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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Kieferoperationen erfordern in der Regel eine hohe Genauigkeit in der Planung, da die Kiefer nur wenige Millimeter operativ bewegt werden können.
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Ein Ziel bzw. ein Endergebnis einer Kieferoperation ist üblicherweise immer ein richtiger Zubiss.
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Die Planungen für eine Kieferoperation werden üblicherweise bisher immer an Abdrücken von den Kiefern durchgeführt. Diese müssen richtig im Raum orientiert werden. Die Größe der Bewegung wird an Röntgenbildern festgelegt.
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Um die räumlichen Abstände der Kiefer zum Schädel richtig zu simulieren, muss ein sogenannter Gesichtsbogen am Patienten angelegt werden. Der Gesichtsbogen überträgt die Lage der Kiefer in einen Artikulator.
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Im Artikulator wird dann die Operation simuliert und eine Bissschiene hergestellt, mit der der Chirurg die geplanten Bewegungen in der Operation überträgt.
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Der Artikulator ermöglicht eine anatomisch genaue Öffnungsbewegung der Kiefer. Dies ist eine Vorbedingung zur Anfertigung der Bissschiene.
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Intraorale Scanner sind mittlerweile technisch so gut, dass sie den Abdruck und das daraus entstehende Gips-Modell ersetzen können.
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Es besteht hierbei allerdings der Bedarf, eine räumliche Beziehung des Kiefermodells zum Schädel des Patienten herzustellen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten bereitgestellt, aufweisend die Schritte:
- i) Erhalten eines digitalen 3D-Modells der Zahnreihen des oberen und unteren Kiefers;
- ii) Erhalten einer Fernröntgenseitenaufnahme des Kopfes des Patienten, in welcher die Zahnreihen, die Kiefer und Teile des Schädels in Seitenansicht dargestellt sind;
- iii) Bestimmen von Positionen von charakteristischen Punkten in der Fernröntgenseitenaufnahme, mittels welcher die geometrische Lage eines am Patienten angelegten Gesichtsbogens relativ zu seinen Kiefern und Zahnreihen simuliert wird, wobei der Gesichtsbogen zur Ermittlung der geometrischen Lage des Oberkiefers zur Schädelbasis und zu ihrer Übertragung auf einen Artikulator dient;
- iv) Ermitteln der Lage der Rotationsachse des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme auf Basis der zuvor bestimmten Positionen der charakteristischen Punkte;
- v) Ermitteln einer horizontalen Neigung der oberen Zahnreihe in einer fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten, in welcher das Gesicht und der geöffnete Mund in einer Vorderansicht dargestellt sind;
- vi) Ausrichten der Zahnreihen im erhaltenen digitalen 3D-Modell gemäß den anatomischen Gegebenheiten beim Patienten auf Basis der ermittelten charakteristischen Punkte und der ermittelten Neigung der oberen Zahnreihe;
- vii) Ermitteln einer optimalen im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellenden Lage der Kiefer relativ zueinander durch Versetzen der Zahnreihen im ausgerichteten digitalen 3D-Modell zu deren initialen Ausrichtung und zur Rotationsachse.
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Nach einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem dritten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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Nach einem vierten Aspekt wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm nach dem dritten Aspekt gespeichert ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass in der Fernröntgenseitenaufnahme Positionen von charakteristischen Punkten bestimmt werden, mittels welcher die geometrische Lage eines am Patienten angelegten Gesichtsbogens relativ zu seinen Kiefern und Zahnreihen simuliert wird. Das Bestimmen dieser Positionen in der erhaltenen Fernröntgenseitenaufnahme kann beispielsweise anhand einer Korrelation zwischen röntgenanatomischen Strukturen und spezifischen Punkten des simulierten Gesichtsbogens erfolgen. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Korrelation in einer Reihenuntersuchung von an Patientenköpfen angebrachten röntgendichten Markern, welche spezifische Punkte des Gesichtsbogens repräsentieren, ermittelt worden ist.
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Basierend auf diesen bestimmten charakteristischen Punkten ist es in vorteilhafter Weise dann effizient möglich, die Lage der Rotationsachse des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme zu ermitteln.
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Weiter können die Zahnreihen im erhaltenen digitalen 3D-Modell auf Basis der ermittelten charakteristischen Punkte effizient ausgerichtet werden.
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Somit kann in vorteilhafter Weise eine optimale im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellende Lage der Kiefer relativ zueinander effizient ermittelt werden.
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Somit wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass ein kieferchirurgischer Eingriff bei einem Patienten effizient geplant werden kann, wobei diese Planung in effizienter Weise ohne Abdrücke, ohne einen Gesichtsbogen, ohne ein Gipsmodell und ohne einen Artikulator erfolgen kann.
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Weiter kann für diese Planung auch auf weitere, bisher notwendige, Ressourcen, zum Beispiel ein Dental-Labor, Zahntechniker und/oder Materialien, verzichtet werden.
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Weiter ermöglicht das Konzept in effizienter Weise einen Ausdruck der Bissschiene auf einem 3D-Plotter, ohne hierfür, wie vorstehend bereits ausgeführt, Abdrücke, Gesichtsbogen, Gipsmodelle oder einen Artikulator verwenden zu müssen.
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Somit wird also insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Konzept zum effizienten Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten bereitgestellt ist.
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Die Anordnung aus Zahnreihen, Kiefer und Teile des Schädels kann auch als ein craniofazialer Komplex bezeichnet werden. Das heißt also, dass in der Fernröntgenseitenaufnahme des Kopfes des Patienten ein craniofazialer Komplex in Seitenansicht dargestellt ist.
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Die charakteristischen Punkte können auch als „Landmarks“ bezeichnet werden.
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Mittels eines Artikulators ist es zum Beispiel ermöglicht, Kiefergelenksbewegungen zu simulieren.
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Die initiale Ausrichtung der Zahnreihen und die Rotationsachse des Unterkiefers können zum Beispiel als Referenzen der Bewegungen des Kiefers dienen.
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Eine optimale im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellende Lage der Kiefer entspricht zum Beispiel einem richtigen Zubiss.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Erstellen des digitalen 3D-Modells der Zahnreihen mittels eines Dental-Scanners erfolgt.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das digitale 3D-Modell der Zahnreihen effizient erstellt werden kann.
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Das heißt also zum Beispiel, dass das Erstellen des digitalen 3D-Modells auf Basis der konfokalen Mikroskopie erfolgen kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bestimmen von Positionen der charakteristischen Punkte in der erhaltenen Fernröntgenseitenaufnahme anhand einer Korrelation erfolgt zwischen röntgenanatomischen Strukturen und spezifischen Punkten des simulierten Gesichtsbogens.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Positionen der charakteristischen Punkte effizient bestimmt werden können.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Korrelation in einer Reihenuntersuchung von an Patientenköpfen angebrachten röntgendichten Markern, welche spezifische Punkte des Gesichtsbogens repräsentieren, und insbesondere die Dimension des Gesichtsbogens repräsentieren, ermittelt worden ist.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Korrelation effizient ermittelt worden ist.
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Durch das Vorsehen einer solchen Reihenuntersuchung hinsichtlich des Ermittelns der Korrelation wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das hier beschriebene Konzept für eine Vielzahl von unterschiedlichen Patienten effizient eingesetzt werden kann.
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Ein röntgendichter Marker ist zum Beispiel ein Metallmarker.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bestimmung der geometrischen Lage des simulierten Gesichtsbogens und der geometrischen Lage der Rotationsachse des Unterkiefers auf Basis von vier charakteristischen Punkten erfolgt.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Bestimmung der geometrischen Lage effizient und schnell erfolgen kann.
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Insbesondere sind genau vier charakteristische Punkte vorgesehen.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Fernröntgenseitenbild
- - ein erster charakteristischer Punkt einem untersten Randpunkt des äußeren knöchernen Gehörganges im entspricht;
- - ein zweiter charakteristischer Punkt einem Punkt auf der Haut an der tiefsten Einziehung zwischen Nase und Stirn entspricht;
- - ein dritter charakteristischer Punkt einer Schneidekante des am weitesten vorstehenden oberen Schneidezahnes entspricht; und
- - ein vierter charakteristischer Punkt einer Spitze des Höckers des letzten oberen Backenzahns entspricht.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass besonders geeignete charakteristische Punkte verwendet werden.
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Der erste charakteristische Punkt entspricht zum Beispiel der Ohrolive des Gesichtsbogens.
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Der zweite charakteristische Punkt entspricht zum Beispiel der Nasenstütze des Gesichtsbogens.
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Der dritte charakteristische Punkt entspricht zum Beispiel dem vorderen Einbiss der oberen Zahnreihe in die Bissgabel des Gesichtsbogens.
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Der vierte charakteristische Punkt entspricht zum Beispiel dem hinteren Einbiss der oberen Zahnreihe in die Bissgabel des Gesichtsbogens.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die horizontale Neigung der Zahnreihen in der fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten mittels der Pupillen des Patienten ausgerichtet wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die horizontale Neigung effizient ausgerichtet werden kann.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die horizontale Neigung der Zahnreihen durch einen Vergleich des Winkels zwischen einer Verbindungslinie zwischen den beiden Pupillen und einer Verbindungslinie zwischen den beiden Seiten der unteren und/oder oberen Zahnreihe ausgerichtet wird.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die horizontale Neigung effizient ausgerichtet werden kann.
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In einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
- Ausrichten der Zahnreihen und der Kiefer des digitalen 3D-Modells gemäß von mittels eines vorbestimmten Algorithmus berechneten Geometrien auf Basis der charakteristischen Punkte und der ermittelten Neigung der oberen Zahnreihe und der Kiefer in einem 3D-Koordinatensystem eines CAD-Programms;
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Positionieren der Rotationsachse in einem, insbesondere mittels des vorbestimmten Algorithmus, berechneten Abstand zu den Zahnreihen und der Kiefer.
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Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass das Ausrichten und das Positionieren effizient durchgeführt werden können.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verfahren nach dem ersten Aspekt mittels der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt ausgeführt oder durchgeführt wird.
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Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt.
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Das heißt also insbesondere, dass sich technische Funktionalitäten der Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Verfahrens nach dem ersten Aspekt und umgekehrt ergeben.
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Ein Gesichtsbogen bezeichnet insbesondere ein Gerät, das eine Übertragung individuell am Patienten gemessener Parameter in einen Artikulator ermöglicht. Der Gesichtsbogen dient insbesondere zur Lagebestimmung des Oberkiefers im Verhältnis zur Schädelbasis bzw. zum Kiefergelenk. Dazu wird zum Beispiel der Gesichtsbogen beidseitig am äußeren Gehörgang mit den Oliven sowie mit einer Nasenstütze am Kopf des Patienten fixiert.
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Ein Artikulator ist zum Beispiel ein Gerät zur Simulation einer Kiefergelenksbewegung.
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Nach einer Ausführungsform ist das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ein computerimplementiertes Verfahren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten,
- 2 eine Vorrichtung,
- 3 ein maschinenlesbares Speichermedium,
- 4 eine Fernröntgenseitenaufnahme eines Patienten.
- 5 eine vereinfachte Darstellung der Fernröntgenseitenaufnahme gemäß 4,
- 6 ein digitales 3D-Modell der Zahnreihen des oberen und unteren Kiefers,
- 7 eine Fernröntgenseitenaufnahme des Kopfes des Patienten,
- 8 die vier gemäß dem Schritt des Bestimmens bestimmte charakteristischen Punkte in der Fernröntgenseitenaufnahme der 7,
- 9 die gemäß dem Schritt des Ermittelns ermittelte Lage der Rotationsachse des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme der 7,
- 10 eine fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten,
- 11 gemäß dem Schritt des Ausrichtens ausgerichtete Zahnreihen,
- 12 eine optimale im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellende Lage und
- 13 die optimal eingestellten Kiefer bei geöffnetem Mund.
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Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Weiter kann der Übersicht halber vorgesehen sein, dass nicht in jeder Zeichnung alle Bezugszeichen vorhanden sind.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Planen eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- i) Erhalten 101 eines digitalen 3D-Modells der Zahnreihen des oberen und unteren Kiefers;
- ii) Erhalten 103 einer Fernröntgenseitenaufnahme des Kopfes des Patienten, in welcher die Zahnreihen, die Kiefer und Teile des Schädels in Seitenansicht dargestellt sind;
- iii) Bestimmen 105 von Positionen von charakteristischen Punkten in der Fernröntgenseitenaufnahme, mittels welcher die geometrische Lage eines am Patienten angelegten Gesichtsbogens relativ zu seinen Kiefern und Zahnreihen simuliert wird, wobei der Gesichtsbogen zur Ermittlung der geometrischen Lage des Oberkiefers zur Schädelbasis und zu ihrer Übertragung auf einen Artikulator dient;
- iv) Ermitteln 107 der Lage der Rotationsachse des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme auf Basis der zuvor bestimmten Positionen der charakteristischen Punkten;
- v) Ermitteln 109 einer horizontalen Neigung der oberen Zahnreihe in einer fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten, in welcher das Gesicht und der geöffnete Mund in einer Vorderansicht dargestellt sind;
- vi) Ausrichten 111 der Zahnreihen im erhaltenen digitalen 3D-Modell gemäß den anatomischen Gegebenheiten beim Patienten auf Basis der ermittelten charakteristischen Punkte und der ermittelten Neigung der oberen Zahnreihe;
- vii) Ermitteln 113 einer optimalen im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellenden Lage der Kiefer relativ zueinander durch Versetzen der Zahnreihen im ausgerichteten digitalen 3D-Modell zu deren initialen Ausrichtung und zur Rotationsachse.
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2 zeigt eine Vorrichtung 201.
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Die Vorrichtung 201 ist eingerichtet, alle Schritte des Verfahrens nach dem ersten Aspekt auszuführen.
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Die Vorrichtung 201 umfasst einen Eingang 203, welcher eingerichtet ist, ein digitales 3D-Modell der Zahnreihen des oberen und unteren Kiefers zu erhalten bzw. zu empfangen. Das Erhalten bzw. Empfangen kann zum Beispiel ein Empfangen des digitalen 3D-Modells über ein Kommunikationsnetzwerk umfassen.
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Der Eingang 203 ist weiter eingerichtet, eine Fernröntgenseitenaufnahme des Kopfes des Patienten zu erhalten bzw. zu empfangen, in welcher die Zahnreihen, die Kiefer und Teile des Schädels in Seitenansicht dargestellt sind. Der Eingang 203 kann zum Beispiel die Fernröntgenseitenaufnahme von einem Scanner erhalten, welcher die Fernröntgenseitenaufnahme einscannt, und/oder von einer Röntgenapparatur erhalten, welcher die Fernröntgenseitenaufnahme angefertigt hat. Das Erhalten bzw. Empfangen kann zum Beispiel ein Empfangen der Fernröntgenseitenaufnahme über das Kommunikationsnetzwerk umfassen.
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Die Vorrichtung 201 umfasst weiter einen Prozessor 205, welcher eingerichtet ist, Positionen von charakteristischen Punkten in der Fernröntgenseitenaufnahme zu bestimmen, mittels welcher die geometrische Lage eines am Patienten angelegten Gesichtsbogens relativ zu seinen Kiefern und Zahnreihen simuliert wird, wobei der Gesichtsbogen zur Ermittlung der geometrischen Lage des Oberkiefers zur Schädelbasis und zu ihrer Übertragung auf einen Artikulator dient.
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Der Prozessor 205 ist weiter eingerichtet, die Lage der Rotationsachse des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme auf Basis der zuvor bestimmten charakteristischen Punkte zu ermitteln.
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Der Prozessor 205 ist weiter eingerichtet, eine horizontale Neigung der Zahnreihen in einer fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten zu ermitteln, in welcher das Gesicht und der geöffnete Mund in einer Vorderansicht dargestellt sind.
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Der Prozessor 205 ist weiter eingerichtet, die Zahnreihen im erhaltenen digitalen 3D-Modell gemäß den anatomischen Gegebenheiten beim Patienten auf Basis der ermittelten charakteristischen Punkte und der ermittelten Neigung der Zahnreihen auszurichten.
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Weiter ist der Prozessor 205 eingerichtet, eine optimale im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellende Lage der Kiefer relativ zueinander durch Versetzen der Zahnreihen im ausgerichteten digitalen 3D-Modell zu deren initialen Ausrichtung und zur Rotationsachse zu ermitteln.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 201 einen Ausgang 207, welcher eingerichtet ist, Lagesignale auszugeben, welche die ermittelte Lage der Kiefer repräsentieren.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Eingang 203 eingerichtet ist, die vorstehend beschriebene fotografische Aufnahme des Kopfes des Patienten zu empfangen bzw. zu erhalten. Das Erhalten bzw. Empfangen kann zum Beispiel ein Empfangen der fotografischen Aufnahme über das Kommunikationsnetzwerk umfassen.
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Erhalten und empfangen können im Rahmen dieser Beschreibung synonym verwendet werden.
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3 zeigt ein maschinenlesbares Speichermedium 301.
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Auf dem maschinenlesbaren Speichermedium 301 ist ein Computerprogramm 303 gespeichert.
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Das Computerprogramm 303 umfasst Befehle, die bei Ausführung des Computerprogramms 303 durch einen Computer, beispielsweise durch die Vorrichtung 201 der 2, diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt auszuführen.
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4 zeigt eine Fernröntgenseitenaufnahme 401 eines Patienten mit Gesichtsbogen.
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In der Fernröntgenseitenaufnahme 401 ist ein craniofazialer Komplex 405 in Seitenansicht dargestellt.
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Das heißt also, dass die Fernröntgenseitenaufnahme 401 eine obere Zahnreihe 407 und eine untere Zahnreihe 409 des Patienten zeigt.
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Weiter zeigt die Fernröntgenseitenaufnahme 401 einen oberen Kiefer 411 und einen unteren Kiefer 413.
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Weiter zeigt die Fernröntgenseitenaufnahme 401 Teile des Schädels 415, wobei diese hier nur stark vereinfacht dargestellt sind.
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Das hier beschriebene Konzept sieht vor, in der Fernröntgenseitenaufnahme 401 Positionen von charakteristischen Punkten zu bestimmen.
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Gemäß 4 sind vier solche charakteristische Punkte eingezeichnet:
- Ein erster charakteristischer Punkt 417 entspricht einem untersten Randpunkt des äußeren knöchernen Gehörgangs 419.
- Ein zweiter charakteristischer Punkt 421 entspricht einem Punkt auf der Haut 423 an der tiefsten Einziehung zwischen Nase 425 und Stirn 427.
- Ein dritter charakteristischer Punkt 429 entspricht einer Schneidekante des am weitesten vorstehenden oberen Schneidezahns 431.
- Ein vierter charakteristischer Punkt 433 entspricht einer Spitze des Höckers 435 des letzten oberen Backenzahns 437.
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Mittels der Positionen dieser vier charakteristischen Punkte 417, 421, 429, 433 wird eine geometrische Lage eines am Patienten angelegten Gesichtsbogens 439 relativ zu seinen Kiefern 411, 413 und Zahnreihen 407, 409 simuliert.
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Der Gesichtsbogen 439 dient zur Ermittlung der geometrischen Lage des Oberkiefers 411 mit der oberen Zahnreihe 407 zur Schädelbasis und zu ihrer Übertragung auf einen Artikulator (nicht gezeigt).
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Das heißt also, dass der Gesichtsbogen 439 vorliegend ein simulierter Gesichtsbogen ist.
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Das hier beschriebene Konzept ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Positionen der vorstehend beschriebenen charakteristischen Punkte 417, 421, 429, 433 in der Fernröntgenseitenaufnahme 401 zu bestimmen, ohne dass hierfür ein realer Gesichtsbogen an den Patienten angelegt werden muss.
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Auf Basis der zuvor bestimmten Positionen der vier charakteristischen Punkte 417, 421, 429, 433 wird die Lage der Rotationsachse 441 des Unterkiefers 413 in der Fernröntgenseitenaufnahme 401 ermittelt.
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5 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung der Fernröntgenseitenaufnahme 401 der 4.
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Aus der 4 wurden lediglich die vier charakteristischen Punkte 417, 421, 429 und 433 sowie die Rotationsachse 441 des Unterkiefers 413 übernommen.
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Weiter ist ein x,y-Koordinatensystem 501 eingezeichnet. Die x-Achse des x,y-Koordinatensystems 501 ist mit dem Bezugszeichen 503 und die y-Achse des x,y-Koordinatensystems 501 ist mit dem Bezugszeichen 505 gekennzeichnet.
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Ein vorbestimmter Algorithmus kann zum Beispiel einen oder mehrere der folgenden Schritte bzw. Merkmale umfassen:
- Die Fernröntgenseitenaufnahme 401 ist zum Beispiel maßstabsgetreu.
- Mit einem Bildverarbeitungsprogramm werden zum Beispiel die Punkte 417, 421, 429, 433 und deren x,y-Koordinaten im x,y-Koordinatensystem 501 zur Berechnung abgegriffen bzw. ermittelt.
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Eine oder mehrere oder alle der folgenden festen Größen des Gesichtsbogens fließen zum Beispiel in die Berechnung ein:
- 1. Vertikale Höhe, der Nasenstütze: Strecke 421 - 421' (Abstand C-B), welche zum Beispiel mit 30 mm vom Hersteller vorgegeben ist. Die vertikale Höhe bzw. der Abstand C-B ist zusätzlich mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 507 gekennzeichnet.
- 2. Horizontale Strecke zwischen Ohrolive (Punkt 417 bzw. A) und Rotationsachse 441 des Artikulators, wenn Gesichtsbogen und Artikulator gekoppelt würden: Strecke 417 - 441 (bzw. Abstand A-441), welche zum Beispiel mit 10 mm ebenfalls vom Hersteller vorgegeben ist. Der Abstand A-441 ist zusätzlich mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 509 gekennzeichnet.
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Über Mechaniken lässt sich zum Beispiel der Gesichtsbogen am Gesicht des Patienten anpassen. Die veränderbaren Größen umfassen dabei zum Beispiel:
- a. Entfernung des Nasenstütze zu den Ohroliven: Strecke 417 - 421'.
- b. Lage der Bissgabel, repräsentiert durch die Punkte 429 und 433.
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Über trigonometrische Funktionen wird zum Beispiel folgendes berechnet:
- Gegeben sei ein rechtwinkeliges Dreieck, gebildet aus den Punkten A (417), C(421) und B(421'). Die Strecke AC berechnet sich aus der Wurzel (xC-xA)2 + (yC-yA)2. Die Strecke BC ist bekannt, da vom Hersteller vorgegeben (zum Beispiel 30 mm). Der Winkel Alpha (α) des rechtwinkeligen Dreiecks berechnet sich aus dem Arcussinus (CB/AC). Die Strecke AB berechnet sich aus Cosinus Alpha*AC. Das Steigungsmaß der Strecke AC berechnet sich aus (yA-yC) / (xC-xA). Der Winkel Sigma (σ) berechnet sich aus dem Arcustangens des Steigungsmaßes der Strecke AC. Der Winkel Eta (η) = Sigma + Alpha („+“ da y-Achse invertiert). Das Steigungsmaß der Strecke AB entspricht dem Tangens Eta. Die Lage der Strecke AB im Röntgenbild repräsentiert die Lage des Gesichtsbogens.
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Der Winkel Gamma (γ) zwischen der Strecke D(429)-E(433) und einer Horizontalebene 511 berechnet sich aus dem Tangens von (yD-yE) / (xD-xE). Der Winkel Omega zwischen den Strecken AB und DE = Gamma + Eta.
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Die Lage der Rotationsachse 441 in der Ebene des Gesichtsbogens. Um die Rotationsachse 441 in ein CAD-Programm zu übertragen, werden insbesondere zwei senkrecht zueinanderstehende Strecken bzw. Distanzen bzw. Längen benötigt:
- i. Senkrechte Distanz von der Rotationsachse 441 zu einer gedachten Verlängerung der Strecke D(429)-E(433).
- ii. Länge der Strecke D(429)-E(433) über E(433) hinaus bis zum Schnittpunkt mit einer darauf senkrechten Strecke zur Rotationsachse 441. Diese beiden Strecken stehen senkrecht aufeinander.
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In einer Ausführungsform ist ein Ausrichten der oberen und unteren Zahnreihe 407, 409 und des Oberkiefers 411 und des Unterkiefers 413 des digitalen 3D-Modells gemäß von mittels des vorstehenden Algorithmus berechneten Geometrien auf Basis der vier charakteristischen Punkte 417, 421, 429, 433 und der ermittelten Neigung der oberen Zahnreihe 407) und der beiden Kiefer 411, 413 in einem 3D-Koordinatensystem des CAD-Programms vorgesehen.
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In einer Ausführungsform ist ein Positionieren der Rotationsachse 441 in einem berechneten Abstand zu den beiden Zahnreihen 407, 409 und zu den beiden Kiefern 411, 413 in dem CAD-Programm vorgesehen.
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6 zeigt ein digitales 3D-Modell 601 der Zahnreihen 407, 409 des oberen und unteren Kiefers 411, 413.
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7 zeigt eine Fernröntgenseitenaufnahme 701 des Kopfes des Patienten.
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Es wurde eine Messskala 703, zum Beispiel eine Zentimeterskala, zusammen mit dem Kopf des Patienten geröntgt, so dass die Messskala 703 in der Fernröntgenseitenaufnahme 701 abgebildet ist. Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Winkel und/oder Abstände, welche für die Berechnung des vorstehenden Algorithmus benötigt werden bzw. welche für das Verfahren benötigt werden, effizient ermittelt werden können, insbesondere mittels eines Bildbearbeitungsprogramms.
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8 zeigt die vier gemäß dem Schritt des Bestimmens 105 charakteristischen Punkte in der Fernröntgenseitenaufnahme 701.
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9 zeigt die gemäß dem Schritt des Ermittelns ermittelte Lage der Rotationsachse 441 des Unterkiefers in der Fernröntgenseitenaufnahme 701. Ein Pfeil 901 zeigt auf die ermittelte Rotationsachse 441.
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10 zeigt eine fotografischen Aufnahme 1001 des Kopfes des Patienten, in welcher das Gesicht 1003 und der geöffnete Mund 1005 in einer Vorderansicht dargestellt sind. Gemäß dem Schritt des Ermittelns 109 ist einer horizontalen Neigung 1007 der oberen Zahnreihe 407 ermittelt. Die Augen des Patienten sind schematisch gezeichnet und mit dem Bezugszeichen 1009 gekennzeichnet.
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11 zeigt die gemäß dem Schritt des Ausrichtens 111 ausgerichteten Zahnreihen 407, 409 im erhaltenen digitalen 3D-Modell 601.
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12 zeigt eine optimale im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellende Lage der Kiefer. Die optimale Lage wurde gemäß dem Schritt des Ermittelns 113 einer optimalen im Rahmen des geplanten kieferchirurgischen Eingriffs einzustellenden Lage der Kiefer relativ zueinander durch Versetzen der Zahnreihen im ausgerichteten digitalen 3D-Modell zu deren initialen Ausrichtung und zur Rotationsachse ermittelt.
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13 zeigt die optimal eingestellten Kiefer bei geöffnetem Mund.
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Zusammenfassend basiert das hier beschriebene Konzept insbesondere darauf, dass eine Geometrie eines Gesichtsbogens und eine Geometrie eines Artikulators bekannt, also vorgegeben, sind. Beispielsweise wurden der Gesichtsbogen und der Artikulator vermessen.
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Weiter ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, die Ebenen des Gesichtsbogens auf der Haut des Patienten mit röntgendichten Markern, beispielsweise Metallmarkern, zu versehen, die so in der Fernröntgenseitenaufnahme sichtbar sind.
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Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass aus Reihenuntersuchungen zur Lage der röntgendichten Marker in der Fernröntgenseitenaufnahme spezielle röntgenologische Punkte (die charakteristischen Punkte) zu bestimmen und über diese die Position des (virtuellen) Gesichtsbogens und der Öffnungsachse des Unterkiefers in die Fernröntgenseitenaufnahme zu projizieren. Hierfür wird beispielsweise ein Algorithmus verwendet.
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Aus einer fotografischen Aufnahme des Kopfes des Patienten, in welcher das Gesicht und der geöffnete Mund in einer Vorderansicht dargestellt sind, wird zum Beispiel eine Kippung in der fehlenden Ebene bestimmt. Hierfür können ebenfalls insbesondere Marker (Augenebene) verwendet werden.
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Aus den bestimmten Positionen der charakteristischen Punkte, der ermittelten Lage der Rotationsachse des Unterkiefers und der ermittelten horizontalen Neigung der Zahnreihen in der fotografischen Aufnahme kann zum Beispiel das digitale 3D-Modell der Zahnreihen des oberen und unteren Kiefers des Patienten zur festgelegten Rotationsachse ausgerichtet werden. Dies kann beispielsweise in einem CAD-Programm erfolgen.
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Damit entsprechen alle Geometrien im CAD-Programm in vorteilhafter Weise denen des analogen, also realen, Artikulators.
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Mit diesem Konzept kann in vorteilhafter Weise eine digitale Planung eines kieferchirurgischen Eingriffs bei einem Patienten mit Ausdruck einer Bissschiene auf einem 3D-Plotter ohne Abdrücke, Gesichtsbogen, Gipsmodelle, Artikulator und allen weiteren notwendigen Ressourcen, wie Dental-Labor, Zahntechniker, Materialien usw., erfolgen.
