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Das Gebrauchsmuster betrifft das Gebiet der Medizin, insbesondere die orthopädische und orthodontische Stomatologie und wird bei der Untersuchung der funktionellen Okklusion zwecks Diagnosestellung, bei der Planung herausnehmbarer und nicht herausnehmbarer orthopädischer Konstruktionen sowie bei der Erstellung des Heilplans verwendet. Die Veränderung der Artikulationsbahnen des Unterkiefers hat auf die geplante Behandlung dahingehend Einfluss, dass bei dieser Behandlung eine Korrektur der veränderten Bahnen vorgenommen wird. Eine Erfassung dieser Veränderungen ist mit Hilfe eines elektronischen Aufzeichnungssystems, des Axiographen, möglich.
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Die beanspruchte Vorrichtung zur Diagnostik der Unterkieferartikulation ist ein Axiograph und umfasst einen am Gesicht des Patienten befestigten Gesichtsbogen mit darauf befindlichen Positionssensoren, mindestens eine am Gesichtsbogen befestigte Videokamera sowie an den Kiefern des Patienten mittels Bissgabel befestigte grafische Marker.
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Die Bewegungen des Unterkiefers sind bei jedem Menschen individuell. Diese Bewegungen hängen vom Aufbau der Kiefergelenke, der Zahnreihen und der Muskeln ab. Die Veränderung eines jeden dieser Faktoren hat Einfluss auf, d. h. verändert, die Unterkieferartikulation. Alle Unterkieferbewegungen können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Bewegungen, die unter Einbeziehung der Zahnreihen bzw. ohne Einbeziehung der Zahnreihen ausgeführt werden. Die Unterkieferbewegungen können komplex (funktionelle Kauprobe) und weniger komplex (Unterkieferbewegungen nach vorn, nach rechts, nach links) sein.
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Aus der Literatur ist bekannt, dass alle elektronischen Axiographen die Unterkieferbewegungen dreidimensional erfassen können, wobei die aufgezeichneten Bahnen in Zahn- und Gelenkbahnen eingeteilt werden. Das herkömmliche Prinzip elektronischer Ultraschallsysteme besteht im Erfassen von Ultraschallsignalen, die von einem Geber ausgehen, der an einem Befestigungsmittel an der Zahnreihe des Unterkiefers befestigt ist, mit einem speziellen, an einem speziellen Gesichtsbogen befestigten Mikrofon (2).
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Die elektronischen Ultraschallsysteme sind hinlänglich informativ, da die Untersuchung in drei Ebenen (dreidimensional) erfasst wird. Die gewonnenen Daten können beliebig oft und beliebig schnell reproduziert werden.
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Diese Systeme weisen jedoch einige Mängel auf. Der Hauptmangel ist die Unterteilung der aufgezeichneten Bewegungsbahnen des Unterkiefers in Zahn- und Gelenkbahnen (3).
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Wie in 4 dargestellt ist, befindet sich der Bereich, in dem das Unterkiefergelenk liegt, außerhalb des Erfassungsbereichs des Ultraschallsystems. Somit ist die Berechnung der Gelenkbahnen mit schwerwiegenden Fehlern behaftet. In den elektronischen Systemen ist nicht beschrieben, wie diese die Gelenkbahnen berechnen, ohne sich dabei am Gelenkbereich zu orientieren.
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Zum jetzigen Zeitpunkt existiert praktisch keine Vorrichtung, die es ermöglicht, die Bahn des Unterkiefergelenks ohne erhebliche Ungenauigkeiten zu erfassen.
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Die beanspruchte Vorrichtung ist ein optoelektronischer Axiograph, in dem alle Bewegungsbahnen von Mini-Videokameras aufgezeichnet werden, die die Bewegungen grafischer Marker und/oder mittels Positionssensoren – Gyroskopen und/oder Akzelerometer – erfassen.
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Das technische Ergebnis der beanspruchten Lösung ist eine Erweiterung der Aufzeichnungsmittel für die Bewegungsbahn anatomischer Teile des Kopfes mit minimaler Fehlerquote.
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Das technische Ergebnis wird mit einer Vorrichtung zur Erfassung der Verschiebung anatomischer Teile des Kopfbereichs realisiert, die einen am Gesicht des Patienten befestigten Gesichtsbogen mit darauf befindlichen Positionssensoren, mindestens eine am Gesichtsbogen befestigte Videokamera sowie an den Kiefern des Patienten mittels Bissgabel befestigte grafische Marker umfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Positionssensoren in den grafischen Markern installiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Positionssensoren um ein Akzelerometer und/oder ein Gyroskop.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei Bissgabeln – jeweils eine für den Ober- und den Unterkiefer – verwendet, wobei sich auf jeder Bissgabel mindestens ein grafischer Marker befindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei am Gesichtsborgen befestigte Kameras verwendet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden vier am Gesichtsbogen befestigte Kameras verwendet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gesichtsbogen am Gesicht des Patienten im Bereich der Ohren und der Nasenwurzel befestigt.
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In einer anderen Ausführungsform ist der Gesichtsbogen am Gesicht des Patienten mit Hilfe eines (gespannten), um den Kopf – im Bereich der Stirn, über den Ohren, im Nacken – herumlaufenden Bandes befestigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gesichtsbogen normalerweise am freien Ende nach unten gebogen.
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Dabei meint die Formulierung „anatomische Teile des Kopfbereichs” in diesem Kontext den Ober- und Unterkiefer, die Zähne und das Unterkiefergelenk.
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Der Begriff „Gesichtsbogen” bedeutet in diesem Kontext das Stützelement des Axiographen und dient zu Befestigung der Elemente des Axiographen am menschlichen Kopf.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 1: Optischer Axiograph
- 1
- Gesichtsbogen
- 2, 3
- Mini-Videokameras
- 4
- Kiefer des Patienten (Ober- und Unterkiefer)
- 5
- Bissgabel
- 6
- Marker, die an den Kiefern des Patienten (Ober- bzw. Unterkiefer) mittels Bissgabel befestigt sind. Sie können ein und/oder mehrere Akzelerometer und/oder Gyroskop(e) beinhalten.
- 7
- Positionssensoren im Gesichtsbogen (ein und/oder mehrere Akzelerometer und/oder Gyroskop(e)).
Fig. 2: Axiograph Arcus Digma II (Kavo, Deutschland) - 1
- Mikrofon
- 2
- Ultraschallgeber
Fig. 3: Axiographie-Daten - 1
- Gelenkbahnen
- 2
- Zahnbahn
Fig. 4: Position des rechten - 1
- Unterkiefergelenks
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In dem vorliegenden elektronischen Axiographen werden alle Bahnen mit Mini-Videokameras, die die Bewegungen spezieller Marker erfassen, und/oder mittels Positionssensoren – Gyroskopen und/oder Akzelerometem – aufgezeichnet.
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Aufbau eines Axiographen:
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- 1 Gesichtsbogen-Stützelement des Axiographen; dient der Befestigung der Elemente des Axiographen am menschlichen Kopf (es werden Bezeichnungsvarianten der unterschiedlichen Ausführungsformen dieser Befestigungen dargestellt)
- 2, 3 Mini-Videokameras (2 oder 4 Kameras/unterschiedliche Ausstattung der Vorrichtung/)
- 4 Kiefer des Patienten (Ober- und Unterkiefer)
- 5 Bissgabel
- 6 Marker, die an den Kiefern des Patienten (Ober- bzw. Unterkiefer) mittels der Bissgabel befestigt sind (mindestens ein Marker je Bissgabel). Sie können ein und/oder mehrere Akzelerometer und/oder Gyroskop(e) beinhalten.
- 7 Positionssensoren am Gesichtsbogen (ein und/oder mehrere Akzelerometer und/oder Gyroskop(e)).
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Je nach Aufgabe können im elektronischen Axiographen eine oder mehrere gleichartige oder hinsichtlich der funktionellen Merkmale unterschiedliche Videokameras sowie Sensoren zur Messung der Position im Raum – Akzelerometer und/oder Gyroskope – verwendet werden.
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Der Marker (grafischer Marker) ist ein genaues Kontrastobjekt, z. B.: Bereich für eine scharfe, kontrastreiche Darstellung, dreidimensionaler Gegenstand, Satz geometrischer Körper und/oder anderer Linien (schwarz-weiß, schwarz-gelb, weiß-rot-grün u. ä), der auf eine ebene und/oder gekrümmte Fläche (z. B. Teil einer sphärischen Fläche) aufgesetzt ist, und/oder ein räumlicher Körper (z. B. Kante eines Parallelepipeds).
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Um Daten zur räumlichen Position des menschlichen Kiefers zu gewinnen, können die in den Markern installierten Positionssensoren (s. o.) sowie die im Gesichtsbogen installierten Positionssensoren verwendet werden.
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Als Positionssensor – Akzelerometer – kann das Akzelerometer-Modell LSM303DLHC der Firma ST Microelectronics verwendet werden. Dieses Akzelerometer-Modell misst die Beschleunigung sofort in drei Ebenen (Achsen); wesentliche technische Daten dieses Akzelerometers sind der Messbereich (min. +/–2 g (wobei g: Maßeinheit der Beschleunigung gleich ~9,8 m/s2/Meter pro Sekunde im Quadrat/) sowie die Auflösung (min. 1 mg/Milli-g/). Es kann/können (ein oder mehrere) ein- bzw. zweiachsige(s) Akzelerometer verwendet werden.
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Als Positionssensor – Gyroskop – kann das Model L3GD20 der Firma ST Microelectronics verwendet werden. Dieses Gyroskop-Modell erlaubt es, die Winkelabweichung zugleich in drei Ebenen (Achsen) zu messen; wesentliche technische Daten dieses Gyroskops sind der Messbereich (min. +/–250 Winkelgrad) sowie die Auflösung (min. 8,75 Milli-Winkelgrad). Es können ein- bzw. zweiachsige Gyroskope verwendet werden.
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Zur Verfolgung der Bewegungsbahnen der Kiefer (Zähne, Unterkiefergelenke) können eine oder mehrere Videokameras eingesetzt werden.
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Die Videokameras verfolgen die Verschiebung der Marker. Ausgehend von den durch die Videokameras gewonnenen Daten werden die Bewegungsbahnen (Verschiebungsbahnen) der Kiefer (Zähne, Unterkiefergelenke) berechnet.
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Bei der Untersuchung der Kieferverschiebungen können auch die in den Markern befindlichen Positionssensoren verwendet werden; darüber hinaus kann dies auch durch Positionssensoren im Gesichtsbogen geschehen. Durch die von diesen Sensoren gewonnenen Daten lassen sich die Bewegungsbahnen der Kiefer genauer berechnen; außerdem liefern sie eine grundlegend neue Information über die Position, die Beschleunigung und die Verschiebung der Kiefer im Raum.
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Die vorliegende Vorrichtung wird am Kopf des Patienten praktisch starr befestigt; dadurch werden die laufenden Messungen nicht durch die Kopfbewegungen und die Position des Kopfes beeinflusst.
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Die vorliegende Vorrichtung ist zur Erfassung der Bewegungen des Unterkiefers bei voller Amplitude bestimmt. Die zusätzlich am Bogen befindlichen Videokameras dienen auch lokalen hochpräzisen Messungen der Anfangsbewegungsbahnen und der Endbahnen (wenn die Zahnreihen auseinandergehen und wenn sie schließen). Dies soll die Genauigkeit der auf die Untersuchung der Anfangsberührung und der Schließbahnen der Kiefer ausgerichteten Messungen erhöhen.
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Die Abmessungen der Vorrichtung ermöglichen es, sie vollständig am Kopf des Patienten anzubringen. Damit ist die Vorrichtung mobil und ihr Transport nicht schwierig.
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Die Verfolgung der Bewegungsbahnen der menschlichen Kiefer wird folgendermaßen gelöst: Die Mini-Videokameras, die am Gesichtsbogen angebracht sind, verfolgen die Verschiebung der mittels Bissgabeln an den Kiefern des Patienten befestigten Marker. Die Position der Marker des Oberkiefers gilt als Bezugspunkt. Die Bewegung des Unterkiefers wird anhand des Markers des Unterkiefers bezogen auf den Oberkiefer gemessen. Da die gemessene Verschiebung relativ ist, ist im Allgemeinen die Position des Gesichtsbogens nicht wichtig. Unbedeutende Verschiebungen des Gesichtsbogens am Kopf des Patienten während der Messungen sind zulässig (die Verschiebungen können durch die Mimik bedingt sein). Diese Verschiebungen des Gesichtsbogens haben keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit.
