DE69936923T2

DE69936923T2 - Digitale modellierung der verformung von gingivalgewebe während zahnmedizinischer behandlung

Info

Publication number: DE69936923T2
Application number: DE69936923T
Authority: DE
Inventors: Muhammad Chishti; Huafeng Redwood Shores WEN; Elena San Francisco PAVLOVSKAIA; Ka Man Mountain View CHEANG
Original assignee: Align Technology Inc
Current assignee: Align Technology Inc
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-09
Also published as: WO2000019928A1; JP2002526153A; JP3636660B2; EP1119308B1; ATE370706T1; CA2346255A1; AU6420399A; EP1119308A4; DE69936923D1; JP2005144190A; EP1119308A1; WO2000019928A9

Description

Die Erfindung betrifft generell die Gebiete der Zahntechnik und der Orthodontie.
HINTERGRUND
Die zweidimensionale (2D) und dreidimensionale (3D) digitale Abbildungstechnik ist seit einiger Zeit als Instrument zur Unterstützung dentaler und orthodontischer Behandlungen herangezogen worden. Zahlreiche Behandlungs-Provider verwenden irgendeine Form von digitaler Abbildungstechnologie, um die Dentition eines Patienten zu untersuchen. Die U.S.-Patentanmeldung 09/169,276 , die auch unter der Nummer WO 0019929 veröffentlicht ist, beschreibt die Verwendung von 2D- und 3D-Bilddaten zum Ausbilden eines digitalen Modells der Dentition eines Patienten, einschließlich von Modellen einzelner Dentitions-Bestandteile. Diese Anmeldung beschreibt auch die Verwendung digitaler Dentitionsmodelle bei der Entwicklung eines orthodontischen Behandlungsplans für den Patienten sowie beim Ausbilden einer oder mehrerer orthodontischer Vorrichtungen zur Implementierung des Behandlungsplans.
Das Dokument US-543,156 beschreibt ein Verfahren, mit dem eine orthodontische Vorrichtung auf der Basis digitaler Daten zur Unterkiefer- und Zahn-Form eines Patienten ausgebildet wird.
ÜBERBLICK
Mit der in den Ansprüchen 1 und 4 aufgeführten Erfindung werden computer-automatisierte Techniken zum digitalen Modellieren des Gingivalgewebes eines Orthodontie-Patienten, einschließlich der Verformung des Gingivalgewebes während der orthodontischen Behandlung, verfügbar gemacht. Dieses Techniken sind z.B. nützlich bei der Herstellung orthodontischer Vorrichtungen, mit denen die orthodontische Behandlung ausgeführt wird, während die orthodontischen Vorrichtungen unter zuverlässiger Anpassung an den Zähnen und dem Zahnfleisch des Patienten angeordnet sind. Das Modellieren des Zahnfleischs und das Verformen des Zahnfleischs trägt dazu bei, zu gewährleisten, dass die orthodontischen Vorrichtungen nicht zu fest gegen das Zahnfleisch des Patienten drücken und Unbehagen oder Schmerz verursachen. Ein Modellieren unter dem Aspekt, wie das Zahnfleisch auf die Behandlung reagiert, ermöglicht ferner ein umfassenderes Verständnis der Entwicklung, die während der Behandlung zu erwarten ist. Ferner sind computergenerierte Bilder und Animationen der Dentition während der Behandlung vollständiger und ästhetisch ansprechend, wenn das Zahnfleisch einbezogen wird.
Bei der Erfindung ist die Verwendung eines Computers zum Konzipieren eines Behandlungsverlaufs für einen orthodontischen Patienten involviert. Gemäß einem Aspekt erstellt der Computer zunächst ein digitales Modell der Dentition eines Patienten einschließlich eines Dental-Modells, das die Zähne des Patienten an einem Satz von Anfangspositionen repräsentiert, und eines Gingival-Modells, welches das die Zähne umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert. Der Computer leitet dann aus dem digitalen Modell eine erwartete Verformung des Zahnfleischgewebes während der Bewegung der Zähne aus den Anfangspositionen in einen weiteren Satz von Positionen ab.
Gemäß einem weiteren Aspekt erstellt der Computer einen Datensatz, der die Dentition des Patienten repräsentiert, einschließlich eines digitalen Modells der Zähne des Patienten an einem Satz von Anfangspositionen und eines ersten digitalen Gingival-Modells, welches das die Zähne an dem Satz von Anfangspositionen umgebende Gingival-Gewebe repräsentiert. Der Computer leitet dann aus dem Datensatz ein zweites digitales Gingival-Modell zur Verwendung beim Modellieren der Verformung des Gingival-Gewe bes während der Bewegung der Zähne ab. Der Computer manipuliert mit oder ohne menschliche Assistenz das zweite Gingival-Modell derart, dass dieses die Verformung der Zahnfleischs des Patienten repräsentiert.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile sind aus der detaillierten Beschreibung und den anschließenden Ansprüchen ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B und 1C zeigen die Anordnung der Zähne eines Patienten in einer An fangsphase, einer Zwischenphase und einer Endphase einer orthodontischen Behandlung.
2 zeigt ein teilweises Modell der Dentition eines Patienten einschließlich eines Modells des Gingival-Gewebes.
3 zeigt ein Modell der Zahnfleischlinie um eine Zahnkrone herum.
4 zeigt ein Flussdiagramm einer Technik zum Erzeugen eines Sekundär-Gingival-Modells.
5 zeigt die Wahl der Steuerpunkte in einem digitalen Modell der Zahnfleischlinie gemäß 3.
6 zeigt die Erzeugung zweier Kurven, die Gingival-Randbereiche unter den Steuerpunkten wie z.B. den in 5 gezeigten repräsentieren.
7A, 7B und 7C zeigen die Erzeugung einer Kurve, welche die Basis eines Gingival-Modells repräsentiert, und die Wahl der Punkte auf dieser Kurve.
8 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Sekundär-Gingival-Modells, das durch Verbinden der Kurven von 6 und der Kurve von 7C gebildet ist.
9 zeigt ein Flussdiagramm einer Technik zum Erzeugen des Sekundär-Gingival-Modells.
10 und 11 zeigen Schaubilder von Profilkurven zur Verwendung bei der Ausbildung des Sekundär-Gingival-Modells.
12 zeigt ein Flussdiagramm einer Technik zum Erzeugen von Zahnfleisch-Oberflächen in dem Sekundär-Gingival-Modell.
13 zeigt eine Graphik-User-Interface-Komponente, die einer Bedienungsperson das Modifizieren der Formen der Profilkurven gemäß 10 und 11 ermöglicht.
14, 15 und 16 zeigen ein Schaubild und Flussdiagramme zur Darstellung einer Technik zum Modellieren der Verformung von Gingival-Gewebe im Verlauf der orthodontischen Behandlung.
17 zeigt ein Flussdiagramm einer alternativen Technik zum Modellieren der Verformung von Gingival-Gewebe.
18A, 18B und 19 zeigen diese alternative Technik.
20 und 21 zeigen Flussdiagramme zur Beschreibung bestimmter Aus führungsformen dieser alternativen Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die US-Patentanmeldungen 09/169,276 , 09/264,547 und 09/311, 941 , veröffentlicht unter den Nummern WO 0019929 bzw. WO 0019930 bzw. WO 0019935 , beschreiben Techniken zum Generieren von 3D-Digital-Datensätzen, die Modelle von einzelnen Komponenten der Dentition eines Patienten enthalten. Diese Datensätze enthalten digitale Modelle einzelner Zähne und des die Zähne umgebenden Gingival-Gewebes. Im Zusammenhang mit diesen Anwendungsformen werden auch computer-implementierte Techniken zur Verwendung der digitalen Modelle beim Konzipieren und Simulieren eines orthodontischen Behandlungsplans für den Patienten beschrieben. Beispielsweise beinhaltet eine derartige Technik das Empfangen eines Anfangs-Datensatzes, der die Zähne des Patienten vor der Behandlung repräsentiert, das Spezifizieren einer gewünschten Anordnung der Zähne nach der Behandlung, und das Berechnen von Transformationen, mittels derer die Zähne über gewünschte Behandlungswege aus den Anfangspositionen in die Endpositionen bewegt werden. Die US-Patentanmeldung 09/169,276 beschreibt ferner die Erzeugung von Datensätzen, welche die Zahnpositionen an verschiedenen Behandlungspositionen repräsentieren, und die Verwendung dieser Datensätze zum Erzeugen orthodontischer Vorrichtungen, mit denen der Behandlungsplan implementiert wird. Eine Technik zum Erzeugen einer orthodontischen Vorrichtung beinhaltet das Erzeugen einer positiven Form der Dentition des Patienten in einer der Behandlungsphasen und die Verwendung einer herkömmlichen Pressformungstechnik zum Ausbilden der Vorrichtung um die positive Form herum. Das Konzipieren orthodontischer Vorrichtungen aus digitalen Dentitionsmodellen ist beschrieben in der U.S.-Anmeldung 09/169,034 , veröffentlicht unter der Nummer WO 0019931 .
1A, 1B und 1C zeigen die Dentition eines Patienten in drei Phasen während eines Behandlungsverlaufs. 1A zeigt die Anfangspositionen der Zähne des Patienten vor Beginn der Behandlung. Ein digitales Modell der Zähne in diesen Anfangspositionen wird in einem Anfangs-Digital-Datensatz (IDDS) erfasst. Das in dem IDDS enthaltene digitale Modell weist auch Teile auf, welche das die Zähne des Patienten umgebende Gingival-Gewebe repräsentieren. Ein Computer segmentiert das IDDS in digitale Modelle der einzelnen Zähne und des Gingival-Gewebes.
1B zeigt die Zähne des Patienten in einer Zwischenphase des Behandlungsprozesses, und 1C zeigt die Zähne in ihren Endpositionen. In zahlreichen Fällen manipuliert eine Bedienungsperson die digitalen Modelle der Zähne des Patienten, um die End-Zahnpositionen vorzuschreiben. Der Computer berechnet dann eine oder mehrere der Zwischenpositionen, wobei er sämtliche Beschränkungen berücksichtigt, die der Bewegung der Zähne aufgrund der Bedienungsperson oder der natürlichen Eigenschaften der Zähne selbst auferlegt sind. Der Computer berücksichtigt auch sämtliche Kollisionen, die zwischen den Zähnen bei der Bewegung der Zähne von einer Behandlungsphase zur nächsten auftreten könnten. Das Wählen der End- und Zwischen-Zahnpositionen und der Behandlungswege, entlang derer sich die Zähne bewegen, ist in einer oder mehreren der oben angeführten Anmeldungen detaillierter beschrieben.
2 zeigt einen Teil eines typischen digitalen Dentitions-Modells 110, das aus dem IDDS abgeleitet ist. Das Dentitions-Modell 110 enthält Modelle der einzelnen Zähne 120 und ein Modell des Zahnfleischs des Patienten 140. Verschiedene Techniken zur Erzeugen von Modellen des Zahnfleischgewebes und der einzelnen Zähne aus dem IDDS sind in den U.S.-Anmeldungen 09/264,547 und 09/311,941 beschrieben.
2 zeigt ferner einen Teil eines weiteren Gingival-Modells 200 (eines "Sekundär"-Gingival-Modells), das derart ausgebildet wird, dass es dem aus dem IDDS abgeleiteten Gingival-Modell 140 (dem "Primär"-Gingival-Modell) überliegt. Der Computer verwendet wie nachstehend beschrieben das Sekundär-Gingival-Modell, um die Verformung des um die Zähne des Patienten gelegenen Gingival-Gewebes zu modellieren, die bei der Bewegung der Zähne von den Anfangspositionen zu den Endpositionen erfolgt. Dies gewährleistet, dass orthodontische Vorrichtungen, die aus positiven Formen der Dentition des Patienten gebildet sind, während sämtlicher Behandlungsphasen komfortabel um das Zahnfleisch des Patienten passen. Das Sekundär-Gingival-Modell 200 fügt ferner dem Zahnfleisch-Modell ein Maß an Dicke hinzu, wodurch gewährleistet ist, dass die orthodontischen Vorrichtungen nicht zu fest gegen das Zahnfleisch des Patienten drücken.
3 zeigt eine Zahnkrone 125 und einen entsprechenden Gingival-Randbereich 160 um die Zahnkrone 125. Das aus dem IDDS abgeleitete Primär-Gingival-Modell 140 enthält Information zur Identifikation des Gingival-Randbereichs 160, der jede Zahnkrone 125 umgibt. Wie nachstehend beschrieben, verwendet der Computer diese Information zum automatischen Erzeugen des Sekundär-Gingival-Modells 200.
4-16 zeigen eine Technik zum Erzeugen des Sekundär-Gingival-Modells 200. Kurz ausgedrückt erzeugt ein Computer unter Steuerung durch ein Programm, in dem eine oder mehrere Techniken der Erfindung implementiert sind, verschiedene Kurven, welche die Zahnfleischlinien des Patienten und die Basis des Sekundär-Modells repräsentieren, und erzeugt dann Oberflächen, die diese Kurven verbinden. Diese Oberflächen bilden die Zahnfleischflächen in dem Sekundär-Gingival-Modell 200.
Gemäß 4 und 5 identifiziert der Computer zuerst jeden Gingival-Randbereich 160 in dem Dentitionsmodell (Schritt 500) und wählt Punkte 205A-F, die auf dem Gingival-Randbereich 160 liegen (Schritt 502). Der Computer wählt mindestens einen Punkt, der auf der bukkalen Fläche 210 des Gingival-Randbereichs 160 liegt, und mindestens einen Punkt, der auf der lingualen Fläche 215 liegt. Bei dem hier gezeigten Beispiel wählt der Computer sechs Punkte 205A-F, von denen an jeder der bukkalen und lingualen Oberflächen drei Punkte liegen. Eine Technik zum Wählen dieser sechs Punkte beinhaltet das Projizieren des Gingival-Randbereichs 160 auf eine x-y-Ebene, das Wählen des Punkts 205A, an dem der Gingival-Rand bereich 160 eine Achse 220 der Ebene schneidet, und anschließend das Wählen der verbleibenden Punkte 205B-F an Intervallen von 60° um den Gingival-Randbereich 160. Bei einigen Ausgestaltungen variiert der Computer das Intervall zwischen den gewählten Punkten oder ermöglicht einer Bedienungsperson das Wählen der Positionen der Punkte. In vielen Fällen wählt der Computer mehr als drei Punkte, und oft beträchtlich mehr als drei Punkte. Die gewählten Punkte können als Steuerpunkte dienen, die der Bedienungsperson ermöglichen, die Form des Sekundär-Gingival-Modells 200 zu manipulieren, wie nachstehend beschrieben wird.
Ferner gemäß 6 verwendet der Computer, nachdem er die Punkte auf jedem Gingival-Randbereich 160 gewählt hat, diese Punkte zum Erzeugen zweier Kurven 230, 235, welche die Zahnfleischlinien an den bukkalen und lingualen Seiten des Dentitionsmodells repräsentieren (Schritt 504). Diese Kurven 230, 235 verlaufen an den bukkalen und lingualen Oberflächen der Körper-Teil in dem Dentitionsmodell, beginnend an dem hinteren Molar an einer Seite des Mundes des Patienten und endend an dem hinteren Molar an der anderen Seite des Mundes des Patienten. Der Computer bildet die Kurven durch Einfügen einer Spline-Kurve zwischen den gewählten Punkten an den bukkalen Seiten der Gingival-Randbereiche und durch Einfügen einer weiteren Spline-Kurve zwischen den gewählten Punkten an den lingualen Seiten der Gingival-Randbereiche. Die Spline-Kurven können durch sämtliche gewählten Punkte von einem Modell zum nächsten verlaufen, müssen jedoch nicht derart verlaufen.
Ferner gemäß 7A, 7B und 7C erzeugt der Computer dann eine Kurve 240, welche die Basis des Sekundär-Gingival-Modells 200 definiert (Schritt 506). Eine Technik zum Erzeugen der Basis-Kurve 240 beinhaltet das Erzeugen einer Ebene 245, die das Primär-Gingival-Modell 140 mit einem vorbestimmten Abstand x unter den Zähnen schneidet. Diese Ebene 245 verläuft üblicherweise normal zu der z-Achse 250 des Dentitionsmodells 110 und im Wesentlichen parallel zu der Bodenfläche 255 des Dentitionsmodells 110. Die Basiskurve 240 tritt dort auf, wo die Ebene 245 die Ober fläche des Dentitionsmodells 110 schneidet. Der Abstand x zwischen der Ebene 245 und den Zähnen 120 variiert von Modell zu Modell, jedoch beträgt der Abstand normalerweise einen Millimeter. 7B zeigt, dass bei manchen Ausgestaltungen das Sekundär-Gingival-Modell 200 oft eine dahingehende Größe hat, dass es nur einen Teil des Primär-Gingival-Modells 140 bedeckt. Bei einigen dieser Ausgestaltungen bedeckt das Sekundär-Gingival-Modell 200 nur den Teil des Zahnfleischs, der in Kontakt mit den orthodontischen Vorrichtungen gelangt.
Der Computer definiert optional Steuerpunkte 260 an der Basiskurve 240 des Sekundär-Gingival-Modells 200 (Schritt 508). Diese Steuerpunkte 260 ermöglichen einer Bedienungsperson das Modifizieren der Form des Sekundär-Gingival-Modells 200. Bei dem gezeigten Beispiel definiert der Computer an jeder der bukkalen und lingualen Seiten der Basiskurve 240 acht Steuerpunkte.
Ferner gemäß 8 vervollständigt der Computer das Sekundär-Gingival-Modell durch Erzeugen von Oberflächen 265, 270, 275, welche die Gingival-Kurven 230, 235 miteinander und mit der Basiskurve 240 verbinden (Schritt 510). 9 zeigt eine Technik zum Erzeugen dieser Oberflächen. Der Computer wählt zuerst Punkte 280A-F an jeder der Kurven 230, 235, 240 (Schritt 520). Dann erzeugt der Computer Kurven 285A-D zwischen diesen Punkten (Schritt 522) und erzeugt Oberflächensegmente 290A, 290B, welche diese Kurven verbinden (Schritt 524). Bei den von dem Computer gewählten Punkten 280A-F kann es sich um die oben erläuterten Steuerpunkte 205A-F, 260 handeln oder nicht. Zu jedem Punkt auf einer der Gingival-Kurven 230, 235 existieren zwei entsprechende Punkte, von denen einer auf der anderen Gingival-Kurve liegt und der andere auf der Basiskurve 240 liegt. Zu jedem Punkt auf der Basiskurve 240 existiert ein entsprechender Punkt, der auf der nächstgelegenen der Gingival-Kurven 230, 235 liegt.
10 und 11 zeigen Profilkurven 295A, 295B, 295C, die in manchen Fällen verwendet werden, um die Kurven 285A-D von 8 zu erzeu gen. Die Profilkurven repräsentieren die Formen der Gingival-Oberflächen 265, 270, 275 zwischen zwei entsprechenden Punkten. Gemäß 12 fügt der Computer die Profilkurve 295A von 10 zwischen Paare auf den Gingival-Kurven 230, 235 liegender Punkte ein, um die Oberfläche des Sekundär-Gingival-Modells 200 zu bilden (Schritt 530). Der Computer fügt die Profilkurven 295B, 295C von 11 zwischen den Punkten, die auf den Gingival-Kurven 230, 235 liegen, und den Punkten ein, die auf der Basiskurve 240 liegen, um die bukkalen und lingualen Oberflächen 270, 275 des Sekundär-Gingival-Modells 200 zu bilden (Schritt 536). Der Computer wählt eine der Kurven 295B, 295C von 11 auf der Basis des Zahntyps, der sich in dem Bereich befindet, in den die Kurve eingefügt werden soll (Schritt 532). Beispielsweise verursachen an der Vorderseite der Dentition befindliche Zähne, wie z.B. Schneidezähne, typischerweise eine geringere Krümmung in der Zahnfleisch-Oberfläche als in hinteren Bereich der Dentition befindliche Zähne, wie z.B. Molare und Eckzähne. Deshalb wählt der Computer die Profilkurve 295B mit dem flacheren Profil, um die um die Vorderzähne herum angeordneten Zahnfleisch-Oberflächen zu modellieren, und er wählt die Profilkurve 295C mit dem runderen Profil, um die um die hinteren Zähne herum angeordneten Zahnfleisch-Oberflächen zu modellieren.
Bei einigen Ausführungsformen ist jede der Profilkurven 295B, 295C von 11 einem Zahn-Typ zugeordnet, wie z.B. einem vorderen Schneidezahn und einem hinteren Molar. In diesen Situationen erzeugt der Computer Kurven für Zahnfleisch-Oberflächen, die in der Nähe anderer Zahn-Typen gelegen sind, indem er eine Interpolation zwischen den beiden Profilkurven 295A, 295B durchführt (Schritt 534). Beispielsweise führt der Computer in einigen Fällen eine Mittelung zwischen den beiden Profilkurven 295B, 295C von 11 durch, um eine patientengerechte Kurve 295D zu erzeugen, welche die Zahnfleisch-Oberflächen in der Nähe eines Prämolars repräsentiert. Zu den weiteren Alternativen zählen das Speichern einer einzigartigen Profilkurve für jeden Zahn oder jeden Zahntyp in dem Dentitionsmodell.
Gemäß einigen Ausgestaltungen ermöglicht der Computer ferner einer Bedienungsperson das Einstellen der Formen der Profilkurven und somit auch der Zahnfleisch-Oberflächen (Schritt 538). 13 zeigt eine als Slide-Bar 300 ausgebildete Graphik-User-Interface-Komponente, welche der Bedienungsperson das Einstellen der Krümmung jeder Profilkurven 295A, 295B, 295C ermöglicht. Durch das Einstellen der Position des Gleitelements 305 in der Slide-Bar 300 werden die Tangenten-Vektoren entlang der Profilkurven verändert, wodurch wiederum die Formen der Kurven verändert werden. Zu den weiteren Alternativen zählen das Platzieren von Steuerpunkten entlang der Kurven und die der Bedienungsperson gegebene Möglichkeit des Einstellens der Positionen der Steuerpunkte.
14 und 15 zeigen die Weise, in der das Sekundär-Gingival-Modell 200 verwendet wird, um die Verformung des Zahnfleischgewebes während des Behandlungsvorgangs zu modellieren. Wie in der oben angeführten U.S.-Patentanmeldung 09/169,276 beschrieben ist, erzeugt der Computer mit oder ohne menschliche Assistenz Modelle der Zähne des Patienten in den Haupt-Behandungsphasen, die als Haupt-Rahmen bekannt sind, und zwar zwischen den Anfangs- und Endpositionen. Der Computer leitet ferner Behandlungswege ab, entlang derer sich die Zähne des Patienten von der Anfangs- bis zu der Endposition bewegen. Die Behandlungswege enthalten sowohl translatorische als auch Dreh-Komponenten, welche die erforderlichen Kräfte zum Bewegen der Zähne in die gewünschten Positionen erzeugen. Der Behandlungsweg jedes Zahns fügt sich zwischen die gewünschten Zahnpositionen an jedem der Haupt-Rahmen ein, braucht jedoch nicht tatsächlich durch sämtliche der gewünschten Positionen an den Haupt-Rahmen zu verlaufen. Modelle der Dentition des Patienten in verschiedenen Zwischenphasen zusammen mit dem Behandlungsweg werden zum Erzeugen der orthodontischen Vorrichtungen verwendet, welche den Behandlungsplan ausführen.
Beim Modellieren der Zahnfleischverformung wählt der Computer einen oder mehrere Punkte 310 entlang den Gingival-Kurven 230, 235 und der Basiskurve 240 des Sekundär-Gingival-Modells 200 (Schritt 540) und berechnet die Position jedes Punktes 310 in den Anfangs- und Endphasen S_O,S_F und an jeder der Haupt-Zwischenphasen S_1X oder Haupt-Rahmen (Schritt 542). In den meisten Fällen handelt es sich bei den vom Computer gewählten Punkte um die oben beschriebenen Steuerpunkte. Der Computer berechnet dann einen Weg 315, entlang dessen sich der Punkt 310 bewegen wird. Im Allgemeinen folgt der Weg 315 der Krümmung des Zahns, welcher dem Punkt 310 in dem Dentitionsmodell 110 am nächsten gelegen ist. Der Computer bestimmt die Position des Punkts 310 für jede gegebene Zwischenphase durch Interpolation, die linear entlang des Wegs 315 vorgenommen wird. Beispielsweise ist bei einem Behandlungsplan, bei dem die Anfangsphase die Phase 1 ist und der erste Haupt-Rahmen in der Phase 10 auftritt, die Position des Punkts 310 in der Zwischenphase 5 gleich dem Mittelpunkt des gekrümmten Wegs 315 zwischen der Phase 1 und der Phase 10. Der Computer generiert Gingival-Modelle in jeder dieser Phasen, indem er wie oben beschrieben Profilkurven und -Oberflächen einfügt.
16 zeigt eine Technik zum Berechnen der Positionen der gewählten Punkte auf den Zahnfleischlinien an den Haupt-Rahmen. Diese Technik wird unter der Annahme angewandt, dass sich die gewählten Punkte mit den Zähnen aus den Anfangspositionen in die Endpositionen bewegen. Der Computer identifiziert zuerst den jedem Punkt am nächsten gelegenen Zahn (Schritt 550). Dann überwacht der Computer die Transformationen, die an jedem Zahn bei der Bewegung des Zahns unter den Haupt-Phasen bis zu seiner Endposition appliziert werden (Schritt 552). Der Computer appliziert diese Transformationen an den entsprechenden Punkten an den Zahnfleischlinien (Schritt 554).
17, 18A und 18B zeigen eine weitere Technik zum Modellieren der Verformung des Zahnfleischgewebes. Diese Technik beinhaltet das Aufteilen des Sekundär-Gingival-Modells 200 in mehrere Stücke 320, 325, 330, indem in dem Sekundär-Gingival-Modell 200 sehr dünne Stücke 335, 340 zwischen Paaren benachbarter Zähne 345/350, 345/355 geschnitten wer den (Schritt 560). Das in dieser Weise vorgenommene Aufteilen des Gingival-Modells 200 ermöglicht, dass sich ein oder mehrere der Stücke 320, 325, 330 mit einem entsprechenden Zahn 345, 350, 355 bewegen. Diese Technik wird weitgehend dazu verwendet, die Verformung des Zahnfleischgewebes um Zähne herum zu modellieren, die sich zwischen zwei Behandlungsphasen relativ wenig bewegen.
Bei jedem der Stücke 320 des Sekundär-Gingival-Modells, das sich mit einem Zahn 345 bewegen soll, "befestigt" der Computer das Stück 320 an dem digitalen Modell des Zahns 345 (Schritt 562). Der Computer überwacht die an dem Zahn 345 applizierten Transformationen (Schritt 564) und appliziert jede dieser Transformationen an dem befestigten Stück 320 des Gingival-Modells (Schritt 566). Während sich das Stück 320 des Gingival-Modells 200 in dem Zahnmodell bewegt, nehmen die Stücke 335, 340 zwischen den Stücken 320, 325, 330 des Zahnfleischmodells 200 in ihrer Größe zu, wodurch Lücken zwischen den Stücken erzeugt werden. Wenn das Stück 320 schließlich von dem entsprechenden Zahnmodell abgetrennt wird (Schritt 568), "verknüpft" der Computer das Sekundär-Gingival-Modell 200 durch Erzeugen von Oberflächen, um die Lücken zu füllen (Schritt 570).
19 und 20 zeigen eine Technik zum Erzeugen einer Verknüpfungsfläche 400 in dem Sekundär-Gingival-Modell 200. Für jedes zu verknüpfende Stück 335 wählt der Computer Punkte 380 an den Rändern 370, 375 der beiden Stücke 320, 325, die das Stück 335 begrenzen (Schritt 580). Dann erzeugt der Computer Liniensegmente 385 zur Bildung von Dreiecken, die durch die gewählten Punkte 380 begrenzt sind (Schritt 582). Jedes der Dreiecke ist durch zwei Punkte an den Rändern 370, 375 und einen Punkt an dem anderen Rand begrenzt. Der Computer teilt dann jedes Dreieck in vier kleinere Dreiecke auf, indem er Punkte 390 an oder nahe den Mitten der Liniensegmente 390 wählt und kleinere Liniensegmente 395 erzeugt, die zwischen Paaren neu gewählter Punkte 390 verlaufen (Schritt 384). Das Ergebnis ist eine dreieckige Oberflächen-Gitterstruktur, bei der jeder Punkt, der nicht auf einem der Ränder 370, 375 liegt (jeder "Mitten-Scheitelpunkt") gemeinsam sechs der kleineren Dreiecke zugehört. Beispielsweise gehört der mit 405B gekennzeichnete Mitten-Scheitelpunkt gemeinsam den sechs kleineren Dreiecken zu, die mit T1, T2, T3, T4, T5, T6 gekennzeichnet sind. Jeder Scheitelpunkt, der auf einem der Ränder 370, 375 liegt, gehört gemeinsam zu dreien der kleineren Dreiecke.
Bei einigen Ausführungsformen fügt der Computer die Form der Verknüpfungsfläche 400 hinzu, indem er die mittleren Scheitelpunkte in einer Richtung bewegt, die im Wesentlichen normal zu der Verknüpfungsfläche 400 verläuft (Schritt 586). 21 zeigt eine Technik zum Einstellen der Krümmung der Verknüpfungsfläche 400. Der Computer berechnet zuerst die Normalen für die sechs Dreiecke, denen jeder mittlere Scheitelpunkt 405A, 405B, 405C gemeinsam zugehört (Schritt 590). Dann mittelt der Computer diese Normalen, um eine "Mittelungs-Normale" an dem mittleren Scheitelpunkt zu erhalten (Schritt 592). Der Computer bewegt dann den mittleren Scheitelpunkt um einen gewählten Betrag entlang der Mittelungs-Normalen (Schritt 594). In einigen Fällen erhält der Computer von einer Bedienungsperson Instruktionen dahingehend, dass die Form der Verknüpfungsfläche in einer bestimmten Weise eingestellt werden soll (Schritt 596). Beispielsweise werden bei einer Ausgestaltung die mittleren Scheitelpunkte als Steuerpunkte angezeigt, welche die Bedienungsperson mit Hilfe einer Eingabevorrichtung wie z.B. einer Maus manipuliert.
Einige Implementierungen der Erfindung werden mittels einer digitalen elektronischen Schaltung realisiert, z.B. einer anwendungsspezifischen IC-Schaltung (ASIC); andere werden realisiert in Form von Computer-Hardware, Firmware und Software, oder in einer Kombination aus digitalen Schaltungs- und Computer-Komponenten. Die Erfindung ist normalerweise mindestens teilweise in Form eines Computerprogramms realisiert, das konkret in einer maschinenlesbaren Speichervorrichtung zwecks Ausführung in einem Computerprozessor gespeichert ist. In diesen Situationen werden Verfahren, bei denen die Erfindung realisiert ist, dann durchgeführt, wenn der Prozessor Instruktionen befolgt, die in Programm-Modulen organisiert sind, wobei der Betrieb auf der Basis von Eingangsdaten erfolgt und Ausgangsdaten erzeugt werden. Zu den geeigneten Prozessoren zählen allgemeinverwendbare Mikroprozessoren und für spezielle Zwecke ausgelegte Mikroprozessoren, die generell Instruktionen und Daten aus ROM-Speicher- und/oder RAM-Speichervorrichtungen empfangen. Zu den Speichervorrichtungen, die zur konkreten Realisierung von Computerprogramm-Instruktionen geeignet sind, zählen sämtliche Formen nichtflüchtiger Speicher einschließlich Halbleiterspeichervorrichtungen wie z.B. EPROM-, EEPROM- und Flash-Speichervorrichtungen; Magnetplatten wie z.B. interne Hard Dics und herausnehmbare Disketten; magnetooptische Platten; und CD-ROM-Speicher.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgte anhand bestimmter Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen liegen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Entwickeln eines Behandlungsablaufs für einen Orthodontie-Patienten, mit folgenden Schritten: Erstellen eines digitalen Modells des Gebisses des Patienten, das ein Dentalmodell, welches die Zähne des Patienten an einem Set von Ausgangspositionen repräsentiert, und ein Gingival-Modell aufweist, welches das die Zähne umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert; und Ableiten einer erwarteten Deformation des Zahnfleischgewebes aus dem digitalen Modell, während sich die Zähne von den Ausgangspositionen in ein weiteres Set von Positionen bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ableiten der erwarteten Deformation des Zahnfleischgewebes Separieren eines Teils aus dem Gingival-Modell, der das einen bestimmten Zahn umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert; und Einwirkenlassen mindestens einer auf den bestimmten Zahn aufgebrachten Kraft auf den separierten Teil.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ableiten der erwarteten Deformation des Zahnfleischgewebes enthält: Wählen eines Punkts in dem Gingival-Modell; und Ableiten der Bewegung des Punkts, während sich die Zähne von dem Anfangs-Set von Positionen zu dem weiteren Set von Positionen bewegen.
Auf einem physischen Speichermedium gespeichertes Computerprogramm zum Entwickeln eines Behandlungsablaufs für einen Orthodontie-Patienten, wobei das Programm ausführbare Instruktionen aufweist, die bei ihrer Ausführung mittels des Computers den Computer veranlassen: ein digitales Modell des Gebisses des Patienten zu erstellen, das ein Dentalmodell, welches die Zähne des Patienten an einem Set von Ausgangspositionen repräsentiert, und ein Gingival-Modell aufweist, welches das die Zähne umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert; und aus dem digitalen Modell eine erwartete Deformation des Zahnfleischgewebes abzuleiten, während sich die Zähne von den Ausgangspositionen in ein weiteres Set von Positionen bewegen.
Programm nach Anspruch 4, bei dem der Computer die erwartete Deformation des Zahnfleischgewebes ableitet durch: Separieren eines Teils aus dem Gingival-Modell, der das einen bestimmten Zahn umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert; und Einwirkenlassen mindestens einer auf den bestimmten Zahn aufgebrachten Kraft auf den separierten Teil.
Programm nach Anspruch 5, bei dem der Computer den separierten Teil wieder mit einem benachbarten Teil des Gingival-Modells verbindet, nachdem der separierte Teil der Transformation ausgesetzt worden ist.
Programm nach Anspruch 6, bei dem beim Einwirkenlassen der mindestens einen Kraft auf den separierten Teil der Computer einen Freiraum zwischen dem separierten Teil und dem benachbarten Teil des Gingival-Modells erzeugt, und beim Wiederverbinden des separierten Teils an dem benachbarten Teil der Computer eine Nahtfläche zum Füllen des Freiraums erzeugt.
Programm nach Anspruch 4, bei dem beim Ableiten der erwarteten Deformation des Zahnfleischgewebes der Computer einen Punkt in dem Gingival-Modell wählt und die Bewegung des Punkts ableitet, während sich die Zähne von dem Ausgangs-Set von Positionen in ein weiteres Set von Positionen bewegen.
Programm nach Anspruch 8, bei dem beim Ableiten der Bewegung des Punkts der Computer den Punkt einem Modell eines entsprechenden Zahns in dem Dentalmodell hinzufügt und den Punkt den Transformationen unterzieht, denen der entsprechende Zahn ausgesetzt wird.
Programm nach Anspruch 8, bei dem der Punkt in einem Gingival-Randbereich liegt, in dem das Zahnfleischgewebe auf einen der Zähne trifft.
Programm nach Anspruch 8, bei dem der Computer ein weiteres Gingival-Modell erzeugt, welches das die Zähne an dem weiteren Set von Positionen umgebende Zahnfleischgewebe repräsentiert.