-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Kausimulator und ein Verfahren zur Prüfung zumindest eines Dentalprodukts gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
-
Stand der Technik
-
In diesem Zusammenhang wird auf die
DE 10 2012 105 923 B4 hingewiesen. Dort ist eine Abrasionsmeßeinrichtung zum Messen eines abrasiven Verschleißes an einer Oberfläche einer Probe, welcher durch eine mechanische Krafteinwirkung auf die Probe hervorgerufen worden ist.
-
Weiter wird auf den Aufsatz „Robotic Chewing Simulator for Dental Materials Testing on a Sensor-Equipped Implant Setup" von Enrico Conserva et al. in The International Journal of Prosthodontics; Vol. 21 Number 6, 2008 hingewiesen. Dort ist ebenfalls ein Kausimulator beschrieben.
-
Daneben wird auf die
EP 2 597 453 B1 verwiesen, welche eine Belastungsmesseinrichtung zum Messen physikalischer Parameter einer Probe bei einer mechanischen Krafteinwirkung auf die Probe, wobei eine Stabkonstruktion vorhanden ist und einer der Stäbe drehbar um seine Längsachse gelagert ist.
-
Verfahren zur Prüfung von Bauteilen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Oftmals ist es nicht möglich, mit bekannten Vorrichtungen und Verfahren die in der Realität auftretenden Belastungen der zu prüfenden Bauteile so nachzubilden, dass die Prüfungsergebnisse zuverlässige Aussagen, beispielsweise über die Ermüdungsfestigkeit, erlauben.
-
So sind beispielsweise Verfahren und Vorrichtungen zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit von Dentalimplantaten bekannt. Üblicherweise wird hierbei das zu prüfende Dentalimplantat in einer Vorrichtung befestigt und durch einen Stößel über eine bestimmte Anzahl von Zyklen hinweg mit einer Kraft beaufschlagt, beispielsweise über mehrere Millionen Zyklen hinweg. Der Stößel führt hierbei ausschließlich eine translatorische Bewegung aus, welche er zyklisch durchführt, also viele Male wiederholt. Diese Prüfung bildet die natürlichen Gegebenheiten im Mund eines Patienten meist nur sehr unzureichend ab.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Dabei soll ein Kausimulator zur Verfügung gestellt werden, welcher eine besonders gute translatorische Leistungsübertragung der Kräfte gewährleistet und dabei dreidimensional beweglich gestaltet ist.
-
Lösung der Aufgabe
-
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Ein erfindungsgemäßer Bewegungssimulator zur Prüfung von zumindest einem Dentalprodukt umfasst einen Probenhalter zur Aufnahme des zumindest einen Dentalprodukts und einen beweglichen Stößel. Nachfolgend wird der bewegliche Stößel lediglich als Stößel bezeichnet. Ein Endabschnitt des Stößels ist dazu eingerichtet, mit dem zumindest einen Dentalprodukt in Kontakt zu treten, wenn dieses im Probenhalter aufgenommen ist. Der Bewegungssimulator ist eingerichtet, den Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt, wenn es
im Probenhalter aufgenommen ist, in Bezug auf die drei Raumrichtungen so zu bewegen, dass sich in Bezug auf jede einzelne Raumrichtung der Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt bewegt.
-
Die Raumrichtungen beziehen sich hierbei vorzugsweise auf ein kartesisches Koordinatensystem mit den Raumachsen X, Y und Z. So ist es beispielsweise denkbar, dass sich der Stößel in X- und Z-Richtung bewegen kann und das Dentalprodukt nur in Y-Richtung. Jede Kombination ist hierbei denkbar, sofern in Bezug auf jede der drei Raumrichtungen sich zumindest entweder der Stößel oder das Dentalprodukt bewegt.
-
Ferner kann auch daran gedacht sein, dass der Stößel sich in allen drei Raumrichtungen bewegen kann, während das Dentalprodukt sich nicht bewegen kann oder umgekehrt.
-
Weiterhin kann auch dahingehend eine Redundanz vorgesehen sein, dass der Stößel und/oder das Dentalprodukt sich beide in Bezug auf eine oder mehrere Raumrichtungen bewegen.
-
Wie nachfolgend näher beschrieben ist, dient der Bewegungssimulator dazu, eine Bewegung zu simulieren bzw. nachzubilden. Insbesondere handelt es sich hierbei um die Bewegung eines Menschen bzw. eines menschlichen Körperteils, beispielsweise um eine Kaubewegung. Der Bewegungssimulator dient hierbei der Prüfung, beispielsweise einer Bauteilprüfung oder einer Ermüdungsprüfung zumindest eines Dentalprodukts, beispielsweise eines Dentalprodukts. Bei dem Bewegungssimulator handelt es sich somit um eine Prüfeinrichtung.
-
Der Bewegungssimulator ist nur insoweit ein Simulator, als er eine Bewegung nachbildet. Hierbei führt der Bewegungssimulator die nachzubildende Bewegung tatsächlich aus, die Bewegung wird also nicht nur in einem Computerprogramm oder dergleichen simuliert.
-
Der Probenhalter nimmt das Dentalprodukt auf, welches daher auch als Probe bezeichnet werden kann. Unter der Aufnahme des Dentalprodukts im Probenhalter ist hierbei vorzugsweise jedes Festlegen des Dentalprodukts in dem Probenhalter oder an dem Probenhalter zu verstehen, welches die Durchführung der Prüfung ermöglicht.
-
Der Endabschnitt des Stößels ist vorzugsweise derjenige Abschnitt, welcher dazu eingerichtet ist, mit dem zumindest einen Dentalprodukt in Kontakt zu treten. Je nach Ausgestaltung des Stößels kann an verschiedenartig gestaltete Endabschnitte gedacht sein.
-
Die Bewegung des Endabschnitts des Stößels und/oder des zumindest einen Dentalprodukts in Bezug auf die drei Raumrichtungen ist vorzugsweise vorbestimmt.
-
Der Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt können eingerichtet sein, um eine rotatorische und/oder eine translatorische Bewegung durchzuführen. Unter einer rotatorischen Bewegung bzw. einer Rotation wird hierbei eine Drehung um eine der drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems verstanden. Unter einer translatorischen Bewegung bzw. einer Translation wird hierbei eine Verschiebung entlang zumindest einer der drei Raumrichtungen bzw. Achsen des kartesischen Koordinatensystems verstanden. Unter einer rotatorischen und translatorischen Bewegung werden entsprechend beliebige Mischformen der beiden vorgenannten Bewegungsformen verstanden.
-
Es kann daran gedacht sein, mehrere der vorgenannten Bewegungen zu kombinieren. Selbstverständlich kann hierbei an eine Kombination mehrerer rotatorischer Bewegungen, an eine Kombination mehrerer translatorischer Bewegungen und auch an eine Kombination zumindest einer rotatorischen und zumindest einer translatorischen Bewegung gedacht sein.
-
Zur Durchführung sämtlicher rotatorischer und translatorischer Bewegungen kann an bekannte Einrichtungen gedacht sein, welche diese Bewegungen ermöglichen. Beispielsweise können Linearmotoren die translatorische Bewegung bewirken, während Motoren wie beispielsweise übliche Elektromotoren, welche eine Welle in Rotation versetzen, die rotatorischen Bewegung bewirken.
-
Der Bewegungssimulator ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass der Endabschnitt des Stößels und das zumindest eine Dentalprodukt, wenn es im Probenhalter aufgenommen ist, relativ zueinander derart bewegt werden, dass sie sich während dieser Bewegung berühren. Vorzugsweise berühren sich das zumindest eine Dentalprodukt und der Endabschnitt des Stößels hierbei während der Bewegung nur zeitweise. Weiterhin berühren sich das zumindest eine Dentalprodukt und der Endabschnitt des Stößels während der Bewegung nur jeweils abschnittsweise, das heisst bestimmte Abschnitte des Endabschnitts des Stößels und bestimmte Abschnitte des Dentalprodukts berühren sich. Vorzugsweise kommt es im Verlauf dieser Berührung zu einem Aufeinandergleiten des zumindest einen Dentalprodukts und des Endabschnitts des Stößels, so dass Reibung zwischen beiden entsteht.
-
Bei dem Bewegungssimulator kann es sich um einen Bewegungssimulator zur Prüfung von Endoprothesen handeln. Unter Endoprothesen werden hierbei insbesondere Implantate verstanden, welche, in der Regel operativ, in den Körper eingesetzt werden, um geschädigte Körperteile zumindest teilweise zu ersetzen. Meist ersetzen derartige Endoprothesen Gelenke wie beispielsweise das Kniegelenk, das Hüftgelenk, das Schultergelenk oder dergleichen.
-
Ferner kann es sich bei dem Bewegungssimulator um einen Kausimulator zur Prüfung von Dentalprodukten handeln. In diesem Fall handelt es sich bei dem Dentalprodukt also um ein Dentalprodukt. Unter Dentalprodukten werden hierbei sämtliche Zahnersatzteile verstanden. Beispielsweise kann an Zahnimplantate, Zahnprothesen, Brücken und dergleichen gedacht sein. Insbesondere kann hierbei an Dentalimplantate, also künstliche Zahnwurzeln, gedacht sein.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Prüfung von zumindest einem Dentalprodukt mittels des Bewegungssimulators, wobei das zumindest eine Dentalprodukt in den Probenhalter eingebracht wird, und wobei sich entweder der Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt in Bezug auf jede einzelne Raumrichtung bewegt.
-
Die Raumrichtungen beziehen sich, wie zuvor bereits im Hinblick auf den Bewegungssimulator beschrieben, vorzugsweise auf ein kartesisches Koordinatensystem.
-
Es kann daran gedacht sein, dass der Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt hierbei eine rotatorische und/oder eine translatorische Bewegung durchführen.
-
Weiterhin kann daran gedacht sein, dass der Endabschnitt des Stößels und das zumindest eine Dentalprodukt sich relativ zueinander derart bewegen, dass sie sich während dieser Bewegung berühren, wie bereits ausführlich mit Bezug auf den Bewegungssimulator beschrieben.
-
Es kann daran gedacht sein, dass die Bewegung des Endabschnitts des Stößels und/oder des zumindest einen Dentalprodukts aus zuvor ermittelten Bewegungsdaten errechnet wird.
-
Unter „Bewegungsdaten“ werden hierbei Daten betreffend beliebige translatorischen und/oder rotatorischen Bewegungen sowie beliebige Kombinationen der vorgenannten Bewegungen verstanden. Diese Daten werden beispielsweise gewonnen, indem Bewegungen erfasst und daraus Bewegungsdaten ermittelt werden. Basierend auf diesen Bewegungsdaten können dann die vom Endabschnitts des Stößels und/oder des zumindest einen Dentalprodukts durchzuführenden Bewegungen errechnet werden.
-
Beispielsweise ist an die Erfassung von Bewegungen eines Gegenstandes oder eines Systems gedacht, dessen Bewegungen vom Bewegungssimulator nachgebildet werden sollen. Weiterhin kann auch an Relativbewegungen zumindest zweier Bestandteile des Systems gedacht sein. Bei dem System kann es sich um ein technisches System handeln, jedoch kann im Sinne der Erfassung von Bewegungsdaten auch ein Mensch bzw. Patient als System aufgefasst werden.
-
Insbesondere handelt es sich bei den Bewegungsdaten also um Daten betreffend Relativbewegungen zumindest zweier Körperteile bzw. Körperabschnitte eines Patienten.
-
Unter „zuvor erfasst“ wird vorzugsweise verstanden, die Bewegungsdaten deutlich vor der Durchführung des Verfahrens, insbesondere in einem separaten Prozeß, zu erfassen. Hierbei können die Bewegungsdaten beispielsweise Tage oder Wochen vor der Durchführung des Verfahrens zur Prüfung erfasst werden.
-
Ferner kann jedoch unter „zuvor erfasst“ auch verstanden werden, dass die Bewegungen erfasst und unmittelbar danach die Bewegungsdaten ermittelt und die durchzuführenden Bewegungen errechnet werden, welche dann ohne Verzögerung von dem Endabschnitt des Stößels und/oder von dem zumindest einen Dentalprodukt durchgeführt werden. Beispielsweise können sich der Bewegungssimulator und ein Patient, dessen Bewegungsdaten ermittelt werden, im gleichen Raum befinden. Die Bewegungsdaten werden ermittelt, die durchzuführenden Bewegungen werden errechnet und ohne weitere Verzögerung der Bewegung im Verfahren zur Prüfung zu Grunde gelegt.
-
Vorzugsweise werden die Bewegungsdaten also zunächst ermittelt und sodann der Berechnung der durchzuführenden Bewegungen zu Grunde gelegt.
-
Bei den Bewegungsdaten handelt es sich vorzugsweise um Bewegungsdaten eines Patienten und bei dem zumindest einen Dentalprodukt um eine Endoprothese oder um ein Dentalprodukt, beispielsweise um ein Dentalimplantat.
-
Bei den Bewegungsdaten kann es sich um Kieferbewegungsdaten, also Daten betreffend die Kieferbewegung eines Patienten handeln.
-
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Bewegungssimulator entsprechend um einen Kausimulator zur Prüfung von Dentalprodukten und bei dem zumindest einen Dentalprodukt um ein Dentalprodukt.
-
Bei den Kieferbewegungsdaten kann es sich um Daten betreffend sogenannte Kauschleifen handeln. Kauschleifen sind die dreidimensionalen Bewegungen, welche Zähne des Unterkiefers in Bezug auf im Wesentlichen gegenüberstehende Zähne des Oberkiefers beim Kauen durchführen. Da sich beim Kauen ausschließlich der Unterkiefer bewegt, sind die Zähne des Unterkiefers allein für die Kauschleifen verantwortlich. Beim Kauen führen insbesondere Molare und Prämolare des Unterkiefers relativ zu ihnen im Wesentlichen gegenüberstehenden Prämolaren und Molaren des Oberkiefers solche Kauschleifen durch. Beispielhaft sei auf die Zähne 17 und 47 nach dem international gebräuchlichen FDI-Zahnschema nach Viohl verwiesen. Der zweite obere rechte Molar mit der Zahnbezeichnung 17 und der zweite untere rechte Molar mit der Zahnbezeichnung 47 liegen einander im Wesentlichen gegenüber. Beim Kauen führt der zweite untere rechte Molar 47 eine Kauschleife, also einen dreidimensionale Bewegung, relativ zum zweiten oberen rechten Molar 17 durch. Abhängig von Aufbau eines Gebisses eines Patienten kann es aber auch vorkommen, dass den vorgenannten Zähnen benachbarte Zähne in die Kauschleife einbezogen sind.
-
Die vorstehend genannten Molare 17 und 47 führen also im vorgenannten Beispiel beim Kauen eine Kauschleife aus, wobei die Kauschleife allein durch die Bewegung des Molare 47 zu Stande kommt.
-
Unter einer einzelnen Kauschleife der Molare 17 und 47 wird hierbei die Bewegung verstanden, welche die vorgenannten Molaren ausführen, während sich der Unterkiefer beim Kauakt einmal öffnet und schließt, bzw. während sich die vorgenannten Molaren ausgehend von einer maximal einander angenäherten Position beider Molaren einmal in eine maximal voneinander entfernte Position und erneut in die maximal einander angenäherte Position bewegt haben.
-
Wie vorstehend beschrieben, wird beim physiologischen Kauakt ausschließlich der Unterkiefer bewegt, weshalb Kauschleifen ausschließlich durch dreidimensionale Bewegungen zu Stande kommen, welche Zähne des Unterkiefers relativ zu Zähnen des Oberkiefers durchführen. Da es sich hierbei um Relativbewegungen handelt, können diese Kauschleifen jedoch auf verschiedene Weisen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgebildet werden. Da es lediglich zu einer Relativbewegung zwischen dem zu prüfenden Dentalprodukt und dem Stößel kommen muss, um Kauschleifen nachzubilden, ist es nicht erforderlich, dass sich in Anlehnung an den physiologischen Kauakt nur der Stößel bewegt, wenn das Dentalprodukt für den Einsatz im Oberkiefer vorgesehen ist bzw. sich nur das Dentalprodukt bewegt, wenn dieses für den Einsatz im Unterkiefer vorgesehen ist. Die notwendige Relativbewegung kann sich aus Einzelbewegungen von Stößel und Dentalprodukt, bzw. Dentalprodukt im Allgemeinen, zusammensetzen, sofern der Endabschnitt des Stößels und/oder das zumindest eine Dentalprodukt sich in Bezug auf jede einzelne Raumrichtung bewegt.
-
Was vorstehend in Bezug auf einzelne Zähne dargelegt wurde, gilt ebenso für Zahngruppen. Anstelle der beiden Molare 17 und 47 könnte also an die Zahngruppe umfassend die Molare 17 und 16 sowie die Zahngruppe umfassend die Molare 47 und 46 gedacht sein.
-
Die Bewegungsdaten können vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf verschiedene Weise ermittelt werden. Handelt es sich um Bewegungsdaten eines Patienten und bei dem Dentalprodukt um eine Endoprothese wie beispielsweise um eine Kniegelenkprothese, eine Hüftgelenkprothese, oder eine Schultergelenkprothese, so werden die Bewegungsdaten vorzugsweise aus einer physiologischen Bewegung des Kniegelenks, des Hüftgelenks oder des Schultergelenks ermittelt. Diese Bewegungen können also mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen erfasst und entsprechende Bewegungsdaten nachfolgend ermittelt werden.
-
Handelt es sich um die Kieferbewegungsdaten eines Patienten, so werden sich diese vorzugsweise aus der zuvor erfassten Kieferbewegung des Patienten ermittelt. Eine solche Erfassung von Kieferbewegungen wird auch als Kiefer-Registrierung bezeichnet.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend mit Hinblick auf Kieferbewegungen und die Prüfung von Dentalimplantaten näher erläutert wird, soll sie in analoger Weise auch andere Bewegungen und beispielsweise die Prüfung der vorgenannten Prothesen umfassen. Die nachfolgenden Erörterungen zu Kieferbewegungen gelten für derartige Prothesen und dergleichen entsprechend.
-
Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung von Kieferbewegungen sind bekannt. Bekannte derartige Vorrichtungen und Verfahren erfassen die Kieferbewegungen beispielsweise mit dem Zweck, funktionellen Zahnersatz maßgeschneidert herzustellen oder einen therapeutischen Eingriff am Unterkiefer, beispielsweise eine Korrektur seiner Lage oder Bewegung, vorzubereiten. Derartige Vorrichtungen und Verfahren basieren beispielsweise auf einer 3D-Ultraschallmessung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, derartige Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung von Kieferbewegungen zu nutzen, daraus Kieferbewegungsdaten zu ermitteln und diese zur Errechnung der von dem Endabschnitt des Stößels und/oder von dem Dentalprodukt durchzuführenden Bewegungen zu nutzen.
-
Es kann daran gedacht sein, dass die von dem Endabschnitt des Stößels und/oder von dem Dentalprodukt durchzuführenden Bewegungen aus den Bewegungsdaten bzw. Kieferbewegungsdaten mehrerer Patienten errechnet werden. Hierbei können die Bewegungsdaten bzw. Kieferbewegungsdaten auf verschiedene Art und Weise der Errechnung der von dem Endabschnitt des Stößels und/oder von dem Dentalprodukt durchzuführenden Bewegungen dienen.
-
Zunächst kann daran gedacht sein, Kieferbewegungen, insbesondere Kauschleifen für einzelne oder sämtliche Zähne des Gebisses jedes Patienten separat zu erfassen und entsprechende Kieferbewegungsdaten zu ermitteln bzw. abzuleiten. Beispielsweise werden die Kauschleifen jedes Unterkiefer-Molaren relativ zum jeweiligen im Wesentlichen gegenüberliegenden Oberkiefer-Molaren erfasst. Wie bereits beschrieben, können stattdessen auch Kauschleifen für bestimmte Zahngruppen bestehend aus mehreren, typischerweise benachbarten Zähnen in Bezug auf im Wesentlichen gegenüberliegende Zahngruppen erfasst werden.
-
Liegen derart erfasste Kieferbewegungsdaten, betreffend insbesondere Kauschleifen, von mehreren Patienten vor, so können diese auf verschiedene Art und Weise kombiniert und sodann der Berechnung der von dem Endabschnitt des Stößels und/oder von dem Dentalprodukt durchzuführenden Bewegungen zu Grunde gelegt werden. Hierbei existieren zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten auf mehreren Ebenen, wobei zwei wesentliche Ebenen nachfolgend dargestellt werden. An die Darstellung einer Auswahl denkbarer Kombinationsmöglichkeiten (was kann kombiniert werden?) schließt sich eine Darstellung möglicher Kombinationsmodi (wie kann die Kombination erfolgen?) an. Es kann daran gedacht sein, die nachstehend in Bezug auf zwei Ebenen dargestellten Kombinationen wiederum miteinander zu kombinieren.
-
Auf einer Ebene eines einzelnen Patienten kann zunächst daran gedacht sein, mehrere erfasste Kauschleifen miteinander zu kombinieren. Hierbei können die Kauschleifen, welche von zwei bestimmten gegenüberliegenden Zähnen oder von bestimmten gegenüberliegenden Zahngruppen durchgeführt werden, mehrfach erfasst und sodann kombiniert werden. Ferner können auch Kauschleifen verschiedener Zähne oder Zahngruppen miteinander kombiniert werden.
-
Auf einer Ebene eines Patientenkollektivs umfassend zumindest zwei Patienten kann daran gedacht sein, Kauschleifen von zwei bestimmten gegenüberliegenden Zähnen oder von gegenüberliegenden Zahngruppen, beispielsweise der Molare 17 und 47, der zumindest zwei Patienten zu kombinieren.
-
Wie bereits erwähnt kann daran gedacht sein, nach die Ergebnisse der Kombinationen beider vorgenannter Ebenen wiederum miteinander zu kombinieren. So können beispielsweise mehrere Kauschleifen zweier einander im Wesentlichen gegenüberliegender Zähne eines Patienten erfasst und kombiniert werden, wobei die derart kombinierten Kauschleifen sodann mit den Kauschleifen der korrespondierenden Zähne zumindest eines weiteren Patienten kombiniert werden. Bei den korrespondierenden Zähnen kann es sich beispielsweise um die Molare 17 und 47 beider Patienten handeln. Die letztgenannten Molare werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung stets nur zur Veranschaulichung genannt, selbstverständlich kann an zwei beliebige andere Zähne oder Zahngruppen gedacht sein.
-
Zur Durchführung der vorstehenden Kombinationen kann an zahlreiche Kombinationsmodi gedacht sein.
-
Beispielsweise kann an eine Mittelwertbildung gedacht sein, also an die Bildung von Mittelwerten der erfassten Bewegungsdaten, welche wiederum auf den erfassten translatorischen und rotatorischen Bewegungen basieren.
-
Weiterhin kann auch daran gedacht sein, dass die Kombination sämtliche Extremwerte umfasst. Diese Extremwerte können in der Realität mit entsprechenden Extrem-Belastungen einhergehen, so dass eine Mittelwertbildung einen Bewegungsdatensatz dahingehend verzerrt, dass die reellen Extrem-Belastungen nicht wiedergegeben werden.