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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnimplantat-Bohrführung.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, Zahnprothesen unter Verwendung
von Zahnimplantaten zu befestigen, die ihrerseits im oberen oder
unteren Kieferknochen angelegt sind. Aus dem Stand der Technik ist
außerdem
bekannt, ein Gestell oder einen Aufbau an einer Reihe von Plantaten
anzubringen, wobei der Aufbau dazu dient, eine Gruppe von Ersatzzähnen oder
Zahnprothesen gleichmäßig zu lagern.
Die exakte Plazierung der Implantate innerhalb des Kieferknochens
ist eine schwierige Aufgabe. Die internationale Patentanmeldung
PCT/IT94/00059 , veröffentlicht
am 24. November 1994 als
WO 94/26200 ,
beschreibt eine einstellbare Führungseinrichtung
zum Positionieren von Zahnimplantaten, bei der es möglich ist,
daß der
Zahnchirurg eine Bohrerachse für
jedes Implantat einstellt, bevor die Führungseinrichtung oder eine
Bohrlehre dazu eingesetzt wird, den Bohrer des Chirurgen zu führen, um
das Bohrloch für
das Implantat herzustellen. Die Führungseinrichtung nach der
internationalen Anmeldung unterstützt den Zahnchirurgen bei seiner Entscheidung
bezüglich
der Bohrachse nach der Betrachtung von Durchleuchtungsbildern der
für Durchleuchtung
opaken, rohrförmigen
Bohrführung,
die der Knochenstruktur überlagert
ist.
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Im
Stand der Technik hat der Kieferchirurg typischerweise Schwierigkeiten
bei der Entscheidung bezüglich
einer Bohrachse für
die Implantate, da die ideale Lage für die Implantate in Kenntnis
der Kieferknochenstruktur getroffen werden sollte, in die das Implantat
eingesetzt werden soll, weiterhin in Kenntnis der Lage des Nervengewebes
innerhalb der Kieferknochenstruktur, der Zahnfleischoberfläche und der
erforderlichen Position und Abmessung der Ersatzzähne oder
des Gebisses, welches von dem Zahnimplantat gehalten werden soll.
Natürlich
macht bei der herkömmlichen
Art der Auswahl der Implantatachse der Zahnarzt oder der Kieferchirurg
vor dem Hintergrund seiner Kenntnisse des Patienten die bestmögliche einfache
Entscheidung. Dies führt
allerdings in gewissen Fällen
zu Unzulänglichkeiten
bei der Zahnprothese. Die Unzulänglichkeiten
können das
Fehlen einer idealen Abstützung,
eine ungünstige
Angulation des Implantats aufgrund einer Schwäche in dem Implantat, welches
mit der Zeit fehlerhaft wird, oder ein visuell wahrnehmbarer Defekt
im Erscheinungsbild der Prothese sein.
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Bei
dem herkömmlichen
Verfahren für
den Aufbau des Zahnimplantats wird ein bauliches Modell des Zahnfleisches
und der Zahnimplantatköpfe
des Patienten vorbereitet, auf dem der Aufbau von Hand mit Hilfe
von Form und anderen Methoden gemäß Stand der Technik gebildet
wird. Der Handwerker oder Techniker, der in der Fertigung derartiger
Zahnimplantataufbauten geschult ist, berücksichtigt dabei Größe und Form
der gewünschten
Gebisse, die an dem Unterbau angebracht werden sollen, wenn letzterer
erstellt wird. Das Prozedere bei der Fertigung von Zahnimplantataufbauten
gemäß Stand
der Technik ist zeitaufwendig und führt in einigen Fällen zu nicht
perfekten Strukturen oder zu Mängeln
im visuellen Erscheinungsbild der auf den Aufbau zu plazierenden
Gebisse.
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In
der
US-A-5 401 170 vom
28. März
1995 (Nonomura) sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
der Implantatköpfe
der Implantate im Mund des Patienten mittels Kameraabbildung offenbart,
dessen Zweck es ist, ein Gestell zuzuschneiden, an welchem die Prothesezähne angeordnet
und festgebacken werden. Bei dem dort dargestellten Verfahren erfolgt
der Aufbau des Gestells oder des Unterbaus in Abwesenheit einer
Bezugsgröße für die Form
und die Lage der idealen Zähneposition
des Patienten. Wenn somit die Gebisse oder künstlichen Zähne auf dem Gestell oder dem
Unterbau modelliert werden, ist während dieser Handarbeit Aufmerksamkeit
erforderlich, damit die Lage der Zähne an dem Ge stell übereinstimmt
mit dem gegenüberliegenden Satz
von Zähnen
im Mund des Patienten.
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Die
FR-A-2 687 947 zeigt ein
Verfahren zum Herstellen einer Zahnimplantat-Bohrführung, bei dem eine Kieferknochen-
und Gewebestruktur unter Bezugnahme auf eine Zahnfleischoberfläche abgebildet
wird, um ein zweidimensionales graphisches Computermodell zu erstellen.
Nach dieser Druckschrift wird ein Modell verwendet, um in den Schablonenkörper die
Löcher
zu bohren, die die vorgefertigten Bohrerführungs-Fassungen aufnehmen.
Die Fassungen werden von Hand in den Schablonenkörper montiert. Ähnlicher
Stand der Technik ist zum Beispiel in der
DE-A-195 10 294 und
DE-A-43 28 490 beschrieben.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
einer Zahnimplantat-Bohrführung
oder -Bohrlehre anzugeben, welches zu einer genauen und exakten
Bohrerführung
für ausgewählte Bohrlöcher führt, wobei
Information über
die Lage mehrerer Zahnimplantate in einem Kieferknochen, über die
Zahnfleischoberfläche,
die den Kieferknochen bedeckt, und die fixierte Gebissform bei einer
Spezifikation der Form des Aufbaus berücksichtigt werden, bevor der
Aufbau präzise
hergestellt wird. Erreicht wird dies durch das Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erzielen einer besseren
Genauigkeit und rascherer Ergebnisse als bei herkömmlichen
Verfahren. Die Erfindung schafft außerdem eine Zahnimplantat-Bohrführung, die
präzise
und einfach zu verwenden ist, so dass das Bohren von Zahnimplantat-Löchern keine
hohe Qualifikation und Kenntnisse jenseits des Kenntnissbereichs
eines allgemeinen Zahnchirurgen erfordert. Außerdem ist es ein Ziel der Erfindung,
Werkzeuge anzugeben, die die Anzahl von Patientenbesuchen beim Zahnchirurgen
zum Erhalten von Zahnimplantaten und eines eingesetzten Zahnimplantataufbaus
reduzieren.
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Bei
dem Verfahren zum Fertigen einer Zahnimplantat-Bohrerführung gemäß der Erfindung
ist der Patient typischerweise entzahnt, das heißt, dem Patienten sind sämtliche
Zähne aus
dem Kieferknochen gezogen, und der Kieferknochen hatte nach dem
Ziehen der Zähne
Zeit zum Heilen. Wenn sich der Patient entscheidet, mit Zahnimplantaten
und der Plazierung eines Aufbaus oder Unterbaus zur sicheren Befestigung
von Gebissen über
dem Zahnfleisch weiterzumachen, gibt es eine Zeitspanne von etwa
12 Monaten nach dem Ziehen möglicher
verbleibender Zähne
aus dem Kieferknochen, bevor mit der Operation zum Einsetzen von
Implantaten in den Kieferknochen weitergemacht wird.
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Mit
Hilfe von Röntgenbildern,
MRI oder möglicherweise
Nuklear-Bildgebungsverfahren wird zum Erzeugen eines dreidimensionalen
Computergraphikmodells mit Bezugselement Zahnfleischoberfläche oder
irgendeiner anderen fixen Referenzgröße bezüglich des Kieferknochens des
Patienten ein medizinisches Bild des Kieferknochens und der Gewebestruktur
gewonnen. Vorzugsweise wird eine radiographische Scannerführung verwendet,
die so geformt ist, daß sie
sich an die Form des Zahnfleisches des Patienten anpaßt, und
die für
Strahlung opake Kugeln enthält,
deren Positionen bezüglich
der Zahnfleischoberfläche
bekannt sind.
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Der
Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß der Kieferchirurg die optimale
Position für
die Zahnimplantate unter Verwendung des dreidimensionalen Computergraphikmodells
des Kieferknochens und der Gewebestruktur auswählen kann. Die Auswahl der
Bohrlochpositionen unter Verwendung des Computergraphikmodells wird
auf eine CNC-Maschine übertragen,
um fixierte Bohrführungssockel
in dem Schablonenkörper
für jede
einzelne der Bohrlochstellen oder für die Bohrlochstelle zu schaffen, die
mit Hilfe des Computergraphikmodells ausgewählt wurde. Während das
Modell dreidimensional ist, kann es für die Auswahl der Bohrlochachse zweckmäßig sein,
eine zweidimensionale Darstellung des Kieferknochens und der Gewebestruktur
zu verwenden, wobei die zweidimensionale Ansicht mit einem vom Benutzer
gesteuerten Schnittflächenwinkel
dargestellt wird. Vorzugsweise wählt
der Kieferchirug die Position für
jedes Implantat-Bohrloch nicht nur zu dem Zweck aus, das Implantat
an der optimalen Stelle innerhalb des Kieferknochens zu positionieren,
sondern auch im Hinblick auf das Erzielen einer Position für die Abstützung, die
sich zum Abstützen
der Gebisse eignet. Deshalb ist es bevorzugt, wenn zusätzlich zu
dem dreidimensionalen Computergraphikmodell des Kieferknochens und
der Gewebestruktur die Gebisse des Patienten in der richtigen räumlichen
Lagebeziehung zu dem Kieferknochen und der Gewebestruktur dargestellt
werden. Dies macht eine Abbildung der Gebisse oder Zähne des Patienten
und möglicherweise
auch der Zahnfleischstruktur zusätzlich
zu dem- Kieferknochen und der Gewebestruktur in der Weise erforderlich,
daß sämtliche
Bilder in Bezug aufeinander referenziert sind, um zu ein und demselben
dreidimensionalen Computergraphikmodell integriert werden zu können.
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Während die
Möglichkeit
besteht, die Bohrlehre vorzubereiten und sie mit Bohrerführungssockeln
auszustatten, indem man von einer CNC-Maschine Gebrauch macht, wird
der Bohrlehrenkörper vorzugsweise
an einem physikalischen Modell der Zahnfleischoberfläche geformt,
in welches Modell die CNC-Maschine zuvor die gewünschten Implantat-Bohrlöcher gebohrt
hat. Die Bohrlöcher
in dem baulichen Modell dienen dazu, eine Form für die Bohrerführungssockel
aufzubauen. Dies erübrigt
den Einsatz der CNC-Maschine zur Herstellung feiner Einzelheiten,
ausgenommen die Präzisionsbohrung der
Bohrlöcher.
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Die
Bilderzeugung der Gebisse oder Zähne, die
auf der Zahnfleischoberfläche
anzuordnen sind, und das Abbilden der Zahnfleischoberfläche können mit
Hilfe von aus dem Stand der Technik bekannten, bildgebenden Laserkamera-Methoden
durchgeführt werden.
Diese Bilder werden vorzugsweise gewonnen unter Verwendung eines
physikalischen Modells der Zahnfleischoberfläche des Patienten, und das physikalische
Modell wird in der Weise abgebildet, daß die Bilder exakt zu den Bildern
des Kieferknochens und der Gewebestruktur referenziert werden können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen eines Zahnimplantat-aufbaus werden die aktuellen
Zahnimplantat-Positionsdaten vorzugsweise dadurch gewonnen, daß man unter
Verwendung von an die Implantate gekoppelten Trans fers einen Abdruck
nimmt. Vorzugsweise wird der Abdruck unter Verwendung derselben
Bohrerführung
gemäß der Erfindung
genommen, wobei die Sockel der Bohrerführung groß genug sind für die Aufnahme
der Transfers und das umgebende Abdruckmaterial. Vorzugsweise werden
die Positionen und Orientierungen der Transfers unter Bezugnahme
auf die Bohrerführung gemessen,
was die Möglichkeit
bietet, die relativen Positionen der Implantate unter Bezugnahme
auf einen Standard-Referenzrahmen kennenzulernen. Mit Hilfe des
Standard-Referenzrahmens ist es möglich, ein Computergraphikmodell
der Zahnfleischoberfläche,
der Gebisse oder Zähne
und der Zahnimplantate zu erstellen, welches es dem Kieferchirurgen
oder dem Techniker ermöglicht,
die beste Form für
die überlagernde
Brücke
des Unterbaus auszuwählen.
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Im
Fall einer fixierten Zahnprothese, die an einem Implantat gelagert
ist (das heißt
Porzellan auf Metall), läßt sich
die ideale Form des Unterbaus automatisch gestalten mit Hilfe des
Computermodells unter Berücksichtigung
der Form der mittels Laserkamera abgebildeten Zähne und durch Subtrahieren
einer Porzellan-Dicke,
die der Techniker zur neuen Erzeugung der Form der abgebildeten
Zähne benötigt. Im
Fall einer Zahnprothese, die von einem Aufbau oder Unterbau getragen
wird (Übergebiß) läßt sich die
Form des Unterbaus automatisch dadurch bestimmen, daß man die äußere Form
der Prothese berücksichtigt
und den Unterbau im Inneren der Prothese zirkuliert, wobei man sicherstellt,
daß die
notwendige Dicke für
das Prothesenmaterial (beispielsweise Acrylmaterial) ringsherum
verfügbar
ist, um eine adäquat
starke Prothese zu erhalten.
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Bei
der Präzisionsformung
des Unterbaus ist es möglich,
von verschiedenen Methoden Gebrauch zu machen. Bei einer Ausführungsform
wird der gesamte Aufbau mit Hilfe einer CNC-Fräsmaschine geschnitten, die
so programmiert ist, daß gemäß Formdaten
geschnitten wird, die unter Verwendung des Computermodells spezifiziert
sind. Bei einer anderen Ausführungsform
werden die Formdaten dazu benutzt, ein 3D-Wachsmodell zu spezifizieren,
welches unter Verwendung von Stereolithographiemethoden erstellt
wird, so daß der
Aufbau dann gegossen werden kann, woraufhin die Stützflächen mit
Hilfe einer CNC-Fräsmaschine
präzisi onsgefräst werden.
Das Gießmetall
kann Titan sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die CNC-Bohrmaschine
mit einem Präzisionsbohrer
ausgestattet sein und dazu dienen, ein Modell mit präzise positionierten
Implantat-Stützhohlräumen zu
schaffen. Die Form des Unterbaus kann dadurch geschaffen werden,
daß die Hohlräume für den Rest
des Unterbaus in dem Modell von Hand gefertigt werden. Diese Handfertigung kann
geleitet werden von dem Computermodell. Der Aufbau kann dann zu
dem Modell gegossen und fertig bearbeitet werden, wobei sich die
Stützbereiche
in ihrer exakten Position befinden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Artikulators, der ein physikalisches
Modell des oberen und des unteren Zahnfleisches mit daran angeordneten
Gebissen eines Patienten trägt;
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2 eine
perspektivische Ansicht ähnlich der 1,
wobei die Gebisse durch eine radiographische Abtastführung ersetzt
sind;
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3 eine
perspektivische Ansicht der radiographischen Abtastführung;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines dreidimensionalen Computermodells
des unteren Kieferknochens eines Patienten, wobei Teile weggebrochen
sind und für
Strahlung durchlässige
Referenzkugeln und Referenzkoordinaten überlagernd angeordnet sind;
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5 ein
Flußdiagramm
des Verfahrens zum Herstellen der Zahnimplantat-Bohrerführung gemäß der bevorzugten
Ausführungsform;
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6 eine
Panoramaansicht des unteren Kieferknochens eines Patienten mit überlagerter Zahnfleischlinie
und Gebissen;
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7 eine
Querschnittansicht entlang der Linie 7 in 6;
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8 ein
Blockdiagramm der CNC-Bohrvorrichtung und des Dateneingabeterminals;
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9 eine
perspektivische Ansicht einer fünfachsigen
CNC-Bohrvorrichtung;
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10 eine
Frontansicht eines physikalischen Modells mit vier dargestellten
Bohrachsen;
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11 eine ähnliche
Ansicht wie 10, in der eine Bohrerführung geformt
wurde, bei der die fixierten Bohrsockel durch in die Bohrlöcher eingesetzte
Stifte gebildet sind;
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12 eine
perspektivische Ansicht der Bohrerführung gemäß der bevorzugten Ausführungsform;
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13 eine
Schnittansicht der Bohrerführung
beim Bohren in den Kieferknochen eines Patienten;
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14 eine
vergrößerte Schnittansicht
eines Kieferknochens, der ein Implantat trägt, wobei die Bohrerführung oben
auf der Zahnfleischoberfläche
liegt, um als Abdruckbehälter
zu dem Zweck zu dienen, einen exakten Abdruck der Implantatposition unter
Verwendung eines Transfers zu machen;
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15 ein
Flußdiagramm
des Verfahrens zur zerspanenden Bearbeitung eines Aufbaus gemäß der bevorzugten
Ausführungsform;
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16 eine
Schnittansicht eines Computermodells, welches den Sitz des Gebisses
auf dem Zahnfleisch des Patienten veranschaulicht, wobei der Implantatkopf
sich in der korrekten Relativlage befindet;
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17 eine ähnliche
Computergraphikabbildung wie 16, hier
für eine
Stelle zwischen zwei Implantaten;
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18 eine
perspektivische Ansicht eines Unterkiefergebisses und eines unteren
Implantataufbaus; und
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19 eine
Ansicht der in 8 dargestellten, zusammengebauten
Komponenten von unten.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Wie
in 1 zu sehen ist, ist ein im Stand der Technik bekannter
Artikulator 20 so eingerichtet, daß er ein unteres physikalisches
Modell 21 und ein oberes physikalisches Modell 22 des
Munds eines Patienten mit einem unteren und einem oberen Gebiß 23 bzw. 24,
abgestützt
von dem physikalischen Modell und mit Zähnen der Gebisse in passender Ausrichtung
trägt.
Der Artikulator wird mit Hilfe der Justiereinrichtung 25 und 26 entsprechend
dem Stand der Technik justiert. Wie in 2 zu sehen
ist, sind die Gebisse 23 und 24 entfernt, und
eine Scannerführung
oder Abtasterführung 27 ist
von Hand exakt in den von dem oberen und dem unteren Gebiß belegten
Raum eingepaßt.
Für Strahlung
opake Referenzkügelchen 28 bekannten
Durchmessers sind an der Führung 27 angebracht,
und zwar ein Kügelchen
auf jeder Seite auf der Hinterseite und der Vorderseite. In der
Darstellung der bevorzugten Ausführungsform
sind die Kügelchen
in der Nähe
der unteren Kieferoberfläche
dargestellt, weil es der Unterkiefer ist, welcher abgebildet werden
soll. Die Kügelchen können in ähnlicher
Weise in der Nähe
der oberen Kieferoberfläche
plaziert werden. Der Scanner-Führungskörper 27 ist
in 3 für
sich dargestellt.
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Der
besondere Vorteil der Scannerführung 27 gemäß der Erfindung
besteht darin, daß während des
radiographischen Abtastens des Kiefers des Patienten der Patient
in komfortabler Weise die Scannerführung 27 an Ort und
Stelle hält,
indem er auf sie beißt.
Wie man sieht, könnte
sich der Unterkiefer während
der Bildgebung bewegen, er muß also
fixiert werden, beispielsweise mit Hilfe der Scannerführung 27.
Der Kopf des Patienten wird während
der radiographischen Abtastung mit einem aus dem Stand der Technik
bekannten, geeigneten Stützapparat
gehalten.
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Wie
in 4 zu sehen ist, besteht das Ergebnis der radiographischen
Abtastung darin, ein dreidimensionales Computergraphikmodell 29 vom Unterkiefer
des Patienten zu erhalten. Bilder der Referenzkügelchen 28 erscheinen
hier bei 33 und dienen als Referenzelement für Koordinatenachsen 32. Der
Kieferchirurg kann bei Betrachtung des Modells 29 den Nerv 37 erkennen,
der sich von der Basis des Kiefers ausgehend erstreckt, bis er den
Kieferknochen auf jeder Seite des Kinns verläßt. Eine Bohrachse 31 für jedes
vorgeschlagene Bohrloch 34 wird an dem Computermodell ausgewählt. Der
Endpunkt des Bohrlochs 36 wird ebenfalls ausgewählt.
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Zur
einfachen Auswahl der Bohrachse 31, das heißt der Stelle
des Raums am Endpunkt sowie der Winkelorientierung der Bohrachse 31,
kann es möglich
sein, Schnitte des Computermodells 29 dem Kieferchirurgen
oder Techniker anzubieten, für
den es dann damit einfacher ist, die Parameter auszuwählen. Wie
man sieht, sind zwei Winkel erforderlich, um die Orientierung der
Bohrachse (oder Bohrerachse) 31 zu spezifizieren, beispielsweise
kann ein erster Winkel θ einen
Winkel für
die Bohrachse 31 in Bezug auf die x-z-Ebene definieren,
und ein zweiter Parameter ɸ kann den Winkel zwischen der
Bohrachse 31 und der z-y-Ebene definieren.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
erfolgt die Auswahl der Bohrachse 31 für die Bohrlöcher 34 in Kenntnis
der Relativlage der Zahnfleischoberfläche und der Relativlage der
Gebisse oder Zähne. Wie
in 5 zu sehen ist, wird mit Hilfe von radiographischen
3-D-Abbildungsdaten, bei denen es sich um gut referen zierte Bilddaten
von der Zahnfleischoberfläche
handelt, und anhand von referenzierten Gebiß-Abbildungsdaten das 3-D-Computermodell 29 erstellt.
In 6 ist eine Panorama-Schnittansicht des 3-D-Modells 29 dargestellt,
welches die Zahnfleischoberfläche 44 und
die Gebisse 43 zeigt, die der kortikalen Knochenstruktur 41 und
dem Knochenmark 42 überlagert
sind.
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Wie
in 7 gezeigt ist, ist es bei der bevorzugten Ausführungsform
möglich,
für eine
ausgewählte
Bohrachse 31 die daraus resultierende Implantatlage 49 zu
ersehen und außerdem
zu erkennen, wie diese in Beziehung zu der Knochenstruktur 41 und 42,
dem Nerv 37 – falls
vorhanden – sowie
der oberen und unteren Gebißstruktur 43 und 44 liegt. Wie
man sieht, kann, wenn der gewünschte
Winkel und die gewünschte
Lage der Gebisse in Bezug auf die Zahnfleischoberfläche 46 eine
Justierung von Lage und Winkel des Implantats 49 erfordern
würden,
der Kieferchirurg die optimale Tiefe, Position und Winkelorientierung
für das
Implantat 49 auswählen,
wobei er sich vollständig
auf das Computermodell verläßt. Nachdem
die Daten für
die Loch-Anschlußstelle
und die Winkelorientierung für
jedes der Bohrlöcher
mit Hilfe des Computermodells ausgewählt sind, werden die Daten über eine
Dateneingabeeinrichtung 51 eingegeben, um einen CNC-Bohrer 52 gemäß 8 zu
steuern, wobei zum besseren Verständnis auf die 9 verwiesen
wird.
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Der
CNC-Bohrer 52 besitzt eine Bohrspitze 53, die
in der Lage ist, entlang einer ersten vertikalen Richtung 54 bewegt
zu werden und zu bohren. Das physikalische Modell 21 ist
derart gelagert, daß es um
zwei Richtungen 55 und 56 auf einer Plattform verschwenkt
werden kann, die ihrerseits in die Richtungen 57 und 60 bewegt
werden kann. Der CNC-Bohrer 52 kann sich um fünf Achsen
bewegen. Damit die CNC-Bohrmaschine passend in Bezug auf das physikalische
Modell 51 referenziert ist, kann eine Scannerführung oben
auf dem physikalischen Modell 21 plaziert werden, wobei
dann eine an den CNC-Bohrer 52 angeschlossene Koordinatenmeßmaschine
(CMM) dazu eingesetzt wird, exakt die Position jedes einzelnen Positions-Referenzkügelchens zu
orten, um diese auf das Referenzgestell des CNC-Bohrers zu referenzieren.
Der CNC-Bohrer 52 wird dann programmiert, um die Lage des
Lochs und die Orientierungsdaten, die auf das Referenzgestell des
Computermodells referenziert sind, umzuwandeln in Bezug auf den
Referenzrahmen des CNC-Bohrers, so daß die Bohrlöcher in dem physikalischen
Modell 21 ausgebildet werden können.
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Wie
in 10 gezeigt ist, werden vier Bohrlöcher 58 in
das Modell 21 gebohrt, welches an einer Basis 59 gelagert
ist. Die Bohrlochachsen 31 sind an verschiedenen Stellen
und in unterschiedlichen Orientierungen dargestellt.
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Wie
in 11 zu sehen ist, werden Stifte 62 in
die Löcher 58 eingeführt. Über die
Stifte 62 werden Formteile 63 für die Sockelbildung
geschoben, und um das physikalische Modell 21 herum wird
eine (nicht gezeigte) umfassende Formstruktur plaziert, damit der
geformte Führungskörper 61 ausgebildet werden
kann. Da die Löcher 58 verschiedene
Höhen einnehmen,
werden die Sockelbildungs-Formteile 63 in ihrer Größe derart
justiert, daß der
Abstand zwischen der kreisförmigen
Flanschkante und dem Ende der Stifte 62 konstant ist. Auf
diese Weise hat die kreisförmige
Flanschkante 64 der Bohrerführungssockel einen fixen Abstand
in Bezug auf den angestrebten Endpunkt des Bohrlochs.
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Wie
in 12 gezeigt ist, besitzt der fertiggestellte geformte
Bohrerführungskörper 62 mehrere Bohrerführungstuben 66,
die in die Bohrerführungssockel 68 eingeführt sind,
und zusätzlich
sind drei Löcher 67 vorgesehen
für das
vorübergehende
Befestigen der Bohrerführung 61 an
dem Kieferknochen des Patienten während des chirurgischen Eingriffs.
Die Bohrerführungstuben 66 können herausgenommen und
in die Bohrerführungssockel 68 wieder
eingesetzt werden, um den Innendurchmesser der Bohrerführungstuben
so zu ändern,
wie es im Verlauf der Operation erforderlich ist, da das Implantat-Bohrloch mit
einer Bohrspitze sehr kleinen Durchmessers begonnen wird und danach
größere Bohrspitzen
eingesetzt werden, bis das Implantat-Bohrloch voller Größe erreicht
ist. Wie in 13 zu sehen ist, ist der während der
Operation verwendete Bohrer mit einem Kragen 69 ausgestattet,
der gegen die Oberseite des Führungstubus 66 anschlägt, so daß die Distanz
zwischen dem Boden des Kragens 69 und dem Ende der Bohr spitze 71 je
nach Erfordernis fixiert ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist der Kragen 69 einstückig
mit der Bohrspitze 71 ausgebildet.
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Wie
man sieht, bereitet der Kieferchirurg die Implantatlöcher unter
Verwendung der Bohrerführung 61 dadurch
vor, daß er
die kreisförmigen
Abschnitte des Zahnfleisches (die Zahnfleisch-Bohrstellen) an den
Implantatstellen entfernt. Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Bohren
von Implantatlöchern
erfolgt eine als "flap-surgery" bekannte Prozedur,
bei der ein Stück
des den Kieferknochen an der Stelle bedeckenden Zahnfleisches, an
der das Implantatloch gebohrt werden soll, eingeschnitten und zurückgeklappt
wird, so daß der
Kieferchirurg ungehinderten Zugriff zur Oberfläche des Kieferknochens hat.
Bei der vorliegenden Erfindung hat der Chirurg die Option, von der
Flap-surgery bei Bedarf Gebrauch zu machen, oder aber von der Umfangs-Chirurgie.
Natürlich
sollte im Fall der Ausführung
einer konventionellen Flap-surgery eine modifizierte Version der
Operationsführung
stattfinden, das heißt,
die Führung
sollte bei Bedarf für
die Ausführung
der Flap-surgery
entfernbar sein. Um die Führung
wieder an derselben Stelle anzuordnen, wird der Einsatz von Zwischenimplantaten
erforderlich, um die Führung nach
Herstellung des Flaps wieder in ihrem Sitz anzuordnen. Wird von
dem Kreisverfahren Gebrauch gemacht, besteht keine Notwendigkeit,
die Führung während des
chirurgischen Eingriffs zu entfernen, und durch Vermeiden der Flap-surgery
läßt sich
die Heilungszeit nach der Operation verkürzen.
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Wie
in 14 gezeigt ist, schraubt der Kieferchirurg ein
Implantat 72 in das mit Hilfe der Bohrerführung 61 hergestellte
Loch. Dies kann mit Hilfe der Bohrerführung 61 geschehen,
die an Ort und Stelle verbleibt, wobei die Implantate durch die
Sockel 68 hindurch eingeführt werden. Die Oberseite des
Implantats 72 ist nahezu bündig mit der Oberseite des
kortikalen Äußeren 41 des
Kieferknochens. Das Implantat 72 besitzt einen hohlen Gewindekern. Da
das Implantat 72 von Hand in das Gewebe des Kieferknochens 42 eingeführt wurde,
läßt sich
seine exakte Lage nicht perfekt über
das Bohrloch definieren, welches mit Hilfe der Bohrerführung geschnitten wurde.
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Nachdem
die Implantate an Ort und Stelle fixiert sind, wird über das
Implantat 72 ein Transfer 73 plaziert, und mit
einer Mittelschraube 76 wird das Transfer 73 an
dem Implantat 72 befestigt. In den Raum zwischen der Bohrerführungs-Ausnehmung 78 und
dem Transfer 73 wird ein Abdruckmaterial 74 injiziert.
Das Abdruckmaterial erhärtet
nach kurzer Zeit, und der Kieferchirurg oder Zahnarzt entfernt die Schrauben 76,
wodurch die Bohrerführung 61 abnehmbar
ist, während
das Transfer 73 unter exakter Entsprechung der aktuellen
Positionen der Implantate 72 im Kieferknochen des Patienten
verbleibt. Wie in 15 dargestellt ist, dienen die
sicher innerhalb der Bohrerführung
befindlichen Transfers als bauliche Aufzeichnung der Implantatstellen.
Die Implantate werden dann mit Schrauben abgedeckt, und dem Patienten
wird typischerweise eine Zeitspanne von einigen Monaten gelassen,
um sich von dem Einbau der Implantate zu erholen. Während dieser
Zeit kann der an den Implantaten zu befestigende Aufbau hergestellt
werden.
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Wie
in 15 gezeigt ist, erfordert das Verfahren zur spanenden
Bearbeitung des Aufbaus gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
das Vermessen der aktuellen Implantatlage unter Bezugnahme auf die
Zahnfleischoberfläche.
Dies geschieht dadurch, daß an
jedem Transfer Implantat-Zweitstücke (Kopien
der Implantate) befestigt werden. Dann werden mit dem auf dem Gebiet
der Erzeugung von Mundhöhlenkopien
verwendeten formbaren Spezial-Steinmaterial die Zweitstücke in dem
formbaren Material eingebettet, bis es aushärtet. Nach dem Losschrauben
sämtlicher
Transfers von den Zweitstücken
hat man ein Duplikat vom Mund des Patienten und von den Positionen
der Implantate. Extensionen der Implantate, die exakt bearbeitet
sind, um zu den Zweitstücken
zu passen, werden in jedes Zweitstück zurückgeschraubt, und von den Extensionen
werden CMM-Messungen gemacht. Die Extensionen, hier als "Targets" bezeichnet, werden
deshalb verwendet, weil das Implantat-Zweitstück typischerweise zu klein für den CMM-Sensor ist und das
Target dem Techniker eine zusätzliche
Oberfläche
für die
Messung des oberen Bereichs des Targets und dessen Seiten bietet.
Die Position des Implantats wird dann in Kenntnis der Lage jedes
Targets berechnet, wobei die Targets exakt bekannte Form und Größe haben.
Es sei angemerkt, daß durch
An dern der okkludierten (oberen) Fläche der Zweitstücke die
Möglichkeit
besteht, die Lage der Implantate mit Hilfe der CMM direkt an den Zweitstücken zu
messen, ohne daß die
Targets verwendet werden. Es sei auch angemerkt, daß man die gleiche
Messung mit Berechnung erhalten könnte durch direktes Abtasten
der Lage der Zweitstücke
mit Hilfe der bereits erwähnten
Laser-Abtastkamera.
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Um
das Abbild der Zahnfleischoberfläche
in exakte Überlagerung
zu bringen mit dem Abbild der in Betracht kommenden Zähne, ist
es erforderlich, zusätzlich
zu den Positionen der aktuellen Implantate eine fixe Referenz bezüglich der
Zahnfleischoberfläche
bzw. des Kieferknochens des Patienten zu erhalten. Wie man erkennt,
läßt sich
dies auf vielerlei Weise erreichen. Bekannte Referenzpunkte können an der
Bohrerführung
vorgesehen sein, und diese lassen sich mit Hilfe der CMM-Vorrichtung
messen, wenn die Bohrerführung
an den Zweitstücken
des Steinmaterial-Modells befestigt ist. Wenn die Scannerführung in
der Lage ist, sich sicher an die Zahnfleischoberfläche des
Modells anzulegen, in welchem die Implantat-Zweitstücke eingebettet
sind, lassen sich die drei Kügelchen
der Scannerführung
vermessen, bevor die Targets an Ort und Stelle eingeschraubt werden.
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Alternativ
könnten
die Implantatpositionen dadurch gemessen werden, daß man Meßtargets
direkt an jedem Transfer befestigt, wobei man dann zusätzlich Referenzpunkte
an der Bohrerführung
mißt. Dies
führt aber
zu dem Problem des starren Befestigens und Lagerns der Bohrerführung an
dem CMM-Tisch.
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Das
Ergebnis der CMM-Messung beginnend mit den in der Bohrerführung eingebetteten
Transfers sind die aktuellen Implantatpositionsdaten mit einer Referenz
bezüglich
der Zahnfleischoberfläche.
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Dann
wird ein 3-D-Computermodell der Zahnfleischoberflächen-Implantatköpfe und
der Zähne
(Übergebisse)
unter Verwendung des referenzierten Zahnfleischoberflächen-Abbilds 38 und
des referenzierten Zähneabbilds 39 erstellt.
Außerdem
werden die Original-Bohrloch-Positionsdaten in das 3-D-Computermodell
eingegeben, um die Verschiebungen zwischen den Soll- und den Ist-Implantatpositio nen
zu überwachen.
Dies ermöglicht
dem Kieferchirurgen außerdem,
zu bestätigen,
ob die aktuellen Implantatpositionen möglicherweise derart abweichen,
daß es
zu Problemen führen
könnte.
Es dient auch zum Bestätigen,
daß die
vermessenen Ist-Implantatpositionen exakt sind.
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Wie
schematisch in 16 und 17 gezeigt
ist, kann das 3-D-Computermodell dazu benutzt werden, Schnittansichten
quer durch das Gebiß und die
Struktur des Oberkiefers zu zeigen, um die aktuelle Position des
Implantats, der Zahnfleischoberfläche und der Zähnestruktur
darzustellen. Wie in 16 gezeigt ist, nimmt der Implantatkopf 49 einen Aufbau
auf, der aus einem Widerlagerfuß 47 besteht, der
sich nach unten auf die Oberseite des Implantats erstreckt und eine
obere brückenähnliche
Struktur 48 besitzt, die sich in das Innere des unteren
Abschnitts 44 der Gebißstruktur
erstreckt, möglicherweise
auch in den oberen Bereich 43 der Gebißstruktur hinein. Wie in 17 gezeigt
ist, ist zwischen zwei Implantaten die Brückenstruktur 48 so
ausgebildet, daß sie oberhalb
der Zahnfleischoberfläche 46 liegt
und innerhalb der Gebißstruktur.
Wie man sieht, kann es bedingt durch die Begrenzungen und den Aufbau
der Mundhöhle
des Patienten erforderlich sein, die Brückenstruktur 48 derart
zu formen, daß sie
eng an entweder die Innenwand oder die Außenwand der Gebißstruktur 43, 44 paßt. Auf
diese Weise ist der Zahntechniker im Stande, in dem Computermodell
zu sehen, wie die Brückenstruktur
und der Aufbau am besten hergestellt werden.
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Wie
in 15 gezeigt ist, werden, nachdem der Zahntechniker
die Form für
den Zahnimplantataufbau mit Hilfe des Computermodells ausgewählt hat,
die Formdaten an eine Präzisionsformmaschine zur
Gestaltung des Aufbaus weitergeleitet. Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird hierzu eine CNC-Fräsmaschine
verwendet, ähnlich
der in 9 gezeigten CNC-Bohrmaschine. Das Ergebnis ist
ein Aufbau, wie er in 17 dargestellt ist, und der
direkt an den Zahnimplantaten befestigt werden kann. Der in 17 dargestellte
Aufbau ist von dem Typ, der Gebisse durch eine Schnappverbindung
aufnimmt, wie es in 18 dargestellt ist. Der Aufbau
wird vorbereitet aus einem massiven Stück handelsüblichen reinen Titans oder
aus irgendeinem biokompatiblen Material wie zum Beispiel Porzellan,
um Korrosion zwischen Implantaten und Aufbau zu verhindern.
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Alternativ
und insbesondere dann, wenn die Form des Aufbaus komplexer ist,
wird mit Hilfe von Stereolithographie ein 3D-Aufbau aus Wachs erzeugt.
Der Wachs-Aufbau kann mit Hilfe bekannter Verfahren dazu dienen,
einen gegossenen Aufbaukörper
gleicher Gestalt aus Titan oder einer Titanlegierung zu erhalten.
Dann werden in dem Aufbaukörper
mit Hilfe einer fünfachsigen
Fräsmaschine
Präzisionslöcher und
Sitze für
die Implantate ausgearbeitet.