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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Bildausgabeverfahren während einer dentalen Anwendung sowie eine entsprechende Bildausgabevorrichtung.
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Stand der Technik
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Es sind viele Hilfsmittel bekannt, um die Navigation während eines zahnmedizinischen Eingriffs mit einem dentalen Instrument zu erleichtern.
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Beispielsweise helfen Bohrschablonen ein Bohrloch mit einer vorab, z.B. digital geplanten Ausrichtung und Tiefe herzustellen. Ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine Bohrhilfe ist aus der
EP 1 101 451 A2 bekannt, wobei die Bohrschablone digital konstruiert wird und für die Konstruktion optische Bilddaten des zu behandelnden Bereichs mit entsprechenden Röntgenaufnahmen korreliert werden.
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Ebenfalls bekannt ist es, die Bewegungen des dentalen Instruments in einem zu behandelnden Bereich mittels eines Trackingsystems zu verfolgen und aktuelle Bilder der Behandlungsstelle lagerichtig und in Echtzeit zusammen mit Zusatzdaten, beispielsweise mit vorab aufgenommenen Röntgenbildern, auf einem Bildschirm anzuzeigen.
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Aus der
WO 2015/048994 A1 ist ein solches medizinisches Navigationssystem bestehend aus einem medizinischen Instrument, einer beweglich daran befestigten Kamera sowie einer Positionierhilfe bekannt, wobei die Positionierhilfe mehrere, im Aufnahmebereich angeordnete Marker umfasst. Die Kamera ist beweglich an dem Instrument angebracht, so dass durch Verändern der Kameraposition sichergestellt werden kann, dass immer alle oder zumindest ausreichend viele Marker gleichzeitig von der Kamera mit erfasst werden. Die mit der Kamera erzeugten Daten werden zur Orientierung während einer Behandlung mit Hilfe der Marker in Echtzeit zusammengefügt und auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt. Zusätzliche Daten, beispielsweise vorab aufgenommene Röntgenbilder oder Daten zur Behandlungsplanung, werden ebenfalls auf der Anzeigevorrichtung dargestellt, wobei die zusätzlichen Bilddaten ebenfalls mit Hilfe der Marker mit den Bilddaten lagerichtig überlagert werden.
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Die
US 2012/015329 A1 beschreibt auch ein zahnmedizinisches Trackingsystem und ein entsprechendes Verfahren, wobei das Trackingsystem über einen an einer Struktur in der Mundhöhle angeordneten Marker, einen an einem Werkzeug angeordneten Marker und mindestens zwei ebenfalls an dem Werkzeug angeordnete Kameras verfügt. Ist der in der Mundhöhle angeordnete Marker röntgen-opak und bereits während des vorhergehenden Erzeugens einer Röntgenaufnahme positioniert, so können die optischen Aufnahmen der Kamera mit der Röntgenaufnahme anhand des Markers korreliert werden.
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Ein entsprechendes Verfahren ist auch aus der
EP 2 236 104 A1 bekannt, wobei immer ein aktuelles Realbild, z.B. Bilder einer Videokamera, mit Bilddaten einer früheren Vermessung, z.B. einer Vermessung mittels Computer- oder Kernspintomographie, Röntgen- oder Fluoroskopieaufnahme, PET-, SPECT-Aufnahmen oder Daten eines anderen medizintechnischen Bildgebungsverfahrens, kombiniert wird, die Gewichtung der Anzeige jedoch auf den Bilddaten der früheren Vermessung liegt.
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Aus der
WO 2013/053398 A1 ist ein medizinisches Trackingsystem bekannt, welches ohne Marker auskommt. Das Trackingsystem umfasst mindestens zwei unabhängig voneinander positionierbare, vernetzte Sensoreinheiten, die jeweils einen Orientierungs- und Positionssensor aufweisen.
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Darstellung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe darin, den Stand der Technik weiterzuentwickeln.
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Es wird ein Bildausgabeverfahren als Navigationshilfe während einer dentalen Anwendung bereitgestellt, wobei mittels einer optischen Aufnahmeeinheit während eines Anwendungszeitraums, z.B. während des Bohrens eines Lochs für ein Implantat oder des Abtragens von Zahnsubstanz für eine Anschließende Versorgung, zeitlich nacheinander zweidimensionale Bilder eines Behandlungsbereichs oder eines Teils des Behandlungsbereichs erzeugt werden, ein digitales dreidimensionales Basismodell des gesamten Behandlungsbereichs oder zumindest eines Teils des Behandlungsbereichs aus einem Speichermedium geladen wird und zu jedem Bild eine dem jeweiligen Bild entsprechende Blickrichtung auf das Basismodell anhand von in dem Basismodell und dem Bild erkannten Markierungen oder Strukturen ermittelt wird.
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Die Blickrichtung oder eine zu der Blickrichtung einen Abweichungswinkel einschließende Richtung wird als Anzeigerichtung festgelegt und das Basismodell oder eine Überlagerung des Basismodells mit dem jeweiligen Bild auf einer Anzeigevorrichtung aus der Anzeigerichtung angezeigt.
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Das dreidimensionale Basismodell enthält mindestens einen Zusatzdatensatz, wobei der Zusatzdatensatz zeitlich vor dem jeweiligen Bild mit der optischen Aufnahmeeinheit erzeugte Bilder und/oder räumlich korrelierte Bilddaten und/oder räumlich nicht korrelierte Informationen umfassen.
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Erfindungsgemäß wird einem Anwender während einer dentalen Anwendung eine rein virtuelle Umgebung oder eine sogenannte erweiterte Realität (augmented reality) angezeigt. Die mit der optischen Aufnahmeeinheit erzeugten zweidimensionalen Bilder, z.B. mittels einer Kamera erzeugte Bilder, des zu behandelnden Bereichs, z.B. Zähne und/oder Fehlstellen in der Mundhöhle eines Patienten, dienen zur Ermittlung der Anzeigerichtung. Die Anzeigerichtung ist beispielsweise die Blickrichtung des Anwenders oder eine andere gewünschte Ausrichtung des dargestellten Objekts. Als zu bestimmende Blickrichtung wird die Aufnahmerichtung der Kamera relativ zu dem aufgenommenen Objekt bzw. die Achse relativ zu dem dreidimensionalen Basismodell bezeichnet, die der Ausrichtung der optischen Aufnahmeeinheit zu dem aufzunehmenden Objekt bzw. Bereich entspricht. Der Abweichungswinkel bezeichnet also gegebenenfalls den Winkel zwischen der Aufnahmerichtung der Kamera und der zeitlich entsprechenden Blickrichtung des Anwenders. Je nach Art und Position der Aufnahmeeinheit und der Anzeigevorrichtung ist der Abweichungswinkel während eines Anwendungszeitraums eine konstante oder eine variable Größe.
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Beispielsweise kann eine Kamera oder pro Auge jeweils eine Kamera an einem Brillengestellt angebracht sein, ohne jedoch die Gläser der Brille zu verdecken. Trägt der Anwender diese Brille, kann anhand der zweidimensionalen Bilder der Kamera(s) die Blickrichtung, also zumindest die Ausrichtung des Kopfes, ermittelt werden.
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Das dreidimensionale Basismodell wird beispielsweise auf einem Bildschirm, z.B. an einer dentalen Behandlungseinheit angebracht, als Anzeigevorrichtung angezeigt. Alternativ ist die Anzeigevorrichtung an einem bzw. dem vorbeschriebenen Brillengestell, z.B. anstelle eines Brillenglases angeordnet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzeigevorrichtung zumindest teilweise transparent ausgebildet oder weist eine zumindest teilweise transparente Anzeigefläche auf. Dies ermöglicht es dem Anwender die Anzeigevorrichtung vor bzw. zwischen sich und dem Behandlungsbereich zu positionieren, z.B. als „Brillenglas“, und den Behandlungsbereich und das Basismodell gleichzeitig bzw. in einer Überlagerung zu sehen.
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Das dreidimensionale Basismodell liegt schon vor der dentalen Anwendung, also zeitlich vor dem Erzeugen der Bilder mit der optischen Aufnahmeeinheit bzw. vor dem Anwendungszeitraum vor. Das dreidimensionale Basismodell kann mittels derselben optischen Aufnahmeeinheit oder einer anderen optischen Aufnahmeeinheit oder mit einer beliebigen anderen Aufnahmetechnik erzeugt worden sein, z.B. mittels Computertomographie, Kernspintomographie, aus Röntgen- oder Fluoroskopieaufnahmen oder mittels eines anderen medizintechnischen Bildgebungsverfahrens.
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Das Basismodell enthält zusätzliche Daten bzw. Informationen. Gemäß einer ersten Alternative werden alle während der Anwendung bereits erzeugten zweidimensionalen optischen Bilder als zusätzliche Daten lagerichtig in das Basismodell integriert. In einer zweiten Alternativ sind die zusätzlichen Daten beliebige andere räumlich korrelierte Daten, z.B. Daten einer weiteren Vermessung des Behandlungsbereichs mit einer weiteren Messmethode, z.B. aus weiteren Aufnahmen extrahierte Nervenkanäle, oder digital bearbeitete oder erzeugte Daten, z.B. ein virtuell erzeugtes Bohrloch, ein virtuell erzeugtes Bild eines zur Bohrung des Implantatlochs positionierten Bohrers oder ein virtuell präparierter Zahn, lagerichtig in das Basismodell integriert. Gemäß einer dritten Alternative umfasst das Basismodell zusätzliche nicht örtlich korrelierte Daten, die an einer vorgegebenen Position auf der Anzeigevorrichtung mit angezeigt werden. Das Basismodell kann auch zwei oder drei der Alternativen gleichzeitig umfassen.
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Werden die während des Anwendungszeitraums erzeugten Bilder gemeinsam mit einem dreidimensionalen Basismodell angezeigt, so wird ein aktuelles Bild der Situation im Mundraum in einen Kontext eingebettet, z.B. eine dreidimensionale optische Aufnahme des Mundraums, eine Röntgenaufnahme des gesamten Kiefers oder ähnliches.
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Zur Ermittlung der Anzeigerichtung werden die mit der optischen Aufnahmeeinheit erzeugten Bilder mit dem dreidimensionalen Basismodell korreliert, beispielsweise anhand von automatisch innerhalb des Bildes und des Basismodells erkannten markanten Strukturen, z.B. Zahnhöcker, oder anhand von innerhalb des Bildes und des Basismodells erkannten Markierungen. Die Markierungen können händisch angebracht werden. Es wird eine relative Ausrichtung des jeweiligen Bilds zu dem dreidimensionalen Basismodell in Form einer Blickrichtung bestimmt.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bildausgabeverfahrens ist, dass der Anwender für die Anwendung wesentliche Daten und Informationen zusammen und in räumlicher Korrelation immer in Übereinstimmung mit seiner Blickrichtung oder einer geeigneten bzw. gewünschten Anzeigerichtung dargestellt bekommt.
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Vorzugsweise wird das Basismodell aus mindestens einer optischen Aufnahme und/oder mindestens einer Röntgenaufnahme und/oder mindestens einer magnetresonanztomographischen Aufnahme erzeugt. Das dreidimensionale Basismodell ist beispielsweise ein dreidimensionales optisches Modell des zu behandelnden Bereichs oder eine Röntgenaufnahme des gesamten Kiefers. Alternativ ist das Basismodell ein rein virtuell erzeugtes Modell eines Kiefers oder eines Teils eines Kiefers.
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Vorzugsweise umfassen die räumlich korrelierten Bilddaten eine oder mehrere der folgenden Alternativen: ein geplantes Präparationsergebnis und/oder ein geplantes Bohrloch und/oder mindestens eine zur Erzeugung eines geplanten Bohrlochs geeignete Bohrerposition, z.B. als virtuelles Bild des zur Erzeugung eines Implantatlochs positionierten Bohrers, und/oder eine geplante Restauration auf einem präparierten Zahnstumpf und/oder eine geplante Nachbehandlungssituation und/oder ein geplantes Zwischenergebnis einer dentalen oder kieferorthopädischen Behandlung und/oder mindestens eine geplante Position eines kieferorthopädischen Hilfsmittels, z.B. eines Brackets oder Attachments.
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Ein geplantes Präparationsergebnis ist beispielsweise eine virtuell erzeugte oder geplante Präparationsstelle oder das entsprechende abzutragendes Präparationsvolumen. Ein Präparationsergebnis kann auch anhand eines Modells geplant bzw. erzeugt und anschließend mittels einer Vermessungseinrichtung vermessen worden sein. Die geplante Präparationsstelle oder das geplant Präparationsvolumen, also das abzutragende Volumen, werden beispielsweise farblich in dem Basismodell angezeigt. So sieht der Anwender während einer dentalen Behandlung, ob bzw. in wie weit er ein Präparationsvolumen bereits abgetragen hat.
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Entsprechend kann auch ein Bohrloch oder eine Bohrerposition beispielsweise farblich abgesetzt angezeigt werden. Der Anwender kann so während der dentalen Behandlung die Position des Bohrers mit dem Bohrloch oder der dargestellten Bohrerposition abgleichen. Die zusätzlichen Daten stellen eine Art virtueller Bohrschablone dar.
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Eine Nachbehandlungssituation kann beispielsweise ein Endergebnis einer kieferorthopädische Aufstellung bzw. Simulation sein.
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Die zusätzlichen Daten ermöglichen beispielsweise eine einfache Kontrolle von Fortschritten während der Anwendung oder auch eine Endkontrolle, also eine einfache Kontrolle, ob ein erwünschtes Ergebnis bereits erreicht wurde.
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Vorteilhafterweise umfassen die räumlich korrelierten Bilddaten des Zusatzdatensatzes eine frühere dreidimensionale Aufnahme des Behandlungsbereichs, z.B. eine optisch, magentresonanztomographisch oder mittels Röntgenstrahlen erzeugte Aufnahme, und/oder eine dreidimensionale Darstellung einer in dem Behandlungsbereich enthaltenen Struktur und/oder Eigenschaft, z.B. einen Nervenkanal, eine Zyste, eine Gewebedicke, eine Knochenbeschaffenheit, Knochendefekte, einen geplanten Knochenaufbau oder einen Luftkanal und/oder ein Ergebnis einer Bewegungsanalyse und/oder einer Belastungsanalyse.
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Vorteilhafterweise wird die Bewegungsanalyse und/oder die Belastungsanalyse rechnergestützt durch eine Simulation durchgeführt.
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Vorzugsweise wird die dreidimensionale Darstellung der in dem Behandlungsbereich enthaltenen Struktur und/oder Eigenschaft aus dem Basismodell extrahiert.
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Vorzugsweise wird zu jedem Bild zu dem Zeitpunkt der Erzeugung des jeweiligen Bilds eine Kopfposition eines Anwenders oder eine Blickrichtung des Anwenders relativ zu der optischen Aufnahmevorrichtung oder absolut ermittelt und zur Ermittlung des Abweichungswinkels herangezogen.
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Vorteilhafterweise wird zu jedem Bild zu dem Zeitpunkt der Erzeugung des jeweiligen Bilds eine absolute oder relative Position der optischen Aufnahmeeinheit oder eine Aufnahmerichtung der optischen Aufnahmeeinheit ermittelt und zur Ermittlung des Abweichungswinkels herangezogen.
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Vorteilhafterweise werden mittels einer zweiten optischen Aufnahmeeinheit während des Anwendungszeitraums zeitlich nacheinander zweidimensionale Ergänzungsbilder des Behandlungsbereichs oder eines Teils des Behandlungsbereichs erzeugt, wobei zu jedem Ergänzungsbild eine dem jeweiligen Ergänzungsbild entsprechende Ergänzungsblickrichtung auf das Basismodell anhand von in dem Basismodell und dem Ergänzungsbild erkannten Markierungen oder Strukturen ermittelt wird, die Ergänzungsblickrichtung oder eine zu der Ergänzungsblickrichtung einen Ergänzungsabweichungswinkel einschließende Richtung als Ergänzungsanzeigerichtung festgelegt wird und das Basismodell oder eine Überlagerung des Basismodells mit dem jeweiligen Ergänzungsbild aus der Ergänzungsanzeigerichtung auf einer zweiten Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Das Ergänzungsbild ermöglicht es zwei Blickrichtungen eines Anwenders, also für jedes Auge des Anwenders eine eigene Blickrichtung zu bestimmen und anschließend für jedes Auge eine eigene Darstellung bereitzustellen. Die beiden Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise in einem Brillengestell angeordnet.
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Vorteilhafterweise wird zu jedem Ergänzungsbild zu dem Zeitpunkt der Erzeugung des jeweiligen Ergänzungsbilds eine Kopfposition eines Anwenders relativ zu der zweiten optischen Aufnahmeeinheit oder eine Blickrichtung des Anwenders ermittelt und zur Ermittlung des Ergänzungsabweichungswinkels herangezogen.
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Vorteilhafterweise wird zu jedem Ergänzungsbild zu dem Zeitpunkt der Erzeugung des jeweiligen Ergänzungsbilds eine absolute oder relative Position der zweiten optischen Aufnahmeeinheit oder eine Aufnahmerichtung der zweiten optischen Aufnahmeeinheit ermittelt und zur Ermittlung des Ergänzungsabweichungswinkels herangezogen.
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Vorzugsweise enthalten die räumlich nicht korrelierten Informationen des Zusatzdatensatzes Informationen zu einer Person, z.B. einen Name, ein Datum der letzten Untersuchung, einen ausgewählten Restaurationstyp oder ein ausgewähltes Material, und/oder Informationen über einen Zustand einer Vorrichtung, z.B. eine Geschwindigkeit eines dentalen Instruments, einer Kamera oder einen Prozessstatus eines Sinterofens oder einer Fräs- und Schleifeinheit.
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Vorzugsweise werden als Markierungen mindestens drei Marker freihändig im Behandlungsbereich angeordnet, z.B. mit einem Stift aufgemalt oder aufgeklebt.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
- 1 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahrens,
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrensschritts des erfindungsgemäßen Bildgebungsverfahrens.
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Ausführungsbeispiele
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Für eine Präparation eines oder mehrerer Zähne 1 in einem Unterkiefer als Behandlungsbereich 2 eines Patienten 3 wird ein dentales Instrument 4 eingesetzt. An dem dentalen Instrument 4 ist eine optische Aufnahmeeinheit 5 angeordnet.
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Während eines Anwendungszeitraums DT werden mit der optischen Aufnahmeeinheit 5 zeitlich nacheinander zweidimensionale Bilder Bi eines Teils des Unterkiefers eines Patienten erzeugt.
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Zusätzlich wird ein digitales dreidimensionales Basismodell 6 des Unterkiefers 2 als Behandlungsbereich aus einem Speichermedium geladen.
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Das Basismodell 6 enthält als Zusatzdatensatz 8 ein virtuell geplantes und lagerichtig angeordnetes Präparationsvolumen, also ein während der Anwendung abzutragender Bereich eines Zahns.
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Anhand von in dem Basismodell 6 und in dem Bild Bi erkannten Markierungen 7 wird zu jedem aufgenommenen Bild Bi eine dem jeweiligen Bild Bi entsprechende Blickrichtung auf das Basismodell 6 ermittelt und als Anzeigerichtung festgelegt.
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Wie in 2 dargestellt, wird das Basismodell 6 mit dem Präparationsvolumen als Zusatzdatensatz 8 und zusammen mit dem Bild Bi aus der Anzeigerichtung auf einer Anzeigevorrichtung 9 dargestellt.
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Der Anwender kann somit auf der Anzeigevorrichtung Überprüfen, in wie weit die Präparation bereits mit der geplanten Präparation übereinstimmt bzw. wieviel vom geplanten Präparationsvolumen er bereits abgetragen hat.
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In 3 ist eine alternative Anzeigevorrichtung 9 dargestellt. Die Anzeigevorrichtung 9 ist zusammen mit einer zweiten Anzeigevorrichtung 10 in einem Brillengestell 11 angeordnet. An dem Brillengestell 10 sind außerdem die optische Aufnahmeeinheit 5 sowie eine zweite optische Aufnahmeeinheit 12 angebracht. Mit der ersten optischen Aufnahmeeinheit 5 wird das Bild Bi erzeugt, eine entsprechende Blickrichtung als Anzeigerichtung bestimmt und das Basismodell 6 mit dem Zusatzdatensatz 8 aus der Anzeigerichtung auf der ersten Anzeigevorrichtung 9 dargestellt. Mit der zweiten optischen Aufnahmeeinheit 12 wird in gleicher Weise ein Ergänzungsbild erzeugt und eine dem Ergänzungsbild entsprechende Ergänzungsblickrichtung auf das Basismodell 6 ermittelt und als zweite Anzeigerichtung festgelegt. Auf der zweiten Anzeigevorrichtung 10 wird dann der Basismodell 6 mit dem Zusatzdatensatz 8 aus der zweiten Anzeigerichtung dargestellt.
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Die Brille ermöglicht somit auf einfache und direkte Weise eine Überwachung einer Präparation oder einer Bohrung mittels eines dentalen Instruments. Ebenso ermöglicht die Brille einen direkten und einfachen Abgleich einer virtuellen Planung mit einer realen Situation.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahn
- 2
- Behandlungsbereich
- 3
- Patient
- 4
- dentales Instrument
- 5
- optische Aufnahmeeinheit
- 6
- Basismodell
- 7
- Markierung
- 8
- Zusatzdatensatz
- 9
- Anzeigevorrichtung
- 10
- zweite Anzeigevorrichtung
- 11
- Brillengestell
- 12
- zweite optische Aufnahmeeinheit
- Bi
- zweidimensionale Bilder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1101451 A2 [0003]
- WO 2015/048994 A1 [0005]
- US 2012015329 A1 [0006]
- EP 2236104 A1 [0007]
- WO 2013/053398 A1 [0008]
