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Die Erfindung betrifft dreidimensionale Modelle zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen.
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Wie auch in der Chirurgie ist in der Zahnmedizin der Einsatz von Trainingsmodellen zum Erwerb und Ausbau von praktischen Fertigkeiten seit Jahren etabliert. Modelle von Mundhöhlen und Kieferpartien dienen zur Demonstration und Simulation oralchirurgischer Eingriffe und Operationen. So erlernen und trainieren neben angehenden Zahnärzten auch Assistenzärzte für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie an diesen Modellen praktische Fertigkeiten, um sie später an Patienten anwenden zu können. Darüber hinaus spielen Simulationsmodelle für praktische Übungen auch im Laufe der weiteren Laufbahn von Fachärzten und Fachzahnärzten, beispielsweise im Rahmen von Weiterbildungsseminaren, eine wichtige Rolle.
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Gängige Simulationsmodelle, die vor allem in der zahnmedizinischen Ausbildung verwendet werden, sind Typodonten von industriellen Herstellern. Diese Modelle werden mit austauschbaren Zähnen und einer austauschbaren Gingivamaske aus Silikon angeboten. Bei den Zähnen handelt es sich in der Regel um idealisierte Stereotypen, die anatomische Variationen wie beispielsweise extrem lange oder gebogene Zahnwurzeln nicht simulieren können. Bei diesen industriell gefertigten Modellen stehen die Zähne in direktem Kontakt mit einem beispielsweise aus Hartkunststoff simulierten Kieferknochen. Zur Fixierung werden sie üblicherweise mittels eines Klebers oder Harzes mit dem künstlichen Knochen verbunden. Dadurch lassen sich physiologische Gegebenheiten jedoch nicht ausreichend widerspiegeln. Insbesondere das Erreichen eines physiologischen Zahnentfernungserlebnisses ist mit den konventionellen Dentalmodellen nicht möglich.
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Überhaupt zeigen die Typodonten in der Regel lediglich idealisierte Eugnathien, also normal geformte, intakte Gebisse, die reale Situationen, wie sie in der täglichen Praxis vorkommen, nicht adäquat wiedergeben. So findet in diesen vorgefertigten Standardmodellen üblicherweise auch die anatomische Umgebung wie beispielsweise naheliegende Nervenstränge keine Berücksichtigung. Speziell im Bereich des Unterkiefers stellt die Gefährdung großer Nerven mit Autonomiegebieten für Chirurgen oder Zahnärzte jedoch eine enorme Schwierigkeit dar. So verläuft beispielsweise der Nervus alveolaris inferior im Unterkieferknochen und versorgt das gesamte ipsilaterale untere Gesichtsdrittel sensibel. Als Ast des Nervus alveolaris inferior versorgt der Nervus mentalis das Kinn mit Gefühl. Gefährdet ist dieser besonders u. a. bei Implantationen und Weisheitszahnentfernungen. Der Nervus lingualis versorgt den vorderen Teil der Zunge mit Gefühl und Geschmack und ist ebenfalls insbesondere gefährdet bei Weisheitszahnentfernungen. Derartige spezielle anatomische wie auch möglicherweise pathologische Gegebenheiten werden von den gängigen Simulationsmodellen in der Regel nicht erfasst.
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Zwar werden neben diesen vorgefertigten Standardmodellen mittlerweile auch individualisierte, in der Regel hochpreisige Modelle auf Basis ausgewählter Szenarien oder realer Patientensituationen konstruiert, indem beispielsweise für die Herstellung eines Gipsmodells ein konventioneller Abdruck der realen Patientensituation erstellt wird. Dennoch stehen bisher keine zufriedenstellenden Mittel zur Verfügung, um anschauliche, physiologisch exakte Erfahrungen bei der Simulation chirurgischer und zahnärztlicher Eingriffe zu bieten und die realitätsgetreue Durchführung eines Eingriffs in der Mundhöhle beispielsweise zum Zwecke der Extraktion eines Zahns zu lehren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dreidimensionale Modelle zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen vorzuschlagen, mit welchen kostengünstig realitätsnahe Erfahrungen bei der Durchführung sowohl routinemäßiger als auch komplexer zahnärztlicher und/oder chirurgischer Eingriffe gemacht werden können. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines dreidimensionalen Modells zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen vorzuschlagen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein dreidimensionales Modell zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen, umfassend mindestens ein Halteelement zur Aufnahme künstlicher Zähne, mindestens einen künstlichen Zahn, wobei der künstliche Zahn mindestens eine künstliche Zahnwurzel umfasst, wobei die künstliche Zahnwurzel zumindest teilweise in einer Ausnehmung des Halteelements aufgenommen ist, dadurch gelöst, dass zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel, eine Vielzahl an Verbindungssträngen ausgebildet ist.
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Bei dem Halteelement handelt es sich beispielsweise um einen künstlichen Kieferknochen, der einem menschlichen Ober- oder Unterkieferknochen nachgeahmt ist. Das erfindungsgemäße Modell kann beispielsweise als Oberkiefer- und/oder Unterkiefermodell verwendet werden. Vorzugsweise ist das dreidimensionale Modell derart ausgestaltet, dass es in gängige Phantome eingesetzt werden kann. Ein Phantom kann beispielsweise einen Kopf umfassen, in welchen das dreidimensionale Modell als künstlicher Ober- und/oder Unterkiefer eingesetzt wird.
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Der mindestens eine künstliche Zahn hat vorzugsweise das Aussehen eines natürlichen menschlichen Zahns und umfasst vorzugsweise eine Zahnkrone, einen Zahnhals und mindestens eine Zahnwurzel, wobei der Zahnhals den Übergang zwischen Zahnkrone und Zahnwurzel bildet. So kann es sich beispielsweise um einen nachgeahmten Schneidezahn, Eckzahn oder Backenzahn handeln. Die mindestens eine Zahnwurzel beginnt am Zahnhals und verjüngt sich vorzugsweise zur Wurzelspitze hin. Sie weist demnach bevorzugt eine konische Form auf. Andere Formen sind jedoch ebenfalls denkbar, beispielsweise kann die mindestens eine Zahnwurzel ungewöhnlich lang, gebogen und/oder gekrümmt sein.
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Zur Aufnahme mindestens eines künstlichen Zahns weist das Halteelement mindestens eine Ausnehmung auf. In die Ausnehmung kann beispielsweise die Zahnwurzel des mindestens einen künstlichen Zahns zumindest teilweise, vorzugsweise ganz aufgenommen werden. Die Ausnehmung bildet beispielsweise das Gegenstück zur Zahnwurzel des künstlichen Zahns, wobei die Ausnehmung vorzugsweise größer dimensioniert ist, um einen Spalt und damit etwas Spiel zwischen künstlichem Zahn und Halteelement zuzulassen. Der Spalt hat beispielsweise eine Größe von wenigen Zehntel Millimetern, vorzugsweise 0,1 bis 0,6 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 mm.
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Zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel, ist eine Vielzahl an Verbindungssträngen ausgebildet. Dadurch kann der künstliche Zahn vorteilhaft auf natürliche Weise in das Halteelement eingebettet werden. Durch die Verbindungsstränge kann der Spalt vorzugsweise überbrückt und der künstliche Zahn, insbesondere die künstliche Zahnwurzel, insbesondere federnd in der Ausnehmung des Halteelements befestigt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Modell auf diese Weise eine besonders realitätsnahe, physiologisch exakte Demonstration bzw. Simulation von sowohl routinemäßigen als auch komplexen medizinischen Eingriffen, insbesondere zahnärztlichen Behandlungen, erlaubt. Es kann beispielsweise eine semi-elastische Verbindung zwischen dem Halteelement und dem mindestens einen künstlichen Zahn realisiert werden, die dem Chirurgen oder Zahnarzt beim Entfernen des Zahns ein realitätsnahes Operationserlebnis bietet.
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Eine Vielzahl an Verbindungssträngen meint hierbei insbesondere zwei oder mehr Verbindungsstränge, wobei zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn vorzugsweise drei oder mehr, besonders bevorzugt vier oder mehr Verbindungsstränge ausgebildet sind. Vorzugsweise ist eine gerade Anzahl an Verbindungssträngen zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn ausgebildet. Es können beispielsweise zwei, vier, sechs, acht, etc. Verbindungsstränge ausgebildet sein. Alternativ kann auch eine ungerade Anzahl an Verbindungsstränge ausgebildet sein, beispielsweise drei, fünf, sieben, neun, etc. Die Anzahl der Verbindungsstränge beträgt vorzugsweise zwei bis 100, bevorzugt 10 bis 80, besonders bevorzugt 20 bis 50. Denkbar sind auch weitaus mehr Verbindungsstränge. Die Anzahl der Verbindungsstränge kann insbesondere abhängig von dem Verwendungszweck oder dem individuellen Fall, beispielsweise der gewünschten Stabilität des Zahns in dem Halteelement, gewählt werden. Vorzugsweise ist der Halt umso fester, je mehr Verbindungsstränge zwischen dem künstlichen Zahn, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel, und dem Halteelement ausgebildet sind.
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Die Verbindungsstränge können im Querschnitt beispielsweise eckig, insbesondere quadratisch, rund und/oder oval ausgebildet sein. Die Verbindungsstränge können auch zum Zahn und/oder zum Halteelement hin verjüngend ausgebildet sein. Auch andere Formen sind denkbar. Der Durchmesser der Verbindungsstränge kann vorzugsweise abhängig von der gewünschten Festigkeit des künstlichen Zahns in dem Halteelement bzw. abhängig von der gewünschten Zähigkeit beim Entfernen des Zahns aus dem Halteelement gewählt werden. Verbindungselemente mit einem größeren Durchmesser sind weniger elastisch und ziehen demnach eine starrere Verbindung nach sich.
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Optional kann der mindestens eine künstliche Zahn, insbesondere die mindestens eine künstliche Zahnwurzel, zusätzlich mit Kleber oder Harz in der Ausnehmung des Halteelements befestigt werden.
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Die Verbindungsstränge sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten des künstlichen Zahns, insbesondere der mindestens einen Zahlwurzel, angeordnet. Auf diese Weise wirkt beispielsweise ein gleichmäßiger Druck auf den künstlichen Zahn und beim Entfernen ist ein gleichmäßiger Zug nötig. Vorzugsweise ist mindestens ein Verbindungsstrang an der Wurzelspitze der mindestens einen Zahnwurzel angeordnet.
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Durch die Verbindung des mindestens einen künstlichen Zahns mit dem Halteelement über die Vielzahl an Verbindungssträngen kann vorteilhaft eine physiologische Zahnentfernung für den Chirurgen oder Zahnarzt simuliert werden. Weiter wird die realitätsnahe Nachahmung einer Vielzahl weiterer medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen ermöglicht. Das erfindungsgemäße dreidimensionale Modell eignet sich insbesondere für die Simulation realitätsnaher Extraktionen und Osteotomien, Wurzelspitzenresektionen und plastischer Wundverschlüsse. Auch Implantationen lassen sich bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Modell simulieren. Dies kann insbesondere für die Verwendung des Modells im Rahmen der Weiterbildung von Chirurgen und Zahnärzten interessant sein. Das erfindungsgemäße Modell erlaubt vorzugsweise ein Komplikationsmanagement, z. B. bei Wurzelfrakturen, ein flexibles Falldesign, z. B. ankylosierte und retinierte Zähne, insbesondere eine möglichst exakte Patientenfallsimulation. Vorzugsweise können auch unterschiedliche Schwierigkeitsgrade simulierter Eingriffe mit dem erfindungsgemäßen Modell dargestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Modell bietet sowohl angehenden als auch ausgebildeten Zahnärzten und Chirurgen vorzugsweise die Möglichkeit, verschiedene chirurgische Verfahren mit einem einzigen Modell und mit besonders realitätsnaher Erfahrung zu trainieren. Insbesondere ist das Modell für eine Vielzahl von Übungs- und/oder Demonstrationsszenarien verwendbar. So können beispielsweise die Entfernung eines Zahns oder mehrerer Zähne (also beispielsweise die Entfernung des oberen rechten Eckzahns sowie des linken ersten Backenzahns an nur einem Modell), Nahttechniken und/oder Osteotomien an demselben Modell durchgeführt werden.
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Vorzugsweise entspricht das Modell in Form und Material weitgehend einem natürlichen Ober- und/oder Unterkiefer, insbesondere einem Patientenfall. Zudem erlaubt es vorzugsweise eine kostengünstige Herstellung beispielsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Modells sind die Verbindungsstränge im Wesentlichen über die gesamte Wurzelfläche verteilt ausgebildet. Der mindestens eine künstliche Zahn weist vorzugsweise eine oder mehr künstliche Zahnwurzeln auf. Abhängig von der Stellung im Gebiss wird in der Regel zwischen Schneidezähnen, Eckzähnen, Vormahlzähnen und Mahlzähnen unterschieden. Diese können wiederum eine unterschiedliche Anzahl an Wurzeln aufweisen, wobei bei Schneide- und Eckzähnen eine, bei Vormahlzähnen und Mahlzähnen eine bis drei Wurzeln die Regel ist. Auch andere Anzahlen an Wurzeln sind denkbar.
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Eine Verteilung der Verbindungsstränge im Wesentlichen über die gesamte Wurzelfläche sorgt für einen besonders stabilen Halt des künstlichen Zahns in der Aufnahme des Halteelements. Durch eine gleichmäßige Verteilung erfordert das Modell bei der Extraktion eines künstlichen Zahns einen besonders gleichmäßigen Zug, was dem Benutzer ein besonders realitätsnahes Operationserlebnis liefert.
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Die Verbindungsstränge erstrecken sich vorzugsweise in Richtung des Halteelements. Besonders bevorzugt verbinden die Verbindungsstränge den mindestens einen künstlichen Zahn, insbesondere die mindestens eine künstliche Zahnwurzel, auf direktem und damit kürzestem Weg. Auf diese Weise ist die Verbindung zwischen Halteelement und künstlichem Zahn bzw. künstlicher Zahnwurzel besonders starr und erfordert wenig Material. Mit einer unterschiedlichen Länge der Verbindungsstränge kann eine unterschiedliche Elastizität und/oder ein unterschiedlich fester Halt des mindestens einen künstlichen Zahns in dem Halteelement erzielt werden. Insbesondere weist mindestens ein Verbindungsstrang einen Winkel von 30 bis 150 Grad, bevorzugt 45 bis 135 Grad, weiter bevorzugt im Wesentlichen 90 Grad zur Zahn- bzw. Wurzeloberfläche auf.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Modells ist mindestens ein Verbindungsstrang lateral der Zahnwurzel des künstlichen Zahns ausgebildet. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Verbindungsstränge auf gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen Wurzel, vorzugsweise symmetrisch zur Längsachse des mindestens einen Zahns, vorzugsweise der mindestens einen Zahnwurzel, angeordnet sind. Insbesondere Verbindungsstränge, die lateral der mindestens einen Zahnwurzel ausgebildet sind, ermöglichen ein physiologisch exaktes Zahnentfernungserlebnis für den Chirurgen oder Zahnarzt. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens ein Verbindungsstrang im Bereich des Zahnhalses ausgebildet sein. Die Verbindungsstränge zwischen dem mindestens einen künstlichen Zahn und dem mindestens einen Halteelement sind von außen vorzugsweise nicht sichtbar.
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Denkbar ist auch, dass jeweils ein Verbindungsstrang an der jeweiligen Wurzelspitze jeder künstlichen Zahnwurzel und optional zusätzlich mindestens ein Verbindungsstrang an einer anderen Stelle, beispielsweise lateral, des künstlichen Zahns, insbesondere der Zahnwurzel, ausgebildet ist. Alternativ ist denkbar, dass nur an einer Wurzelspitze ein Verbindungsstrang ausgebildet ist oder kein Verbindungsstrang an einer Wurzelspitze ausgebildet ist.
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Der Durchmesser der Verbindungselemente wird vorzugsweise abhängig von der gewünschten Stabilität des künstlichen Zahns in der Ausnehmung des Halteelements gewählt. Verbindungselemente mit einem größeren Durchmesser sorgen für festere Verbindungen und sind weniger elastisch. Der Durchmesser der Verbindungselemente kann auch abhängig von den verwendeten Materialien gewählt werden. Es ist möglich, dass alle Verbindungselemente den gleichen Durchmesser aufweisen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Verbindungselemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen. So ist beispielsweise denkbar, dass der Durchmesser mindestens eines Verbindungselements, welches vorzugsweise an der Wurzelspitze ausgebildet ist, größer ist als der Durchmesser mindestens eines anderen Verbindungselements, welches beispielsweise lateral der Wurzel angeordnet ist.
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Das mindestens eine Halteelement, der mindestens eine künstliche Zahn, die mindestens eine künstliche Zahnwurzel und/oder mindestens ein Verbindungsstrang können zumindest teilweise aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Das Halteelement, der künstliche Zahn und/oder die Verbindungsstränge sind beispielsweise einstückig ausgebildet. Denkbar ist, dass das Halteelement aus einem anderen Material hergestellt ist als der mindestens eine künstliche Zahn. Der mindestens eine künstliche Zahn kann wiederum aus dem gleichen Material hergestellt sein wie mindestens ein Verbindungsstrang. Denkbar ist auch, dass der künstliche Zahn und mindestens ein Verbindungsstrang aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Auch die einzelnen Verbindungsstränge der Vielzahl an Verbindungssträngen können aus gleichen und/oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
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Vorzugsweise mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines print in place-Verfahrens, kann der mindestens eine künstliche Zahn aus einem anderen Material hergestellt werden als das mindestens eine Halteelement. Durch die Kombination unterschiedlicher Filamente können beispielsweise lokale Druckeinstellungen modifiziert und die Modelleigenschaften des mindestens einen Zahns und des Halteelements unterschiedlich modelliert werden, um ein besonders vorteilhaftes haptisches Ergebnis zu erzielen.
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Bevorzugt umfasst das Halteelement, der mindestens eine künstliche Zahn, die mindestens eine Zahnwurzel und/oder der Verbindungsstrang synthetisches Polymer, insbesondere Polylactid (PLA), Polyethylenterephthalat (PET), Glykol modifiziertes PET (PETG), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), TPE (thermoplastisches Elastomer), PMMA (Polymethylmethacrylat), PVA (Polyvinylalkohol), Polycarbonate (PC), High-Impact Polystyrene (HIPS), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA), Low weight PLA (LW-PLA), und/oder Low weight TPU (LW-TPU). Als die wichtigsten Materialien im Bereich der additiven Fertigung gelten thermoplastische Kunststoffe wie PLA, PET und ABS. Sie erlauben eine besonders nachhaltige und kostengünstige Herstellung des dreidimensionalen Modells. Als besonders vorteilhaft für den Druck knöcherner und/oder zahnartiger Aspekte hat sich PLA gezeigt. Zu den Vorteilen von PLA zählen eine hohe Festigkeit, eine hohe Transparenz sowie Thermoplastizität und eine gute Verarbeitung. PLA ist zudem biologisch abbaubar. Im Allgemeinen ist PLA aufgrund eines höheren E-Moduls härter und spröder als ABS, verbunden mit einer höheren Oberflächenhärte. ABS ist weicher, leichter plastisch verformbar und besser nachbearbeitbar.
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Die Schmelztemperaturen für PLA-Filamente liegen mit etwa 160 bis 190 °C unterhalb der Schmelztemperaturen von ABS mit etwa 210 bis 240 °C. Im Allgemeinen sollte die Verarbeitungstemperatur von Filamenten höher gewählt werden als deren Schmelztemperatur. So sind für PLA Düsentemperaturen von 180 bis 210 °C geeignet, während für ABS Düsentemperaturen von 210 bis 250 °C erforderlich sind. Die exakten Temperaturen sind vom verwendeten Filament und der Druckerdüse abhängig. Für die additive Fertigung mit PLA ist ein Heizbett nicht zwingend erforderlich, bei ABS hingegen ist dies dagegen in der Regel ein unverzichtbarer Bestandteil.
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PETG ist ein robustes, geruchsneutrales und leicht zu druckendes Filament für den 3D-Druck, das sich eine besonders hohe Transparenz und niedrige Viskosität auszeichnet.
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Bevorzugt können beispielsweise verschiedene Härtegrade, Elastizitätsmodule und/oder Bruchzähigkeiten des mindestens einen Halteelements, des mindestens einen künstlichen Zahns, der mindestens einen künstlichen Zahnwurzel und/oder der Verbindungsstränge erzielt werden. Das Halteelement, welches vorzugsweise einen Kieferknochen simuliert, kann beispielsweise einen vergleichsweise hohen Härtegrad aufweisen. Zur Herstellung knöcherner Aspekte, insbesondere des Halteelements und/oder des mindestens einen künstlichen Zahns, wird beispielsweise PLA verwendet. Auch der mindestens eine künstliche Zahn, insbesondere die Zahnkrone, der Zahnhals und/oder die mindestens eine Zahnwurzel, können unterschiedliche Härtegrade, Elastizitätsmodule und/oder Bruchzähigkeiten aufweisen. So weist beispielsweise die Zahnkrone des künstlichen Zahns einen höheren Härtegrad als die mindestens eine Zahnwurzel auf. Auch die Verbindungsstränge können gleiche und/oder verschiedene Härtegrade, Elastizitätsmodule und/oder Bruchzähigkeiten aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Modells umfasst das Modell eine Gingivamaske, wobei die Gingivamaske das Halteelement zumindest teilweise bedeckt. Die Gingivamaske umfasst vorzugsweise Silikon, insbesondere Silikonkautschuk, für die Simulation von Weichgewebe und dient einer realistischen Nachbildung des Zahnfleisches. Hierzu kann die Gingivamaske entsprechend dem natürlichen Zahnfleisch eingefärbt sein. Die Gingivamaske dient insbesondere dem Erlernen und Üben eines chirurgischen Schnittes, von Lappenbildung und/oder Nahttechniken, wobei die Gingivamaske vorzugsweise faserverstärkt ist, um physiologisch exakte Eigenschaften zu erzielen. Vorzugsweise ist die Gingivamaske mit einem Adhäsiv an dem Halteelement befestigt.
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Besonders bevorzugt umfasst das Modell ein textiles Gewebe, insbesondere eine Gaze umfassend Baumwollfasern, wobei das textile Gewebe zumindest teilweise in die Gingivamaske eingebettet ist. Bei dem textilen Gewebe kann es sich vorzugsweise um eine Gaze, insbesondere Mull, handeln. Eine Gaze ist ein weicher, sehr locker gewebter Stoff. Unter Mull wird ein leichtes, weitmaschiges Gewebe verstanden, welches aus Baumwolle hergestellt ist. Das textile Gewebe wird vorzugsweise in die Gingivamaske eingebettet, wodurch eine filigrane Verbindung entsteht, welche die Eigenschaften der Gingivamaske verbessert, insbesondere eine physiologisch exakte Nachahmung des Zahnfleisches erzielt. Mit Hilfe des textilen Gewebes kann insbesondere Periost, zähes, an Knochen haftendes Fasergewebe, simuliert werden. Das Einbetten des textilen Gewebes in die Gingivamaske ermöglicht damit ein realitätsnahes chirurgisches Weichgewebemanagement. So verhindert das textile Gewebe beispielsweise beim ersten Anheben der Gingivamaske jegliche Dehnung. Erst wenn die Gewebefasern durchtrennt werden, kann die Gingivamaske gedehnt werden.
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Das Modell kann auch zusätzliche Schichten einschließlich künstlichem Bindegewebe, Muskeln und/oder Drüsen umfassen, um die Eigenschaften des menschlichen Mundes noch weiter nachzubilden. Dazu kann insbesondere das Halteelement und/oder der mindestens eine künstliche Zahn unterschiedliche Materialien aufweisen, um beispielsweise Eigenschaften natürlicher Schichten und Komponenten des menschlichen Kiefers realistisch nachzubilden.
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Darüber hinaus können mit dem Modell vorzugsweise auch umgebende anatomischen Formen und Strukturen modelliert werden. So kann z. B. mindestens eine Kieferhöhle abgebildet werden. Es können aber auch beispielsweise pathologische Zustände wie eine Zyste abgebildet werden und entsprechende Eingriffe wie Wurzelspitzenresektionen, Zystektomien und/oder Zystostomien geübt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Modells umfasst das Modell ein künstliches Nervensystem mit mindestens einem künstlichen Nerv, wobei der künstliche Nerv zumindest teilweise durch das Halteelement verläuft. Wie bereits ausgeführt, simuliert das Halteelement beispielsweise einen künstlichen Kieferknochen. Sowohl im Ober- als auch im Unterkiefer verlaufen für gewöhnlich Nervenstränge, die bei chirurgischen und zahnärztlichen Eingriffen berücksichtigt werden müssen. Mit dem dreidimensionalen Modell umfassend ein künstliches Nervensystem mit mindestens einem künstlichen Nerv können Eingriffe somit besonders realitätsnah simuliert werden. Position und Verlauf des mindestens einen künstlichen Nervs entsprechen dabei vorzugsweise denen realer Nerven beispielsweise im menschlichen Ober- und/oder Unterkiefer.
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Bevorzugt ist das künstliche Nervensystem eingerichtet, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs zu erkennen und/oder zu differenzieren. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um ein Lokalanästhetikum handeln. Lokalanästhetika sind Medikamente, die reversibel und örtlich begrenzt die Erregbarkeit von sensiblen Nervenfasern reduzieren und so eine lokale Betäubung herbeiführen. Eine Schädigung des künstlichen Nervs kann beispielsweise durch ein Skalpell, eine Nadel oder einen Bohrer verursacht werden. Dabei ist das künstliche Nervensystem insbesondere eingerichtet, eine potentielle und/oder tatsächliche Schädigung des künstlichen Nervs zu erkennen und/oder von einer potentiellen bzw. tatsächlichen Schädigung des künstlichen Nervs, beispielsweise durch Punktion des künstlichen Nervs mit einer Nadel oder durch Verletzung des künstlichen Nervs mit einem Skalpell oder einem Bohrer, zu differenzieren. Auch zwischen der Injektion einer Flüssigkeit, einer potentiellen Schädigung und/oder einer tatsächlichen Schädigung des Nervs kann vorzugsweise differenziert werden. Das künstliche Nervensystem eignet sich insbesondere sowohl für die Detektion der Injektion von Flüssigkeiten, beispielsweise Lokalanästhetika, als auch für die Bestimmung eines potenziell bzw. tatsächlich schädigenden Kontakts z. B. mit einem Skalpell, einer Nadel oder einem Bohrer. Vorzugsweise ermöglicht das Modell eine Gewichtung und/oder Unterscheidung der Einflüsse auf den künstlichen Nerv. Mit dem Modell können insbesondere unterschiedlich starke, potentiell schädigende Traumata, z. B. ein Schnitt mit einem Skalpell, unterschieden werden. Vorzugsweise lässt sich mit dem Modell zudem feststellen, ob in der Nähe des künstlichen Nervs eine Flüssigkeit injiziert wurde, z. B. ein korrekt appliziertes Lokalanästhetikum. Hierzu umfasst das Modell vorzugsweise eine elektronische Komponente.
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Um die Injektion einer Flüssigkeit einerseits und eine Schädigung des künstlichen Nervs andererseits zu erkennen, kann das künstliche Nervensystem beispielsweise unterschiedliche Sensoren oder Technologien verwenden.
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Das künstliche Nervensystem umfasst vorzugsweise mindestens einen kapazitiven Sensor. Ein kapazitiver Sensor ist ein Sensor, welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Beispielsweise misst der kapazitive Sensor die Kapazität des Modells als Gesamtsystem. Der kapazitive Sensor kann physikalisch als Kondensator mit einem Dielektrikum zwischen zwei Platten modelliert werden, insbesondere funktioniert der kapazitive Sensor nach dem Prinzip eines idealen Plattenkondensators. Eine Platte ist dabei der kapazitive Sensor selbst. Bei dem kapazitiven Sensor handelt es sich beispielsweise um einen Draht, vorzugsweise einen beschichteten Draht, besonders bevorzugt einen mit Lack beschichteten Draht. Denkbar ist auch eine isolierende Schicht, beispielsweise ein Kunststoffüberzug. Der kapazitive Sensor befindet sich vorzugsweise an einer simulierten Nervenposition.
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Die andere Platte ist die Umgebung des kapazitiven Sensors, welche den Sensor, insbesondere schwach, mit der Erdung koppelt. Zwischen beiden Platten entsteht ein elektrisches Feld. Das Dielektrikum ist in diesem Fall grundsätzlich alles, was den Draht umgibt. Alle Änderungen (in den dielektrischen Eigenschaften) in dieser Umgebung verändern die Kapazität des Sensors und erzeugen somit einen anderen Sensorwert.
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Beispielsweise kann mit dem kapazitiven Sensor die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs erkannt und/oder differenziert werden. Insbesondere ist denkbar, dass mit nur einem kapazitiven Sensor sowohl die Injektion einer Flüssigkeit als auch eine Schädigung des künstlichen Nervs erkannt und/oder differenziert werden kann.
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Mit Hilfe des kapazitiven Sensors kann insbesondere ein potentieller und/oder tatsächlicher Schaden des künstlichen Nervs festgestellt werden. Gleichzeitig oder mit Hilfe einer separaten Komponente, beispielsweise eines Drahts, kann eine Injektion einer Flüssigkeit, beispielsweise eine Lokalanästhesie, detektiert werden. Die Injektion einer Flüssigkeit kann beispielsweise mittels der Detektion eines Kurzschlusses zwischen zwei Drähten festgestellt werden. Die Nervenpositionen können beispielsweise für die Simulation von Anästhesietechniken geeignet sein.
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Vorzugsweise ist es möglich, mit Hilfe des kapazitiven Sensors eine Schädigung des künstlichen Nervs und/oder die Injektion einer Flüssigkeit festzustellen und/oder zu differenzieren. So bewirkt beispielsweise die Injektion einer Flüssigkeit in die Nähe des als kapazitiver Sensor, insbesondere als Draht, bevorzugt als beschichteter Draht, ausgestalteten simulierten Nervs eine vergleichsweise geringe Änderung der Kapazität. Eine Beschädigung des kapazitiven Sensors, insbesondere des Drahts und/oder der Beschichtung des Drahts, zieht dagegen beispielsweise eine vergleichsweise starke Änderung des Dielektrikums und somit eine starke Änderung der Kapazität nach sich.
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Insbesondere lässt sich die Sensitivität des kapazitiven Sensors einstellen. So werden beispielsweise bei Verwendung einer geringen Sensitivität nur starke Änderungen detektiert. Denkbar ist, dass eine lediglich stumpfe Berührung des künstlichen Nervs nicht detektiert und/oder von einer tatsächlichen Schädigung des künstlichen Nervs differenziert wird. Ein scharfer, schneidender Kontakt mit dem künstlichen Nerv, z. B. durch ein Skalpell, wird dagegen detektiert und/oder, beispielsweise mittels eines Indikators, signalisiert.
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Denkbar ist die Vorgabe von mindestens einem Grenzwert, der einen Rückschluss auf eine erfolgreich oder nicht-erfolgreich vorgenommene Handlung, insbesondere einen erfolgreich oder nicht-erfolgreich durchgeführten Eingriff, an dem Modell zulässt. Beispielsweise ist bei Über- oder Unterschreitung eines Grenzwerts von einer Schädigung des Nervs und/oder von einer korrekt oder nicht korrekt injizierten Flüssigkeit auszugehen. Die relevanten Grenzwerte können beispielsweise abhängig sein von der Länge des kapazitiven Sensors, insbesondere des Drahts, von den verwendeten Materialien und/oder der Umgebung des Modells. Weitere Faktoren sind ebenfalls denkbar.
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Möglich ist insbesondere die Verwendung eines groben Grenzwerts in Kombination mit einem Glättungsfilter, bevorzugt über einige der letzten Messungen, z. B. dem Durchschnitt der letzten fünf Messungen bei 50 Messungen pro Sekunde. Dieser grenzwertbasierte Ansatz eignet sich insbesondere auf Grund eines relativ starken messbaren Signals.
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Detektiert werden können mit Hilfe des kapazitiven Sensors beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder der Verlauf einer Änderung der Kapazität. Ein von dem kapazitiven Sensor erfasstes Signal kann beispielsweise im Vergleich zu einem bestimmten Wert, beispielsweise einem Durchschnittswert der letzten Messungen oder einem mittels eines anderen Filters (etwa einem Glättungsfilter) erhaltenem Wert, ausgewertet werden. Insbesondere eine proportionelle und/oder differentielle Verarbeitung des Signals des kapazitiven Sensors kann sinnvoll sein. So kann das künstliche Nervensystem beispielsweise einen Differenz- und/oder Proportionalitätssensor umfassen. Auf diese Weise lässt sich nicht nur der absolute Wert, sondern auch die Änderungsrate der Kapazität messen.
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Weitere Verbesserungen sind möglich, indem z. B. der künstliche Nerv kalibriert wird, sobald alle Vorbereitungen vor der Simulation abgeschlossen sind. Denkbar ist insbesondere eine Eichung des künstlichen Nervensystems, insbesondere des kapazitiven Sensors, auf einen Grundwert, vorzugsweise zu einem geeigneten Zeitpunkt wie zum Beispiel vor Beginn einer Übung.
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Die Verwendung eines kapazitiven Sensors, insbesondere eines beschichteten Drahts, als künstlicher Nerv erlaubt vorzugsweise insbesondere eine einfache und günstige Erneuerung eines beschädigten künstlichen Nervs z. B. nach einer erfolgten Durchtrennung. Das Modell kann dementsprechend wiederverwendbar sein.
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Das künstliche Nervensystem umfasst vorzugsweise mindestens einen Indikator, der funktionell mit dem künstlichen Nerv gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs anzuzeigen. Ein Indikator kann dem Benutzer des dreidimensionalen Modells vorteilhaft ein Feedback zu dessen Verwendung, insbesondere zum Erfolg und/oder Misserfolg eines Eingriffes, liefern.
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Bei dem mindestens einen Indikator kann es beispielsweise um einen akustischen Indikator, beispielsweise einen Lautsprecher, und/oder um einen visuellen Indikator, beispielsweise ein lichtemittierendes Element oder ein Anzeigegerät wie ein Display, handeln. Der Indikator kann dem Benutzer demnach beispielsweise ein akustisches und/oder visuelles Signal liefern, welches beispielsweise einen Rückschluss auf die Qualität des Eingriffs zulässt. Das dreidimensionale Modell ermöglicht dem Benutzer vorzugsweise insbesondere ein Feedback zu seiner Benutzung, beispielsweise zur Durchführung eines bestimmten zahnärztlichen oder oralchirurgischen Eingriffs. Der mindestens eine Indikator kann bevorzugt geeignet sein, einen Zustand des mindestens einen künstlichen Nervs anzuzeigen.
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Beispielsweise ist das Modell zur Kommunikation mit mindestens einem Kommunikationsgerät geeignet. Das Kommunikationsgerät ist vorzugsweise ein von dem Modell verschiedenes Gerät. Beispielsweise ist das Kommunikationsgerät ein Endgerät, vorzugsweise ein mobiles Endgerät wie ein tragbarer Computer, z. B. ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein Wearable, ein persönlicher digitaler Assistent oder ein Smartphone. Die Kommunikation kann insbesondere über eine drahtgebundene oder vorzugsweise über eine drahtlose Verbindung mittels eines Kommunikationssystems erfolgen. Beispiele für ein Kommunikationssystem sind ein lokales Netzwerk (LAN), ein großräumiges Netzwerk (WAN), ein drahtloses Netzwerk (WLAN), ein drahtgebundenes Netzwerk, ein Mobilfunknetzwerk, ein Telefonnetzwerk, ein Satellitennetzwerk und/oder das Internet.
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Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation des Kommunikationsgeräts mit dem Modell über (zumindest) ein lokales drahtloses Netzwerk (beispielsweise gemäß dem IEEE-802.11-Standard, dem Bluetooth-Standard (beispielsweise der Version 1, 2, 3, 4 (insbesondere Bluetooth LE) und/oder einem zukünftigen Standard), einem Mobilfunkstandard (etwa dem 2G, 3G, 4G und/oder 5G Standard) und/oder dem NFC-Standard).
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Insbesondere kann das Kommunikationsgerät mit dem Modell und/oder mit einer Datenverarbeitungsanlage kommunizieren. Die Kommunikation kann dabei sowohl direkt, aber auch indirekt (über weitere Geräte) erfolgen. Die Datenverarbeitungsanlage kann beispielsweise eine mobile oder stationäre Datenverarbeitungsanlage sein. Beispielsweise ist die Datenverarbeitungsanlage ein Server. Vorzugsweise erfolgt die die Kommunikation des Kommunikationsgeräts mit der Datenverarbeitungsanlage zumindest teilweise über ein drahtloses Netzwerk, ein Mobilfunknetzwerk, ein Telefonnetzwerk, ein Satellitennetzwerk und/oder das Internet.
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Vorzugsweise ist das dreidimensionale Modell geeignet, mit einem Kommunikationsgerät zu kommunizieren, um Informationen über den Zustand des Modells, insbesondere des künstlichen Nervs, zu übermitteln. So ist es vorzugsweise möglich, dass das Kommunikationsgerät, insbesondere ein mobiles Endgerät, insbesondere mittels einer auf diesem eingerichtete Anwendung, als Indikator fungiert, der funktionell mit dem Modell, vorzugsweise dem künstlichen Nervensystem, gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des Nervs anzuzeigen. So kann beispielsweise über das Kommunikationsgerät ein wahrnehmbares Signal ausgegeben werden, wenn der mindestens eine künstliche Nerv beschädigt und/oder eine Flüssigkeit in der unmittelbaren Nähe des künstlichen Nervs detektiert wurde.
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Das dreidimensionale Modell umfasst vorzugsweise eine zentrale Steuereinheit und/oder ist zur Verbindung mit einer solchen ausgestaltet. Die Steuereinheit ermöglicht insbesondere eine Bündelung der Informationen, welche von einem oder mehreren Modellen ausgegeben werden. Die Steuereinheit könnte zudem eine Anzeige, beispielsweise ein Display, umfassen, um empfangene Informationen wiederzugeben. Denkbar wäre diese Ausgestaltung beispielsweise für Prüfungsszenarien, bei denen eine Vielzahl an Modellen ihren aktuellen Zustand, beispielsweise über WLAN oder Bluetooth, an eine Datenverarbeitungsanlage, wie z. B. einen Server, und/oder an ein Kommunikationsgerät übermittelt. Die Prüfer können beispielsweise auf einem oder mehr Kommunikationsgeräten, insbesondere Endgeräten, z. B. mittels einer Webseite, welche durch die Datenverarbeitungsanlage, insbesondere den Server, bereitgestellt wird, den Zustand des Modells bzw. der Modelle beobachten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen, insbesondere eines erfindungsgemäßen Modells, umfassend mindestens ein Halteelement zur Aufnahme künstlicher Zähne, mindestens einen künstlichen Zahn, wobei der künstliche Zahn mindestens eine künstliche Zahnwurzel umfasst, wobei die künstliche Zahnwurzel zumindest teilweise in einer Ausnehmung des Halteelements aufgenommen ist, dadurch gelöst, dass das Verfahren eine simultane Fertigung des mindestens einen Halteelements und des mindestens einen künstlichen Zahns mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines print in place-Verfahrens, umfasst, wobei zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel, eine Vielzahl an Verbindungssträngen ausgebildet wird.
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Zu den etablierten additiven Fertigungsverfahren, wie dem 3D-Druck, gehört unter anderem die Schmelzschichtung, bei welcher ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff oder auch aus geschmolzenem Metall aufgebaut wird. Die Herstellung des dreidimensionalen Modells kann beispielsweise mittels Fused Layer Modelling (FLM), Fused Filament Fabrication (FFF) bzw. Fused Deposition Modeling (FDM) erfolgen.
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Gegenüber Guss-, insbesondere Spritzgussverfahren, haben additive Verfahren wie die Schmelzschichtung den Vorteil, dass das aufwändige Herstellen von Formen und das Formenwechseln entfällt. Gegenüber allen materialabtragenden Verfahren wie Schneiden, Drehen, Bohren haben additive Verfahren den Vorteil, dass der zusätzliche Bearbeitungsschritt nach dem Urformen entfällt. Insbesondere komplexe Geometrien können mittels 3D-Druck erzeugt werden können.
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Mit Hilfe eines print in place-Verfahrens können das mindestens eine Halteelement und der mindestens eine Zahn simultan, vorzugsweise in einem einzigen Fertigungsschritt, hergestellt werden, wobei gleiche und/oder unterschiedliche Materialien für die Komponenten verwendet werden können. So kann beispielsweise der mindestens eine künstliche Zahn mit einem anderen Filament gedruckt werden als das mindestens eine Halteelement. Durch Kombination verschiedener Filamente und Modifikation lokaler Druckeinstellungen, können die Eigenschaften der Komponenten unterschiedlich modelliert werden, um ein besonders vorteilhaftes haptische Erlebnis zu erzielen. Auf diese Weise lassen sich insbesondere realistische und insbesondere individuelle Demonstrations- und Simulationsmodelle herstellen.
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Es hat sich gezeigt, dass durch die simultane Fertigung des mindestens einen Halteelements und des mindestens einen künstlichen Zahns mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines print in place-Verfahrens, wobei zwischen dem Halteelement und dem künstlichen Zahn, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel, eine Vielzahl an Verbindungssträngen ausgebildet wird, vorteilhaft eine besonders kostengünstige, nachhaltige und realitätsnahe Herstellung eines dreidimensionalen Modells ermöglicht wird. So ist es vorzugsweise möglich, mehr als 50 %, bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 % der für die Herstellung des Modells verwendeten Materialien wiederzuverwenden. Insbesondere umfasst das Verfahren eine simultane Fertigung des mindestens einen Halteelements, des mindestens einen künstlichen Zahns und mindestens eines Verbindungsstrangs, vorzugsweise der Vielzahl an Verbindungssträngen.
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Durch die Vielzahl an Verbindungssträngen zwischen dem mindestens einen Halteelement und dem mindestens einen künstlichen Zahn, insbesondere der mindestens einen künstlichen Zahnwurzel, kann der künstliche Zahn auf natürliche Weise, insbesondere semi-elastisch in der Ausnehmung des Halteelements befestigt werden. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Modell auf diese Weise eine besonders realitätsnahe, physiologisch exakte Simulation von sowohl routinemäßigen als auch komplexen medizinischen Eingriffen, insbesondere zahnärztlichen Behandlungen, erlaubt.
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Das erfindungsgemäße Modell bietet angehenden und ausgebildeten Zahnärzten und Chirurgen vorzugsweise die Möglichkeit, verschiedene chirurgische Verfahren mit einem einzigen Modell und mit besonders realitätsnaher Erfahrung zu trainieren, wobei das Modell in Form und Material vorzugsweise im Wesentlichen einem natürlichen Ober- und/oder Unterkiefer, insbesondere einem Patientenfall, nachgeahmt ist.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren weiter ein zumindest teilweises Aufbringen einer Gingivamaske auf das Halteelement. Die Gingivamaske wird vorzugsweise aufgebracht, nachdem das mindestens eine Halteelement, der mindestens eine künstliche Zahn und die Verbindungsstränge, vorzugsweise in einem Prozessschritt mittels eines print in place-Verfahrens, gedruckt wurden. Beispielsweise wird Silikon in die Aussparung einer Matrize gespritzt oder gegossen und anschließend gegen das gedruckte Modell gepresst. Auch ein Übergießen der übrigen Komponenten mit Silikon ist denkbar. Die Gingivamaske kann beispielsweise mittels eines Adhäsivs auf das mindestens eine Halteelement aufgebracht werden.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter ein Aufbringen eines textilen Gewebes, insbesondere einer Gaze aus Baumwollfasern, auf das Halteelement, wobei das textile Gewebe zumindest teilweise in die Gingivamaske eingebettet wird. Das textile Gewebe wird vorzugsweise nach der simultanen Herstellung des mindestens einen Halteelements und des mindestens einen künstlichen Zahns sowie optional der Verbindungsstränge, vorzugsweise mittels eines print in place-Verfahrens, und vor dem Aufbringen der Gingivamaske auf das mindestens eine Halteelement aufgebracht. Auf diese Weise wird das textile Gewebe vorteilhaft in die Gingivamaske eingebettet. Bevorzugt kann das textile Gewebe beispielsweise auf das Halteelement geklebt werden und anschließend mit Silikon übergossen oder in eine Matrize mit Silikon gepresst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren weiter ein Integrieren eines künstlichen Nervensystems umfassend mindestens einen künstlichen Nerv in das Modell, wobei der künstliche Nerv zumindest teilweise durch das Halteelementgeführt wird. Beispielsweise kann ein kapazitiver Sensor zur Simulation eines künstlichen Nervs in das Halteelement integriert werden. Position und Verlauf des künstlichen Nervs entsprechen vorzugsweise realen Nerven in Ober- bzw. Unterkiefer. Besonders bevorzugt ist das künstliche Nervensystem eingerichtet, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs zu erkennen und/oder zu differenzieren. Auf diese Weise lassen sich Eingriffe an dem Modell noch exakter nachahmen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben gezeigte Aufgabe durch ein dreidimensionales Modell zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen, umfassend mindestens ein Halteelement, insbesondere zur Aufnahme künstlicher Zähne, ein künstliches Nervensystem umfassend mindestens einen künstlichen Nerv, wobei der künstliche Nerv zumindest teilweise durch das Halteelementverläuft, dadurch gelöst, dass das künstliche Nervensystem eingerichtet ist, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs zu erkennen und/oder zu differenzieren.
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Position und Verlauf des mindestens einen künstlichen Nervs entsprechen dabei vorzugsweise denen realer Nerven beispielsweise im menschlichen Ober- und/oder Unterkiefer oder in menschlichen Gliedmaßen, beispielsweise in einem menschlichen Arm. Speziell im Bereich des Unterkiefers stellt die Gefährdung großer Nerven mit Autonomiegebieten für Chirurgen oder Zahnärzte eine enorme Schwierigkeit dar. Mit Hilfe des künstlichen Nervensystems des dreidimensionalen Modells lassen sich beispielsweise der Nervus alveolaris inferior, insbesondere der Nervus mentalis, im Unterkieferknochen und/oder der Nervus lingualis nachahmen.
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Darüber hinaus kann das Modell für die Demonstration und/oder Simulation von Lokalanästhesien und/oder Nervenoperationen in anderen anatomischen Regionen dienen. Beispielsweise dient das Modell zur Demonstration und/oder Simulation einer axillären Plexusanästhesie. Hierbei kann es sich bei dem Halteelement beispielsweise um einen künstlichen menschlichen Arm handeln. Die axilläre Plexusanästhesie ist ein Regionalanästhesieverfahren, das operative Eingriffe am Arm ermöglicht. Dabei werden durch die Injektion von Lokalanästhetika im Bereich der Achsel die Nerven des Plexus brachialis, insbesondere der Nervus medianus, Nervus ulnaris, Nervus radialis und/oder Nervus musculocutaneus, reversibel blockiert.
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Das künstliche Nervensystem eignet sich insbesondere sowohl für die Detektion der Injektion von Flüssigkeiten, beispielsweise Lokalanästhetika, als auch für die Bestimmung eines potenziell schädigenden und/oder tatsächlichen schädigenden Kontakts z. B. mit einem Skalpell oder einem Bohrer. Vorzugsweise ermöglicht das Modell eine Gewichtung und/oder Unterscheidung der Einflüsse auf den künstlichen Nerv. Mit dem Modell können insbesondere unterschiedlich starke, potentiell schädigende Traumata unterschieden werden. So ist beispielsweise eine Evaluierung der Kontaktstärke möglich. Beispielsweise kann ein lediglich geringer Kontakt von einem Schnitt mit einem Skalpell unterschieden werden. Vorzugsweise lässt sich mit dem Modell zudem feststellen, ob in der Nähe des künstlichen Nervs eine Flüssigkeit injiziert wurde, z. B. ein korrekt appliziertes Lokalanästhetikum. Hierzu umfasst das Modell vorzugsweise eine elektronische Komponente.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Modells umfasst das künstliche Nervensystem einen kapazitiven Sensor. Mit Hilfe des kapazitiven Sensors kann insbesondere ein Schaden des künstlichen Nervs und/oder die Injektion einer Flüssigkeit festgestellt werden. Hierzu nimmt der kapazitive Sensor vorzugsweise die Position eines nachgeahmten realen Nervs ein. Die Verwendung eines kapazitiven Sensors als künstlicher Nerv erlaubt eine besonders einfache und günstige Erneuerung eines beschädigten künstlichen Nervs z. B. nach einer erfolgten Durchtrennung. Das Modell kann dementsprechend auch nach einem erfolgten Eingriff wiederverwendbar sein.
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Falls beispielsweise der mindestens eine künstliche Nerv bei einer Entfernung eines Zahns verletzt wurde, kann der künstliche Nerv ausgetauscht werden, und die weiteren Eingriffe, insbesondere Extraktionen, können durchgeführt werden, wobei der künstliche Nerv eine erneute Beschädigung detektieren könnte. Insbesondere wenn an einem Modell mehrere Eingriffe durchgeführt werden sollen, z. B. die Entfernung von mehreren Zähnen auf einer Seite im Unterkiefer simuliert werden soll, kann für alle nacheinander folgenden Eingriffe dasselbe Modell verwendet werden.
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Vorzugsweise umfasst der kapazitive Sensor einen beschichteten Draht, insbesondere einen mit Lack beschichteten Draht. Alternativ oder zusätzlich ist ein kapazitiver Sensor umfassend einen mit Kunststoff überzogenen Draht denkbar. Es handelt sich dabei um besonders kostengünstige Komponenten, die sich zur realitätsnahen Realisierung des dreidimensionalen Modells eignen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Modells umfasst das Nervensystem mindestens einen Indikator, der funktionell mit dem künstlichen Nerv gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des Nervs anzuzeigen. Ein Indikator liefert dem Benutzer des Modells insbesondere ein Feedback zu dessen Verwendung, beispielsweise zu einem geglückten oder missglückten Eingriff.
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Vorzugsweise umfasst der Indikator einen visuellen und/oder einen akustischen Indikator. Bei dem mindestens einen Indikator kann es beispielsweise um einen akustischen Indikator wie einen Lautsprecher oder um einen visuellen Indikator wie ein lichtemittierendes Element handeln. Ein akustisches und/oder visuelles Signal kann somit beispielsweise einen Rückschluss auf die Qualität, insbesondere den Erfolg und/oder Misserfolg, des Eingriffs zulassen.
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Denkbar ist zudem eine Kommunikation des Modells mit eine Kommunikationsgerät, beispielsweise über Bluetooth und/oder WLAN. Vorzugsweise ist das dreidimensionale Modell geeignet, mit einem Kommunikationsgerät zu kommunizieren, um Informationen über den Zustand des Modells, insbesondere des künstlichen Nervs, zu übermitteln. Beispielsweise ist es möglich, dass das künstliche Nervenmodell, insbesondere der künstliche Nerv mit einer Datenverarbeitungseinheit verbunden ist, welche wiederum mit eine Kommunikationsgerät, beispielsweise einem mobilen Endgerät, verbunden ist. So ist es vorzugsweise möglich, dass das mobile Endgerät, insbesondere eine auf diesem eingerichtete Anwendung, als Indikator fungiert, der funktionell mit dem künstlichen Nerv gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des Nervs anzuzeigen. So kann beispielsweise über das mobile Endgerät ein wahrnehmbares Signal ausgegeben werden, wenn der mindestens eine künstliche Nerv beschädigt und/oder eine Flüssigkeit in der unmittelbaren Nähe des künstlichen Nervs detektiert wurde.
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Das künstliche Nervensystem kann zudem weitere elektronische Komponenten wie Mikrocontroller sowie passive Bauteile wie lichtemittierende Elemente und/oder Widerstände umfassen. Die Kapazität des als künstlicher Nerv verwendeten kapazitiven Sensors verändert sich beispielsweise, wenn Flüssigkeiten mit dem Sensor in Verbindung kommen. Dies kann z. B. von einem Mikrocontroller erkannt und verarbeitet werden, um ein digitales Signal auszulösen, das dann zur Rückmeldung genutzt werden kann.
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Die hierin beschriebenen Aspekte sollen auch in Kombination miteinander offenbart verstanden werden. Ebenfalls sollen die hierin beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der unterschiedlichen Aspekte auch in Kombination mit den übrigen Aspekten offenbart verstanden werden. So gelten beispielsweise insbesondere die Ausführungen zu dem künstlichen Nervensystem des dreidimensionalen Modells des ersten Aspekts auch für das dreidimensionale Modell des dritten Aspekts.
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Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Modelle sowie das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 12 und 16 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt in
- 1 in einer schematischen Darstellung den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Modells des ersten Aspekts, und in
- 2 in einer schematischen Darstellung die Draufsicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Modells des dritten Aspekts.
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In 1 ist ein dreidimensionales Modell 1 zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen dargestellt. Das Modell 1 umfasst mindestens ein Halteelement 2 zur Aufnahme künstlicher Zähne und mindestens einen künstlichen Zahn 3, wobei der künstliche Zahn 3 mindestens eine künstliche Zahnwurzel 3a umfasst, wobei die künstliche Zahnwurzel 3a zumindest teilweise in einer Ausnehmung 2a des Halteelements 2 aufgenommen ist. Bei dem Halteelement 2 handelt es sich beispielsweise um einen künstlichen Kieferknochen, welcher einem menschlichen Unterkieferknochen nachgeahmt ist. Das Halteelement 2 ist insbesondere geeignet, in gängige Phantome eingesetzt zu werden. Der künstliche Zahn 3 umfasst drei künstliche Zahnwurzeln 3a, welche in eine Ausnehmung 2a des Halteelements 2 aufgenommen sind. Die Ausnehmung 2a des Halteelements 2 bildet vorzugsweise ein Abbild der künstlichen Zahnwurzeln 3a. Hierzu weist die Ausnehmung 2a beispielsweise schräge, nach oben divergierende Seitenflanken auf. Dazu passend sind die künstlichen Zahnwurzeln 3a konisch ausgebildet.
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Zwischen dem Halteelement 2 und den künstlichen Zahnwurzeln 3a ist ein Spalt vorhanden. Der Spalt hat beispielsweise eine Breite von 0,1 bis 0,9 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,3 mm.
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Zwischen dem Halteelement 2 und dem künstlichen Zahn 3, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel 3a, ist eine Vielzahl an Verbindungssträngen 4 ausgebildet. Die Verbindungsstränge 4 sind im Wesentlichen über die gesamte Wurzelfläche der künstlichen Zahnwurzeln 3a ausgebildet und erstrecken sich in Richtung des Halteelements 2. Insbesondere verbinden die Verbindungsstränge 4 den mindestens einen künstlichen Zahn 3, insbesondere die mindestens eine künstliche Zahnwurzel 3a, auf direktem und damit kürzestem Weg mit dem Halteelement 2. Insbesondere weist mindestens ein Verbindungsstrang 4 einen Winkel von 45 bis 135 Grad, bevorzugt im Wesentlichen 90 Grad zur Zahn- bzw. Wurzeloberfläche auf.
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Durch die Verbindung des mindestens einen künstlichen Zahns 3 mit dem Halteelement 2 über die Vielzahl an Verbindungssträngen 4 kann mit dem Modell 1 beispielsweise eine physiologisch exakte Zahnentfernung simuliert werden. Das Modell 1 eignet sich insbesondere für die Simulation realitätsnaher Extraktionen und Osteotomien, Wurzelspitzenresektionen und plastischer Wundverschlüsse. Das Modell 1 erlaubt vorzugsweise ein Komplikationsmanagement, z. B. bei Wurzelfrakturen, ein flexibles Falldesign, z. B. ankylosierte und retinierte Zähne, insbesondere eine möglichst exakte Patientenfallsimulation. Vorzugsweise können unterschiedliche Schwierigkeitsgrade simulierter Eingriffe mit dem Modell 1 dargestellt werden. Zudem ist das Modell 1 vorzugsweise für eine Vielzahl von Übungs- und/oder Demonstrationsszenarien verwendbar. Beispielsweise die Extraktion eines ersten künstlichen Zahns 3, welcher z. B. als nachgeahmter Eckzahn ausgestaltet ist, sowie eines zweiten künstlichen Zahns 3, welcher z. B. als nachgeahmter Backenzahn ausgebildet ist, können an demselben Modell 1 durchgeführt werden.
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Mindestens ein Verbindungsstrang 4, insbesondere ein Großteil der Verbindungsstränge 4, ist lateral der Zahnwurzel 3a des künstlichen Zahns 3 ausgebildet. Zusätzlich ist an jeder Wurzelspitze der künstlichen Zahnwurzeln 3a jeweils ein Verbindungsstrang 4 ausgebildet. Zum Teil sind zudem Verbindungsstränge 4 im Bereich des Zahnhalses, dem Übergang zwischen Zahnkrone und den Zahnwurzeln 3a ausgebildet. Die Verbindungsstränge 4, welche an der Wurzelspitze ausgebildet sind, weisen einen runden Querschnitt auf, während die Verbindungsstränge 4 lateral des künstlichen Zahns 3, insbesondere der künstlichen Zahnwurzeln 3a, einen eckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt, aufweisen.
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Die Durchmesser der lateral des künstlichen Zahns 3, insbesondere der künstlichen Zahnwurzeln 3a, ausgebildeten Verbindungsstränge 4 ist geringer als der Durchmesser der an den Wurzelspitzen ausgebildeten Verbindungsstränge 4.
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Das Halteelement 2, der mindestens eine künstliche Zahn 3 und/oder mindestens ein Verbindungsstrang 4 sind beispielsweise zumindest teilweise aus unterschiedlichen Materialien und/oder aus dem gleichen Material hergestellt. Die Komponenten umfassen beispielsweise synthetisches Polymer, insbesondere Polylactid (PLA), Polyethylenterephthalat (PET), Glykol modifiziertes PET (PETG), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), TPE (thermoplastisches Elastomer), PMMA (Polymethylmethacrylat), PVA (Polyvinylalkohol), Polycarbonate (PC), High-Impact Polystyrene (HIPS), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA), Low weight PLA (LW-PLA), und/oder Low weight TPU (LW-TPU). Bevorzugt können beispielsweise verschiedene Härtegrade, Elastizitätsmodule und/oder Bruchzähigkeiten des mindestens einen Halteelements 2, des mindestens einen künstlichen Zahns 3, der mindestens einen künstlichen Zahnwurzel 3a und/oder der Verbindungsstränge 4 erzielt werden.
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Zudem umfasst das Modell 1 ein künstliches Nervensystem 7 mit mindestens einem künstlichen Nerv 8, wobei der künstliche Nerv 8 zumindest teilweise durch das Halteelement2 verläuft. Sowohl im Ober- als auch im Unterkiefer verlaufen für gewöhnlich Nervenstränge, die bei chirurgischen und zahnärztlichen Eingriffen berücksichtigt werden müssen. Mit Hilfe des dreidimensionalen Modells 1 lassen sich beispielsweise der Nervus alveolaris inferior, insbesondere der Nervus mentalis, im Unterkieferknochen und/oder der Nervus lingualis nachahmen.
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Das künstliche Nervensystem 7 ist insbesondere eingerichtet, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 8 zu erkennen und/oder zu differenzieren. Hierzu weist das Nervensystem 7 einen kapazitiven Sensor als künstlichen Nerv 8 auf. Bei dem kapazitiven Sensor handelt es sich beispielsweise um einen beschichteten Draht, welcher insbesondere mit Lack beschichtet ist. Denkbar ist auch eine isolierende Schicht, beispielsweise ein Kunststoffüberzug.
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Weiter umfasst das künstliche Nervensystem 7 des Modells 1 mindestens einen Indikator 9, der funktionell mit dem künstlichen Nerv 8 gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 8 anzuzeigen.
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Das Modell 1 umfasst vorzugsweise eine Gingivamaske 5, wobei die Gingivamaske 5 das Halteelement 2 zumindest teilweise bedeckt. Besonders bevorzugt umfasst das Modell 1 zudem ein textiles Gewebe 6, insbesondere eine Gaze umfassend Baumwollfasern. Das textile Gewebe 6 ist insbesondere zumindest teilweise in die Gingivamaske 5 eingebettet.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Modells 1 zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen umfasst die simultane Fertigung mindestens eines Halteelements 2 zur Aufnahme künstlicher Zähne und mindestens eines künstlichen Zahns 3 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines print in place-Verfahrens. Der künstliche Zahn 3 umfasst mindestens eine künstliche Zahnwurzel 3a, welche zumindest teilweise in einer Ausnehmung 2a des Halteelements 2 aufgenommen ist. Zwischen dem Halteelement 2 und dem künstlichen Zahn 3, insbesondere der künstlichen Zahnwurzel 3a, wird eine Vielzahl an Verbindungssträngen 4 ausgebildet.
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Zu den etablierten additiven Fertigungsverfahren gehört unter anderem die Schmelzschichtung, bei welcher ein Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff oder auch aus geschmolzenem Metall aufgebaut wird. Im Schmelzschichtverfahren wird zunächst ein Raster von Punkten auf eine Fläche aufgetragen. Erzeugt werden die Punkte dabei durch die Verflüssigung eines drahtförmigen Kunststoff-, Metall- und/oder Wachsmaterials durch Erwärmung, der Aufbringung durch Extrudieren mittels einer Düse sowie einer anschließenden Erhärtung durch Abkühlung an der gewünschten Position in einem Raster der Arbeitsebene. Der Aufbau des Modells 1 erfolgt, indem wiederholt jeweils zeilenweise eine Arbeitsebene abgefahren und dann die Arbeitsebene stapelnd nach oben verschoben wird, sodass das Modell 1 schichtweise entsteht. Auskragende Teile können beispielsweise mit hinzugefügten Stützstrukturen erzeugt werden.
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Das print in place-Verfahren, welches beispielsweise mit einem Filament Deposition 3D-Drucker, beispielsweise mit einem Ultimaker S5, durchgeführt wird, ermöglicht es, den mindestens einen künstlichen Zahn 3 und das mindestens eine Halteelement 2 simultan, vorzugsweise in einem Prozessschritt, zu drucken, wobei der künstliche Zahn 3 beispielsweise mit einem anderen Filament als das Halteelement 2 gedruckt wird.
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Durch die Kombination verschiedener Filamente und die Modifikation lokaler Druckeinstellungen, können die Eigenschaften des Zahns 3 und des Halteelements 2 unterschiedlich modelliert werden, um ein besonders gutes haptisches Modell 1 zu erzielen. Bei dem Filament sowohl für das Halteelement 2 als auch den mindestens einen Zahn 3 handelt es sich vorzugsweise um einen thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise ABS oder PLA, welcher in Drahtform auf Rollen konfektioniert im print in place-Verfahren zum Einsatz kommt. Der Durchmesser der Verbindungsstränge 4 ist insbesondere so auf den verwendeten 3D-Drucker abgestimmt, dass die Verbindungsstränge 4 mit einer einfachen Dicke des Filaments gedruckt werden können, sodass einzelne Stränge das Halteelement 2 und den künstlichen Zahn 3 miteinander verbinden, wodurch eine halbelastische Verbindung zwischen dem Halteelement 2 und dem künstlichen Zahn 3 entsteht.
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Das Verfahren umfasst vorzugsweise weiterhin ein Integrieren eines künstlichen Nervensystems 7 umfassend mindestens einen künstlichen Nerv 8 in das Modell 1, wobei der künstliche Nerv 8 zumindest teilweise durch das Halteelement2 geführt wird. Der künstliche Nerv 7 des Modells 1 kann als kapazitiver Sensor ausgebildet sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem kapazitiven Sensor um einen mit Lack beschichteten Draht. Alternativ kann es sich auch um einen mit Kunststoff überzogenen Draht handeln. Die Verwendung eines kapazitiven Sensors als künstlicher Nerv 8 erlaubt insbesondere eine einfache und günstige Erneuerung des beschädigten künstlichen Nervs 8, z. B. nach einer erfolgten Durchtrennung. Das Modell 1 ist dementsprechend jedenfalls teilweise wiederverwendbar.
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Das künstliche Nervensystem 7 ist eingerichtet, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 8 zu erkennen und/oder zu differenzieren. Mit dem künstlichen Nervensystem 7 sind damit besonders realistische Simulationen von chirurgischen und zahnärztlichen Eingriffen möglich.
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Weiter umfasst das künstliche Nervensystem 7 einen Indikator 9, der funktionell mit dem künstlichen Nerv 8 gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 8 anzuzeigen. Der Benutzer kann somit während eines simulierten Eingriffs ein Feedback erhalten, sollte der künstliche Nerv 8 beschädigt worden sein oder eine Flüssigkeit korrekt oder inkorrekt appliziert worden sein. Es ist denkbar, dass der Indikator 9 abgestufte Signale wiedergeben kann, beispielsweise abhängig von der Kontaktstärke und/oder dem Grad der Beschädigung des Nervs 8.
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Das Verfahren umfasst vorzugsweise weiter ein zumindest teilweises Aufbringen einer Gingivamaske 5 auf das Halteelement 2. Das dreidimensionale Modell 1 umfasst - neben dem Halteelement 2, mindestens einem künstlichen Zahn 3 und einer Vielzahl von Verbindungssträngen 4 - eine Gingivamaske 5, wobei die Gingivamaske 5 das Halteelement 2 zumindest teilweise bedeckt.
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Die Gingivamaske 5 wird aufgebracht, nachdem das mindestens eine Halteelement 2, der mindestens eine künstliche Zahn 3 und die Verbindungsstränge 4 simultan mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere eines print in place-Verfahrens, gedruckt wurden. Für die Herstellung der Gingivamaske 5 wird vorzugsweise Silikon, beispielsweise GI-MASK, Coltene®, Liechtenstein, in die Aussparung eine Matrize gespritzt oder gegossen und gegen das 3D-gedruckte Modell 1 umfassend mindestens ein Halteelement 2, mindestens einen künstlichen Zahn 3 und eine Vielzahl an Verbindungssträngen 4 gepresst. Alternativ kann das gedruckte Modell 1 mit Silikon übergossen werden.
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Vor Aufbringen der Gingivamaske 5 wird vorzugsweise ein textiles Gewebe 6, insbesondere eine Gaze aus Baumwollfasern, auf das Halteelement 2 aufgebracht. Als textiles Gewebe 6 kann beispielsweise eine ungefaltete Baumwollkompresse verwendet werden, die auf die Oberfläche des Halteelements 2 geklebt wird.
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Wie 1 zu entnehmen ist, umfasst das Modell 1 ein textiles Gewebe 6, insbesondere eine Gaze umfassend Baumwollfasern, welches zumindest teilweise in die Gingivamaske 5 eingebettet werden kann. Dies kann beispielsweise durch Übergießen des Modells 1 mit dem aufgebrachten textilen Gewebe 6, vorzugsweise der Gaze, mit Silikon erfolgen. Alternativ kann das Modell 1 mit dem aufgebrachten textilen Gewebe 6 in eine Gussform eingesetzt werden. Mit Hilfe der Gussform kann anschließend Silikon um das Modell 1 gegossen werden.
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Durch diese Reihenfolge wird das textile Gewebe 6, insbesondere die Baumwollkompresse, in das Silikon eingebettet, wodurch eine filigrane Verbindung entsteht, die die Eigenschaften des dreidimensionalen Modells 1 deutlich verbessert. Die Kompresse simuliert dabei das Periost, das zähe, am Knochen haftende Fasergewebe. Mit der Kompresse kann somit ein Schlüsselkonzept des chirurgischen Weichgewebemanagements realistisch erlebt werden: Beim ersten Anheben der durch das textile Gewebe 6, beispielsweise der Baumwollkompresse, faserverstärkten Gingivamaske 5 verhindert das textile Gewebe 6 jegliche Dehnung. Erst eine Inzision des textilen Gewebes 6 ermöglicht eine Dehnung der Gingivamaske 5.
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Das in 2 dargestellte dreidimensionale Modell 10 zur Simulation medizinischer, insbesondere zahnärztlicher, Behandlungen, umfasst mindestens ein Halteelement 12, insbesondere zur Aufnahme künstlicher Zähne, ein künstliches Nervensystem 17 umfassend mindestens einen künstlichen Nerv 18, wobei der künstliche Nerv 18 zumindest teilweise durch das Halteelement 12 verläuft. Das Halteelement 12 ist in diesem Fall als künstlicher menschlicher Unterkiefer ausgebildet. Der künstliche Nerv 18 kann beispielsweise den Nervus alveolaris inferior, den Nervus mentalis und/oder den Nervus lingualis nachahmen.
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Alternativ kann das Modell 10 umfassend das künstliche Nervensystem 17 für die Demonstration und/oder Simulation von Lokalanästhesien und/oder Nervenoperationen in anderen anatomischen Regionen dienen. Beispielsweise kann es sich bei dem Halteelement 12 um einen künstlichen menschlichen Arm handeln. In dem Fall kann das Modell 10 beispielsweise zur Demonstration und/oder Simulation einer axillären Plexusanästhesie dienen.
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Das künstliche Nervensystem 17 ist eingerichtet, die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 18 zu erkennen und/oder zu unterscheiden. Das künstliche Nervensystem 17 eignet sich insbesondere sowohl für die Detektion der Injektion von Flüssigkeiten, beispielsweise Lokalanästhetika, als auch für die Bestimmung eines potenziell schädigenden Kontakts z. B. mit einem Skalpell, einer Nadel oder einem Bohrer.
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Dazu umfasst das künstliche Nervensystem 17 insbesondere einen kapazitiven Sensor. Der kapazitive Sensor umfasst bevorzugt einen beschichteten Draht, insbesondere einen mit Lack beschichteten Draht. Alternativ ist ein kapazitiver Sensor umfassend einen mit Kunststoff überzogenen Draht denkbar.
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Das Nervensystem 17 umfasst zudem mindestens einen Indikator 19, der funktionell mit dem künstlichen Nerv 18 gekoppelt ist, um die Injektion einer Flüssigkeit und/oder eine Schädigung des künstlichen Nervs 18 anzuzeigen. Der Indikator liefert insbesondere ein Feedback für den Benutzer über den Erfolg und/oder Misserfolg des am Modell 10 durchgeführten Eingriffs.
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Hierzu umfasst der Indikator 19 beispielsweise einen visuellen und/oder einen akustischen Indikator. Wird der künstliche Nerv 18 bei dem simulierten Eingriff beispielsweise beschädigt, erscheint ein visuelles Signal, beispielsweise leuchtet ein lichtemittierendes Element auf, und/oder ein akustisches Signal, beispielsweise ertönt ein Ton aus einem Lautsprecher. Je nach Kontaktstärke ist beispielsweise eine Abstufung in der Intensität des Signals möglich. Gleichermaßen kann der Indikator 19 ein Feedback zu einer simulierten Injektion geben.
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Das Modell 10 kann zudem weitere elektronische Komponenten wie aktive Komponenten, beispielsweise Mikrocontroller, insbesondere einen Arduino Nano Mikrocontroller, oder passive Komponenten wie lichtemittierende Elemente oder Widerstände umfassen.
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Beispielsweise umfasst das Modell 10 einen Mikrocontroller, der vorzugsweise über eine Leiterplatte mit dem künstlichen Nerv 17, vorzugsweise umfassend einen kapazitiven Sensor, insbesondere einen beschichteten Draht, verbunden ist. Dieser verläuft zumindest teilweise durch das beispielsweise als künstlicher Unterkiefer ausgebildete Halteelement 12 und simuliert z. B. den Nervus alveolaris inferior. Denkbar ist, dass das Signal bei einer lediglich stumpfen Berührung nicht ausgelöst wird. Bei einem scharfen, schneidenden Kontakt mit dem künstlichen Nerv 17, z. B. mit einem Skalpell, wird dagegen der Indikator 19, beispielsweise in Form eines blauleuchtenden lichtemittierenden Elements, ausgelöst.
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Das Modell 1, 10 bietet insbesondere angehenden oder ausgebildeten Zahnärzten und Chirurgen vorzugsweise die Möglichkeit, verschiedene medizinische Verfahren mit einem einzigen Modell und mit besonders realitätsnahen Erfahrungen zu trainieren. Mit dem Modell 1, 10 können vorzugsweise auch umgebende anatomischen Formen und Strukturen modelliert werden. So kann z. B. mindestens eine Kieferhöhle abgebildet werden. Es können aber auch beispielsweise pathologische Zustände wie eine Zyste abgebildet werden und entsprechende Eingriffe wie Wurzelspitzenresektionen, Zystektomien und/oder Zystostomien geübt werden. Neben Zahnextraktionen, chirurgischen Schnitten und/oder Injektionen, kann sich das Modell 1, 10 darüber hinaus beispielsweise zur Simulation einer Kieferfraktur, Sinusbodenelevation, von Implantationen, einer Zahntransplantation, von Mobilisation, Knöpfchenkleben, Frontzahntrauma und/oder orthognathe Operationen eignen.
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Das Modell 1, 10 ist individuell gestaltbar. Insbesondere kann das Modell 1, 10 an einen realen Patientenfall angepasst sein.
