DE3312245A1

DE3312245A1 - Geraet zur diagnose von unterkieferbewegungen

Info

Publication number: DE3312245A1
Application number: DE19833312245
Authority: DE
Inventors: Kenzo Kataoka; Kazunari Nara Matoba; Shinichi Otsu Nishimoto
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1982-04-07
Filing date: 1983-04-05
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS58175544A; US4447207A; JPS6455B2

Description

-Α ΡΑ? 1132

Kabusbiki Kaisba Morita Seisakusho

680 Higashihama, Minami-machi, Fushimi-ku,

Kyoto-shi, Japan

Gerät zur Diagnose von Unterkiefer bewegungen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Diagnose von Unterkieferbewegungen, das es gestattet, Unterkieferbewegungen zu messen und als Bewegung eines Unterkiefermodells genau zu reproduzieren.

Die Analyse der Unterkieferbewegung stellt einen wichtigen Faktor dar, der die Grundlage für die Rekonstruktion der Okklusion, eine Diagnose des Gnatho-Mundhöhlensystems und dergleichen darstellt. Es fehlt bislang jedoch an einem Gerät zur genauen Messung der Unterkieferbewegung und zur Reproduktion dieser Bewegung zwecks eingehender Analyse.

Bislang mußte man sich bei der Okklusaldiagnose und der Herstellung von Brücken oder Prothesen in der zahnärztlichen Praxis mit Justierungen aufgrund der Methode des systematischen Probierens behelfen, oder mit Verfahren, die nicht nur umständlich sind, sondern auch erhebliches Geschick erfordern. Es ist bekannt, daß insbesondere bei der Fertigung von Prothesen eine mangelhafte Justierung Kiefergelenkschäden

verursachen kann, ganz zu schweigen von den Störungen bezüglich einer einwandfreien Kaufunktion der Zähne. Bei Anwendung derartiger konventioneller Methoden kann die Anpassung der Prothesen am Patienten nicht beurteilt werden, solange die Prothesen nicht in den Mund des Patienten eingesetzt sind, und die Hauptursache für die unvermeidliche Abhängigkeit von Justierungen durch systematisches Probieren war das Nichtvorhandensein von wirksamen Mitteln zum Verfolgen der Ursache oder Ursachen von unregelmäßigen Belastungen des Kondylenkopfes, die bekanntlich in besonders hohem Maße für Kiefergelenkstörungen verantwortlich sind. Es besteht infolgedessen ein erhebliches Bedürfnis nach effektiven und verläßlichen Mitteln, die eine quantitative Reproduktion der Unterkieferbewegung des einzelnen Patienten gestatten sowie eine willkürliche Einstellung der Position des Kondylenkopfes erlauben, um die Bewegung des Kondylenkopfes mit Genauigkeit zu erfassen und auf diese Weise eine verläßliche Diagnose auf unregelmäßige Bewegungen zu gestatten.

Es wurde versucht, die Unterkieferbewegung dadurch zu messen, daß ein kleiner Magnet oder eine Punktlichtquelle an der Spitze des Unterkiefers befestigt und die Bewegung des Magneten oder der Lichtquelle ermittelt wird (JA-PS Sho-52-317, JA-PS Sho-57-4253).

Bei diesen bekannten Anordnungen wird die Unterkieferbewegung jedoch nur als Bewegung eines einzelnen Punktes erfaßt. Es erfolgt keine Messung der Bewegung des Unterkiefers als Ganzes, der eine komplizierte dreidimensionale Bewegung ausführt. Selbst wenn die Messung mit hoher Genauigkeit erfolgen könnte, wäre die Ermittlung der Unterkieferbewegung nur unge-

naui eine auf der Grundlage solcher Meßdaten durchgeführte Analyse könnte allenfalls eine näherungsweise Auswertung darstellen. Wenn eine Analyse und Diagnose der auf der Basis solcher Informationen reproduzierten Unterkieferbewegung durchgeführt werden, sind genaue und notwendige Informationen schwierig auszulesen, weil die Beobachtung der Unterkieferbewegung , bei der es sich um eine dreidimensionale Bewegung handelt, allgemein auf einem Monitor und damit in einer zweidimensionalen Ebene erfolgt. Alle diese Bemühungen laufen daher auf nicht mehr als eine bloße Simulation hinaus, und es war eine hohe Hürde zu überwinden, bevor der nächste Schritt der Rekonstruktion der Okklusion getan werden konnte. Obwohl eine richtige Okklusion insbesondere in dem Bereich, in dem die Zahnhöcker miteinander in Eingriff kommen, für eine einwandfreie Bewegung der Kiefer als Ganzes wesentlich ist, war an eine genaue Messung dieser Okklusion nicht zu denken.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, gleichwohl aber präzises und praktisches Diagnosegerät für die Unterkieferbewegung zu schaffen, das sich für die Analyse der Unterkieferbewegung und für eine restaurative Dentalbehandlung, insbesondere die Herstellung von Prothesen, eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gerät, das gekennzeichnet ist durch eine Unterkieferbewegungs-Meßeinheit mit drei Meßpunkten, deren Relativstellungen mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten während der gesamten Meßdauer konstant gehalten sind, und mit drei Positionsdetektoren, die jedem der Meßpunkte zugeordnet sind, so daß die

Bewegung jedes Meßpunktes in Form einer Positionsinformation als Funktion der Zeit ermittelt wird? sowie durch eine Unterkieferbewegungs-Wiedergabeeinheit mit drei Reproduktionsbezugspunkten , die so angeordnet sind, daß ihre Relativpositionen mit Bezug auf ein Unterkiefermodell gleich den Relativpositionen jedes Meßpunktes mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten sind, und mit drei Reproduktions-Bezugskoordinaten, die so gelegt sind, daß ihre Relativpositionen mit Bezug auf ein Oberkiefermodell gleich den Relativpositionen der einzelnen Positionsdetektoren mit Bezug auf den Oberkiefer des Patienten sind, wobei die Position jedes Reproduktionsbezugspunktes mit Bezug auf die betreffenden Reproduktions-Bezugskoordinaten entsprechend den Positionsinformationen als Funktion der Zeit gesteuert und das Unterkiefermodell zu einer Relativbewegung gegenüber dem Oberkiefermodell veranlaßt wird, die der Bewegung des Unterkiefers des Patienten genau entspricht„

Mit dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung wird also die Unterkieferbewegung als Ergebnis der Synthese von dreidimensionalen Bewegungen von drei Meßpunkten erfaßt und zwecks Reproduktion der Unterkieferbewegung in die Bewegung von drei Reproduktionsbezugspunkten umgesetzt, die den einzelnen Meßpunkten entsprechen„ Die aus der Synthese der dreidimensionalen Bewegungen an den betreffenden Reproduktionsbezugspunkten resultierende Bewegung wird in dem oder durch Verwendung des Unterkiefermodells wiedergegeben, so daß keine approximierende Computerverarbeitung oder dergleichen notwendig ist. Fehler, mit Ausnahme von Fehlern in den Meß- und Wiedergabesyst.emen, sind ausgeschlossen. Die Unterkieferbewegung des Patienten kann unter Benutzung eines drei-

dimensionalen Unterkiefermodells mit hoher Präzision reproduziert werden.

Die Positionen der Meßpunkte können auch jeweils als dreidimensionale Positionsinformationen gemessen werden. Da jedoch die Unterkieferbewegung als Bewegung einer starren Ebene erfaßt werden kann und die Position einer starren Ebene in einem dreidimensionalen Raum sowie deren Neigung von zweidimensionalen Positionsinformationen von drei Punkten der starren Ebene bestimmt werden, erfolgt entsprechend der unten erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Messung und Reproduktion der Bewegung mit Hilfe von zweidimensionalen Informationen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fign. 1 und 2 Darstellungen, die das Funktionsprin

zip des Gerätes nach der Erfindung erkennen lassen,

Fig. 3 eine schematische perspektivische

Darstellung der Unterkieferbewegungs-Meßeinheit entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Funk

tionsprinzips eines Positionsdetektors der Unterkieferbewegungs-Meßeinheit,

Fig. 5 eine schematische perspektivische

Darstellung der Unterkieferbewegungs-Wiedergabeeinheit, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Positions-

informations-Verarbeitungsschaltung des Gerätes.

Anhand der Fign. 1 und 2 seien zunächst das Funktionsprinzip und die gegenseitige Beziehung zwischen einem Meßsystem und einem Reproduktionssystem entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt das Meßsystem in einem dreidimensionalen Raum, der durch Koordinaten X, Y, Z dargestellt ist. Drei Punkte A., A^, A„ bestimmen eine dem Unterkiefer entsprechende Ebene, und bei der praktischen Anwendung des Gerätes sind dies die Meßpunkte an einem am Unterkiefer angebrachten starren Körper. Die wechselseitige Relativlage dieser drei Punkte ist stets konstant. P., P₀ und P„ sind den Punkten A^, A₀, A~ zugeordnete imaginäre Ebenen. Mit C.. C₀, C„ sind orthogonale Projektionslinien von A., A₀, A~ auf die imaginären Ebenen P , P_n, P„ bezeichnet. D₁ D₀, £>, sind die entsprechenden Punkte der orthogonalen Projektionen. Das Meßsystem kann Positionsänderungen der orthogonalen Projektionspunkte D , D₂, D der Punkte A , A , A₃ auf die Ebenen P , P , P als gesonderte Punkte von zweidimensionalen Bewegungskoordinaten bestimmen, die für die betreffenden Ebenen durch (Χ,, Yj)₁-(X₂, Y₀), (X₃, Y₃) dargestellt werden. Wenn die relative Lagebeziehung zwischen P-., P₀ und P während der Meßdauer ungeändert gehalten wird und ihre Positionen in dem

dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem (Anmerkung: es handelt sich dabei tatsächlich um relative Neigungen statt um Lagen; infolgedessen macht es nichts aus, wenn die Ebenen bei konstantgehaltenen Neigungen parallel verschoben werden sollten) bestimmt werden, lassen sich die Positionen von Aj, A„, A₀ durch (X,, Y₁)* (Xy* Yn)* (X₀, Y₀) darstellen, wodurch die Position der von A,, A„, A~ in dem dreidimensionalen Raum definierten Ebene bestimmt wird. Es sind infolgedessen keine dreidimensionalen Koordinaten, wie (X_Jf Y, Z₃), (X₂, Y _r Z₇), (X₃, Y₃, Z₃) notwendig. Vielmehr läßt sich die Darstellung oder Bestimmung mit einfacheren zweidimensionalen Positionsinformationen, wie (Χ,, Yj)* (Xy* Yy)* (Xo* Yo) durchführen. Weil die Unterkieferbewegung eine dreidimensionale Bewegung einer dem Unterkiefer entsprechenden Ebene in einem Raum ist, in welchem der Oberkiefer die Bezugsposition darstellt, ist es ausreichend, wenn die Koordinaten in einer den drei Meßpunkten entsprechenden willkürlichen Ebene mit Bezug auf den Unterkiefer festlegen. Wie oben erwähnt, ist es jedoch notwendig, daß diese drei willkürlichen Ebenen sich in Positionen befinden, die mit Bezug auf den Oberkiefer festliegen, sowie daß die relative Lagebeziehung (insbesondere die Neigung jeder Ebene) ungeändert bleibt.

Fig. 2 zeigt ein Reproduktionssystem in einem dreidimensionalen Raum, der durch die Koordinaten (X', Y', Z') dargestellt ist. B,, B₉, B₀ sind drei Punkte, welche die dem Unterkiefer entsprechende Ebene bestimmen. Entsprechend einem praktischen Anwendungsbeispiel handelt es sich dabei um drehbare und frei abbiegbare Gelenke zur Verbindung des

Unterkiefermodells mit dem Reproduktionsmechanismus. Die Punkte B₇, B_?, B_ bilden Wiedergabebezugspunkte entsprechend Aj, A₉, A„ in Fig. 1. Es wird dafür gesorgt, daß das Dreieck Δβ., B_?, B„» das von diesen Punkten B,, B₉, ß„ gebildet wird, kongruent mit dem von den Punkten A^, A~, A~ in Fig. 1 bestimmten Dreieck Δ ,4 ., A₉, A- ist. P'j* ?'?' P' ο sind imaginäre Ebenen entsprechend den Ebenen P,, P„» P„ in Fig. 1. Sie dienen als Reproduktions-Bezugskoordinatenebenen bei der Wiedergabe, und sie sind so gewählt, daß sie sich in genau identischer Lagebeziehung (insbesondere Neigung) mit der relativen Lagebeziehung der drei Ebenen P₁, P2» Ρ, in Fig. 1 befinden. Die Auslegung ist so getroffen, daß die Glieder C', C₉, C ~ entsprechend den orthogonalen Projektionslinien C₇, C₉, C~ von B₇, ß_?, B„ zu den Ebenen P₇, P₂, P„ auf den betreffenden Ebenen als Punkte D',, D'?' ^'3 entsprechend den gesonderten zweidimensionalen Bewegungskoordinateninformationen bewegbar sind, die von (X',, Y'), (X'₂, Y'₂>' (^χΙ ₃> ^Y'₃) dargestellt werden. Die Glieder C₁, C₂, C' sind so ausgebildet, daß sie in zu den betreffen den imaginären Ebenen P',» ^'o» P' ο senkrechten Richtungen frei vorbewegbar und zurückbewegbar sind, und sie sind mit den Gelenken ß , ß , ß„ verbunden. Wenn die betreffenden Bauteile starr sind, kann die Lage der von B₇, ß„, ß_o be stimmten Ebene in dem von den imaginären Ebenen P₇, P„, P~ definierten Raum durch die zweidimensionalen Bewegungskoordinatendaten (X' _Jf Y'_λ), (X'₂, ^Y>2⁾' ^(X>3' ^Y> V ^{nach dew} gleichen Prinzip mechanisch bestimmt werden, wie dies oben für das Meßsystem erläutert ist. Wenn die Daten (X',, Y'j)> (X'n* ^Y' 2^ ' (X' r> > Y' o) identisch gleich den zweidimensionalen Bewegungskoordinatendaten (X,, Yj)* (X?' ^Y2^' (^X3' ^Y3^ gemacht werden, die sich entsprechend der von dem Meßsystem

gemäß Fig. 1 gemessenen Bewegung als Funktion der Zeit ändern, und wenn dafür gesorgt wird, daß sich D', ^'o' D'„ in den imaginären Ebenen P' , P'„ bzw. P'„ bewegen, werden die Positionen von B,, B„, B„ entsprechend be stimmt. Da es sich bei Bj, B„, ß„ um frei drehbare und abbiegbare Gelenke (Universalgelenke) handelt, wird die Neigung der von ihnen definierten Ebene durch die senk rechte Lage von C,, C₉, C~ mit Bezug auf die betreffenden imaginären Ebenen sowie die auf die starren Glieder ausgeübten Zugkräfte bestimmt, und die dreidimensionale Bewegung der von B₁, B₉, ß„ definierten Ebene stellt eine Reproduktion der dreidimensionalen Bewegung der von Α., A₉, A„ bestimmten Ebene dar. Da in der Praxis die Unterkieferbewegung mit Bezug auf den Oberkiefer erfolgt, läßt sich die dreidimensionale Messung und dreidimensionale Reproduktion der Unterkieferbewegung durchführen, wenn die vorstehend erläuterte Anordnung getroffen wird, bei welcher die Relativlagen der imaginären Ebenen P-., P₀, P„ mit Bezug auf den Oberkiefer im Meßsystem gleich den relativen Lagen der imaginären Ebenen P'j, P'o* P'ο mit Bezug auf das Oberkiefermodell gemacht werden, und wenn die Lage des Unterkiefers und die relative Positionsbeziehung zwischen Aj, A₉, A„ im Meßsystem mit der Lage des Unterkiefermodells und der relativen Positionsbeziehung zwischen B₁, B~, B~ in Übereinstimmung gebracht werden .

Wenn diese Anordnung im Meßsystem und im Wiedergabesystem vorgesehen wird, um eine komplexe dreidimensionale Bewegung, wie die Unterkieferbewegung, zu bestimmen, läßt sich die Bewegung durch drei Paare von zweidimensionalen Posi-

tionsinformationen, nämlich (X_n, ^n^' (Xj* Yn)* ^ ο* ^3^' erfassen> und es werden keine dreidimensionalen Informationen, wie (X_n* Yqi Z_n) benötigt. Infolgedessen lassen sich die Meßfaktoren wesentlich vereinfachen, und die oben erwähnten zweidimensionalen Positionsfaktoren reichen für die Reproduktion aus. Bei der Okklusalbewegung treten komplexe Bewegungen, wie Torsions- und Drehbewegungen, begleitet von einer Verlagerung des Rotationszentrums, auf. Infolgedessen ist es schwierig, einen ähnlich komplizierten Mechanismus wie der menschliche Körper, diese Bewegung reproduzieren zu lassen. Außerdem sind äußerst komplizierte Berechnungen erforderlich, um eine solche Bewegung in einem oder mittels eines Mechanismus äquivalent dem menschlichen Körper aus Daten zu reproduzieren, die durch dreidimensionale Koordinaten ausgedrückt werden. Wenn das Problem jedoch entsprechend der vorliegenden Ausführung auf zweidimensionale Positionsinformationen reduziert wird, reicht es aus, einen einfachen Wiedergabemechanismus mit einer zweidimensionalen Positionssteuer funktion vorzusehen, der in der Lage ist, sich entsprechend zweidimensionalen Positionsteilinformationen zu bewegen. Damit werden komplizierte Berechnungen überflüssig. Weil außerdem die Messung von zweidimensionalen Positionen innerhalb des Meßsystems ausreicht, ist die benötigte Messung extrem leicht durchführbar und gleichwohl von sehr hoher Präzision im Vergleich zu der dreidimensionalen Messung. Für die Meßwerterfassung reichen sogar einfache Längenmeßsensoren aus. Bei der vorliegend erläuterten Ausführungsform wird ferner die relative Lagebeziehung zwischen den Meßpunkten A-, A~, A„ im Meßsystem entsprechend derjenigen zwischen den Gelenken S_?, B~, ß„ gewählt, die durch die Bewegung von D', D', D' in jeder Ebene des Wiedergabesystems bestimmt wird, um die Datenverarbeitung

-Inzwischen dem Meßsystem und dem Wiedergabesystem weiter zu vereinfachen. Auf diese Weise wird eine Reproduktion einer dreidimensionalen Bewegung im Wiedergabesystem auf der Basis von zweidimensionalen Positionsteilinformationen aus dem Meßsystem möglich, ohne daß es weiterer Rechenvorgänge bedarf. Demgegenüber müßten komplizierte Rechenoperationen durchgeführt werden, wenn die Reproduktion einer solchen Bewegung ohne eine solche gegenseitige Abstimmung der Lagebeziehungen vorgenommen werden sollte.

Nachstehend sei nun die dem Meßsystem der Fig. 1 entsprechende Unterkieferbewegungs-Meßeinheit erläutert. Dabei sind, wie aus Fig. 3 hervorgeht, drei Positionsdetektoren Ir, lL , If mit eingebauten photoelektrischen Wandlerelementen vorgesehen. An dem Kopf des Patienten 3 wird ein Kopfband 2 angebracht, das die Positionsdetektoren Ir, IL, If in vorbestimmter Relativlage mit Bezug auf den Oberkiefer hält. Spot- oder Punktlichtquellen Ar, 41, 4f werden von einem Bügel 5 getragen und in vorbestimmter gegenseitiger Relativlage gehalten. Der Bügel 5 wird über ein Kupplungsstück 6 mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten 3 festgelegt. Von einer Hauptlichtquelle 8 aus wird den Punktlichtquellen 4r, 4L, 4f Lichtenergie über Lichtleiter 7 zugeführt .

Die Punktlichtquellen 4r, 4L, 4f entsprechen den Meßpunkten Α-,, A„, A„ und sie bestimmen eine den Unterkiefer darstellende Ebene. Die zweidimensionalen Positionsteilinformationen für die Punktlichtquellen 4r, 41, 4f in den imaginären Ebe nen P., P„, P, der Fig. 1 werden von den Positionsdetektoren Ir, Ii, If für die einzelnen Punktlichtquellen erfaßt. Da,

wie aus der Zeichnung folgt, die Lage jedes Positionsdetektors mit Bezug auf den Oberkiefer festliegt, können die Positionsdetektoren willkürlich angeordnet werden, ohne daß dies die vorstehend erwähnten Bedingungen für die imaginären Ebenen P_;, P„, P_ stört. Mit der Okklusalbewegung verbundene Änderungen der Positionen der Punktlichtquellen Ar, AL, Af lassen sich auf diese Weise in den drei imaginären Ebenen ermitteln und an eine Recheneinheit ausgeben.

Fig. A zeigt das Arbeitsprinzip und den Aufbau der Positionsdetektoren Ir, Ii, If. In der Figur ist bei 11 ein lineares photoelektrisches Wandlerelement, beispielsweise in Form eines linearen CCD-Bildsensors, dargestellt. Vor und parallel zu dem Wandlerelement 11 liegt eine Abschirm- oder Blendenplatte 12 mit zwei Schlitzen 13, die senkrecht zu der Längsrichtung des Wandlerelements 11 verlaufen. Die Lichtquelle ist bei A angedeutet. Wenn der Nullpunkt O in der veranschaulichten Weise festgelegt wird und die zu der Längsrichtung parallele Achse als X-Achse sowie die zu dem Wandlerelement 11 und der Abschirmplatte 12 senkrechte Achse als Y-Achse definiert werden, kann die Position der Punktlichtquelle A in einem (x, y)-Koordinatensystem wie folgt erhalten werden. Bezeichnet man die einzelnen Abmessungen und Winkel in der veranschaulichten Weise und liegt der Nullpunkt auf dem Wandlerelement 11 bei T, während die Auftreffpunkte der durch die Schlitze 13 hindurchgehenden Strahlen auf dem Wandlerelement die Punkte Q und R sind, gelten die folgenden Gleichungen:

W tan Q₁ = J (1)

tan Q₂ = ^- (2)

Werden die Gleichungen zum Bestimmen der Vierte H und W aufgelöstt folgt:

H =

tan Q₁ + tan G„

Ltan 9 W = ^L

tan Q₁^₄,

1 + tan

Für die Koordinaten (x, y) der Punktlichtquelle 4 ergeben sich damit die Werte gemäß den unten stehenden Gleichungen (3) und (4):

Ltan O₁ _ _f

ν - W - f - =

1 ~ tan Q₁ + tan &₂

__{H f} - f₂

- " ^X2 tan Q₁ + tan O₂

wobei :

tan

tan Q₂ =

Weil f., f„, L, d, C, D bereits bekannt sind, läßt sich die Position der Punktlichtquelle 4 in dem (x, y)-Koordinatensystem bestimmen, indem die Positionen Q und R auf dem Wandlerelement 11 elektrisch erfaßt und aus ihren Abständen von T die Werte A und B ermittelt werden. Selbst wenn die Punktlichtquelle 4 in der zu der (x, y)-Koordinatenebene senkrechten Richtung verlagert werden sollten, bleiben Q und R in Fig. 1 ungeändert, weil sie nur parallel zu den Schlitzen 13 verschoben werden. Das Meßergebnis wird dadurch nicht beeinflußt .

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind der rechte und der linke Positionsdetektor Ir, H parallel zueinander angeordnet, und ihre Längsachsen verlaufen parallel zu der Längsachse des Kopfes. Die Längsachse des vorderen Positionsdetektors If erstreckt sich dagegen in Querrichtung und senkrecht zu den Längsachsen der Positionsdetektoren Ir, IC . Weil die von den Punktlichtquellen 4r, 41, 4f einfallenden Strahlen alle von unterhalb der betreffenden Positionsdetektoren kommen, ermitteln die Positionsdetektoren Ir, IL Positionsinformationen in zwei imaginären Ebenen, wobei ihre Längsachsen und lotrechten Achsen mit der x- bzw. der y-Achse in Fig. 3 übereinstimmen. Der Positionsdetektor If erfaßt dagegen Positionsinformationen in einer imaginären Ebene mit Quer- und lotrechten Achsen, die mit der x- bzw. der y-Achse in Fig. 3 übereinstimmen.

Die auf drei Paare von zweidimensionalen Elementen reduzierte dreidimensionale Positionsinformation für den Unterkiefer wird nacheinander eine vorbestimmte Anzahl von Malen (z.B. 3000 x) in kurzen Zeitintervallen (z.B. 1 bis 2 ms)

gemessen, um die Unterkieferbewegung zu erfassen. Das Meßergebnis wird in Form einer Positionsinformation als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der Positionsinformations-Verarbeitungsschaltung. Jede von der Meßeinheit 15 erfaßte Positionsteilinformation geht an eine Recheneinheit 16 und wird dort in entsprechende Daten umgewandelt, die eine für eine Diagnose oder Wiedergabe geeignete Form haben, bevor die Einspeicherung in einer Speichereinheit 17 erfolgt. Nach Durchführung der Berechnung werden die gespeicherten Daten an eine Wiedergabeeinheit 18 ausgegeben. Von der Speichereinheit 17 können die Daten auch an eine Elektronenstrahlröhre 19 oder ein anderes Display gehen, um die Information für die Bewegung jedes Meßpunktes optisch darzustellen.

Fig. 5 zeigt eine dem Reproduktionssystem gemäß Fig. 2 und der Wiedergabeeinheit 18 der Fig. 6 entsprechende Wiedergabeeinheit für die Reproduktion der Unterkieferbewegung. Es sind ein Oberkiefermodell 21 und ein Unterkiefermodell 22 vorgesehen. Bei 23r, 23L und 23f sind frei drehbare und abbiegbare Gelenke (Universalgelenke) angedeutet, die mit dem Unterkiefermodell 22 in vorbestimmter relativer Positionsbeziehung verbunden sind. Die vorderen Enden von verstellbaren Gliedern 24r, 24i, 24f stehen mit den Gelenken 23r, 230 bzw. 23f in Verbindung, und diese Glieder sind von Haltern 25r, 251, 25f so abgestützt, daß sie sich frei verschieben lassen. Die Halter 25r, 251, 25f werden mit Hilfe von Impuls- oder Schrittmotoren 26r/27r, 26L/27C, 26f/27f angetrieben. Die Motoren sind an eine Motorsteuerung 28 angeschlossen. Die Gelenke 23r, 23£, 23f entsprechen den Re produktionsbezugspunkten B., Β», ß„ in Fig. 2, und die Po-

sitionsbeziehung zwischen den einzelnen Gelenken ist so gewählt, daß sie mit derjenigen zwischen den drei Punktlichtquellen Ar, AL, Af, d.h. den drei Meßpunkten, übereinstimmt. Die Halter 25r, 251, 25f sind so abgestützt, daß sie in der Bezugskoordinatenebene für die Reproduktion entsprechend den Ebenen P',, P'n* ?'? bewegt werden können, d.h. den drei imaginären Ebenen, die von den Positionsdetektoren Ir, IC, If definiert sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die drei verstellbaren Glieder 2Ar, 2Ai, 2Af unabhängig von ihrer Lage in der Bezugskoordinatenebene stets senkrecht zu den betreffenden imaginären Ebenen stehen. Die Halter 25r, 251, 25f werden mittels der Schrittmotore 26r/27r, 26C/271, 26f/27f in der Weise verschoben, daß die Bewegung der Mittelachsen der verstellbaren Glieder 2Ar, 2At, 2Af durch die von der Speichereinheit 10 ausgegebenen zweidimensionalen Positionskoordinaten mit Bezug auf die betreffenden Ebenen gesteuert wird. Dabei wird die den Unterkiefer darstellende und durch die drei Gelenke 23r, 231, 23f bestimmte Ebene zu einer Bewegung veranlaßt, und das Unterkiefermodell 22 folgt genau der Unterkieferbewegung des Patienten, wodurch diese reproduziert wird.

Bei der erläuterten Ausführungsform sind die Unterkieferbewegungs-Meßeinheit und die Unterkieferbewegungs-Reproduktionseinheit so ausgelegt, daß ihre Lagebeziehung genau identisch mit der jenigen zwischen dem Meßsystem und dem Wiedergabesystem der Fign. 1 bzw. 2 ist. Die dreidimensionale Unterkieferbewegung wird in einer Form erfaßt, in der sie zu einer sekundären Positionsinformation als Funktion der Zeit reduziert ist. Die Reproduktion der dreidimensio-

nalen Unterkieferbewegung erfolgt durch gleichzeitige Steuerung der Positionen der drei Punkte, welche die den Unterkiefer darstellende Ebene bestimmen. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann bei der Wiedergabe in der erforderlichen Weise willkürlich beeinflußt werden, und es ist selbstverständlich möglich, an einer beliebigen Zwischenstelle anzuhalten. Bei der vorstehenden Erläuterung wurde davon ausgegangen, daß die von den drei Meßpunkten im Meßsystem sowie von den drei Wiedergabebezugspunkten im Reproduktionssystem bestimmten Dreiecke zueinander kongruent sind. Diese Dreiecke können aber auch einander ähnlich sein. In diesem Fall ist der Betrag der Bewegung jeder Reproduktionsbezugsposition entsprechend dem Abmessungsverhältnis zwischen den betreffenden Dreiecken zu ändern. Dies kann in der Recheneinheit 16 leicht geschehen, und es ist auch möglich, für eine noch eingehendere Analyse ein vergrößertes Model zu verwenden.

Bei dem vorliegend erläuterten Gerät zur Diagnose von Unterkieferbewegungen wird also die Unterkieferbewegung als Positionsinformation in Abhängigkeit von der Zeit mit Hilfe von drei jeweils einem Meßpunkt zugeordneten Positionsdetektoren durch Messung der Bewegung der Meßpunkte erfaßt, und nach der notwendigen Verarbeitung im Rechner wird eine der Unterkieferbewegung des Patienten genau identische Bewegung durch Verwendung eines Unterkiefermodells reproduziert, indem die Wiedergabeeinrichtung anhand der verarbeiteten Daten gesteuert wird. Dies erlaubt für Analyse- und Diagnosezwecke eine genaue Wie-

dergabe der Unterkieferbewegung, bei der es sich um eine komplizierte dreidimensionale Bewegung bandelt, zu der gehören (1) eine einfache Drehbewegung, (2) eine Drehbewegung, begleitet von einer Verschiebung der Rotationsachse, (3) eine Torsionsbewegung, (4) eine Kombination der Bewegungsformen (2) und (3). Das Gerät gestattet daher eine einwandfreie Diagnose und Behandlung, insbesondere die Herstellung von Prothesen. Isolierte Phänomene lassen sich leicht wiederholt beobachten. Schnellablaufende Phänomene können in Zeitlupe wiedergegeben werden. Die gemessenen Daten lassen sich einspeichern, so daß der Zahnarzt den Patienten nicht jedesmal neu hinzuziehen muß. Die Bedingungen vor und nach der Behandlung lassen sich einfach vergleichen.

Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN ELFENSTRASSE 32 · D-8000 MÜNCHEN 83 PAF 1132 Kabushiki Kaisha Mori ta Seisakusbo 680 Higashihama Minami-machi , Fushimi-ku, Kyoto-shi, Japan Ansprüche

1. Gerät zur Diagnose von Unterkieferbewegungen gekennzeichnet durch eine Unterkieferbewegungs-Meßeinheit (15) mit drei Meßpunkten (A^, A„* A„), deren Relativstellungen mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten während der Meßdauer konstant gehalten sind, und mit drei Positionsdetektoren (Ir, IL , If), die jedem der Meßpunkte derart zugeordnet sind, daß die Bewegung jedes Meßpunktes in Form einer Positionsinformation als Funktion der Zeit ermittelt wird, sowie durch eine Unterkieferbewegungs-Wiedergabeeinheit (18) mit drei Reproduktionsbezugspunkten (B., B„, B„,), die so angeordnet sind, daß ihre Relativpositionen mit Bezug auf ein Unterkiefermodell (22) gleich den Relativpositionen jedes Meßpunktes mit Bezug auf den Unterkiefer des Patienten sind, und mit drei Reproduktions-Bezugskoordinaten, die so gelegt sind, daß ihre Relativpositionen mit Bezug auf ein Oberkiefermodell (21) gleich den Relativpositionen der einzelnen Positionsdetektoren mit Bezug auf den Oberkiefer des Patienten sind, wobei die Position jedes Reproduktionsbezugspunktes mit Bezug auf die betreffenden Reproduktions-Bezugskoordinaten entsprechend den Positionsinformationen als Funktion der Zeit gesteuert und das Unterkiefer-

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modell (22) zu einer Relativbewegung gegenüber dem Oberkiefermodell (21) veranlaßt wird, die der Bewegung des Unterkiefers des Patienten genau entspricht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Positionsteilinformationen für die drei Meßpunkte (Α,, A~, A„) als zweidimensionale Koordinatendaten durch orthogonale Projektion der drei Meßpunkte auf entsprechende zweidimensionale Koordinatenebenen (P , P₂, P„) der Positionsdetektoren (Ir, IC, If) gebildet werden und daß die Positionen der drei Re produktionsbezugspunkte (B₁, B₉, ßj entsprechend den zweidimensionalen Koordinatendaten auf den Re- produktionsbezugskoordinatenebenen (P ', P ', P') in einer gegenseitigen Positionsbeziehung gesteuert sind, die gleich derjenigen zwischen den zweidimensionalen Koordinatenebenen der Positionsdetektoren ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei verstellbare Glieder (2Ar, 2Ai, 2Af) vorgesehen sind, die in einer zu der betreffenden Reproduktionsbezugs- koordinatenebene (P₁'* ^o'' ^%'^ senkrechten Ebene frei bewegbar sind und deren Positionen gegenüber den Reproduktionsbezugskoordinatenebenen entsprechend den zweidimensionalen Koordinatendaten gesteuert sind, sowie daß die verstellbaren Glieder mit dem Unterkiefermodell (22) über frei drehbare und abbiegbare Gelenke (23r, 231, 23f) verbunden sind, deren Rotations- und Biegezentren mit den entsprechenden Reproduktionsbe-

zugspunkten (B₁, B-, B„) übereinstimmen