfangseinheit
- 7
- Auswerteeinheit
- 8
- Anzeigeeinheit
- 9
- Gebiss
- 10
- Bissschiene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005021815 U1 [0002]
- DE 112005000700 T5 [0002]
- DE 102006004197 A1 [0002]
- DE 102006029122 A1 [0002]
