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Die Erfindung betrifft einen Kopplungslöffel zur temporären Fixierung von Unterkiefer-Messsensorik am Unterkiefer eines Wirbeltiers, insbesondere des Menschen. Sie betrifft des Weiteren einen Unterkiefermessbogen sowie ein Unterkiefermessbogen-Set, welche einen solchen Kopplungslöffel aufweisen.
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Bissgabeln sind ein seit langem bekanntes Arbeitsmittel der Dentalmedizin, mit dem Abdrücke der Zahnoberflächen genommen und, insbesondere zur Erzeugung von Zahnmodellen, weiter verarbeitet werden können. Es handelt sich hierbei üblicherweise um einstückige Kunststoffteile, die in verschiedenen Gestaltungsformen bekannt sind. Diese Kunststoffteile werden mit einem sogenannten Registriermaterial (Registrat) gefüllt bzw. belegt, in das sich die Zahnoberflächen des Patienten als sog. Impression einprägen, wenn ihm die Bissgabel eingesetzt wird und er in das Registrat beißt.
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Im Zusammenhang mit verschiedenen zahnärztlichen Leistungen, speziell der Bereitstellung von hochwertigen Teil- oder Totalprothesen oder Schienen, ist die Darstellung und Animation von virtuellen Zahnflächen in Rechnereinheiten wünschenswert. Hierzu wurden von der Anmelderin in der
DE 102 18 435 B4 ein Positionsbestimmungssystem sowie eine speziell gestaltete Bissgabel zum Einsatz in solchen vorgeschlagen. Die Bissgabel hat einen Fortsatz, an dem eine Haltevorrichtung für Positionssensoren bzw. -marker des Positionsbestimmungssystems (etwa Ultraschallmarker) angebracht werden kann. Eine weiterentwickelte Bissgabel dieser Art ist auch in der unveröffentlichten
PCT/EP2011/058790 der Anmelderin beschrieben. Alternativ dazu kann die Sensorik des Positionsbestimmungssystems direkt lösbar mit der Bissgabel verbunden sein. Positionssensoren können beispielsweise Kamera oder Lasersensoren, Magnetsensoren oder Sensoren basierend auf Inertialgebern oder Gyroskopen oder Kombinationen hieraus beinhalten. Zur Kompensation von Kopfbewegungen werden Referenzsensoren am Oberkiefer oder über einen Kopfbogen befestigt. Weiterhin können stationäre Sensorsysteme z. B. Kameras erforderlich sein.
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Zur Anbringung von Komponenten eines Positionsbestimmungssystems speziell am Unterkiefer (UK) eines Patienten dienen allerdings üblicherweise Halterungen mit einem Metallteil, bei dem bestimmte Flächenabschnitte in Anpassung an die Außenkrümmung der Zähne gebogen sind, mit Kunststoff unterfüttert und entweder angeklebt oder über die Zwischenzahnflächen am Unterkiefer festgehalten werden. Hier spricht man von einer paraokklusalen Befestigung, und diese hat den wesentlichen Vorteil, dass auch bei angebrachter Halterung ein ungestörter Aufbiss und ungestörte zahngeführte Bewegungen möglich sind, also keine Verfälschung der natürlichen Unterkiefer-Kinetik eintritt.
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Seit einigen Jahren gewinnt die Erfassung der Zahnoberflächen bzw. insgesamt der Geometrie des Mundinnenraumes von Patienten mittels intraoraler Scanner an Bedeutung. Die mittels solcher Scanner gewonnenen Bilder der Zahnoberflächen bzw. der Mundhöhle zeigen allerdings nur Ausschnitte und sind nicht ohne Weiteres für eine Animation und die Simulation von Bewegungsabläufen des Gebisses brauchbar. Die partiellen Zahnflächen, die mit intraoralen 3D-Oberflächenscannern direkt im Mund erfasst werden, können insbesondere nicht ohne Weiteres mit Daten von Positionsmesssystemen korreliert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiterentwickelte Befestigung für Positionsbestimmungs-Sensorik am Unterkiefer eines Wirbeltiers anzugeben, die verbesserte diagnostische Aussagemöglichkeiten, bei Nutzung moderner Techniken der Dentaldiagnostik bietet.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kopplungslöffel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In speziellen Aspekten wird sie durch einen Unterkiefermessbogen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bzw. ein Unterkiefermessbogen-Set mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Kopplungslöffel um ein im Wesentlichen starres, vereinfacht formuliert als kastenförmig zu bezeichnendes Formteil, in das Unterkiefer-Befestigungsmasse zur Befestigung am Unterkiefer eingebracht werden kann. Dieses Formteil hat auf seiner Oberseite eine Gleitfläche, die dazu ausgebildet ist, dass die Zähne des Oberkiefers (OK) hierauf bei den vorauszusetzenden Gebissbewegungen des Patienten leicht gleiten können. Die Markierungen sind mit einem gegenüber der Beißfläche kleineren Erfassungsbereich erfassbar und derart ausgebildet und angeordnet, dass sie eine Positionsbestimmung eines im Erfassungsbereich aufgenommenen Scans bezüglich der Gesamterstreckung der Bissgabel ermöglichen. Der vorgeschlagene Kopplungslöffel ist damit zusammen mit einem Scanner mit relativ kleinem Erfassungsbereich, wie etwa in der Zahnmedizin gebräuchlichen intraoralen Scannern, einsetzbar.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt in der einfachen und schnellen Befestigung. Obwohl durch den Einsatz des Kopplungslöffels der Biss gesperrt ist und die Zähne nicht okkludieren können, können mit der gesamten Messanordung wertvolle Informationen zur Struktur der Kiefergelenke und den Einstellwerten mechanischer und virtueller Artikulatoren gewonnen werden.
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In einer bevorzugten Ausführung weist der Kopplungslöffel ein Positionsmarker-Teil zur Gewinnung von mit 3D-Bilddaten zu verknüpfenden „absoluten” Positionsdaten auf. Anstelle eines Positionsmarker-Teils oder zusätzlich auf einem solchen kann neben dem Aufsteckteil mit einem Positionssensor eine weitere Sensorik vorgesehen sein, die andere oder zusätzliche Daten oder Bilder zur Herstellung von qualitativ bzw. ästhetisch verbesserten Dentalprothesen liefern kann.
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Ein derartiger Kopplungslöffel ermöglicht es, eine Relation zwischen den Bilddaten eines 3D-Oberflächenscanners und den Daten von 3D-Positioniersystemen herzustellen und einerseits hoch aufgelöste Bilder (Scans) einzelner Zähne oder von kleinen Teilbereichen des Gebisses positionsgenau einzuordnen und andererseits durch Zusammensetzung solcher Bilder große Gebissflächen oder den gesamten Zahnbogen mit hoher Genauigkeit abzudecken, um die Oberflächen statisch wie ggfs. auch in Bewegung mit hoher Präzision darstellen zu können. Dies ermöglicht verbesserte diagnostische Aussagen sowie verbesserte Simulationsmöglichkeiten bei Krafteinleitung und Kollisionsüberprüfung bei der Erstellung von Zahnersatz im Bereich Prothetik und Implantologie.
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In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil der Markierungen als charakteristische einzelne, in der Oberflächenform erfassbare Aus- oder Einformungen, insbesondere als Reihe verschieden geformter Aus- oder Einformungen längs eines Randbereiches des Kopplungslöffels, oder auch als durchgehende unregelmäßige Umfangsrand-Struktur ausgebildet ist. Die Markierungen können demnach insbesondere als mit dem Kopplungslöffel-Material stofflich einheitliche An- bzw. Ausformungen gebildet sein, die mit der Ebene des Kopplungslöffels einen kleineren oder größeren Winkel einschließen. Die Ausformungen können auch als markante Vorsprünge oder sogar kleine abstehende Arme ausgestaltet sein. Details der Formgestaltung und Anordnung der Markierungen wird der Fachmann in Abstimmung auf den konkreten Typ des eingesetzten Scanners bzw. der Anordnung zur Abbildung der Impressionen im Registriermaterial festlegen.
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Grundsätzlich ist die benötigte Referenz auch mit andersartigen Marker-Elementen zu realisieren. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der Markerelemente als farbige oder in ihrer Helligkeit oder durch selbstleuchtende Eigenschaften gegenüber einem üblichen, in der Bissgabel einzusetzenden Registriermaterial kontrastierende Markierungen (nachfolgend auch als Kontrastmarker bezeichnet) ausgestaltet sein. Auch eine Kombination von Differenzierungsmerkmalen ist möglich, also etwa eine Kombination von spezifischen Ein- oder Ausformungen mit markanten Helligkeitsunterschieden (etwa schwarz/weiß) und gegebenenfalls Farbkontrasten.
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In einer weiteren Ausführung sind als Befestigungsabschnitte dienende Ausnehmungen oder Einbuchtungen in der Innenkontur des Formteils vorgesehen.
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Für verschiedene Anwendungen, insbesondere auch bei der virtuellen Zuordnung von Artikulatorkondylen in die Schädelgeometrie, ist es wichtig, den Löffel lagerichtig zur Okklusal-/Kauebene auszurichten. Hierzu ist in einer weiteren Ausführung an den Seitenkanten oder -flächen des Formteils jeweils ein Fortsatz angebracht, insbesondere angeformt, der als Hilfsmittel beim Einsetzen des Kopplungslöffels auf den UK dient. In einer Ausgestaltung dieser Ausführung weisen die Fortsätze auf ihrer den Zähnen zugewandten Oberfläche Retentionen zum Eingriff mit den Zähnen bzw. der Befestigungsmasse und/oder an ihrer Außenseite für einen 3D-Oberflächenscanner und/oder ein nicht-lichtoptisches Erfassungsgerät erfassbare Markierungen auf. In einer weiteren Ausgestaltung ist an der Innen- und Außenkante beider Seitenflächen des Formteils jeweils ein Fortsatz angebracht, derart, dass sich im auf den UK aufgesetzten Zustand des Kopplungslöffel links- und rechtsseitig jeweils ein Fortsatz innenseitig und außenseitig der Zahnreihe bis in den Bereich der Seitenzähne erstreckt. Hierbei sind die innen- und außenseitigen Fortsätze jeweils durch mindestens ein Brückenglied miteinander verbunden.
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In einer weiteren Ausführung umfasst der Kopplungslöffel ein erstes Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung eines separaten Sensorik-Teils. Die Ausführung des Kopplungslöffels mit abnehmbarem Positionsmarkerteil bietet zum Einen Handhabungs-Vorteile, weil der eigentliche Kopplungslöffel weniger sperrig als die herkömmliche Bissgabeln oder Attachments ist und auch bei komplexen Bissnahme- und Positionsbestimmungs-Konfigurationen unter Einschluss von Oberkiefer- und Unterkiefer-Komponenten nicht störend wirkt.
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Der vorgeschlagene Aufbau vergrößert insofern die Einsatzmöglichkeiten, als dem Befestigungsteil (also dem Kopplungslöffel im engeren Sinne) verschiedene Positionsmarker-Teile oder sonstige Sensorik-Teile, die jeweils ein passendes zweites Befestigungsmittel aufweisen, unmittelbar hinzugefügt werden können, ohne dass der Materialaufwand und logistische Aufwand der Bereitstellung verschiedenartiger kompletter Bissgabeln betrieben werden muss. Auch beim Einsatz in CT oder DVT Röntgengeräten sollte das Positionsbestimmungsteil abnehmbar sein, da sich hier Sensor- und Metallteile störend auf die Bildgebung auswirken können.
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In einer Ausgestaltung des Unterkiefermessbogens bilden bzw. umfassen die ersten und zweiten Befestigungsmittel eine erste und zweite Kontaktfläche, die im verbundenen Zustand des Kopplungslöffels und Sensorik-Teils gegeneinander anliegen und somit eine vorbestimmte eindeutige Lage beider Teile relativ zueinander festlegen.
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In weiteren Ausgestaltungen des Unterkiefermessbogens ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten Befestigungsmittel zueinander funktional korrespondierende Magnetelemente und/oder männlich/weibliche Teile und/oder Rastelemente aufweisen.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kopplungslöffels gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung, mit angesetztem Sensorik-Teil,
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2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kopplungslöffels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kopplungslöffels gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit angesetztem Sensorik-Teil,
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4 eine gegenüber der Ausführung nach 3 modifizierte Ausführung, als Draufsicht,
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5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Kopplungslöffels gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit angesetztem Sensorik-Teil,
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6 eine perspektivische Darstellung einer Modifikation des in 1 gezeigten Kopplungslöffels und anzusetzenden Sensorik-Teils mit genauerer Darstellung der entsprechenden Befestigungsmittel und
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7 eine Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform des Kopplungslöffels mit angesetztem Sensorik-Teil, zusammen mit einem paraokklusalen Attachment.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines menschlichen Unterkiefers UK, auf dessen Schneidezähne ein in seiner Grundform annähernd quaderförmiger und in seinen Abmessungen stark reduzierter Kopplungslöffel 1 aufgesetzt ist. An den Kopplungslöffel 1 ist ein Sensorik-Teil 3 derart angefügt, dass es nach frontal vom Kopplungslöffel vorsteht und im Gebrauchszustand aus dem Mund des Patienten herausragt. Innerhalb des Kopplungslöffels 1 befindet sich (in der Figur nicht gezeigt) ein übliches Registriermaterial, wie etwa Silikonkautschuk, zur Befestigung auf den entsprechenden Zähnen.
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Die im eingesetzten Zustand nach oben weisende Bodenfläche 1a des Kopplungslöffels 1 besteht aus einem gegenüber Zahnmaterial (also für die Zähne des Oberkiefers) gut gleitfähigen, reibungsarmen Material oder ist mit einem solchen beschichtet. Sowohl auf der Oberseite als auch auf der Vorderfläche des Kopplungslöffels 1 sind verschieden geformte Symbole als Markierungen 1b angebracht, die für einen Scanner leicht lesbar und bei der Auswertung eines Scans leicht unterscheidbar sind. Die Markierungen, die auch farbig oder als Erhöhungen/Vertiefungen oder als unregel-mäßige Oberfläche o. ä. ausgebildet sein können, erlauben es, den Kopplungslöffel in Teilen oder als Ganzes auch in partiellen Scans des Unterkiefers gut zu erfassen und somit den jeweils mit abgebildeten Zähnen zuzuordnen.
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Der Kopplungslöffel 1 kann teilweise oder insgesamt aus einem transparenten Material bestehen, welches es erlaubt, zugleich mit den Markierungen auch Zahnoberflächen aufzunehmen, oder er kann zur Erreichung des gleichen Effekts mit Aussparungen versehen sein. Es ist auch möglich, ihn insgesamt aus einem gegenüber Zahnmaterial gleitfähigen Material zu formen oder mit solchem zu beschichten.
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2 zeigt einen modifizierten Kopplungslöffel 1', der sich vom Kopplungslöffel 1 der 1 durch langgestreckte seitliche Fortsätze 5 unterscheidet, die eine definierte Ausrichtung nach der Kaufläche ermöglichen und daher auch als Positionszeiger bezeichnet werden können. Auch an den Positionszeigern 5 sind verschiedene Markierungen 5a angeordnet, die die gleiche Aufgabe erfüllen, wie die Markierungen 1a am eigentlichen Kopplungslöffel 1. Die Positionszeiger 5 können optional ebenfalls mit den Zähnen verbunden werden und zu diesem Zweck an der Innenseite Retentionen aufweisen.
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Als weiter modifiziertes Ausführungsbeispiel ist in 3 ein Kopplungslöffel 1'' dargestellt, der neben den (bereits bei der Ausführung nach 2 vorhandenen) Positionszeigern 5 links- und rechtsseitig jeweils einen zusätzlichen, inneren Fortsatz 7 aufweist. Die inneren und äußeren Fortsätze 5, 7 sind durch jeweils zwei Brückenglieder 9.1, 9.2 miteinander verbunden. Ebenso wie der eigentlichen Kopplungslöffel und die Fortsätze 5 und 7 sind auch die Brückenglieder 9.1, 9.1 mit für einen intraoralen Scanner erkennbaren Markierungen 9a versehen.
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4 zeigt eine weiter modifizierte Ausführungsform, nämlich einen Kopplungslöffel 1''', bei dem zusätzlich an den äußeren und inneren Fortsatz 5, 7 jeweils zusätzliche Markerelemente 11 angebracht sind. In der hier gezeigten Ausführung sitzen diese in angeformten kleinen Fortsätzen unmittelbar an der Außen- bzw. Innenkontur des Kopplungslöffels. Es kann sich hierbei beispielsweise um röntgenopake Marker handeln, beispielsweise um kleine Titanstäbe, Sodaglaskugeln oder auch röntgenopake Kunststoffmarker. Mithilfe dieser Markerelemente ist zusätzlich eine Verknüpfung der weiter oben erwähnten optischen oder IR-Scanbilder mit zugehörigen Röntgenaufnahmen möglich.
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Während des Röntgenvorgangs kann es sinnvoll sein, die Zähne des Unterkiefers mit den Zähnen des Oberkiefers zu fixieren, um bei einer späteren Bewegungsmessung eine identische Ausgangsposition zur Röntgenposition zu haben. Hierzu wird Registriermaterial auf die Stege 9.1 bzw. 9.2 oder auf die Fläche 1 gegeben. Deshalb sind in einer Ausführungsform zumindest die Stege 9.1 und 9.2 mit Retentionen versehen, die ein Anhaften des Registriermaterials ermöglichen.
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5 zeigt einen weiter modifizierten Kopplungslöffel 1'''', bei dem vergleichbare Markerelemente 11' auf drei Armen 13 sitzen, die jeweils einen Winkelabstand von 120° haben und zentral vom Grundkörper des Kopplungslöffels abstehen. Mit Hilfe dieser Arme ist zugleich die weiter oben erwähnte korrekte Ausrichtung de Kopplungslöffels erreichbar, so dass hier auf die bei den Ausführungen nach 2 bis 4 vorgesehenen seitlichen Fortsätze (Positionsanzeiger) verzichtet werden kann. Es versteht sich allerdings, dass bei dieser Ausführung die mit jenen seitlichen Fortsätzen erzielbare zusätzliche Befestigungswirkung am Unterkiefer dann entfällt. Es ist also hier besonderer Wert auf eine geeignete Auswahl und Handhabung des Befestigungsmaterials zu legen, um eine zuverlässige Lagefixierung des Kopplungslöffels bezüglich des Unterkiefers zu sichern.
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6 zeigt einen Kopplungslöffel 1 in der in 1 gezeigten Minimalkonfiguration sowie ein Sensorik-Teil 3, die zur lösbaren Verbindung mit einem am Kopplungslöffel 1 angeformten ersten Befestigungsmittel 15 und einem am Sensorik-Teil 3 angeformten zweiten Befestigungsmittel 17 versehen sind. Das erste Befestigungsmittel 15 umfasst zwei an den Grundkörper des Kopplungslöffels 1 angeformte, zueinander parallele Schenkel, die jeweils im mittleren Bereich eine im Gebrauchszustand vertikal verlaufende Nut 15a und an ihrem freien Ende eine horizontal verlaufende Nut 15b aufweisen. Das zweite Befestigungsmittel 17 am Sensorik-Teil 13 umfasst ebenfalls zwei vom Grundkörper parallel zueinander abstehende Schenkel, und an diesen sind im mittleren Bereich jeweils ein nach außen weisender Fortsatz 17a und am freien Ende ein ebenfalls nach außen weisender, aber wesentlich kleinerer Fortsatz 17b vorgesehen. Die Schenkel des zweiten Befestigungsmittels 17 haben etwas geringeren Abstand als die Schenkel des ersten Befestigungsmittels 15, so dass sie von vorn, unter leichten Auseinanderfedern der Schenkel des ersten Befestigungsmittels 15, zwischen jene eingeschoben werden können, woraufhin sich die Fortsätze 17a in den Nuten 15a und die Fortsätze 17b in den Nuten 15b selbstfindend verriegeln.
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Eine solche verdrehsichere und einfach zu handhabende Verbindungslösung Ist insbesondere auch in Kombination mit der Ausgestaltung nach 4 sinnvoll, da bei Verwendung in Röntgensystemen das Positionsbestimmungsteil vom Kopplungslöffel getrennt werden muss.
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Anstelle dieser lediglich beispielhaft dargestellten Verriegelungsmechanik können zur lösbaren verdrehsicheren Verbindung des erfindungsgemäßen Kopplungslöffels und -Sensorik-Teils auch andersartige Nut-Feder-Konstruktionen, Schnappverschlüsse oder Magnetverschlüsse handelsüblicher Art vorgesehen sein.
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7 zeigt als weitere Modifikation einen Kopplungslöffel 1, mit dem ersten Befestigungsmittel 15 gemäß 6, zusammen mit einem paraokklusalen Attachment 19 im am Unterkiefer UK eines Patienten befestigten Gebrauchszustand. Hierbei ist die vordere Seitenwand des kastenförmigen Grundkörpers kürzer ausgeführt als die (in der Figur gestrichelt gezeigte) Hinterwand, so dass die Anbringung des paraokklusalen Attachments auch bei aufgesetztem Kopplungslöffel noch problemlos möglich ist.
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Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass z. B. nach Verwendung des Kopplungslöffels im Röntgengerät der Löffel zur Bewegungsmessung wieder in den Mund eingesetzt werden kann, um die Röntgenposition wieder herzustellen. Hierzu wird zunächst die Position des Löffels gemessen. Nach Abnahme des Sensorik-Teils wird dieses auf das paraokklusale Attachment umgesetzt und eine weitere Positionsmesung durchgeführt. Nach einer Koordinatentransformation können nach Herausnahme des Kopplungslöffels aus dem Mund die Bewegungen zur Animation der Volumendaten durchgeführt werden.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10218435 B4 [0003]
- EP 2011/058790 [0003]
