DE102014119013A1

DE102014119013A1 - Verfahren zur Herstellung einer kieferorthopädischen Apparatur

Info

Publication number: DE102014119013A1
Application number: DE102014119013.0A
Authority: DE
Inventors: Detlef Behrend; Mareike Warkentin; Franka Stahl de Castrillon
Original assignee: Universitaet Rostock
Current assignee: Universitaet Rostock
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-06-23
Also published as: WO2016097033A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer kieferorthopädische Apparatur wird in zahntechnischen Laboren oder direkt in den Zahnarztpraxen angewendet. Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, alternativ zu den konventionellen Methoden, einen neuen Ansatz für eine optimierte patientenindividuelle, aber dennoch kostengünstige und effiziente kieferorthopädische Versorgung zur ermöglichen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt für die Herstellung herausnehmbarer Geräte mit Hilfe von Oralscanner basierten CAD-gestützten 3-D-Printverfahren. Bei der verfahrenstechnischen Umsetzung sind insbesondere die universelle Übertragbarkeit auf Pulver- und Harz-Printverfahren zur Generierung beliebiger dreidimensionaler Geometrien von Interesse. Neu an der Erfindung ist, dass entgegen dem Stand der Technik keine Negativform erstellt werden muss. Durch das Printverfahren mit einem 3D-Drucker oder die Formgebung mit einer CNC-Fräsmaschine wird die kieferorthopädische Apparatur als Original hergestellt.

Description

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer kieferorthopädische Apparatur wird in zahntechnischen Laboren oder direkt in den Zahnarztpraxen angewendet.
Die Korrektur von Zahnfehlstellungen ist eine aktive Behandlung bei der mittels kieferorthopädischer Apparaturen, die auch als Zahnspangen bezeichnet werden, Zähne in den Zahnbogen eingeordnet werden. Es wird in zwei Arten von Zahnspangen unterschieden, herausnehmbare und festsitzende Zahnspangen. Bei den herausnehmbaren Zahnspangen kommen vor allem die·aktive Platte und das funktionskieferorthopädische Gerät zum Einsatz. Sie werden vor allem zur langsamen Verbreiterung der Kiefer, für Einzelzahnbewegungen oder zur Einstellung einer physiologischen Unterkieferposition verwendet. Sie bestehen meist aus einer Kunststoffbasis mit Dehnschraube und Klammerelementen.
Im Fertigungsablauf einer herausnehmbaren Zahnspange wird zunächst eine Gebissabformung am Patienten vorgenommen. Anschließend wird das Gerät auf dem individuell hergestellten Gipsmodell des Patienten im zahntechnischen Labor gefertigt. Danach erfolgt am Patienten die endgültige Anpassung.
Der bisherige Herstellungsprozess von herausnehmbaren kieferorthopädischen Apparaturen ist durch die Vielzahl der einzelnen Arbeitsschritte zeit- und materialaufwendig und somit kostenintensiv. Von der Abformung der Gebisssituation bis zur Eingliederung des Gerätes am Patienten sind, in Abhängigkeit von der Art des Gerätes welches gefertigt werden soll, mindestens 6–8 Stunden einzuplanen. Drei Berufsgruppen sind an der Herstellung der Geräte beteiligt; der Kieferorthopäde, die speziell ausgebildete Zahnarzthelferin und der speziell ausgebildete Zahntechniker. Die im Vorfeld am Patienten durchgeführten Abformungen der Kiefer in situ sind für den Patienten oftmals unangenehm und belastend. Nach der Desinfektion des Patientenabdruckes wird dieser mit Dentalgips unter Vakuum blasenfrei im Dentallabor ausgegossen. Daraufhin erfolgt die Planung des Gerätes mit Angabe der Lokalisation der Halte- und Bewegungselemente durch den Kieferorthopäden. Der Zahntechniker fertigt auf dem Gipsmodell die entsprechenden Elemente aus verschiedenen Drähten und fixiert diese mit Wachs. Durch die Streutechnik wird anschließend die Kunststoffbasis grob modelliert, thermisch ausgehärtet, mit Fräs- und Schleifwerkzeugen bearbeitet und abschließend auf Hochglanz poliert.
Ein grundlegendes Problem bei der Herstellung dieser Geräte ist die durch die Vielzahl der manuellen Arbeitsabläufe hohe Anfälligkeit für subjektive Fehlerquellen. Daneben spielen ökonomische Gesichtspunkte eine nicht unerhebliche Rolle.
Im Stand der Technik werden weitere Verfahren vorgestellt, die eine abformfreie Herstellung herausnehmbarer kieferorthopädischer Apparaturen ermöglichen. So werden in der Patentanmeldung DE 10 2012 102 580 A1 ein Verfahren zum Messen eines Objektes sowie ein Intraoral-Scanner beschrieben. Die amerikanische Patentveröffentlichung US 2013/236850 A1 offenbart ein System, mit dem der Mundinnenraum durch ein Intraoral-Scanner-System in Echtzeit aufgenommen werden kann.
Neben der Nutzung von Oralscanner gibt es auch Lösungen, welche auf der Basis von CAD-Modellen mittels generativer Fertigungsverfahren, wie dem dreidimensionalen Drucken, Modelle zu fertigen. Bisher lassen sich auf diese Weise Modelle von Gebissen, Aufbiss-Schienen und transparente Zahnspangen fertigen.
Die Patentanmeldung DE 10 2011 055 356 A1 beschreibt ein Abformvorrichtung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung von intraoralen Strukturen, sowie eine entsprechende Scanvorrichtung. Es wird eine Kombination aus der digitalen Abformung per Intraoral-Scan und der analogen Abformung über Abformmasse als Lösung offenbart. Diese Methode ist zwar in einigen Bereichen der Mundregion genauer (dort wo Speichel oder Zahnfleisch die Bildaufnahme verhindern), dauert aber erheblich länger und ist für den Patienten deutlich unangenehmer.
In dem US-Patent US 8535580 B2 wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der nach dem Scan aus den Bilddaten eine kieferorthopädische Apparatur geschaffen wird. Jedoch muss auch hier zuvor, ähnlich wie bei der analogen Methode, ein Negativ des Scans erstellt werden.
Der Fokus des Standes der Technik liegt auf der Herstellung von Gebissabformungen und einfacher kieferorthopädischer Vorrichtungen, wie Aufbissschienen.
Darstellung der Erfindung
Die Problemstellung beinhaltet als Aufgabe und Ziel den Herstellungsprozess herausnehmbarer kieferorthopädischer Apparaturen komplett neu zu gestalten und zeitlich zu optimieren.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, alternativ zu den konventionellen Methoden, einen neuen Ansatz für eine optimierte patientenindividuelle, aber dennoch kostengünstige und effiziente kieferorthopädische Versorgung zur ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt für die Herstellung herausnehmbarer Geräte mit Hilfe von Oralscanner basierten CAD-gestützten 3-D-Printverfahren. Bei der verfahrenstechnischen Umsetzung sind insbesondere die universelle Übertragbarkeit auf Pulver- und Harz-Printverfahren zur Generierung beliebiger dreidimensionaler Geometrien von Interesse.
Neu an der Erfindung ist, dass entgegen dem Stand der Technik keine Negativform erstellt werden muss. Durch das Printverfahren mit einem 3D-Drucker oder die Formgebung mit einer CNC-Fräsmaschine wird die kieferorthopädische Apparatur als Original hergestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer herausnehmbaren kieferorthopädischen Apparatur erfolgt unter Benutzung einer Scanvorrichtung zur dreidimensionalen Erfassung von intraoralen Strukturen (Intraoral-Scanner), wobei Daten einer stereoskopischen dreidimensionalen Vermessung zur Verfügung gestellt werden, sowie unter Benutzung einer Dentalen Volumen Tomographie, durch welche Daten für ein optimiertes Panoramabild zur Verfügung gestellt werden. Die Daten der Scanvorrichtung werden mit den Daten der Dentalen Volumen Tomographie (DVT) zusammengeführt. Aus den zusammengeführten Daten wird eine individualisierte Belastungssimulationen mittels Finite-Elemente-Vernetzung berechnet und die aufgenommenen Bilddaten des Intraoral-Scanners und die berechneten Daten für die individualisierte Belastungssimulationen werden in ein 3D-CAD-Modell überführt. Das 3D-CAD-Modell wird für eine direkte, pass- und konturgenaue, abformfreien Herstellung einer Kunststoffbasis mit einer Formgebungsvorrichtung bereitgestellt. Anschließend werden in unterschiedlichen Radien vorgebogenen Drahtelemente mittels Ultraschalleinsenken in die Kunststoffbasis eingebracht.
Für eine Ausführungsform erfolgt die direkte abformfreie Herstellung der Kunststoffbasis mit einem 3D-Printsystem. Als Kunststoffbasis werden chemisch-, dual- oder Iichthärtende Polymere auf Methylmethacrylatbasis oder es werden epoxydbasierte Gießharzsysteme oder Polyurethanduromere verarbeitet.
Für eine weitere Ausführungsform erfolgt die direkte abformfreie Herstellung der Kunststoffbasis mit einem CNC-Fräsverfahren. Beispielsweise werden mit dem CNC-Fräsverfahren Polymerblöcke bearbeitet.
Die Vorteile der erfinderischen Lösung liegen in der abformfreien Herstellung herausnehmbarer kieferorthopädischer Apparaturen begründet. Weiterhin ist die schnelle Anpassung an die sich im Therapieverlauf einstellende Veränderung der Zahn- und Kieferposition bei Reparaturen oder Geräteverlust gewährleistet.
Der Hauptvorteil der Erfindung ergibt sich aus einem zeitsparenden und damit effizienterem Zugang zur individualisierten Patientenversorgung. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden sowohl die vorhandenen lastaufnahmefähigen Knochenregionen optimal genutzt als auch, durch unterschiedliche Struktursteifigkeiten in den herausnehmbaren kieferorthopädischen Apparaturen selbst, eine optimale Abstimmung auf die beteiligten Strukturmodule und der zu erwartenden Lasten zu erreicht.
Die vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahrensweise liefert einen neuen Ansatz für eine optimierte patientenindividuelle, aber dennoch kostengünstige und effiziente kieferorthopädische Versorgung.
Die exakte und zeitsparende Positionierung der Verbindungselemente ermöglicht die optimale Ausrichtung der kieferorthopädischen Apparaturen gemäß den klinischen Anforderungen.
Durch die Reduktion von Teilarbeitsschritten reduzieren sich subjektive Fehlerquellen und auch die Transportwege zwischen dem fertigenden Dentallabor und der Praxis. Der Verzicht auf die Herstellung von Gipsmodellen im neuen Fertigungsprozess führt insgesamt zur Zeit- und Materialersparnis. Der früher für die Lagerung der Gipsmodelle vorzuhaltende Lagerraum reduziert sich um ein Vielfaches.
Somit ergibt sich für den Anwender eine Verbesserung bei der Qualitätssicherung der Patientenversorgung, was wiederum zu einer verlässlichen Vorhersagbarkeit des Ergebnisses führt.
Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dazu werden die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Geräte, wie Bilderstellung über Intraoral-Scanner, Anfertigung von CAD-Modellen, 3D-Druck von Einzelkomponenten, in neuer Weise kombiniert.
Erfindungsgemäß wird die Scanvorrichtung in Form eines Intraoral-Scanners mit einer Dentalen Volumen Tomographie (DVT) verknüpft, was insbesondere bei Kieferkorrekturen vorteilhaft ist. Der Intraoral-Scanner liefert Daten einer stereoskopischen dreidimensionalen Vermessung mehrerer Objektpunkte zum Ermitteln einer dreidimensionalen Form auch von schwach texturierten Objekten, wie es bei Zähnen der Fall ist. Die Signale des Intraoral-Scanners werden direkt oder durch Fernzugriff wie WLAN oder Bluetooth an einen Rechner übertragen.
Durch die Dentalen Volumen Tomographie werden Schnittbilder erzeugt. Die Röntgenstrahlung durchdringt das drei-dimensionale Untersuchungsgebiet und erzeugt ein abgeschwächtes Grauwerte-Röntgenbild als 2D-Parallelprojektion. Dabei wird eine große Zahl von zweidimensionalen Einzelbildern aufgenommen, die durch eine anschließende mathematische Verrechnung durch Skalierung, Identifizieren und Überlagern verwandter Bereiche, sowie Helligkeitskorrektur der Bilder zu einem optimierten Panoramabild zusammengefügt werden. Durch die DVT wird so eine Darstellung der abgebildeten anatomischen Strukturen in allen Raumrichtungen, d.h. in drei Dimensionen ermöglicht.
Die Daten des Intraoral-Scanners und der Dentalen Volumen Tomographie werden zusammengeführt und es wird eine individualisierte Belastungssimulationen mittels Finite-Elemente-Vernetzung berechnet. Die durch den Intraoral-Scanner aufgenommenen Bilddaten und die berechneten Daten für die individualisierte Belastungssimulationen werden anschließend in ein 3D-CAD-Modell überführt. Das 3D-CAD-Modell bildet die Grundlage für eine Formgebungsvorrichtung, welche beispielsweise ein 3D-Drucker oder eine CNC-Fräsmaschine sein kann und wird an diese übertragen. Mit der Formgebungsvorrichtung erfolgt eine direkte, pass- und konturgenaue, abformfreien Herstellung einer Kunststoffbasis.
Die Kunststoffbasis für das 3D-Printsystem besteht beispielsweise aus chemisch-, dual- oder Iichthärtenden Polymeren auf Methylmethacrylatbasis. Möglich ist weiterhin die Verwendung von epoxydbasierten Gießharzsystemen oder Polyurethanduromeren. Für das CNC-Fräsverfahren werden z.B. Polymerblöcke bearbeitet.
In die Kunststoffbasis werden nachfolgend die in unterschiedlichen Radien vorgebogenen Drahtelemente vorzugsweise mittels Ultraschalleinsenken eingebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012102580 A1 [0006]
US 2013/236850 A1 [0006]
DE 102011055356 A1 [0008]
US 8535580 B2 [0009]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer herausnehmbaren kieferorthopädischen Apparatur unter Benutzung einer Scanvorrichtung zur dreidimensionalen Erfassung von intraoralen Strukturen (Intraoral-Scanner), wobei Daten einer stereoskopischen dreidimensionalen Vermessung zur Verfügung gestellt werden, sowie unter Benutzung einer Dentalen Volumen Tomographie, durch welche Daten für ein optimiertes Panoramabild zur Verfügung gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Scanvorrichtung mit den Daten der Dentalen Volumen Tomographie (DVT) zusammengeführt werden, dass aus den zusammengeführten Daten eine individualisierte Belastungssimulationen mittels Finite-Elemente-Vernetzung berechnet wird, dass die aufgenommenen Bilddaten des Intraoral-Scanners und die berechneten Daten für die individualisierte Belastungssimulationen in ein 3D-CAD-Modell überführt werden, welches für eine direkte, pass- und konturgenaue, abformfreien Herstellung einer Kunststoffbasis mit einer Formgebungsvorrichtung bereitgestellt wird, und dass in unterschiedlichen Radien vorgebogenen Drahtelemente mittels Ultraschalleinsenken anschließend in die Kunststoffbasis eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die direkte abformfreie Herstellung der Kunststoffbasis mit einem 3D-Printsystem erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffbasis chemisch-, dual- oder Iichthärtende Polymere auf Methylmethacrylatbasis verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffbasis epoxydbasierte Gießharzsysteme oder Polyurethanduromere verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die direkte abformfreie Herstellung der Kunststoffbasis mit einem CNC-Fräsverfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem CNC-Fräsverfahren Polymerblöcke bearbeitet werden.