DE102019116188A1

DE102019116188A1 - Verfahren zum Korrigieren eines Modells eines Kiefers

Info

Publication number: DE102019116188A1
Application number: DE102019116188.6A
Authority: DE
Inventors: Yong-min Jo
Original assignee: Ca Digital GmbH
Current assignee: Ca Digital GmbH
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2020-12-17
Also published as: WO2020249597A1

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Korrigieren eines Modells (1) eines Kiefers eines Patienten, das an einer Grenzlinie (6) zwischen Zahnkrone (7) und Zahnfleisch (8) eines Zahns (3) in dem Kiefer grob genähert ist, wobei unterhalb der Grenzlinie (6) am Zahnhals ein zu einer Zahnwurzel (4) des Zahns (3) gerichteter Sulcus (9) im Zahnfleisch (8) angebracht wird.Um die Korrektur zu verbessern und zu vereinfachen wird vorgeschlagen, dass die Grenzlinie (6) in einem Foto (2) des Kiefers bestimmt, eine Ansicht des Modells (1) mit dem Foto (2) in Deckung gebracht und die Grenzlinie (6) in der Ansicht auf das Modell (1) projiziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren eines Modells eines Kiefers eines Patienten, das an einer Grenzlinie zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch eines Zahns in dem Kiefer grob genähert ist, wobei unterhalb der Grenzlinie am Zahnhals ein zu einer Zahnwurzel des Zahns gerichteter Sulcus im Zahnfleisch angebracht wird.
Kieferorthopädische Geräte wie Schienen (sog. „Aligner“) und Spangen zur Korrektur von Zahnfehlstellungen sowie Bleachingschienen zum Bleichen der Labialflächen der Zähne werden anhand eines Echtmodells des Kiefers hergestellt und an das Echtmodell angeformt. Die Form des Kiefers wird mittels einer Abformmasse oder digital mittels eines Intraoralscanners vom Kiefer abgenommen und das Echtmodell in der erstarrten Abformmasse abgegossen oder aus dem digitalen Modell in einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt.
Die Abbildungsqualität von in Relation zu den Zähnen kleinen Details, wie insbesondere der zirkulär um den Zahn verlaufenden Vertiefung zwischen Zahnhals und Zahnfleisch („Sulcus gingivae“) ist in den bekannten Verfahren gering. Beim Abformen aufgrund der Oberflächenspannung der Abformmasse und beim Scannen aufgrund der Auflösung des Intraoralscanners wird die Vertiefung regelmäßig nicht abgebildet, sondern stattdessen ein genäherter „weicher“ Übergang zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch oberhalb der tatsächlichen Grenzlinie modelliert.
Zur Herstellung von kieferorthopädischen Geräten, die nahe an der tatsächlichen Grenzlinie zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch verlaufen sollen, ist es bekannt, das Echtmodell nachzubearbeiten und unterhalb der Grenzlinie am Zahnhals einen zur Zahnwurzel gerichteten angenommenen Sulcus manuell in das Zahnfleisch zu modellieren.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Korrektur des Modells zu verbessern und zu vereinfachen.
Lösung
Ausgehend von dem bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die Grenzlinie in einem Foto des Kiefers bestimmt, eine Ansicht des Modells mit dem Foto in Deckung gebracht und die Grenzlinie in der Ansicht auf das Modell projiziert wird. In einem Foto des Kiefers ist der tatsächliche Verlauf der Grenzlinie zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch anhand des Farbwechsels unmittelbar zu erkennen. Durch Überlagerung des Fotos und einer entsprechenden Ansicht des Modells kann diese auf das Modell projiziert und der Sulcus mit deutlich besserer Näherung an die tatsächliche Position im Kiefer positioniert werden.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch die Grenzlinie in dem Foto bestimmt, die Ansicht mit dem Foto in Deckung gebracht wird und/oder der Sulcus angebracht. Die Grenzlinie lässt sich mittels allgemein bekannter Techniken zur Bildbearbeitung anhand des Farbwechsels zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch im Foto automatisch bestimmen. Eine Ansicht, in der das dreidimensionale Modell mit dem zweidimensionalen Foto in Deckung ist, lässt sich mittels allgemein bekannter Techniken zur Objekterkennung automatisch bestimmen. Der Sulcus lässt sich aus für jeden Zahntyp allgemein bekannten Daten mit sehr guter Näherung automatisch bestimmen. Durch die Automatisierung wird die Korrektur signifikant vereinfacht.
Vorzugsweise werden im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Modell der Zahn segmentiert, eine Zahnwurzel des Zahns extrapoliert und/oder Interdentalflächen des Zahns interpoliert. Als „Segmentieren“ wird die zumeist halbautomatische Auswahl von Teilflächen des Modells und Zuordnung zu spezifischen Zähnen bezeichnet. Die Interpolation der Interdentalflächen zum Schließen der entstehenden Lücken in den Oberflächen der einzelnen Zähne sowie die Extrapolation der Zahnwurzeln sind allgemein bekannt. Die segmentierten Zähne können dann beispielsweise zur Herstellung einer Schiene zur Korrektur einer Zahnfehlstellung einzeln oder gruppiert in ihre jeweilige Sollstellung verschoben werden.
Vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Modell ein virtuelles Oberflächenmodell und das Foto liegt digital vor. Das Modell und das Foto lassen sich dann besonders einfach automatisch verarbeiten.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Oberflächenmodell automatisch zunächst in eine Punktwolke konvertiert, dann in der Punktwolke der Sulcus angebracht und schließlich aus der Punktwolke erneut ein Oberflächenmodell berechnet. Die Erzeugung eines polygonalen Oberflächenmodells durch Triangulation des Scans ist allgemein bekannt, ebenso wie die Berechnung einer Punktwolke mit Oberflächenpunkten und ihren Normalen aus Dreiecksflächen im Raum. In der Punktwolke können einzelne Punkte verschoben oder gelöscht werden, ohne benachbarte Oberflächenelemente zu beeinflussen. Auch umgekehrt ist die Berechnung eines Oberflächenmodells aus einer Punktwolke allgemein bekannt, beispielsweise durch das unter dem Stichwort „MPU-Implicits“ aus Ohtake Y. et al.: Multi-level Partition of Unity Implicits bekannte Verfahren.
Beispielsweise können in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren dem Zahnfleisch oberhalb der Grenzlinie zugeordnete Oberflächenpunkte der Punktwolke ermittelt und parallel zur Zahnwurzel verschoben werden, um einen dem Sulcus entsprechenden Verlauf anzunähern.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, zum Herstellen einer Schiene für Zähne eines Patienten, wobei ein virtuelles Sollmodell der Zähne erzeugt und anhand des Sollmodells ein Echtmodell der Zähne hergestellt, eine Kunststofffolie in einem Tiefziehverfahren auf das Echtmodell aufgebracht, gehärtet und als Schiene von dem Echtmodell abgenommen wird, das Sollmodell gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zu korrigieren.
Alternativ können zunächst ein virtuelles Istmodell mit einer Fehlstellung der Zähne aufgenommen, die Zähne in dem Sollmodell aus der Fehlstellung in eine Sollstellung verschoben und das Istmodell gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren korrigiert werden. Die Schiene (ein sog. „Aligner“) kann dann sehr gut an den tatsächlichen Verlauf der Grenzlinie zwischen Zahnkrone und Zahnfleisch herangeführt werden.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Echtmodell in einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt, weiter vorzugsweise gedruckt. Rapid Prototyping erlaubt die kosteneffiziente und schnelle Fertigung von Einzelstücken unmittelbar aus einem Oberflächenmodell.
Schließlich werden erfindungsgemäß ein Softwareprogrammprodukt zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem programmierbaren Universalrechner sowie die Ausführung des Softwareprogrammprodukts auf dem Universalrechner vorgeschlagen.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

1 ein Foto von Zähnen eines Patienten und
2 eine schematische Darstellung der Erfindung.

Zur Herstellung einer Bleachingschiene wird zunächst mittels eines Intraoralscanners ein virtuelles Modell 1 und mittels einer Digitalkamera ein Foto 2 der Zähne 3 eines Patienten aufgenommen. Das Modell 1 wird als trianguliertes Oberflächennetz und das Foto 2 als Bitmap auf einem Universalrechner in Dateiform gespeichert.
Im Rahmen einer Segmentierung werden halbautomatisch in dem Modell 1 die den einzelnen Zähnen 3 zugeordneten Oberflächenelemente selektiert und gespeicherten Zahntypen zugeordnet, der Universalrechner ergänzt anhand des jeweils gewählten Zahntypus automatisch durch Interpolation die an jedem einzelnen Zahn 3 nach dem Scan fehlenden Interdentalflächen und durch Extrapolation die fehlenden Zahnwurzeln 4. Aus dem Modell 1 berechnet der Universalrechner sodann eine Punktwolke mit Oberflächenpunkte und den Oberflächenpunkten zugeordneten Oberflächennormalen.
In dem Foto 2 bestimmt der Universalrechner automatisch durch Kantenerkennung zwischen unterschiedlich gefärbten Bereichen eine Umrandung 5 der Zähne 3, die die Grenzlinie 6 zwischen Zahnkrone 7 und Zahnfleisch 8 umfasst, bestimmt eine Ansicht des Modell 1, in der dieses mit dem Foto 2 und der Umrandung 5 in Deckung ist, projiziert in dieser Ansicht die Grenzlinie 6 auf das Modell 1 und bringt im Modell 1 unterhalb der Grenzlinie 6 einen Sulcus 9 in dem Zahnfleisch 8 an. Hierzu werden Oberflächenpunkte, die im Modell 1 dem Zahnfleisch 8, aber oberhalb der Grenzlinie 6 liegen, parallel zur Zahnwurzel 4 verschoben.
Anschließend wird aus der geänderten Punktwolke durch ein MPU-Implicits-Verfahren automatisch wieder ein trianguliertes Oberflächenmodell mit einer dem tatsächlichen Verlauf im Kiefer im Wesentlichen entsprechenden Näherung des Sulcus 9 berechnet und ein Echtmodell im 3D-Druck hergestellt. Über das Echtmodell wird eine Kunststofffolie im Tiefziehverfahren aufgebracht und gehärtet und als fertige Bleachingschiene von dem Echtmodell abgenommen.
In einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung eines Aligners entsprechend zunächst ein virtuelles Istmodell der Zähne aufgenommen und segmentiert, dann werden die Zähne aus einer Fehlstellung im Istmodell in eine Sollstellung in einem virtuellen Sollmodell verschoben. In dem Sollmodell wird dann wie vorstehend beschrieben der genäherte Sulcus 9 angebracht, das Echtmodell aus dem Sollmodell gedruckt und aus der Kunststofffolie der Aligner hergestellt.
In weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand des Sollmodells eine feste oder eine herausnehmbare Zahnspange mit gebogenem Draht hergestellt.
In den Figuren sind

1: Modell
2: Foto
3: Zahn
4: Zahnwurzel
5: Umrandung
6: Grenzlinie
7: Zahnkrone
8: Zahnfleisch
9: Sulcus

Claims

Verfahren zum Korrigieren eines Modells (1) eines Kiefers eines Patienten, das an einer Grenzlinie (6) zwischen Zahnkrone (7) und Zahnfleisch (8) eines Zahns (3) in dem Kiefer grob genähert ist, wobei unterhalb der Grenzlinie (6) am Zahnhals ein zu einer Zahnwurzel (4) des Zahns (3) gerichteter Sulcus (9) im Zahnfleisch (8) angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlinie (6) in einem Foto (2) des Kiefers bestimmt, eine Ansicht des Modells (1) mit dem Foto (2) in Deckung gebracht und die Grenzlinie (6) in der Ansicht auf das Modell (1) projiziert wird.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass automatisch die Grenzlinie (6) in dem Foto (2) bestimmt, die Ansicht mit dem Foto (2) in Deckung gebracht wird und/oder der Sulcus (9) angebracht wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modell (1) der Zahn (3) segmentiert, eine Zahnwurzel (4) des Zahns (3) extrapoliert und/oder Interdentalflächen des Zahns (3) interpoliert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (1) ein virtuelles Oberflächenmodell ist und das Foto (2) digital vorliegt.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenmodell automatisch zunächst in eine Punktwolke konvertiert wird, dann in der Punktwolke der Sulcus (9) angebracht und schließlich aus der Punktwolke erneut ein Oberflächenmodell berechnet wird.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zahnfleisch (8) oberhalb der Grenzlinie (6) zugeordnete Oberflächenpunkte der Punktwolke ermittelt und parallel zur Zahnwurzel (4) verschoben werden.
Verfahren zum Herstellen einer Schiene für Zähne (3) eines Patienten, wobei ein virtuelles Sollmodell der Zähne (3) erzeugt und anhand des Sollmodells ein Echtmodell der Zähne (3) hergestellt, eine Kunststofffolie in einem Tiefziehverfahren auf das Echtmodell aufgebracht, gehärtet und als Schiene von dem Echtmodell abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollmodell gemäß einem der vorgenannten Ansprüche korrigiert wird.
Verfahren nach dem Oberbegriff des vorgenannten Anspruchs, wobei zunächst ein virtuelles Istmodell mit einer Fehlstellung der Zähne (3) aufgenommen wird und die Zähne (3) in dem Sollmodell aus der Fehlstellung in eine Sollstellung verschoben werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Istmodell gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Echtmodell in einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt, vorzugsweise gedruckt wird.
Softwareprogrammprodukt zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche auf einem programmierbaren Universalrechner.