DE102019006600A1

DE102019006600A1 - Device and method for supporting imaging in magnetic resonance tomography

Info

Publication number: DE102019006600A1
Application number: DE102019006600.6A
Authority: DE
Inventors: Josef Schweiger; Monika Ursula Gerda Probst; Florian Andreas Probst; Juliane Stumbaum; Markus Stumbaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-25
Also published as: WO2021052617A1

Abstract

Zur Unterstützung der Bildgebung bei einer Dental-Magnetresonanztomographie wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung (6) vorgeschlagen, die einen Zahnbogen (5) in einem Abstand lateral und okklusal umgibt. Die Vorrichtung (6) ist mit einer bei Magnetresonanztomographie signalreichen Substanz (9) beladen, welche den Zwischenraum zwischen dem Zahnbogen (5) und der Innenseite (6a) der Vorrichtung (6) ausfüllt.To support imaging in dental magnetic resonance tomography, the invention proposes a device (6) which surrounds a dental arch (5) at a distance laterally and occlusally. The device (6) is loaded with a substance (9) which is rich in signals in magnetic resonance imaging and which fills the space between the dental arch (5) and the inside (6a) of the device (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufsetzen auf einen Zahnbogen bei einer Dental-Magnetresonanztomographie, die an ihrer zum Zahnbogen weisenden Innenseite mit einer in Bezug auf die Zahnsubstanz signalreicheren Substanz beladen ist, sowie ein Verfahren zur Unterstützung der Bildgebung bei einer Dental-Magnetresonanztomographie, bei dem auf einen Zahnbogen eine Vorrichtung aufgesetzt wird, die an ihrer zum Zahnbogen weisenden Innenseite mit einer in Bezug auf die Zahnhartsubstanz signalreicheren Substanz beladen ist.The invention relates to a device for placing on a dental arch in a dental magnetic resonance tomography, which is loaded on its inside facing the dental arch with a substance that is more signal-rich in relation to the tooth substance, as well as a method for supporting the imaging in a dental magnetic resonance tomography, in which a device is placed on a dental arch which is loaded on its inside facing the dental arch with a substance that is more signal-rich in relation to the hard tooth substance.

In der Zahnmedizin werden bildgebende Verfahren basierend auf Röntgenstrahlung seit Jahrzehnten eingesetzt. Damit werden sowohl krankhafte Veränderungen der Zahnhartsubstanz als auch des Kieferknochens diagnostiziert (Kleinbildröntgen, Orthopanthomogramm = OPG = OPT). Seit einigen Jahren sind auch dreidimensionale Röntgengeräte zur Schnittbilddiagnostik nahezu flächendeckend im Einsatz (Digitales Volumentomogramm = DVT = ConebeamCT = CBCT, Computertomographie = CT). Diese erlauben im Dentalbereich durch die 3D-Darstellung eine exakte dreidimensionale Planung von zahnärztlichen, implantologischen und chirurgischen Eingriffen im Mund-Kiefer-Gesichtsbereich. Diese auf Röntgenstrahlen basierenden Verfahren haben den Nachteil einer Strahlenbelastung des Patienten ( Ludlow et al. 2014, Wu et al. 2015, De Felice et al. 2019 ).Imaging methods based on X-rays have been used in dentistry for decades. This is used to diagnose pathological changes in the hard tooth substance as well as in the jawbone (small image x-ray, orthopanthomogram = OPG = OPT). For some years now, three-dimensional X-ray devices for cross-sectional diagnosis have been in use almost everywhere (digital volume tomogram = DVT = ConebeamCT = CBCT, computed tomography = CT). In the dental field, thanks to the 3D representation, these allow precise three-dimensional planning of dental, implantological and surgical interventions in the oral-maxillary-facial area. These X-ray based procedures have the disadvantage of exposing the patient to radiation ( Ludlow et al. 2014, Wu et al. 2015, De Felice et al. 2019 ).

Mit der in vielen Bereichen der Medizin eingesetzten, strahlungsfreien Magnetresonanztomographie (MRT) lassen sich in allen Bereichen des Körpers Weichgewebe, wie wichtige Nervenstrukturen, zuverlässig erfassen. In der MRT werden keine Röntgenstrahlen eingesetzt. Die Gabe von intravenösen Kontrastmitteln (Gadolinium) ist nicht notwendig. Durch sogenannte „black bone“ Sequenzen ist mittlerweile auch in MRT-Untersuchungen der Knochen gut darstellbar und wird bereits in der Traumatologie und in der Tumorchirurgie für virtuelle Planungen eingesetzt ( Rathnayaka et al., Med Eng Phys 34: 357-363 ; Radetzki et al., Arch Orthop Trauma Surg 135: 667-671 ; Dremmen et al., AJNR Am J Neuroradiol 38: 2187-2192 ). Auch konnte bereits gezeigt werden, dass die MRT mit geeigneten Sequenzen zur Knochendarstellung eine praktikable Alternative zur CT bei der Erzeugung von im STL-Format verfügbaren Oberflächendaten des Kieferknochens ist und daher prinzipiell für computergestützte Operationsplanungen und nachfolgend Verfahren der additiven Fertigung in der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie geeignet ist (Eijnatten et al., 2016). Für die Genauigkeit bei der Operationsplanung und additiven Fertigung ist dabei von entscheidender Bedeutung, dass die Daten der radiologischen Bildgebung mit den detailreichen Daten der Zahnoberflächen möglichst genau überlagert werden. Das dabei entstehende „Hybrid-Modell“ aus Bildgebungsdaten und Oberflächendaten der Zahnstrukturen ist dann der Ausgangspunkt für die exakte computergestützte Operationsplanung und Umsetzung der virtuellen Planung mittels additiver Fertigung von Operationsschablonen oder auch patientenspezifischen Implantaten. Allerdings gibt es bisher bezüglich der Darstellung von Zahnoberflächen eine beachtliche Problematik bei der MRT-Diagnostik, da sich Zahnoberflächen bislang nicht sicher scharf darstellen. Dies liegt an einer fehlenden Abgrenzbarkeit zur Luft in der Mundhöhle. Ferner lassen sich bei geschlossenem Biss Zahnoberflächen aus Ober- und Unterkiefer nicht exakt zuordnen. Die detailgenaue Visualisierung der Zahnoberflächen in der MRT ist jedoch unbedingt notwendig, um die gewonnenen MRT-Bilddaten mit den Daten eines Oberflächenscanners, wie beispielsweise 3D-Intraoralscanner oder 3D-Laborscanner, in der exakten Position überlagern zu können. Nur so ist letztlich eine Minimierung von Fehlern bei der dreidimensionalen Planung möglich.With the radiation-free magnetic resonance tomography (MRT) used in many areas of medicine, soft tissue, such as important nerve structures, can be reliably detected in all areas of the body. X-rays are not used in MRI. The administration of intravenous contrast media (gadolinium) is not necessary. By means of so-called "black bone" sequences, the bones can now also be clearly displayed in MRI examinations and are already used for virtual planning in traumatology and tumor surgery ( Rathnayaka et al., Med Eng Phys 34: 357-363 ; Radetzki et al., Arch Orthop Trauma Surg 135: 667-671 ; Dremmen et al., AJNR Am J Neuroradiol 38: 2187-2192 ). It has also already been shown that MRI with suitable sequences for displaying bones is a viable alternative to CT when generating surface data of the jawbone available in STL format and is therefore principally for computer-aided operation planning and subsequent additive manufacturing processes in the oral and maxillofacial Facial surgery is suitable (Eijnatten et al., 2016). For the accuracy of operation planning and additive manufacturing, it is of decisive importance that the data from the radiological imaging are superimposed as precisely as possible with the detailed data of the tooth surfaces. The resulting “hybrid model” from imaging data and surface data of the tooth structures is then the starting point for exact computer-aided operation planning and implementation of virtual planning using additive manufacturing of surgical templates or patient-specific implants. However, there have been considerable problems with MRT diagnostics with regard to the representation of tooth surfaces, since tooth surfaces have so far not been shown with certainty in focus. This is due to a lack of delimitation from the air in the oral cavity. Furthermore, when the bite is closed, tooth surfaces from the upper and lower jaw cannot be precisely assigned. The detailed visualization of the tooth surfaces in the MRT is absolutely necessary in order to be able to superimpose the obtained MRT image data with the data of a surface scanner, such as a 3D intraoral scanner or 3D laboratory scanner, in the exact position. Ultimately, this is the only way to minimize errors in three-dimensional planning.

Eine Kontrastierung lässt sich in der Magnetresonanztomographie durch unterschiedliche Effekte erreichen. Dabei ist ein differentes Signalverhalten zu den angrenzenden Strukturen essentiell. Eine ähnliche Problematik liegt in der Darstellung abdomineller Strukturen wie Pathologien im Magen-Darm-Trakt vor. Auch hier stellt die intraluminale Luft ein Kontrastierungsproblem zur Darmmukosa dar. Die Problemlösung erfolgt durch Gabe von oral applizierten Lösungen auf Wasserbasis. Ebenso wurden eine Zeitlang Manganhaltige orale Kontrastmittel verwendet, welche jedoch keine signifikante Verbesserung zu rein wasserhaltigen Lösungen erbrachten. Da eine MRT-Aufzeichnung einige Minuten dauert, ist ein flüssiges Kontrastmittel in der gesamten Mundhöhle wegen des Schluckreflexes in der Praxis nicht möglich. Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, tiefgezogene Schienen mit einem flüssigen oder viskösen intraoralen Kontrastmittel wie beispielsweise Zahnpasta zu füllen und während des MRT-Scans intraoral zu positionieren, um die Zahnoberflächen zu visualisieren (Hilgenfeld et al., 2019). Allerdings ist auch hierbei das Kontrastmittel und seine Handhabung mit Nachteilen verbunden.Contrasting can be achieved in magnetic resonance tomography through different effects. A different signal behavior to the adjacent structures is essential. A similar problem arises in the representation of abdominal structures such as pathologies in the gastrointestinal tract. Here, too, the intraluminal air poses a problem with contrasting the intestinal mucosa. The problem is solved by administering orally administered water-based solutions. Oral contrast media containing manganese were also used for a while, but these did not result in any significant improvement over purely aqueous solutions. Since an MRI recording takes a few minutes, a liquid contrast medium in the entire oral cavity is not possible in the practice because of the swallowing reflex. One possible solution is to fill deep-drawn splints with a liquid or viscous intraoral contrast medium such as toothpaste and position them intraorally during the MRI scan in order to visualize the tooth surfaces (Hilgenfeld et al., 2019). However, here too the contrast agent and its handling are associated with disadvantages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit denen die Darstellungsqualität der Zähne in der Magnetresonanztomographie verbessert wird.The invention is based on the object of specifying a device and a method with which the display quality of the teeth in magnetic resonance tomography is improved.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Substanz in einem von der Innenseite begrenzten, gingival offenen Aufnahmebereich angeordnet ist, der aufgrund seiner Formgebung und Abmessung den Zahnbogen lateral und okklusal in einem Abstand umgibt.In terms of the device, this object is achieved with a device of the type mentioned at the outset in that the substance is arranged in a gingivally open receiving area delimited on the inside, which due to its shape and dimensions surrounds the dental arch laterally and occlusally at a distance.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Substanz in einem von der Innenseite begrenzten, gingival offenen Aufnahmebereich angeordnet ist, der aufgrund seiner Formgebung und Abmessung den Zahnbogen lateral und okklusal in einem Abstand umgibt, und dass die bei der Magnetresonanztomographie gewonnenen dreidimensionalen Volumendaten der Zahnhartsubstanz mit durch ein Oberflächenabtastverfahren gewonnenen Oberflächendaten der Zahnhartsubstanz fusioniert werden.In terms of the method, the object is achieved with a method of the type mentioned at the outset in that the substance is arranged in a gingivally open receiving area delimited on the inside, which due to its shape and dimensions surrounds the dental arch laterally and occlusally at a distance, and the three-dimensional volume data of the hard tooth substance obtained in magnetic resonance tomography are fused with surface data of the hard tooth substance obtained by a surface scanning process.

Der Abstand zwischen dem Aufnahmebereich für die Substanz und dem Zahnbogen ist sowohl lateral als auch okklusal vorzugsweise nicht kleiner als 0,5 mm und liegt am besten zwischen 2 bis 4 mm. Vorzugsweise sind zur Sicherstellung dieser Abstände an der Innenseite des Aufnahmebereichs Abstandshalter ausgebildet, die sich lateral und/oder okklusal erstrecken und als Anschläge dienen, an denen der Zahnbogen vor einer Unterschreitung des Abstands zur Anlage gelangt. Bevorzugt sind jeweils drei voneinander extra gleich beabstandete Abstandshalter an den beiden lateralen und an der okklusalen Seite des Aufnahmebereichs vorgesehen.The distance between the receiving area for the substance and the dental arch is preferably not less than 0.5 mm both laterally and occlusally and is best between 2 to 4 mm. To ensure these distances, spacers are preferably formed on the inside of the receiving area, which extend laterally and / or occlusally and serve as stops against which the dental arch comes to rest before the distance falls below this. Preferably, three spacers that are extra equally spaced from one another are provided on the two lateral and on the occlusal side of the receiving area.

Als in Bezug auf die Zahnsubstanz signalreichere Substanzen eignen sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und im erfindungsgemäßen Verfahren mundverträgliche Substanzen, welche sich im Gegensatz zu den Zähnen in der Magnetresonanztomographie T1- und T2-hyperintens (= signalreich) darstellen. Dies sind beispielsweise Hydrokolloide oder eingedickte Mundgele auf Wasserbasis.In the device according to the invention and in the method according to the invention, substances which are tolerated by the mouth and which, in contrast to the teeth, are T1 and T2 hyperintense (= high-signal) in magnetic resonance tomography, are suitable as substances that are more signal-rich in terms of the tooth substance. These are, for example, hydrocolloids or thickened water-based oral gels.

Die mit der signalreicheren Substanz beladene Vorrichtung wird vor der Durchführung der Magnetresonanztomographie im Patientenmund auf den abzubildenden Zahnbogen oder extraoral auf ein durch Abformung erhaltenes Modell des Zahnbogens aufgesetzt. Dabei erfolgt durch diese Substanz eine Abdrucknahme des Zahnbogens. Die mit der aufgesetzten Vorrichtung durchgeführte Magnetresonanztomographieaufnahme zeigt einen deutlichen Kontrast zwischen den Zähnen und der den Aufnahmebereich der Vorrichtung befüllenden Substanz. Außerdem sind durch die Vorrichtung möglicherweise störende Weichteile der Mundhöhle von dem Aufnahmegebiet abgehalten, da die Vorrichtung die Zahnreihe mit einem Abstand umschließt und Weichteile, wie Wange, Lippe, Zunge von den Zahnoberflächen abhält. Somit werden Artefakte vermieden. Die Magnetresonanztomographieaufnahme ist dadurch deutlich besser auswertbar und kann für prothetische Versorgungen genutzt werden.The device loaded with the more signal-rich substance is placed in the patient's mouth on the dental arch to be imaged or extraorally on a model of the dental arch obtained by an impression before the magnetic resonance tomography is carried out. This substance creates an impression of the dental arch. The magnetic resonance tomography recording carried out with the device attached shows a clear contrast between the teeth and the substance filling the receiving area of the device. In addition, the device keeps soft tissues of the oral cavity away from the receiving area, since the device encloses the row of teeth at a distance and keeps soft tissues such as the cheek, lip and tongue away from the tooth surfaces. This avoids artifacts. The magnetic resonance tomography recording is therefore much easier to evaluate and can be used for prosthetic restorations.

Bei der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bewirkten Kontrastierung handelt es sich also nicht um eine herkömmliche intravenöse Kontrastierung mittels Gadolinium. Eine intravenöse Kontrastierung ist bei genanntem Verfahren generell nicht notwendig.The contrasting effected by the device according to the invention and the method according to the invention is therefore not a conventional intravenous contrasting using gadolinium. In general, intravenous contrasting is not necessary with this procedure.

Zur Durchführung der Magnetresonanztomographie ist es bei der Aufnahme von Zahnreihen vorteilhaft, folgende Parameter einzuhalten, da dadurch eine bessere Kontrastierung der wichtigen anatomischen Strukturen ermöglicht wird. Insbesondere zeigen sich folgende Sequenzen geeignet:

- 3D T1 FFE Black bone Sequenz (hochauflösende (0,5 mm Voxelgröße), fettgesättigte 3D-Sequenz)
- 3D DESS (Double Echo Steady State) (fettgesättigte protonendichte Sequenz erzielt eine gute Darstellbarkeit von Weichgewebe, z.B. Nerven innerhalb des Knochens (N. alveolaris inferior) sowie angrenzend dazu (N. lingualis) (hochauflösend 0,5 mm Voxelgröße, 3D-Sequenz))
- 3D STIR (Short-tau Inversion Recovery) Sequenz (hochauflösende, fettgesättigte T2 gewichtete Sequenz: zeigt knöchernes Ödem, z.B. im Rahmen von entzündlichen Prozessen an, insbesondere hinsichtlich Gingiva, Mukosa, Pulpasignal, Entzündung).

To carry out magnetic resonance tomography, it is advantageous to adhere to the following parameters when recording rows of teeth, since this enables better contrasting of the important anatomical structures. The following sequences are particularly suitable:

- 3D T1 FFE Black bone sequence (high-resolution (0.5 mm voxel size), fat-saturated 3D sequence)
- 3D DESS (Double Echo Steady State) (fat-saturated proton-dense sequence achieves good visualization of soft tissue, e.g. nerves within the bone (inferior alveolar nerve) and adjacent to it (lingual nerve) (high-resolution 0.5 mm voxel size, 3D sequence ))
- 3D STIR (Short-tau Inversion Recovery) sequence (high-resolution, fat-saturated T2-weighted sequence: shows osseous edema, e.g. in the context of inflammatory processes, in particular with regard to gingiva, mucosa, pulp signal, inflammation).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise die Grundform eines Abformlöffels auf. Sie kann individuell auf einem Gipsmodell des Zahnbogens eines Patienten angefertigt werden. Jedoch zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung dadurch aus, dass sie für einen bestimmten Form- und/oder Größenbereich von Zahnbogen konfektioniert ist. Die konfektionierten Vorrichtungen verschiedener Größen, die bereits mit der signalreicheren Substanz, beispielsweise dem Hydrokolloid-Gel beladen sind, werden vorzugsweise luftdicht verpackt, so dass sie eine bestimmte Haltbarkeit aufweisen, und so an die Anwender ausgeliefert.The device according to the invention preferably has the basic shape of an impression tray. It can be made individually on a plaster model of a patient's dental arch. However, a preferred embodiment of the device is characterized in that it is made up for a specific shape and / or size range of dental arches. The packaged devices of various sizes, which are already loaded with the substance with a higher signal content, for example the hydrocolloid gel, are preferably packaged airtight so that they have a certain shelf life and are thus delivered to the user.

Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Vorrichtung derart ausgestaltet, dass an der der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite ein okklusaler Aufbissbereich ausgebildet ist. Insbesondere ist bei einer konfektionierten Vorrichtung eine entsprechend konfektionierte Aufbissgestaltung auf der Okklusalseite der Vorrichtung, auf welcher sich der Gegenkiefer abstützen kann, möglich. Die Gestaltung und Dimensionierung des Aufbisses orientiert sich an Durchschnittswerten, welche beispielsweise durch die Analyse einer Patientengruppe (hohe Fallzahl) ermittelt werden. Dabei werden die Kiefer in Bezug zur Scharnierachse des Kiefergelenkes (bzw. in Bezug auf das rechnerische Rotationszentrum = Helical Axis) rotatorisch auseinanderbewegt und die Abstände der Zahnreihen im Front- und Seitenzahnbereich gemessen, sodass damit eine statistische Auswertung mit Ermittlung der Höhenwerte der Aufbisse gegeben ist. Allgemein bewirkt dieser Aufbissbereich einen sicheren Aufbiss, damit Bewegungsartefakte während der Aufnahme minimiert werden.The device according to the invention is advantageously designed in such a way that an occlusal bite area is formed on the outside opposite the inside. In particular, with a made-up device, a correspondingly made-up bite design on the occlusal side of the device, on which the opposing jaw can be supported, is possible. The design and dimensioning of the bite block is based on average values, which are determined, for example, by analyzing a patient group (high number of cases). The jaws are moved apart in a rotational manner in relation to the hinge axis of the temporomandibular joint (or in relation to the arithmetical center of rotation = helical axis) and the distances between the rows of teeth in the anterior and posterior region are measured, so that a statistical evaluation with determination of the height values of the bites is given . Generally this does Bite area a safe bite so that movement artifacts are minimized during the exposure.

Die Vorrichtung wird vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Dabei kann etwa von einem analog oder digital, beispielsweise in 3D-Druck, hergestellten Kiefermodell ausgegangen werden, an dem eine Ausblockung durch Wachsauftrag vorgenommen wird. Das ausgeblockte Modell wird doubliert und die Doublierform mit Gips ausgegossen. Sodann wird die Vorrichtung dadurch erhalten, dass über das doublierte Modell eine Tiefziehfolie gezogen wird, an deren Außenseite die Aufbisse gestaltet werden.The device is preferably made of plastic. A jaw model produced in analog or digital form, for example in 3D printing, can be assumed here, on which a block-out is carried out by applying wax. The blocked-out model is relined and the lining form is filled with plaster of paris. The device is then obtained by pulling a deep-drawing film over the doubled model, on the outside of which the bites are designed.

Im Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass an der der Innenseite gegenüberliegenden Außenseite der Vorrichtung ein Marker angeordnet ist, der sowohl durch die Magnetresonanztomographie als auch durch eine Oberflächenabtastung erfassbar ist.In the context of the invention it is further provided that a marker is arranged on the outside of the device opposite the inside, which marker can be detected both by magnetic resonance tomography and by surface scanning.

Diese Marker sind sogenannte „geometrische Marker“, welche eine normgeometrische Form haben, welche durch einen optischen Scanner erfasst werden kann. Diese Marker sind dahingehend optimiert, dass sie sowohl im MRT erfasst werden können als auch mittels Oberflächenscanner, z.B. optischem Scanner, Mikro-CT oder DVT, etc. dreidimensional erfasst werden können.These markers are so-called "geometric markers", which have a standardized geometric shape that can be captured by an optical scanner. These markers are optimized in such a way that they can be recorded in the MRT as well as three-dimensionally recorded using surface scanners, e.g. optical scanners, micro-CT or DVT, etc.

Die Marker können aus Kunststoff gestaltet sein, der mit MRT-Kontrastmittel angereichert ist. Beispielsweise PMMA-Kunststoff mit MRT-Kontrastmittel, wie beispielsweise Mangan (auch aus Nahrungsmittel wie z.B. Heidelbeerextrakt, Acaiextrakt), Gadolinium, eisenoxidhaltige Kontrastmittel.The markers can be made of plastic that is enriched with MRI contrast agent. For example PMMA plastic with MRT contrast media, such as manganese (also from foods such as blueberry extract, acai extract), gadolinium, contrast media containing iron oxide.

In einer besonderen Ausgestaltung sind die Marker hohl gestaltet, wobei dieser Hohlraum mit einem MRT-Kontrastmittel gefüllt ist. Dieses Kontrastmittel kann fest oder flüssig sein. Als flüssiges Kontrastmittel kann beispielhaft Zahnpasta, Vitamin-D-Gel, manganhaltige Lebensmittel (z.B. Heidelbeersaft, Acaisaft, Ananassaft etc.) verwendet werden. Die Außenhülle des hohlen geometrischen Markers muss wasserunlöslich sein, da sich ansonsten die Hülle des Markers im feuchten Milieu der Mundhöhle auflöst. Als Material für die Markerhülle kann beispielhaft Glas oder Kunststoff verwendet werden. Bei der MRT-Erfassung werden diese Marker nicht mit der Außenfläche erfasst, sondern es wird die Grenzfläche des Kontrastmittels zur Innenseite der Markerhülle detektiert. Beim Oberflächenscan (optisch, sonographisch, radiologisch) wird dagegen die Außenfläche des Markers dreidimensional erfasst. Da die Dicke der Markerhülle bekannt ist, kann mittels eines Rechenalgorithmus dieser Unterschied kompensiert werden, sodass eine Datenüberlagerung der MRT-Daten und der Daten aus dem Oberflächenscanner optimal möglich ist.In a special embodiment, the markers are designed to be hollow, this cavity being filled with an MRT contrast medium. This contrast medium can be solid or liquid. Toothpaste, vitamin D gel, foods containing manganese (e.g. blueberry juice, acai juice, pineapple juice, etc.) can be used as liquid contrast media. The outer shell of the hollow geometric marker must be insoluble in water, since otherwise the shell of the marker will dissolve in the moist environment of the oral cavity. Glass or plastic can be used, for example, as the material for the marker cover. In the case of MRT acquisition, these markers are not acquired with the outer surface, but rather the interface between the contrast agent and the inner side of the marker cover is detected. With the surface scan (optical, sonographic, radiological), on the other hand, the outer surface of the marker is recorded three-dimensionally. Since the thickness of the marker envelope is known, this difference can be compensated for by means of a computational algorithm, so that a data overlay of the MRT data and the data from the surface scanner is optimally possible.

In einer weiteren Ausgestaltung besteht der komplette Marker oder die Markerhülle aus Metall oder Keramik (Silikatkeramik, Oxidkeramik, wie zum Beispiel aus Siliziumoxid, Lithium-Disilikat, Zirkonoxid, Aluminiumoxid etc.).In a further embodiment, the complete marker or the marker cover consists of metal or ceramic (silicate ceramic, oxide ceramic, such as silicon oxide, lithium disilicate, zirconium oxide, aluminum oxide, etc.).

Die durch die Magnetresonanztomographie gewonnenen dreidimensionalen Volumendaten stellen die Zahnhartsubstanzen sehr kontrastreich dar. Für die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Fusion dieser dreidimensionalen Volumendaten mit den durch ein Oberflächenabtastverfahren gewonnenen Oberflächendaten können diese MRT-Daten in der Praxis segmentiert und ggf. auf Wunsch invertiert werden (dadurch ergibt sich ein CT-ähnlicher, gewohnter Bildeindruck). Anschließend können die MRT-Daten im sogenannten DICOM-Format (Digital Imaging and Communications in Medicine) ausgegeben werden. Dann ist es mit am Markt verfügbarer Implantatplanungssoftware möglich, die DICOM-Volumendaten und die im STL-Format verfügbaren Oberflächendaten einander in bestmöglicher Registrierung zu überlagern.The three-dimensional volume data obtained by magnetic resonance tomography represent the hard tooth substances in a very high contrast. For the fusion of these three-dimensional volume data with the surface data obtained by a surface scanning process, as provided in the method according to the invention, these MRT data can be segmented in the practice and, if required, inverted the result is a CT-like, familiar image impression). The MRT data can then be output in the so-called DICOM format (Digital Imaging and Communications in Medicine). Then, with the implant planning software available on the market, it is possible to superimpose the DICOM volume data and the surface data available in STL format in the best possible registration.

In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der Erfindung insbesondere vorgesehen, dass die Fusion der dreidimensionalen Volumendaten und der Oberflächendaten aufgrund von Aufnahmedaten einer an der Vorrichtung vorgesehenen Markeranordnung erfolgt.In this context, the invention provides in particular that the three-dimensional volume data and the surface data are merged on the basis of recording data from a marker arrangement provided on the device.

Insbesondere kann dabei folgendermaßen vorgegangen werden: Die insbesondere als Löffel ausgebildete Vorrichtung mit den Markern wird mit einem als signalreichere Substanz wirksamen Abformmaterial gefüllt (z.B. Polyether, A-Silikon, C-Silikon, Hydrokolloid etc.) und wird anschließend in den Patientenmund eingeführt. Dort härtet das Material aus. Man kann den Abdruck entweder im Mund belassen und anschließend sofort die MRT-Aufnahme machen oder man entfernt den Abdruck und setzt diesen für die MRT-Aufnahme zu einem späteren Zeitpunkt wieder in den Patientenmund ein. Der komplette Löffel mit Markern und formstabiler Abformmasse nach Abdrucknahme wird in ein Scansystem gegeben, welches die komplette Oberfläche des Löffels erfasst. Dieses Scansystem kann entweder ein optischer, radiologischer (µCT, DVT) oder ein sonographischer Scanner sein. Nach der Erfassung der Oberfläche werden die Oberflächendaten mit den MRT-Daten mit Hilfe der Marker räumlich in der Weise ausgerichtet, dass die Marker die beste räumliche Übereinstimmung ihrer Position zeigen (Best-Fit-Alignment).In particular, the following procedure can be used: The device with the markers, which is designed in particular as a spoon, is filled with an impression material (e.g. polyether, A-silicone, C-silicone, hydrocolloid, etc.) and is then inserted into the patient's mouth. The material hardens there. You can either leave the impression in the mouth and then take the MRI image immediately, or you can remove the impression and insert it back into the patient's mouth for the MRI image at a later point in time. The complete tray with markers and dimensionally stable impression material after the impression is taken is placed in a scanning system, which covers the entire surface of the tray. This scanning system can either be an optical, radiological (µCT, DVT) or a sonographic scanner. After the surface has been recorded, the surface data are spatially aligned with the MRT data with the aid of the markers in such a way that the markers show the best spatial correspondence of their position (best-fit alignment).

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung werden den fusionierten Daten einer Implantatposition entsprechende Daten überlagert. Hierdurch erfolgt die Planung einer oder mehrerer Implantatpositionen aufgrund der Kenntnis von sowohl der Oberflächensituation (STL-Daten) als auch der darunter liegenden Strukturen (DICOM-Daten). Aus den durch diesen Planungsprozess erhaltenen Daten ergeben sich die Konstruktionsdaten für eine Bohrschablone zum geführten Inserieren der Implantate. Diese Bohrschablone kann mittels additiver Fertigungsverfahren (beispielsweise 3D-Druck) oder subtraktiver Fertigungsverfahren (Fräsen) hergestellt werden.According to a further concept of the invention, data corresponding to an implant position are superimposed on the merged data. Through this one or more implant positions are planned based on the knowledge of both the surface situation (STL data) and the underlying structures (DICOM data). The design data for a drilling template for guided insertion of the implants result from the data obtained through this planning process. This drilling template can be manufactured using additive manufacturing processes (e.g. 3D printing) or subtractive manufacturing processes (milling).

Darüber hinaus eignet sich die hier beschriebene Erfindung auch für die computergestützte Planung und Umsetzung anderer Operationsverfahren bzw. für diagnostische Anwendungen in Zahnmedizin und Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, bei denen es wichtig ist, die Zahnoberflächen von MRT-Bilddaten möglichst detailgetreu visualisieren zu können und um sie mit anderweitig generierten Oberflächendaten von Zahnstrukturen überlagern zu können. Beispielhaft seien angeführt Dysgnathieoperationen zur Behandlung von Kieferfehlstellungen, die Diagnostik von Kiefergelenkserkrankungen oder die Aufzeichnung der Scharnierachse des Kiefergelenks beispielsweise zur funktionellen Diagnostik und zur Planung kieferorthopädischer oder prothetischer Behandlungen.In addition, the invention described here is also suitable for the computer-aided planning and implementation of other surgical procedures or for diagnostic applications in dentistry and oral and maxillofacial surgery, where it is important to be able to visualize the tooth surfaces of MRT image data as accurately as possible and around to be able to overlay them with surface data of tooth structures generated elsewhere. Examples include dysgnathic operations for the treatment of jaw misalignments, the diagnosis of temporomandibular joint diseases or the recording of the hinge axis of the temporomandibular joint, for example for functional diagnosis and for planning orthodontic or prosthetic treatments.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen:

1 eine quer zur Kaufläche verlaufende Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer auf einen Zahnbogen aufgesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine quer zur Kaufläche verlaufende Querschnittsansicht einer mit einem Marker versehenen anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
3 eine Querschnittsansicht eines Markers.

In the following description, the invention is explained by way of example with reference to the drawing. Show it:

1 a cross-sectional view running transversely to the occlusal surface of an embodiment of a device according to the invention placed on a dental arch,
2 a cross-sectional view running transversely to the chewing surface of another embodiment of the device according to the invention provided with a marker, and
3rd a cross-sectional view of a marker.

Die in 1 gezeigte Querschnittsansicht erstreckt sich quer durch einen lateralen Bereich eines Zahnbogens 5. In dieser Querschnittsansicht ist von unten nach oben schematisch die Gingiva 8, der Zahnbogen 5, ein Füllmaterial 9, eine in der Gestalt einer Aufbissschiene oder eines Abformlöffels ausgebildete Vorrichtung 6 und ein an einem okklusalen Bereich der dem Zahnbogen 5 abgewandten Außenseite 6b der Vorrichtung 6 angeordneter Aufbissbereich 10.In the 1 The cross-sectional view shown extends transversely through a lateral region of a dental arch 5 . In this cross-sectional view, the gingiva is shown schematically from bottom to top 8th , the dental arch 5 , a filler material 9 , a device in the form of a bite splint or an impression tray 6th and one on an occlusal area of the dental arch 5 facing away from the outside 6b the device 6th arranged bite area 10 .

Die dem Zahnbogen 5 zugewandte Innenseite 6a der Vorrichtung 6 begrenzt einen Aufnahmebereich für das Füllmaterial 9, der zur Gingiva 8 hin offen ist. Dieser Aufnahmebereich wird mit dem Füllmaterial 9, bei dem es sich vorzugsweise um ein formfestes, wasserhaltiges Gel, insbesondere ein Hydrokolloid-Abformmaterial handelt, beladen, bevor die Vorrichtung 6 auf den Zahnbogen 5 aufgesetzt wird. Wenn die mit dem Füllmaterial 9 beladene Vorrichtung 6 auf den Zahnbogen 5 aufgesetzt wird, umgibt sie den Zahnbogen 5 lateral und okklusal in einem Abstand. Dabei füllt das Füllmaterial 9 den zwischen der Innenseite 6a der Vorrichtung 6 und der in dem Abstand dazu verlaufenden Oberfläche 5a des Zahnbogens 5 begrenzten Zwischenraum vollständig aus.The dental arch 5 facing inside 6a the device 6th delimits a receiving area for the filling material 9 that to the gingiva 8th is open. This receiving area is filled with the filler material 9 , which is preferably a dimensionally stable, water-containing gel, in particular a hydrocolloid impression material, loaded before the device 6th on the dental arch 5 is put on. If the one with the filler 9 loaded device 6th on the dental arch 5 is placed, it surrounds the dental arch 5 lateral and occlusal at a distance. The filling material fills 9 the one between the inside 6a the device 6th and the surface running at the distance therefrom 5a of the dental arch 5 limited space completely.

In der Ausführungsform von 1 ist die gingivale Öffnung des Aufnahmebereichs von einem Rand 7 der Vorrichtung 6 begrenzt, wobei dieser Rand 7 im aufgesetzten Zustand der Vorrichtung 6 auf der Gingiva 8 aufliegt und dadurch den von dem Füllmaterial 9 ausgefüllten Zwischenraum gingival abschließt, so dass das Füllmaterial 9 nicht überquellen kann. Hierzu ist es allerdings erforderlich, dass die Vorrichtung 6 individuell in Anpassung an die anatomischen Gegebenheiten des Patienten angefertigt wird. Davon abweichend ist eine in 2 dargestellte Vorrichtung 11 für einen bestimmten Form- und/oder Größenbereich von Zahnbogen 5 konfektioniert. In diesem Fall liegt der Abstand zwischen der Innenseite 11a der Vorrichtung 11 und der Oberfläche 5a des Zahnbogens 5 in einem diesem Form- und/oder Größenbereich entsprechenden Schwankungsbereich. Ferner verläuft der die gingivale Öffnung des Aufnahmebereichs begrenzende Rand 14 in einem Abstand von der Gingiva 8, dessen Größe ebenfalls davon abhängt, wo die Form und/oder Größe des individuellen Zahnbogens 5 innerhalb des konfektionierten Form- und/oder Größenbereichs liegt. Wenngleich daher bei Konfektionierung das den Zwischenraum zwischen der Innenseite 11a der Vorrichtung 11 und der Oberfläche 5a des Zahnbogens 5 begrenzende Füllmaterial 13 zwischen dem Rand 14 der Vorrichtung 11 und der Gingiva 8 freiliegt, ist dennoch die grundsätzliche Funktion der Vorrichtung 11 gewährleistet, die es sicherstellt, dass die Oberfläche 5a des Zahnbogens 5 im Wesentlichen von dem Füllmaterial 13 umhüllt ist.In the embodiment of 1 is the gingival opening of the receiving area from one edge 7th the device 6th limited, this edge 7th in the attached state of the device 6th on the gingiva 8th rests and thereby that of the filling material 9 filled gap is sealed gingivally, so that the filling material 9 cannot overflow. For this, however, it is necessary that the device 6th is made individually in adaptation to the anatomical conditions of the patient. Deviating from this is an in 2 illustrated device 11 for a certain shape and / or size range of dental arches 5 assembled. In this case, the distance is between the inside 11a the device 11 and the surface 5a of the dental arch 5 in a fluctuation range corresponding to this shape and / or size range. Furthermore, the edge delimiting the gingival opening of the receiving area runs 14th at a distance from the gingiva 8th , the size of which also depends on where the shape and / or size of the individual dental arch is located 5 is within the made-up shape and / or size range. Even though this is the gap between the inside during assembly 11a the device 11 and the surface 5a of the dental arch 5 delimiting filler material 13th between the edge 14th the device 11 and the gingiva 8th is exposed, is the basic function of the device 11 ensures that it ensures the finish 5a of the dental arch 5 essentially from the filler material 13th is wrapped.

In 2 ist ferner eine bei allen Ausführungsformen der Vorrichtung vorteilhafte Anordnung eines Markers 12 an der Außenseite 11b der Vorrichtung 11 gezeigt. Dieser Marker ist in 2 schematisch als kugelartiger Vollkörper dargestellt. Damit er nicht nur durch ein Oberflächenabtastverfahren abgebildet werden kann, sondern auch durch eine Magnetresonanztomographie, ist er mit einem Magnetresonanztomographie-Kontrastmittel versehen. Zu diesem Zweck kann er beispielsweise aus Kunststoff ausgebildet sein, der mit dem Magnetresonanztomographie-Kontrastmittel angereichert ist.In 2 is also an advantageous arrangement of a marker in all embodiments of the device 12th on the outside 11b the device 11 shown. This marker is in 2 shown schematically as a spherical solid body. So that it can be imaged not only by a surface scanning method, but also by magnetic resonance tomography, it is provided with a magnetic resonance tomography contrast agent. For this purpose, it can be made of plastic, for example, which is enriched with the magnetic resonance tomography contrast agent.

Ein Querschnitt durch eine davon abweichende Ausführungsform des Markers ist in 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der Marker kugelförmig und weist eine zwischen einer sphärischen Innenwand 16a und einer sphärischen Außenwand 16b begrenzte Hülle 16 auf. Der von der Innenwand 16a begrenzte Innenraum des Markers 12 ist mit dem Magnetresonanztomographie-Kontrastmittel 15 befüllt.A cross-section through a different embodiment of the marker is shown in FIG 3rd shown. In this embodiment the marker is spherical and has one between a spherical inner wall 16a and a spherical outer wall 16b limited envelope 16 on. The one on the inside wall 16a limited interior space of the marker 12th is using the magnetic resonance imaging contrast agent 15th filled.

Als Füllmaterial 9 bzw. 13, mit dem die Vorrichtung 6 bzw. 11 beladen wird, wird eine Substanz gewählt, die bei der Magnetresonanztomographie signalreicher ist als die bekanntermaßen sehr signalarme Zahnhartsubstanz. Dadurch werden bei der Magnetresonanztomographie dreidimensionale Volumendaten erhalten, welche die Zahnhartsubstanz in guter Bildgebungsqualität darstellen. Außerdem werden mit einem Scansystem, das optischer, radiologischer oder sonographischer Art sein kann, Oberflächendaten gewonnen. Für die Durchführung der Bildgebung wird die mit dem Füllmaterial 9 bzw. 13 beladene Vorrichtung 6 bzw. 11 auf den abzubildenden Zahnbogen 5 des Patienten aufgesetzt. Dort härtet das Füllmaterial 9 bzw. 13 aus. Nach dieser Abdrucknahme kann die Vorrichtung 6 bzw. 11 mit dem in ihrem Aufnahmebereich befindlichen formstabilen Füllmaterial 9 bzw. 13 von dem Zahnbogen 5 abgenommen und in das Scansystem gegeben werden, welches die vollständige Oberfläche der Vorrichtung 6, 11 erfasst. Die Magnetresonanztomographieaufnahme kann gleich nach dem Aufsetzen auf den Zahnbogen ausgeführt werden, oder zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem die zwischenzeitlich von dem Zahnbogen 5 abgenommene Vorrichtung 6, 11 erneut wieder in den Patientenmund eingeführt und auf den Zahnbogen 5 aufgesetzt wird. Die von dem Scansystem erfassten Oberflächendaten und die durch die Magnetresonanztomographieaufnahme gewonnenen dreidimensionalen Volumendaten werden sodann mit Hilfe der Marker räumlich in der Weise ausgerichtet, dass die Marker die beste räumliche Übereinstimmung ihrer Position, beispielsweise durch Best-Fit-Alignment, zeigen und dadurch eine hohe Qualität der Bildfusion erhalten wird.As a filler material 9 or. 13th with which the device 6th or. 11 is loaded, a substance is selected that is more signal-rich in magnetic resonance tomography than the hard tooth substance known to be very low-signal. As a result, three-dimensional volume data are obtained in magnetic resonance tomography which represent the hard tooth substance in good imaging quality. In addition, surface data are obtained with a scanning system, which can be optical, radiological or sonographic. To carry out the imaging is done with the filler material 9 or. 13th loaded device 6th or. 11 on the dental arch to be imaged 5 of the patient. The filling material hardens there 9 or. 13th out. After this impression is taken, the device 6th or. 11 with the dimensionally stable filling material located in its receiving area 9 or. 13th from the dental arch 5 removed and placed in the scanning system, which covers the entire surface of the device 6th , 11 detected. The magnetic resonance tomography recording can be carried out immediately after it has been placed on the dental arch, or at a later point in time at which the meanwhile from the dental arch 5 removed device 6th , 11 reinserted into the patient's mouth and onto the dental arch 5 is put on. The surface data recorded by the scanning system and the three-dimensional volume data obtained by the magnetic resonance tomography are then spatially aligned with the help of the markers in such a way that the markers show the best spatial correspondence of their position, for example through best-fit alignment, and thus a high quality the image fusion is obtained.

Anschließend wird mittels des durch die fusionierten Daten dargestellten Bildes die Planung von Implantatpositionen durchgeführt und am Ende dieses Planungsprozesses eine Bohrschablone zum geführten Inserieren der Implantate mittels additiver oder subtraktiver Fertigungsverfahren hergestellt.The implant positions are then planned using the image represented by the merged data and, at the end of this planning process, a drilling template for guided insertion of the implants is produced using additive or subtractive manufacturing processes.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

55: ZahnbogenDental arch
5a5a: Oberflächesurface
66th: Vorrichtungcontraption
6a6a: Innenseiteinside
6b6b: AußenseiteOutside
77th: Randedge
88th: GingivaGingiva
99: Füllmaterialfilling material
1010: AufbissbereichBite area
1111: Vorrichtungcontraption
11a11a: Innenseiteinside
11b11b: AußenseiteOutside
1212th: Markermarker
1313th: Füllmaterialfilling material
1414th: Randedge
1515th: Magnetresonanztomographie-KontrastmittelMagnetic resonance imaging contrast media
1616: HülleShell
16a16a: InnenwandInner wall
16b16b: AußenwandOuter wall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

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Dremmen et al., AJNR Am J Neuroradiol 38: 2187-2192 [0003]

Claims

Device for placing on a dental arch (5) in a dental magnetic resonance tomography, which is loaded on its inner side (6a) facing the dental arch (5) with a substance (9) that is more signal-rich in relation to the tooth substance, characterized in that the substance ( 9) is arranged in a gingivally open receiving area which is delimited by the inside (6a) and which, due to its shape and dimensions, surrounds the dental arch (5) laterally and occlusally at a distance.

Device according to Claim 1 , characterized in that an occlusal bite area (10) is formed on the outside (6b) of the device (6) opposite the inside (6a).

Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the distance between the dental arch (5) and the inside (6a) of the device (6) delimiting the receiving area is in the order of millimeters, in particular not less than 0.5 mm, and preferably in the range of 2 up to 4 mm.

Device according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that it has the basic shape of an impression tray.

Device according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the substance (9) is a dimensionally stable, water-containing gel, in particular a hydrocolloid impression material.

Device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that a marker (12) is arranged on the outside (6b) opposite the inside (6a), which marker can be detected both by magnetic resonance tomography and by surface scanning.

Device according to Claim 6 , characterized in that the marker (12) has a magnetic resonance tomography contrast medium (15), in particular zirconium oxide.

Device according to Claim 7 , characterized in that the marker (12) consists of plastic which is enriched with the magnetic resonance tomography contrast agent.

Device according to Claim 7 , characterized in that the marker (12) has an outer casing (16) in the form of a geometric body, in which the contrast agent (15) is enclosed.

Device according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that it is tailored for a specific shape and / or size range of dental arches (5).

A method to support imaging in dental magnetic resonance tomography, in which a device (6) is placed on a dental arch (5) which, on its inner side (6a) facing the dental arch (5), is coated with a substance ( 9) is loaded, characterized in that the substance (9) is arranged in a gingivally open receiving area delimited by the inside (6a), which due to its shape and dimensions surrounds the dental arch (5) laterally and occlusally at a distance, and that the three-dimensional volume data of the hard tooth substance obtained in magnetic resonance tomography are fused with surface data of the hard tooth substance obtained by a surface scanning process.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the merging of three-dimensional volume data and the surface data takes place on the basis of recording data from a marker arrangement (12) provided on the device (6).

Procedure according to Claim 11 or 12th , characterized in that data corresponding to an implant position are superimposed on the merged data.

Procedure according to Claim 13 , characterized in that a corresponding implant drilling template representing data are formed from the fused data superimposed with an implant position.

Method according to one of the Claims 11 to 14th , characterized in that the surface data is acquired by scanning the device (6) after it has been removed from the dental arch (5).