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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahrung zur Herstellung eines
künstlichen
Zahnes, der eine Reproduktion des zu ersetzenden natürlichen
Originalzahnes oder eines korrespondierenden natürlichen Zahnes ist. Es ist
verständlicherweise
wünschenswert,
dass der als Reproduktion eines natürlichen Originalelementes herzustellende
künstliche
Zahn eine so naturgetreue Kopie wie möglich sein soll. Das natürliche Erscheinungsbild
des natürlichen
Originalelementes oder Zahnes soll daher so genau wie möglich kopiert
werden. Das Aussehen sowohl des künstlichen Zahnes als auch des
natürlichen
Elements wird durch eine Anzahl von Eigenschaften gebildet, wie
beispielsweise Farbe, Transluzenz, Helligkeit der Farben, Glanz,
etc.
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Ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus US-A-5.989.031 bekannt.
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Im
Bereich des Zahnärztestandes
hat sich seit langem etabliert, dass natürlichere Reproduktionen – künstliche
Zähne – aus keramischen
und/oder acrylischen Materialien hergestellt werden können. Mit
diesen Materialien kann insbesondere die Transluzenz und/oder Transparenz
des Schmelzes der Originalzähne
gut angenähert
werden.
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Die
Aufgabe, einen Zahn zu ersetzen, besteht üblicherweise aus zwei unterschiedlichen
Schritten. Der erste Schritt ist, die Form und die Farbtönung eines
zu ersetzenden Zahnes zu messen, und der zweite Schritt ist, ein
Duplikat dieses Zahnes gemäß der im
ersten Schritt aufgenommenen Messungen zu erstellen. Während die
Forminformation im ersten Schritt mit Abformtechnik erhalten werden
kann, erweist sich die Messung der Farbtönung und der Transluzenz des
Zahnes als anspruchsvoller. Die Qualität des Zahnersatzes kann nicht
besser sein als die Daten, welche dazu dienen, den Originalzahn
zu modellieren. Die Präzision
dieses Modells hängt
von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise der Qualität der Beleuchtung,
der Datenakquisition bei der Messung und von der Präzisierung
dieser Daten. Der älteste
und einfachste Weg zur Bestimmung der Farbtönung eines Objekts wie eines
Zahnes besteht darin, das Objekt visuell mit einer Tabelle von Farbtönungen zu
vergleichen. Die mit diesen Verfahren erhaltenen Resultate sind
jedoch nicht sehr gut aufgrund der Subjektivität des menschlichen Auges. Des
Weiteres kann die Beleuchtung des Zahnes und der Tabelle eine unzweckmäßige Auswahl
von Farbtönungen
verursachen. Um ein Minimum an Präzision und Reproduzierbarkeit
bei der Messung der Farbtönung
eines Objektes zu erzielen, kann ein quantitatives Verfahren verwendet werden.
Derartige quantitative Verfahren können durch die Art der verwendeten
Beleuchtung, die Messtechnik, die Prozessierung der Daten und dem
Vergleich zwischen dem fertigen Produkt und dem Originalobjekt klassifiziert
werden.
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Eine
andere Messtechnik wird durch Murljacic in seinem US-Patent Nr.
5,766,006, erteilt am 16. Juni 1998, gelehrt. In diesem Dokument
beschreibt Murljacic ein Zahntönungs-Analysesystem, welches
eine Kamera zur Aufnahme eines Digitalfarbbildes eines Zahnes verwendet.
Das Bild des Zahnes beinhaltet eine RGB chromatographische Repräsentation,
die gescanned wird und pixelweise mit mehreren Zahntönungen verglichen
wird, die in einem Speicher des Systems gespeichert sind.
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Ein
Nachteil von Murljacic's
System ist, dass das Scannen ohne Kontrolle der Beleuchtung durchgeführt wird
und daher die Reproduzierbarkeit des Farbvergleiches verringert
wird. Zur Konvertierung der spektralen Dekomposition oder der von
einer ausgewählten
Fläche
aufgenommenen Daten in eine einzige Messung, die mit der Farbempfindung
des menschlichen Auges korrespondiert, sind verschiedene Verfahren
bekannt und werden verwendet. Das Ziel ist, die Daten zu quantifizieren
und außerdem
so zu korrigieren, dass die richtigen Farben des Originalmodells
so nachgebildet werden können,
wie das menschliche Auge diese aufnimmt. Außerdem ist es wichtig, die
Transluzenz der Materialien quantifizieren zu können.
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In
PCT WO 97/01308 ist eine orale Kamera mit einem Farbtonanalysatorsubsystem,
zum Beispiel einem digitalen Videoprozessor, und einem Farbbildschirm
verbunden. Die Kamera nimmt ein digitales Farbbild des Zahnes des
Patienten auf und das Subsystem vergleicht das Bild mit einer Vielzahl
von gespeicherten Zahntönungen.
Jede Zahntönung
wird in einem Datenblock repräsentiert,
der Farbbilddaten, ein digitales Farbtönungsdatenwort und einen Herstellertyp
beinhaltet. Das Farbbild des Zahnes des Patienten beinhaltet eine RGB
chromatographische Repräsentation,
die gescannt wird und mit einer Vielzahl von im Speicher gespeicherter
Zahnfarbtönungen
verglichen wird, und es wird eine Übereinstimmung ermittelt und
an einen Benutzer des Systems übertragen.
Die Methode beinhaltet die Spezifikation von feinen Zahntonschattierungen,
falls nötig,
die mit eine Vielzahl von Porzellanfirmen zur Herstellung eines
rekonstruierten Zahnes korrespondieren.
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Die
Information wird dann von einem Techniker verwendet, um die Krone
gemäß der identifizierten Farbtönung wie
gemessen und durch das digitale System präsentiert zu beschichten. Der
Herstellungsprozess einer Krone auf dem Wege einer Beschichtung
des Materials von Hand ist ziemlich mühsam und kostenaufwändig, da
er sehr arbeitsaufwän dig
ist. Insbesondere in Form und Abmessungen ist das Resultat der Handarbeit
unvorhersagbar und das Resultat hängt stark von den Fähigkeiten
des Zahntechnikers ab.
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In
EP-0796596 ist eine System zur Aufnahme der Form und Tönungsstruktur
von Zähnen
beschrieben. Dieses System wird zur Präparation und Produktion von
keramischen oder acrylischen Veneer-Restaurationen angewendet. Das
System besteht aus verschiedenen Sortimenten, die sowohl Modelle
und Bilder als auch Beschichtungsschemata von verschiedenen Zahnformen
und Tönungsstrukturen
beinhalten. Am Patienten wird ein Vergleich zwischen der Form und
Tönung
der Zähne
des Patienten anhand von Modellen durchgeführt, wobei das am besten passende
Sortiment ausgewählt
wird und in dem Zahnlabor naturgetreue Restaurationen gemäß den zugehörigen Beschichtungsschemata
reproduziert werden können.
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Obwohl
die Verwendung eines Computers als optionale Komponente eines Sortiments
erwähnt
wird, sind alle 2D-Repräsentationen
auf die Produktion von Restaurationen im Zahnlabor gerichtet. Da
die Restaurationen ohne volumetrische Kontrolle insbesondere bei
Form, Umriss und Dimensionen des fertigen künstlichen Zahnes eines computerunterstütztes Fertigungssystems
beschichtet werden, verbleibt eine subjektive Unsicherheit in der
fertigen Restauration.
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Im
US-Patent 5,759,030 ist ein Farbmesssystem und ein Verfahren zur
Bestimmung der Farbe und anderer Charakteristiken von Zähnen beschrieben.
Empfängerfaseroptiken
eines Perimeters sind von einer zentralen Faseroptikstelle beabstandet
und empfangen reflektiertes Licht von der Oberfläche des Zahnes, der gemessen
wird. Das System verwendet die Empfängerfaseroptiken des Perimeters,
um Informationen bezüglich
der Höhe
und des Winkels der Probe in Bezug auf den Zahn, der gemessen wird,
zu bestimmen. Unter Kontrolle eines Prozessors kann eine Farbmessung
unter einer vorbestimmten Höhe
und einem vorbestimmten Winkel durchgeführt werden. Transluzenz, Fluoreszenz
und/oder Oberflächentexturdaten
können
ebenso erhalten werden. Die von dem System generierten Daten können dazu
verwendet werden, eine automatisierte Materialmischmaschine für das Material,
aus dem der Zahnersatz hergestellt ist, zu implementieren. Farbe
und andere aus einer Messung erhaltene Daten können dazu verwendet werden,
Mengen eines Pigmentes oder anderen Materials für die Rezeptur zu bestimmen
oder vorherzusagen. Zahnersatz kann beschichtet werden, um den Grad
der Transluzenz des Zahnes zu simulieren.
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Es
ist möglich,
beispielsweise vier Messungen für
vier Bereiche des Zahnes aufzunehmen und an den Computer zu senden,
wobei die Daten der vier Farbmessungen (wie beispielsweise RGB oder
andere Werte) mit den vier Bereichen in Übereinstimmung mit den eingegebenen
Parametern verknüpft
sind.
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Ein
weiteres hochentwickeltes computerunterstütztes System ist als das Shade
Scan System (Cortex Machina, Montreal, Quebec, Kanada) bekannt geworden.
Es besteht aus einer intraoralen Kamerasonde mit speziell ausgelegten
Optiken, die eine spektrale Messung von Farbe und Transparenz erlauben.
Anstelle einer oder mehrerer lokaler Messungen auf dem Zahn, wie
dies in den früheren
Systemen bewerkstelligt wurde, beinhaltet das Shade Scan System
eine vollständige
und globale Repräsentation
der Zahneigenschaften. Die Software besteht aus einem Tönungsselektionsprozess,
der die optischen Daten in einfache und präzise schematische Farbfelder über den
gesamten Zahn übersetzt.
Die Farbfelder werden durch Nummern eines Sortiments von Porzellan
einer jeweiligen Marke durch Zahlen identifiziert und repräsentiert.
Die Farbfelder können als
fein unterscheidende Empfindlichkeit oder gröbere Unterteilung eines Farbfeldes
gewählt
werden. Die Software erlaubt eine Repräsentation transluzenter Bereiche
mit einem dark-light Mapping der Tönung des gesamten Zahnes. Dies
macht die vertikale Höhe
optisch dichterer Bereiche des Zahnes ("Mamelons") sichtbar.
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Da
die Ergebnisse des digitalen Farbanalysators lediglich durch die
manuelle Arbeit des Zahntechnikers zu Zahnersatz führen, verbleiben
die in der Herstellung von Zahnersatz verwendeten Pseudo-"Trial and Error"-Verfahren, mit dem
Ergebnis, dass Zahnersatz erneuert werden muss, was zu gesteigerten
Kosten und Unbequemlichkeiten des Patienten, des Zahntechnikers
und des Zahnlabors führt.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines künstlichen
Zahnes anzugeben, der eine Reproduktion eines durch die Restauration
zu ersetzenden natürlichen
Zahnes oder eines korrespondierenden Zahnes ist.
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Es
ist folglich eine Aufgabe dieser Erfindung, die Resultate einer
digitalen Farbtonanalyse in digitalem Format verfügbar zu
machen, so dass sie dazu verwendet werden können, einen Schichtaufbau einer
Krone in einem computerunterstützten
Designsystem zu modellieren.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, das durch einen Computer entworfene
Modell eines geschichteten Kronenaufbaus zu verwenden, um das Model
anschließend
zur Herstellung der Krone in Lagen mittels eines computerunterstützten Fertigungssystemes
herzustellen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Zahn in Lagen unter Verwendung
einer digitalen Abbildung des natürlichen Elementes zu reproduzieren,
einen geschichteten inneren Aufbau zu entwerfen und den geschichteten
Zahn automatisch in darauffolgenden Produktionsschritten herzustellen.
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Dieses
und andere Ziele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
deutlich werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Erreichung der Ziele der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Das von der Erfindung bereit gestellte Verfahren ermöglicht eine
vollständig
automatisierte Herstellung mit geringem Materialverlust und optimalen
Resultaten in Bezug auf sowohl Gestalt, Abmessungen und Form als auch
die Erscheinung des produzierten künstlichen Zahnes.
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Darüber hinaus
kann das Verfahren gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung die Merkmale des Anspruchs 2 umfassen.
Dies da insbesondere keramisches Material und acrylische Materialien
eine bestimmte Blicktiefe zeigen. Daher kann die Erscheinung einer
zusätzlichen
Decklage durch eine darunter liegende erste Decklage beeinflusst
werden, die dann auf der Basislage angeordnet werden kann. Auf diese
Weise werden die kombinierten optischen Eigenschaften der Lagen
dazu verwendet, die lokale Erscheinung des fertigen künstlichen
Zahnes zu bestimmen.
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Durch
Variierung der Dicken von Decklage und einer zusätzlichen Decklage über die
Oberfläche
des herzustellenden künstlichen
Zahnes können,
wie in Anspruch 3 beschrieben, Variationen in der optischen Erscheinung
der Oberfläche
des herzustellenden künstlichen
Zahnes erzielt werden. Dies gilt natürlich auch für einen
künstlichen
Zahn mit einer einzigen Decklage, deren Dicke über die äußere Oberfläche des herzustellenden künstlichen
Zahnes variiert wird, um die optische Erscheinung desselbigen zu
variieren. Zusätzlich
können
die Materialeigenschaften einer einzigen Decklage wie auch der zusätzlichen
Decklage variiert werden, um eine gewünschte Variation in der Erscheinung
des künstli chen
herzustellenden Zahnes zu erzielen. Änderungen solcher physikalischen
Materialeigenschaften könnten
die Zugabe eines Additives einschließen.
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Die
Methoden zum Aufbringen von Schichten können in der vorliegenden Erfindung
sein: Formen der Basislage und/oder der Decklage oder -lagen mittels
wenigstens eines Prozesses aus der Gruppe der Prozesse umfassend:
3D-Tintenstrahldruck unter Verwendung von STL-Dateien; Robocasting
von Material, beispielsweise in Gelform; Stereolithografie (SLA);
Fused Deposition (FD); Laminated Object Manufacturing, etc.
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Es
sei an dieser Stelle bemerkt, dass die vorliegende Erfindung zu
einem neuen und erfinderischen Ansatz zur Herstellung künstlicher
Zähne führt, wo
die endgültige
Gestalt und die Abmessungen des herzustellenden Zahnes als Startpunkt
bestimmend sind. Ausgehend von dieser Information und in Richtung
der inneren Regionen des herzustellenden künstlichen Zahnes, um sein gewünschtes
optische Aussehen zu erhalten mit mindestens einer Decklage. Ein
hinzugezogenes computerunterstütztes
Herstellungssystem verwendet Form und Abmessungen des herzustellenden
künstlichen
Zahnes und leitet daraus die lokal erforderliche Schichtdicke der
Decklage und/oder -lagen ab, welche erforderlich sind, um die gewünschte optische
Erscheinung zu erzielen.
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Dies
ist daher ein Entwicklungsverfahren, welches von der Außenseite
zur Innenseite des herzustellenden künstlichen Zahnes funktioniert,
wobei das Aufbringen oder gezielte Hinzufügen jeder oder irgendeiner Decklage
in einer Abnahme der Basislage resultiert um die besagten Decklagen
innerhalb der durch die verfügbare
Gestalt und Abmessungen des herzustellenden künstlichen Zahnes vorgegebenen
Grenzen aufzunehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wie auch Vorteile, Merkmale und Alternativen innerhalb
des Schutzbereiches der Ansprüche
werden mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen weiter unten beschrieben, worin:
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1 eine
natürliche
zahnreiche im Mund eines Patienten zeigt, in der ein Zahn ersetzt
werden muss;
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2, 3 und 4 die
Erscheinung und zwei Querschnitte eines künstlichen Zahnes zeigen, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde;
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5 eine
Anordnung eines künstlichen
herzustellenden Zahnes gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt zeigt; und
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6 in
einem Diagramm den Effekt des Verhältnisses der Dicken zweier
Decklagen zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Zahnreihe 1 von Zähnen 2.
Einer der Zähne
muss durch einen künstlichen
Zahn ersetzt werden, von dem der Umriss 3 gezeigt ist.
Der Umriss 3 des künstlichen
Zahnes zur Ersetzung des natürlichen
Originalzahnes ist ein Spiegelbild des Nachbarzahnes 4.
Der Umriss 3 für
die Zahnrestauration oder den künstlichen
Zahn, der gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden soll, wird hier als Spiegelbild des
angrenzenden oder benachbarten Zahnes 4 gewählt, da
der natürliche
Originalzahn, der durch die Zahnrestauration ersetzt werden soll,
nicht für
ein Bild verfügbar
ist. Dies kann der Fall sein, weil Teile des natürlichen Originalzahnes abgebrochen
sein können
oder dergleichen.
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Falls
der natürliche
Originalzahn noch vollständig
verfügbar
ist, kann die nun durch den Umriss 3 gezeigte Gestalt vom
natürlichen
Originalzahn genommen werden und muss nicht von einem angrenzenden
oder benachbarten Zahn 4 genommen werden. Der Umriss 3 kann
durch ein Gerät
zur Abbildung der herzustellenden Zahnrestauration bestimmt werden,
welches in sich herkömmlich
ist, beispielsweise basierend auf einem CAD-CAM-System.
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Neben
dem Umriss 3 werden die vollständige Gestalt und die Abmessungen
der herzustellenden Zahnrestauration gemäß der vorliegenden Erfindung
bestimmt. Des Weiteren wird auch eine Farbanalyse des benachbarten
Zahnes 4 durchgeführt.
Basierend auf dieser Farbanalyse werden vier verschiedene Farbmerkmalregionen 5, 6 und 7 identifiziert,
wobei eine vierte Region 8, die als Mamelon-Region bekannt
ist, im Innern des Zahnes verborgen zu sein scheint. Die beiden
Querschnitte II-II und IV-IV in 2 beziehungsweise 4 zeigen,
auf welche Weise der künstliche
Zahn gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist, um die gewünschten Erscheinungseigenschaften
zu erzielen.
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Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird die äußere Gestalt und werden die
Abmessungen und der Umriss des herzustellenden künstlichen Zahnes wie gegeben übernommen.
Bei der Auslegung des herzustellenden künstlichen Zahnes ist wenigstens
eine Decklage innerhalb der Grenzen des Umrisses, der Form und der
Abmessungen des herzustellenden künstlichen Zahnes angeordnet.
Bei Anwendung dieses Entwurfsverfahrens wird eine Basislage, die
im Wesentlichen die Stärke
des herzustellenden künstlichen
Zahnes bestimmt und welche mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet
ist, für
jede Decklage, welche innerhalb der Limitationen der Endgestalt
und der Endabmessungen des herzustellenden Zahnes angeordnet ist, weiter
reduziert. Die Basislage 9 ist, wie vorher, der Träger für die Decklagen.
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Aus
den 2, 3 und 4 ist offensichtlich,
dass die Basislage 9 nicht nur bestimmend für die Stärke des
herzustellenden künstlichen
Zahnes ist, sondern auch dazu verwendet wird, die Mamelon-Struktur 8 nachzubilden.
Auf der Basislage 9 ist eine erste Decklage 10 angeordnet,
die für
die Farbregion 5 auf der Außenseite des künstlichen
Zahnes überaus
bestimmend ist, was aus einem Vergleich der 2 und 4 in
Verbindung mit 3 offensichtlich ist. Region 5 ist
beispielsweise weißer
und glänzender
als Regionen 6 und 7, wobei Region 7 wiederum
glänzender
aber weniger opak als Region 6 und weniger glänzend als
Region 5 ist.
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Region 6 wird
aus einer Kombination der Decklagen 11 und 12 erhalten,
von denen Decklage 12 zumindest näherungsweise eine spezifische
Dicke hat, so dass die Decklage 11 einen gewünschten
Einfluss auf die Erscheinung des künstlichen Zahnes durch die
Decklage 12 aufweist.
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Des
Weiteren wird Region 7 offensichtlich hauptsächlich durch
die Decklage 12 erhalten.
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Es
sei an dieser Steile abermals bemerkt, dass die Anordnung beispielsweise
unter Verwendung eines CAD-CAM-Systems ausgehend von einer äußeren Gestalt
und Abmessungen des herzustellenden künstlichen Zahnes ausgelegt
ist und innerhalb dieser Gestalt und dieser Abmessungen Decklagen
eingefügt
werden, wodurch in dem Entwurf vor der tatsächlichen Herstellung die Basislage
lokal reduziert wird, falls erforderlich, um die gewünschte Erscheinung
mit den Lagen 10, 11, 12 einzeln, in
Kombination miteinander oder in Kombination mit der Basislage 9 zu
erzielen.
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6 zeigt
den Effekt einer Kombination von Decklagen, welche spezifische Dicken
haben, auf spezifische Erscheinungscharakteristiken wie Farbe, Transluzenz,
etc. Die Er scheinungscharakteristik ist entlang der vertikalen Achse
angeordnet, wohingegen das Verhältnis
zwischen Dicken aufeinanderfolgender Decklagen entlang der horizontalen
Achse angeordnet ist. Es ist ersichtlich, dass im Ursprung des Diagrams
lediglich eine Decklage vorhanden ist und die optischen Charakteristiken,
wie Farbe, Transluzenz, etc., ausschließlich durch die andere Decklage
bestimmt werden. Wenn die zweite oder zusätzliche Decklage hinzugefügt wird
und das Verhältnis
zwischen den Schichtdicken der beiden Lagen zugunsten der zugefügten Lage
ansteigt, wird der Einfluss der ursprünglichen Decklage auf die Erscheinungscharakteristik
vermindert. Wenn lediglich die zusätzliche Lage verbleibt oder
solch eine Dicke aufweist, dass die Blicktiefe dorthinein nicht
länger
dazu ausreicht, dass die darunter liegende Lage irgend einen Effekt
hat (dies ist bezeichnet mit "100" auf der horizontalen
Achse in 6), wird die Erscheinungscharakteristik
vollständig
durch die zusätzliche
Decklage bestimmt.
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Jede
Materialkombination für
die Decklage und die zusätzliche
Decklage weist ein spezifisches Diagramm auf. Unter Kenntnis dieser
Diagramme kann eine gewünschte
Erscheinungscharakteristik (welche in 6 mit "D" auf der vertikalen Achse bezeichnet
ist) durch Verwenden des entsprechenden Verhältnisses "R" zwischen
den Schichtdicken der ursprünglichen
Decklage und der ursprünglichen
Decklage erzielt werden, welches Verhältnis "R" auf
der horizontalen Achse in 6 gezeigt
ist.
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In 5 ist
eine mögliche
Produktionstechnik gezeigt. Das Design des herzustellenden künstlichen Zahnes
wurde hier vorher fertiggestellt und basiert, wie vorstehend beschrieben,
auf einer Vorgehensweise von der Außenseite in Richtung einer
Innenseite des herzustellenden künstlichen
Zahnes. Mit dem vorliegenden fertigen Design kann ein computerunterstützter Herstellungsprozess
eingesetzt werden, um auf einem Sockel 13 folgende Basislage 9 und
Decklagen 10, 11 und 12 aufzubringen,
welche die gewünschten
lokalen Schichtdicken aufweisen. Der Begriff lokale Schichtdicken
wird dabei verwendet, um die Schichtdicke in einer Richtung anzugeben,
unter der der künstliche
Zahn von der Außenseite
gesehen wird, wenn er in dem Mund des Patienten angeordnet ist.
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Die
Produktionstechnik für
einen geschichteten, künstlichen
Zahn oder eine Krone ist an sich bekannt und ist beispielsweise
in US-A-4.937.928 beschrieben, welche den Titel hat "Method of making
a dental crown for a dental preparation by means of a CAD-CAM system".
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Eine
einfache lineare Regressionsanalyse für die Helligkeit (L*), Rotheit
(a*), Gelbheit (b*) and Transluzenz Parameter (TP) wurde bei einer
Serie von Composit Kombinationen ausgeführt und wird verwendet, um die
Oberfläche
in definierte Bereiche zu unterteilen, wenn diese in einer 2D Frontansicht
betrachtet wird.
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Natürliche Zähne zeigen
einen graduellen Anstieg der Helligkeit von der Schneidkante aus
zu den mittleren Seiten des Zahnes. Die Helligkeit nimmt leicht
in Richtung der Halsseite ab. Sowohl Rotheit als auch Gelbheit natürlicher
Zähne neigen
dazu, in Richtung der Halsseite zuzunehmen, wobei diese durch das
Rosa des Zahnfleisches für
die Rotheit, durch die Wurzelfarbe und eine dünne Lage von Zahnschmelz für die Gelbheit
entlang der Zahnachse in Richtung der Halsseite beeinflusst werden.
TP neigt dazu, in Richtung der Halsseite abzunehmen.
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Es
ist ziemlich schwierig, die Transluzenz eines natürlichen
Zahnes mit einem spektralradiometrischen Farbcomputer zu messen,
der ein kontaktloses Instrument ist. Es ist ein Ziel und ein universales
Verfahren gewesen, die Transluzenz eines natürlichen Zahnes oder Farbtönungskarte
durch Messungen der Reflexionsspektren unter weißen und schwarzen Hintergründen mittels
eines digitalen, spektralen Colorimeters auszuwerten. Gemäß dieser
Erfindung hat sich die Messung der TP als geeignete und einfache
Methode zur Auswertung der Transluzenz natürlicher Zähne in vivo gezeigt.
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Das
Verfahren zur Aufnahme von Farb- und Transluzenzmessungen besteht
aus der Durchführung der
folgenden Schritte in der Reihenfolge:
- 1. Starten
des Gerätes
- 2. Beleuchten des Zahnes mit einer vordefinierten Beleuchtungsmethode
- 3. Kalibrieren der CCD Kamera
- 4. Aufnahme der Daten, welche die Farbtönung und die Transluzenz des
Zahnes enthalten.
- 5. Optional, überprüfen, dass
die erste Kalibrierung korrekt ist; falls nicht (Schritt 6) Rückkehr zu
Schritt 2
- 6. Prozessieren der Daten, um eine Farbtönungsbildkarte und eine Transluzenzbildkarte
zu erzeugen
- 7. Optional, nachdem die Zahnkopie anhand der Daten der Farbtönungs- oder
Transluzenzbildkarten hergestellt wurde, kann das Bild der Zahnkopie
aufgenommen werden, indem die Zahnkopie an die Stelle des Originalzahnes
platziert wird und die Schritte 1 bis 5 durchgeführt werden, um Kopie-Farbtönungsbild-
und – Transluzenzbildkarten
zu erhalten, die mit den Originalkarten verglichen werden können, um
die Qualität des
fertigen Produktes zu kontrollieren, und
- 8. Abschalten des Gerätes.
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Diese
allgemeinen Schritte werden nun weiter beschrieben.
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Beleuchtung
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Der
Zweck der Beleuchtung in Schritt zwei besteht darin, das zu messende
Objekt, das heißt
den Zahn 4 (1) zu beleuchten. Wie im Folgenden
weiter beschrieben wird, erfordert der Datenakquisitionsschritt, dass
die Beleuchtung mit einer Präzision
von wenigstens einem Prozent über
die gesamte Zahnoberfläche
bekannt ist. Eine telezentrische Anordnung erfüllt Spezifikationen für Dentalapplikationen.
Eine einen Lichtstrahl projizierende Lichtquelle sollte stark genug
sein, um Umgebungslichtquellen zu überstrahlen und dadurch sicher
zu stellen, dass die Charakteristik der Beleuchtung des Zahnes bekannt
ist.
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Kalibrierung
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Die
Messung von Farbe und Transluzenz eines Zahnes hängt kritisch von den Beleuchtungs-
und Sensorcharakteristiken zum Zeitpunkt der Messung ab. Der dritte
Schritt ist die Kalibrierung dieser Faktoren durch Messungen eines
ersten Kalibrierungstargets, welches aus einer Sammlung verschiedener
Muster bekannter Farbtönungen,
Transluzenzen und anderer Erscheinungsfaktoren besteht. Mit diesen
Messungen werden die Messwerte mit einer mathematischen Transformation
in normierte Werte konvertiert.
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Nach
dem Kalibrierungsschritt kann der zu duplizierende Zahn gemessen
werden (Schritt vier). Dieser Messschritt kann auch Datenakquisitionsschritt
genannt werden. Das Ziel des Messschrittes fünf besteht darin, Daten zu
akquirieren, um in dem Datenverarbeitungsschritt sechs eine Farbtönungsbildkarte
und einen Transluzenzbildatlas zu erstellen.
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Datenakquisition
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Farbanalyse
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Die
Farbanalyse besteht in einer Ausführung einer Farbwertberechnung.
Eine derartige Berechnung der sogenannten Farbwerte X, Y und Z wird
als im Stand der Technik wohl bekannt erachtet und wird hier nicht beschrieben.
Die menschliche Wahrnehmung von Farben ist durch die Tatsache limitiert,
dass die Netzhaut Licht in drei Spektralbereichen, den Farbwerten,
abtastet. Diese und die CIE LAB-Farben werden normalerweise aus
vollständigen
Spektren unter Verwendung vorgeschriebener CIE(Commission Internationale
de L'Eclairage)-Methoden
berechnet. Aus diesen Messungen können die Werte für die Helligkeit
L*, Rotheit a* und Gelbheit b* berechnet werden. Um die Farbwerte
aus lediglich drei Spektren zu berechnen, wird eine Linear-Transformation
verwendet. Die CIE-Farbe
der Zähne
kann unter Verwendung der drei durch die roten, grünen und
blauen Kanäle
der CCD-Kamera bereitgestellten Abtastbänder genau gemessen werden.
Dabei hat sich herausgestellt, dass es unter bestimmten mathematischen
Bedingungen, welche mit dem zu messenden Spektralbereich, den Spektren
der L-, a- und b-Farbwertberechnungen
und den Spektren der Abtastbänder
zusammenhängen,
möglich
ist, die Farbwerte direkt aus den Werten der Abtastbänder unter
Verwendung einer linearen Transformation zu berechnen.
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Wenn
beispielsweise, X = (L, a, b). sup. T, ein Farbwertvektor, der aus
dem Reflektionsspektrums eines Objekts berechnet wird, und r = (r,
g, b). sup. T. ein Vektor von Rot-, Grün- und Blauwerten ist, welche durch
die CCD-Kamera unter exakt den gleichen Beleuchtungsbedingungen
aufgenommen wurden, dann sind diese beiden Größen unter bestimmten Umständen durch
eine nichtlineare Vektorfunktion miteinander verknüpft. Die
Parameter der linearen Transformation werden während der Kalibrierung aus
den bekannten CIE LAB-Farben der weiter oben beschriebenen Erscheinungsmuster
abgeleitet. Mit der vorbeschriebenen Methode ist es möglich, CIE
LAB-Farben an jedem Pixel des CCD-Kamerabildes zu messen, weil sowohl
die Berechnung schnell ist als auch die lineare Transformation von
geringer Berechnungskomplexität
ist.
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Die
Farbe ist innerhalb der Farbstreifen nicht vollkommen gleichmäßig aufgrund
von Variationen durch die Oberflächentextur,
die kristalline Natur der Keramik und Inhomogenitäten im Brennvorgang.
Aus diesem Grund werden die Proben für die Farbtönungskarte aus einem rechteckigen
Bereich und nicht aus einem einzelnen Punkt genommen. Ein Vorliegen
einer großen
Menge von Farbwerten ermöglicht
es, die Variation in der Farbe jedes einzelnen Streifens in der
Farbtönungskarte
statistisch zu quantifizieren.
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Sobald
die Farbtönungstabelle
aufgestellt ist, kann jeder mit der CCD-Kamera gemessene Pixel mit den
Farben der Farbtönungskarte
verglichen werden. Eine gewichtete Mittelung des Pixelwertes und
der Werte umgebender Pixel wird durchgeführt. Der zentrale Pixel wird
dann als die Farbe der Farbtönungskarte
klassifiziert, die die nächstgelegene
Farbe zu diesem Mittelwert aufweist.
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Die
Hauptschwierigkeit bei der gleichzeitigen Messung der Transluzenz
und der Farbe rührt
daher, dass die Information dieser beiden Erscheinungsfaktoren normalerweise
ver wechselt wird. Verschiedene Ansätze können verwendet werden, um diese
Erscheinungsfaktoren eindeutig zu machen:
- – Die Auto-Korrelationsfunktionen
der drei Farbkanäle
stellen Informationen über
die Trübung
bereit, welche durch die Transluzenz verursacht werden kann. Strukturierte
Beleuchtung kann dazu verwendet werden, das Signal zu vergrößern und
eindeutiger zu gestalten.
- – Transluzenz
kann durch Vergleich aufeinanderfolgender Bilder, die alternierend
mit einem weißen
und schwarzen Hintergrund aufgenommen wurden, aufgezeigt werden.
Ein strukturierter Hintergrund kann auch dazu verwendet werden,
eine Transparenz aufzuzeigen.
- – Die
Kenntnis des durch das Material abgedeckten Farbraumes kann auch
dazu verwendet werden, Farbe und Transluzenzvariationen zu analysieren.
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Für die vorliegende
Anmeldung ist der letztere Ansatz möglich aufgrund der überraschenden
doppelten Beobachtung, dass
- a. mit steigender
Transluzenz die Intensität
abnimmt und der Farbton in Richtung blau verschoben wird; und
- b. bei typischen Tönungsvariationen
des Zahnes ein Intensitätsabfall
mit einer Farbtonverschiebung in Richtung Rot (größerer a*-Wert)
korrespondiert.
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Ein
Transluzenzindex ist daher in Bezug auf einen Referenzpunkt definiert
(der undurchsichtigste Bereich) durch das Produkt der relativen
Intensitätsvariation
mit der relativen Rot/-Blaudifferenz. Eine logarithmische Skala
bildet ein wahrnehmbar aussagekräftigeres
Maß.
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Der
Referenzpunkt ist der undurchsichtigste Bereich des Zahnes. Er wird
in einem iterativen Verfahren ausgehend von einer natürlich undurchsichtigen
Region durch die Kenntnis der Morphologie des Zahnes bestimmt.
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Die
Transluzenz basiert an jedem Punkt auf einem Mittelwert über eine
enge Nachbarschaft von Punkten, um Verzerrungen durch Ausreißer zu eliminieren.
Auf diese Weise kann eine Transluzenzbildkarte erstellt werden.
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Es
zeigt sich, dass für
natürliche
Zähne die
Farbtönungen
L*a*b*-Farbraum für
L* zwischen 55 und 85, für
a* zwischen 4,0 und 10,0 und b* zwischen 16,0 und 28,0 variieren.
Wir können
den Tönungsbereich
in 5 Gruppen mit äquidistanten
Werten der Helligkeit L*, wie in Tabelle 1 gezeigt, unterteilen:
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Da
die meisten oralen Farbscanner einen Vorschlag machen, welche Farbe
oder welche Mischung von zwei Farben verwendet werden muss, um der
gemessenen Farbe in etwa zu entsprechen, erfolgt gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Farbannäherung
durch Einsatz einer Schichtung von zwei (oder mehreren) Lagen. Aufgrund
der Transluzenz von Dentin-Porzellan wird eine Lage mit einer anderen
Tönung
die von außen
wahrgenommene Farbe beeinflussen, und zwar stärker bei geringerem Abstand
zu der Oberfläche,
wie in 6 gezeigt.
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Um
die Farbe des geschichteten Porzelans zu messen wurde das Verfahren
der linearen Additivität der
L*a*b* CIELAB-Farbeinheiten eingesetzt.
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Verschiedene
Methoden der Herstellung von endformnahen Restaurationen führten zu
einer Anzahl von Verfahren, die als Solid Freeform Fabrication bekannt
sind (SFF). Solche Verfahren benutzen computergesteuerte Robotertechnik.
Einer der Vorteile von SFF gegenüber
Schleifen und Fräsen
(Beispiel 1) sind niedrigere Werkzeugkosten. Solid Freeforming ist
die Schaffung einer Gestalt durch die punktweise, zeilenweise oder
planare Zugabe von Material ohne Begrenzung von Oberflächen außer einer
Basis. Diese Basis kann ein Refractory Bodenblock oder eine flache
Platte sein. Sie ermöglicht,
die mit Computersoftware entworfenen Restaurationen unter Rückgriff
auf eine großen
Palette von Aufbaumethoden zu erstellen, ohne den Einsatz von Formen
oder besonderer Werkzeugbestückung.
Die mit CAD-Software erzeugten 3D-Computerbilder werden zerschnitten,
um 2D-Bilder herzustellen und dann benutzt, um eine Fertigungseinheit
zu steuern, die die Restauration Lage um Lage herstellt. Bis heute
gibt es mehrere SFF-Techniken einschließlich Stereolithografie (SLA),
Selective Laser Sintering, Fused Deposition von Keramik (FCD), Laminated
Object Manufacturing (LOM), dreidimensionales Drucken (3DP) und
Robocasting. Die beiden letzten werden in Beispiel 2 beziehungsweise
3 benutzt. Bei der Stereolithografie wird eine lichtaushärtende keramische
Suspension verwendet. Ausgewählte
Bereiche jeder Lage der Suspension werden durch UV-Licht während der
Herstellung der Restauration ausgehärtet. Die Fused Deposition
von Keramik benutzt keramische Bindemittelzubereitungen, die in
Drähte
extrudiert werden. Die eingesetzte Hardware ist eine erhitzte Düse (250–640 μm im Durchmesser), die
bei 100–150°C gehalten wird,
die den geschmolzenen Draht gemäß einem
computergesteuerten Muster extrudiert, wobei unter schichtweiser
Wiederholung anfänglich
Material am Perimeter der Restauration aufgebracht wird, dann innen.
Selectives Laser Sintering verwendet einen CO2 Laserstrahl
um ausgewählte
Bereiche von keramischem, in dünnen
Lagen aufgebrachtem Pulver zu verdichten. Bei Laminated Object Manufacturing
werden lasergeschnittene Lagen von Film zur Herstellung der Gestalt
geschichtet. In letzter Zeit werden modifizierte Versionen von LOM
bei der Formgebung von Keramik eingesetzt. Einzelne Lagen foliengegossener
Keramiken wurden vom Band geschnitten und geschichtet, um den computerunterstützten Entwurf
zusammenzusetzen.
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Beispiel 1
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Ein
Verfahren zur Bestimmung der Farbe eines Objektes durch Aufspaltung
des Lichtes mit einem optischen System, das aus achromatischen Dubletts
besteht, und durch Analyse des Lichtes mittels Interferenzfiltern
und Photodetektoren, zum Beispiel einer Vorrichtung zur Aufspaltung
des Lichtes, wie zum Beispiel ein Spektrophotometer.
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Da
die meisten oralen Farbscanner einen Vorschlag machen, welche Farbe
oder Mischung von zwei Farben eingesetzt werden muss, um der gemessenen
Farbe in etwa zu entsprechen, erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Farbannäherung
durch Einsatz einer Schichtung von zwei (oder mehr) Lagen, zum Beispiel
ein opakes Dentin mit darauf befindlicher Dentin-Porzellanlage.
Aufgrund der Transluzenz von Dentin-Porzellan wird eine Lage mit
einer anderen Tönung
die von außen
wahrgenommene Farbe beeinflussen, und zwar stärker bei geringerem Abstand
zur Oberfläche,
wie in 6 gezeigt.
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Ulbricht-Kugeln
sind eine bekannte Technik, um eine gleichmäßige Streulichtquelle zu erzeugen.
Diese Art von Beleuchtung ist sinnvoll für das Messen glanzloser Oberflächen. Ein
Nachteil dieser Technik, beziehungsweise jeder anderen Streulicht
generierenden Technik, wird deutlich, wenn sie zur Beleuchtung glänzenden
Materials eingesetzt wird. Das gewünschte Signal wird dann mit
einer gerichteten Reflektionskomponente verwechselt. Die Einteilung
von Zahntönungen
erfordert, dass die Beleuchtung mit mindestens einprozentiger Genauigkeit überall auf
der Zahnoberfläche
bekannt ist.
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Insgesamt
wurden 10 Scheiben gemäß Tabelle
2 hergestellt. Reflexionsmessungen R der Proben wurden mit einem
Spektrophotometer mit einer Ulbricht-Kugel durchgeführt.
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Die
L*, a* und b*-Parameter wurden getrennt vorausberechnet und ausgewertet,
zum Beispiel LLage* = C1 × h1 × L1* + ... + Ci × hi × Li, wobei L1* das
vorausberechnete L* der linearen Regression und C1 der
Konzentrationsfaktor der reinen Tönung 1 von Lage 1 der Dicke
h1 ist.
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Bei
den meisten derzeit vorhandenen CAD/CAM-Systemen werden Restaurationen
aus massiven Materialblöcken
in Dentallabors oder in der Zahnarztpraxis hergestellt. Die maschinelle
Herstellung einer Restauration ausgehend von einem gleichmäßig gefärbten monolithischen
Materialblock kann niemals sowohl den ästhetischen Ansprüchen als
auch den Erfordernissen nach Festigkeit genügen. Bei dem System gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Kronen jedoch mit einer geschichteten, naturgetreuen
Keramik mittels eines Sinter- und Fräsprozesses hergestellt und
mittels eines maschinell hergestellten hochfesten Keramikinnenteils verstärkt. Auf
diese Art ist es möglich,
die bei freien Handanfertigungen von keramischen Restaurationen
erzielte natürliche Ästhetik
und Festigkeit zu verbessern.
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Die
verschiedenen Schritte werden in der nachfolgenden Reihenfolge aufgezeigt:
- 1. Optisches Scannen im Mund des Patienten
- 2. Optisches Scannen des Gipsmodels
- 3. Entwurf der Restauration
- 4. Definieren der Tönungsbereiche
- 5. Schichtweise Übertragung
- 6. Entwurf des Kronenlagenaufbaus
- 7. Herstellungsprozess
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Die
Schichtung der Krone erfordert eine Reihe ausgeklügelter Herstellungsschritte.
Um die nachfolgenden Sinter- und Frässchritte zu ermöglichen,
sollte es möglich
sein, die Refractory-Halterung, in die zuerst eine Negativkopie
des Innenraums der Restauration geschliffen wird, reproduzierbar
in der Fräsmaschine
mit hoher Genauigkeit neu zu positionieren. Dies wurde gelöst mittels
eines doppelten prismatischen Unterteils des Refractory Blocks.
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Beispiel 1
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Der
zum Messen ausgewählte
Zahn wird von der Testperson eine Minute lang mit Zahnpasta und Zahnbürste gebürstet. Vor
der Messung wird die Oberfläche
mit sauberem Papier bezüglich
Speichel und Feuchtigkeit abgewischt. Unmittelbar nach dem Reinigungsprozess
wird die Farbe des Zahnes mit einem spektralradiometrischen Farbcomputer
gemessen. Ein weißer
Porzellanmaßstab
(X = 95,720, Y = 100,019, Z = 92,159) von Bariumsulfat wird für die Kalibrierung
des Geräts
verwendet.
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Ausführen einer Überlagerung
der aufgezeichneten Kontur des Spiegelzahnes 4 über die
Kontur des mit CAD-Computer entworfene Kronenkontur 3 in 1.
Ausführen
einer Überlagerung
der drei Bereiche 5, 6 und 7 in 3,
die mittels Tönungs-Mapping
definiert wurden, auf das 2D-Bild des neu entworfenen Zahnes. Ausführen einer
Anpassung von h3 gemäss des Mapping des Bereiches 5 auf
die entworfene Krone. Es erfolgt die Festlegung der Bereiche 5, 6 und 7 in 3 basierend
auf ihren jeweiligen Helligkeitswerten.
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Der
Tönungs-Mapping-Analysator
wird eingesetzt, um drei verschiedene, den Umriss des Spiegelzahnes
(1) überlagernde
Bereiche festzulegen. Der Bereich 6 (3)
wird als Hauptzahntönung
bezeichnet. Ausgehend von dieser Zahntönung wird eine geeignete Farbe
für die
Basislage 9 ausgewählt.
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Für dieses
Beispiel ergeben sich in den drei Bereichen des Zahnes die folgenden
gemessenen Werte:
-
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Der
Schneidkantentönungsbereich 7 (3),
der am nächsten übereinstimmt
mit dem unteren Helligkeitswert, ist die Tönungsgruppe 1-1-Schneidkante
mit L* = 75,0, a = 4,0 und b = 16,0.
-
Die
Dentintönung
des Bereichs 6 (3), die am nächsten übereinstimmt mit dem oberen
Helligkeitswert, ist die Gruppe 2A-2-Dentin mit L* = 75,0, a = 6,0
und b = 25,5. Die Tabelle 4 zeigt die Berechung von h2.
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Die
opake Dentintönung
des Bereichs 7 mit der naheliegendsten Übereinstimmung bezüglich der
oberen Helligkeit ist Gruppe 2A-2. Der zu benutzende h1-Durchschnittswert
ist 0,20 mm.
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Es
wird ein Abdruck vom Bogen mit den präparierten Zähnen gemacht und in Gips gegossen.
Für ein unzweideutiges
Scannen des Randes wird der Gipsabguss des Modells, der die Präparation
enthält,
mit weiß/schwarzem
Kontrast markiert.
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Ein
optischer Abdruck, der durch Laserscannen des Abgusses erhalten
wird, ist der nächste
Schritt bei der automatisierten Fertigung einer Metallkeramik-Krone.
Das CAD/CAM-System benutzt hier eine schnelle Laserstreifen-Scanmethode,
um die 3D-Geometrie
der Präparation
und ihre unmittelbaren Umgebungen und die gegenüberliegenden Zähne zu messen.
Ein gerader Laserstreifen, der auf den Abguss geworfen wird, wird verformt
durch die 3D-okklusale Geometrie des Gewebes, und diese Verformung
wird von dem Computer benutzt, um die tatsächlichen 3D-Positionen dieser
Punkte auf der Oberfläche
des Gewebes zu bestimmen. Eine CCD-(charged coupled device)-Kamera
scannt die projizierte Linie. Das Modell wird in der Klemmvorrichtung des
Scanners platziert, siehe 5, so dass
die Bahn der Einfügung
ungefähr
zusammenfällt
mit der vertikalen Z-Achse des Scanners.
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Unter
Benutzung von 0,2-mm-Schritten zwischen aufeinanderfolgenden Scanlinien
wird ein überschlägiger Gesamtscan
des ganzen Bogens mit der Präparation
durchgeführt
und in ein Graustufen-Z-Diagramm umgewandelt. In diese Reliefkarte
des Scans werden der Ort der Präparation,
die approximalen Kontakte und die Ausdehnung des Scanbereichs und
die Nachbarelemente eingetragen. Der Schneidkantenpunkt und beidseitig
eine Spitze eines Höckers
auf dem letzten Molar werden unter Benutzung der Maus durch Anklicken
auf dem Monitor gekennzeichnet. Ausgehend von dieser Information
wird die Ausrichtung der okklusalen Ebene im Kausystem definiert
und die Scannersoftware produziert ein Scanprotokoll, das beschattete
Teile verhindert.
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Dann
wird der Abdruck des Gegenzahns auf das Modell bei hoher Auflösung feingescannt,
wobei 0,05 mm-Schritte zwischen aufeinanderfolgenden Scanlinien
benutzt werden. Nach Entfernung vom Abguss wird der Abdruck mit
der Präparation
nachfolgend gescannt. Eine computergenerierte Oberfläche des
präparierten Zahnes
wird aus den Scandaten gewonnen. Vorzugsweise liegt die Genauigkeit
der Scanmethode innerhalb von 0,01 mm.
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Die
Gestaltung einer Kronenform folgt den folgenden Verfahrensschritten:
Auswahl eines geeigneten Elementes aus der Programmbibliothek, modellieren
der Krone auf dem Bildschirm, um sie in das noch vorhandene Gebiss
einzupassen und Endanpassung auf approximale Kontakte mittels Computer.
Ein zweiter maxillärer
Prämolar
wurde auf einer Modellform mit einer Präparation einer Anfasung entworfen.
Der geeignete Zahn wird durch den Anwender aus einer umfangreichen
Sammlung nachgeahmter Formen theoretischer Zähne in der Programmbibliothek
ausgewählt.
Findet sich im Bogen ein intaktes Spiegelelement, kann es gescannt
und als Modellzahn benutzt werden. Die distalen und mesialen Kontake,
die von dem Anwender in den okklusalen und bukko-lingualen Ansichten
des Scans angezeigt werden, bilden den ersten Schritt beim Einpassen
des nachgemachten Zahns. Die Randlinie der neuen Krone wird an die
Präparationslinie
angepasst, die automatisch aus dem Scan der Modellform isoliert
wurde.
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Die
lingualen und bukkalen Grenzen werden eingeklickt und mit der Maus
gezogen, um dem Zahn Gestalt zu geben, so dass er in eine natürlich erscheinende
Reihe mit den angrenzenden Zähnen
passt. Ein Warping-Algorithmus generiert ein Verformungsfeld und
Verformungsvektoren innerhalb des Feldes, um die neue Form zu generieren
und zwar gelenkt von dem mit der Maus angezeigten Ziehvektor. Auf
diese Weise können die
Außenkonturen
der neuen Krone interaktiv mit der Maus angepasst werden, auf ziemlich
die gleiche Weise wie bei dem Aufbau von Porzelan mittels Bürste oder
Spatel. Nach Einpassung der Krone in die Reihe bereinigt der Computer
die mesialen und distalen Kontakte auf einen Wert von +/–0,02 mm
zu den angrenzenden Zähnen.
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Die
mittigen Zahn-an-Zahn-Kontakte werden erhalten in Bezug auf die
Qualität
der gegenüberliegenden
okklusalen Oberfläche.
Entstehende Kontakte variieren von einer komplexen dreipunktigen
okklusalen Situation im Falle einer idealen Gegenzahn-Oberfläche bis
zu einem einfachen zentralen Kontakt auf einer weniger definierten
okklusalen Oberfläche.
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Die
neue Krone wird dann auf die gegenüberliegenden Zähne überlagert,
die auf dem Bildschirm als Reliefkarte dargestellt werden. Das CAD-Programm
verformt den nachgeahmten Zahn parametrisch (unter Erhaltung der
Gestalt) gemäß den gnathologischen
Grundsätzen.
Zur Steuerung der Suche nach Kontakten mit dem Gegenzahn werden
auf dem Bibliothekszahn bevorzugte Kontaktpunkte als Ankerpunkte
benutzt. Für
einen maximalen Zahn-an-Zahn-Kontakt mit den gegenüberliegenden
Zähnen
werden die unterschiedlichen Kontaktfelder der Krone verformt. Da
der theoretische Zahn mit dem Gegenzahn wie gescannt in Kontakt
gebracht wird, kann angenommen werden, dass die Kontakte auch im
gleichen Bereich liegen wie die Scangenauigkeit, nämlich 0,01
mm.
-
Die
okklusale Oberfläche
sollte Höckern
ermöglichen,
ohne Behinderungen zu entweichen und in ihre Gruben zurückkehren.
Eine geeignete prothetische Herstellung sollte sicherstellen, dass
funktionelle Kontaktbeziehungen für dynamische als auch statische
Bedingungen wiederhergestellt werden. Maxilläre und mandibulare Zähne sollten
sich auf eine harmonischen Weise berühren, die eine optimale Funktion,
minimales Trauma bezüglich
der stützenden
Strukturen und eine gleichmäßige Belastungsverteilung überall im
Gebiss erlaubt. Die Lagenstabilität der Zähne ist für das dauerhafte Aufrechterhalten
der Integrität
des Bogens und das ordnungsgemäße Funktionieren
entscheidend.
-
Nach
Entwerfen der inneren und äußeren Zahnoberflächen, werden
mehrere Anschlussoberflächen zwischen
Zement und Keramikkern und zwischen Dentin und Schneidkantenporzellan
definiert. Die Software berechnet die innere Oberfläche, bereinigt
mit einem Randlückenabstand
(0,03 mm), Gesamtzementdicke (0,05–0,10 mm) und Zementdicke Keramikern-Modellform
(0,02 mm), wie durch den Anwender vorgegeben. Die Zementlückengeometrie
der Krone stellt sicher, dass die Zementdicke zwischen dem Keramikkern
und der Modellform in einer Entfernung vom Rand von 2 mm schmaler
als die Randzementlücke
definiert wird. Auf diese Weise eine bessere Stützung von der Keramik auf der
Innenseite, welche eine Verstärkung
bildet, welche den größten Teil
der auf die Krone während
der Platzierung und dem Kauvorgang ausgeübten Belastung auffängt. Die
Belastung auf die Porzellanschulter wird vermindert werden, da die
hochtonerdehaltige Kernunterstruktur der Modellform am nächsten ist.
Es wird eine Dicke des Keramikkerns von 0,7–0,8 mm benutzt. Ein Mapping
der berechneten Dicke der Restauration weist den Anwender auf mögliche dünne Stellen
hin, bei denen eine interaktive Korrektur des entworfenen Lagenaufbaus
oder externer Konturen notwendig ist.
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Durch
ein gesteuertes Modell der Schichtung kann man ästhetische Effekte bezüglich Schneidkante und
Porzellanaufbau, wie zum Beispiel natürliche Transluzenz und Opaleszenz,
erhalten. Der hochtonerdehaltige Kern wurde schattiert, um einen
Hintergrundton für
keramische Lagen von höherer
Transluzenz zu schaffen.
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Die
Restauration wird mittels der üblichen
Diamantfräswerkzeuge
gefräst.
Die genau gemessenen Maße
jedes einzelnen Werkzeugs werden auf dem Bildschirm über die
Tastatur in ein Dialogfenster der Fräsmaschinensoftware eingetragen.
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Es
werden die folgenden Schneidwerkzeuge benutzt: ein Diamantzylinderschleifer
von 5,3 mm Durchmesser, eine Diamantrundabrichtschleifmaschine von
9,3 mm Durchmesser, ein Diamantspitzwerkzeug von 0,9 mm. Die Werkzeuge
werden nach Bedarf beim Benutzen automatisch ausgetauscht und gegen
einen Nullschalter wieder in Grundstellung gebracht.
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Fabrikeinheitliche,
vorgeformte Refractory Blöcke
für einzelne
Elemente, die eine Präzisionseinpassung
in der Einspannvorrichtung der Fräsmaschine haben, werden aus
einem weichen, maschinenherstellbaren, Refractory-Material hergestellt
und sind zylindrisch mit einem Durchmesser, der groß genug
ist, um den größten mesiodistalen
Zahndurchmesser aufzunehmen. Die Ausdehnung des Refractory wird
ausgeglichen durch Variieren des Verhältnisses der grundlegenden
Oxide, wie zum Beispiel Siliciumdioxid, Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid.
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Der
Refractory Block wird in einen hochpräzisen Schraubstock in der Fräsmaschine
montiert und die Negativkopie der inneren Oberfläche der Krone wird unter Benutzung
eines zylindrischen Scheibenbohrers und eines runden Hartmetallbohrers
genau gefräst.
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Im
nächsten
Bearbeitungsvorgang wird eine Zylindergestalt einer hochfesten Keramik
der geeigneten Farbtönung
(C-Tönung)
mittels einer isostatischen Dry-Bag-Pressmethode über das
gefräste
Innere auf dem Refractory Block gepresst und unter Vakuum vorgesintert.
Eine vorgegebene Menge von Keramik füllt die Gummiform mit dem geschliffenen
Refractory Block in der Mitte. Die Form wird in einer Membran angeordnet, die
unter hydraulischen Druck gestellt wird. Nachdem sie gesintert wurde,
kann die Keramik leicht auf ein berechnetes Aufmaß geschliffen
werden, das die während
des Endsinterns auftretende Schrumpfung berücksichtigt. Die Enddicke der
hochfesten Keramik ist 0,6 mm. Dann wird eine Dentinporzellanpaste
in dem geeigneten Tönungsbereich 6 (3)
appliziert. Von einer Kapsel wird das Porzellan auf die gesinterte,
Aluminumoxid-basierte Keramiklage auf der Refractory-Gestalt kaltgepresst
und unter standardisierten Bedingungen unter Vakuum gebrannt. Nach
Brennen des Porzellans wird der Refractory Block wieder in dem präzisen Schraubstock
der Fräsmaschine
angeordnet und der Anschluss zwischen Dentin- und Schneidkantenporzellan
wird gefräst.
Dann wird eine zweite Lage von Dentinporzellan in Tönungsbereich 6 auf
dieselbe Art appliziert.
-
Dann
wird ein transluzentes Schneidkantenporzellan in der geeigneten
Tönung
von Bereich 7 (3) über den gefrästen Dentinporzellan
kaltgepresst und gebrannt, und die äußere Oberfläche der Krone wird gefräst.
-
Der
letzte Schritt ist ein Eigenglanz-Schritt durch Erhitzen auf eine
Temperatur, die 30 Grad unter der der Schneidkantenlage liegt. Eine
schnelle Erhöhung
auf diese Temperatur weicht nur die oberflächliche Lage auf und ermöglicht daher
die Schaffung einer glasierten Oberfläche, die die feinen Einzelheiten
wiedergibt ohne ein Zusammenfallen zu verursachen. Gleichzeitig
wird die Oberflächenbeschaffenheit,
die durch den Schleifvorgang gelitten haben könnte, während dieses abschließenden Glasurvorgangs
wieder hergestellt. Ein Polieren der Endrestauration ist nicht notwendig,
da der Glasurschritt als Endbehandlung ausgeführt wird, bevor der Refractory
durch Schleifen und Luftabrieb auf die übliche Weise entfernt wird.
-
Beispiel 2
-
Die
Restauration wurde wie in Beispiel 1 beschrieben entworfen.
-
Eine
der Methoden ist 3D-Tintenstrahldruck. Beim 3D-Tintenstrahldruck
wird eine Bindemittellösung zur
Fixierung des Keramikpulvers benutzt. Zuerst wird der erfindungsgemäße Entwurf
in STL-Dateien umgewandelt, die die entworfene Restauration in Hunderte
oder mehr zweidimensionale Querschnitte schneidet (2 & 4 zum
Beispiel). Das Verfahren ist wie folgt:
- 1.
Die Druckmaschine verteilt eine Lage Pulver aus Dentalmaterial aus
dem Zuführungskolben,
um die Oberfläche
des Baukolbens zu bedecken. Ein Druckwalzenumsteuerungsrelais ließ unbegrenztes Überdrucken
zu. Die Zeitverzögerung
zwischen dem Drucken angrenzender Lagen wurde kontrolliert. Die
Auflösung
des Druckers war 200 × 216
dpi. Eine modifzierte Version der BIO.DOT Mikrodosiereinreichung (BIO.DOT
Ltd., Huntington, Cambridshire, UK) wurde für kontinuierliches Tintenstrahldrucken
benutzt. Sie besteht aus drei Hauptabschnitten:
- i. Das Tintenkontrollelement, welches das Tintenstrahldrucken
kontrolliert und keramische Tinte unter Benutzung von Gas unter
Druck setzt, so dass sie fließt,
durchläuft
und wieder in Umlauf geht.
- ii. das Element, dass Tintentröpfchen erzeugt, lenkt und druckt,
und
- iii. der mit einer optischen Spur ausgerüstete Schiebetisch, der Lagegenauigkeit
für automatischen
Mehrlagendruck bietet.
-
Die
keramische Tinte wird unter einem Druck von ca. 400 kPa zur Düse von 60 μm Durchmesser
gepumpt durch einen Leitungsfilter, der eine Reihe von Metall- und
Polymerfiltern mit abnehmender Öffnung
enthält.
Der an der Düse
gebildete Strom wurde in kleine Tröpfchen gebrochen durch die
Druckwelle, die durch die piezoelektrische Pleuelstange bei einer
Frequenz von 64 kHz erzeugt wurde. Die Tröpfchen wurden gleichzeitig
durch die Ladeelektrode, die eine Spannung von 50–285 V hat,
geladen. Ein Fühler
in der Ladeelektrode bestimmte, ob eine erfolgreiche Aufladung der
Tröpfchen
erreicht wurde. Tröpfchen
mit zutreffender Ladung wurden abgelenkt durch die 18 kV Hochspannungsplatten.
Die ungeladenen Tröpfchen
wurden nicht abgelenkt, sondern durch den Rückfüh rungskanal, der direkt unter
den Hauptstrahl angeordnet wurde, gesammelt und in das Reservoir
zurück
gepumpt. Die Tröpfchen
waren mittels LED-Beleuchtung durch ein Fenster am Druckkopf sichtbar.
Die Gestalt der Tröpfchen
wurde durch Steuerung der Modulationsspannung verändert.
-
Die
Tinte wurde dispergiert unter Benutzung von 2 Gew.-% von Hyopermer
KD1 (ICI Surfactants, Midlesborough, UK). Das Vorhandensein von
2 Gew.-% Ammoniumnitrat in einer binären Butylacetat-Ethanollösungsmischung
wird benutzt, um eine leitende Tinte herzustellen. Polyvinylbutyral
und Dibutylsebacat dienen als Bindemittel beziehungsweise Weichmacher.
- 2. Die Maschine druckt dann Bindemittellösung, die
konzentrierte Pigmente oder Kolloidgroße Keramik enthält, auf
das lose Pulver, und bildet so den ersten Querschnitt. Die Bindemittellösung wird
durch die Druckerdüse
geleitet, die jede Lage Keramikpartikel, die durch Kalandern in
Gestalt gebracht wurden, gescannt hat. Die Keramikpartikel werden
in Tinten dispergiert und stabilisert und undispergierte Anhäufungen
können
entweder durch Sedimentation entfernt oder gerade vor dem Drucken
direkt herausgefiltert werden, was das Erreichen einer hohen Dichte
in dem nachfolgenden Sinterprozess ermöglicht. Die Tintenbeschaffenheit
kann an jeder Druckstelle geändert
werden, so dass Teile von verschiedenartiger Beschaffenheit und
Mikrostruktur mit ausgezeichneter Auflösung hergestellt werden können. Wo
das Bindemittel gedruckt wird, wird das Pulver zusammengeklebt und
auf dieselbe Weise ein 2D-Farbdruck von Pigmenten aufgebracht. Das
verbleibende Pulver bleibt lose und unterstützt die Lagen die darüber gedruckt
werden. Es ist ebenfalls möglich,
einen Laserdrucker zu benutzen und das Pulver durch Laser-Sintern
zusammen zu fügen.
- 3. Wenn der Querschnitt vollständig ist, wird der Baukolben
leicht gesenkt, eine neue Lage Pulver wird über seine Oberfläche verteilt
und der Vorgang wiederholt.
- 4. Die Dentalrestauration wächst
Lage für
Lage in dem Baukolben, bis das Teil von losem Pulver vollständig umgeben
und bedeckt ist.
- 5. Schließlich
wird der Baukolben gehoben und das lose Pulver weggesaugt, und so
wird das fertiggestellte Teil offengelegt. Diesem System ist es
möglich,
eine unvergleichliche Baugeschwindigkeit zu erreichen, da das Pulver,
das den Hauptbestandteil des Volumens der Endrestauration ausmacht,
schnell in Masse verlegt wird. Die Restauration muss po liert werden.
Nach dem Polieren hat die Restauration ein natürliches Aussehen und die dem
Entwurf entsprechende Farbe.
-
Beispiel 3
-
Robocasting
ist eine andere Methode. Dies ist eine Technik einer Auftragung
einer Masse, die endformnah-geformte Restaurationen herstellen kann
und Ausgangsmaterialien von geringfügigem organischen Binderinhalt
benutzt (< 1 Vol.%).
Die Restauration wurde gemäß der vorliegenden
Erfindung entworfen wie in Beispiel 1 beschrieben. Bei Robocasting
werden pseudoplastische Suspensionen (Feststoffvolumenanteil ca. 0,50)
auf ein Substrat aufgebracht, so wie in dem ersten Beispiel beschrieben:
ein Refractory Bodenblock (Beispiel 1), in einem genauen Muster,
gemäß einer
2D-Oberfläche
(2). Bei minimaler Trocknung macht die wie-aufgebrachte
Suspension eine von-flüssig-bis-trocken
Umwandlung durch, die die Struktur der gemusterten Restauration
einfriert. Die Suspension wird in einem genauen Muster mittels computerunterstützter Konstruktions(Computer-Aided
Design, CAD)-Anweisungen auf einen beweglichen X-Y-Tisch aufgebracht.
Die 3D-Restauration wird unter Benutzung einer Lage-für-Lage Bausequenz
(5) konstruiert. Zuerst wird der CAD-Entwurf der
Restauration in STL-Dateien umgewandelt, welche die entworfene Restauration
in Hunderte und mehr zweidimensionale Querschnitte schneidet (2 & $ zum Beispiel).
-
Ein
Porzellanpulver (Sintagon, Elephant Dental B. V.) wurde über 4 Stunden
in einer Schwingungskugelmühle
mikronisiert. Darvan C (R. T. Vanderbilt Co), eine 25prozentige
wässrige
Lösung
von Ammonium-Polymethacrylat (APMA), wurde als Dispergens in einer
Menge von 1,2 Gew.-% des Porzellans benutzt. Teilweise hydrolisiertes
PVA (405S, Kurary International Corp., Tokyo, Japan) mit einem Hydrolysegrad
von 80,8 mol% und einem durchschnittlichen Molekulargewicht von
28700 g/mol wurde hinzugefügt.
Tyzor TE (Du-Pont
Chemicals, Deepwater, NJ) wurde als Vernetzungsmittel eingesetzt,
da es mit PVA zur Bildung eines Gels reagiert. Tyzor TE enthält 8,3 Gew.-%
Titan und besteht aus einer 25 Gew.-% Lösung (in Isopropylalkohol)
aus verschiedenen Organotitan-Chelaten. Der pH wurde auf 8,5 eingestellt
unter Einsatz von HNO3 oder NH4OH.
Unter Zugabe von 0,25% 1-Octanol auf Lösungsvolumen wurde die Suspension
entschäumt
und vor dem Gießen über 2 Stunden
unter Einsatz eines langsamen Walzwerks gemischt. Die Konzentration
des Vernetzungsmittels war 0,0063 g Titan/ml-Lösung. Die Porzellanlösung und
die Vernetzungsmittel(Tyzor TE)-Lösung wurden auf getrennte 30
ml Polyethylen-Spritzen gezogen. Das System besteht aus einem zweidüsigen Entladesystem.
Die Spritzen wurden an der SFF-Vorrichtung befestigt (CAMM3, Roland,
Tokyo, Japan), von denen jede mit einer Kühlschlange ausgestattet war,
welche die Gelgießbestandteile
auf 15°C
kühlte,
um die Chelatbildung in der Mischkammer zu minimieren. Die Porzellanlösung und
das Vernetzungsmittel wurden in einem kontrollierten Verhältnis in
die Mischkammer gepumpt, unter Einsatz eines paddelartigen Mischers
homogenisiert, von der Spitzöffnung
extrudiert, und in einem genauen Muster auf den geschliffenen Refractory
Block auf einem beweglichen X-Y-Tisch aufgebracht. Ein dreidimensionaler
Aufbau wurde durch schrittweise Erhöhung der Z-Achse unter Einsatz
einer Lage-für-Lage
Bausequenz verwirklicht. Der X-Y-Tisch, und somit der Refractory Block,
wurde auf 30°C
erhitzt, um die Erstarrungskinetik in den aufgebrachten Lagen zu
erhöhen.
Die Restauration wurde in der Luft getrocknet und bei 900°C für 5 Minuten
unter Vakuum gesintert. Die resultierende Restauration hat mit den
Farben, wie sie entworfen wurden, ein sehr natürliches Aussehen.
-
Diese
Erfindung betrifft nicht nur Keramiken, dieselben Verfahren können bei
Acrylverbundstoffwerkstoffen eingesetzt werden.
-
Auch
wenn die vorliegende Erfindung oben im Detail beschrieben wurde,
ist hier festzuhalten, dass die Beschreibung nur bestimmte Ausführungen
betrifft und dass die Reichweite der vorliegenden Erfindung nur und
ausschließlich
durch die dazugehörigen
Ansprüche
definiert wird. Zum Beispiel werden bestimmte Materialien erwähnt, aber
die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt und Acrylwerkstoffe können anstelle
von Keramik- oder
Porzellanmaterialien eingesetzt werden. Andere Methoden zur Erstellung
des geschichteten Aufbaus eines künstlichen Zahnes als die, die
ausführlich
beschrieben wurden, können
auch erwogen werden. Beispiele dafür sind Stereolithography, Fused
Deposition, etc. Jegliche und alle Hinzufügungen und Alternativen innerhalb
des Rahmens der dazugehörigen
Ansprüche
sind für
den Fachmann gut zugänglich.
Zudem kann ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ein solches sein, dass ein Aufbau aus Mehrfachlagen, selbst
in der Form einer kontinuierlichen Anordnung, verwendet wird, oder
dass mehrere Bereiche über
die äußere Oberfläche des
künstlichen
Zahns in Übereinstimmung
mit dem natürlichen
oder korrespondierenden Zahn definiert und reproduziert werden,
selbst in der Form eines oder mehrer Pixel.
