SE501820C2 - Metod och anordning för att skapa en modell av en tandrestauration - Google Patents

Description

501 šzo 21 10 15 20 25 30 Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att lösa ovannämnda problem.

Dvs en optisk inläsning av en tand eller tandavtryck med tillräcklig noggrannhet, en numerisk behandling av den inlästa datamängden så att det går att skapa en geometrisk tredimensionell modell. Den geometriska modellen bygger på den inlästa ytan så att någon del av modellens yta överensstämmer med eller passar mot den inlästa ytan. Problemlösningen framgår av den kännetecknande delen av patentkraven.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av ett utföringsexempel under hänvisning till medföljande ritningar.

Figur 1 visar en schematiskt planvy över ett system for att utföra ett forfarande enligt föreliggande uppfinning. För detta ändamål utnyttjas ett rotationsbord (1), ett mätobjekt (2), en provbänk (3) för att fixera utrustningen på, instrumenthållare (4) för att spänna fast linser och laser/givare, hållarfixturer med spår (5) för att spänna fast instrumenthållarrta, en plan konvex lins (6) fór att fokusera laserstrålen, en diodlaser med inbyggd kollimator (7) vilken ger ifrån sig en laserstråle (8), en akromatisk lins (9) för att samla upp det reflekterade ljuset, en ljuskänslig givare (10), drivelektronik och elektronik för att behandla mätsignalerna (11), en dator (12) för att lagra mätvärden och utföra den numeriska behandlingen, samt en apertur (13) för att göra laser strålen mindre och rund. Vinkeln mellan laserstrålen och axeln genom givaren och den alcromatiska linsen betecknas ot.

Figur 2 visar samma system som figur 1 men sett ifrån sidan. Ett drivsystem (17) innefattande en motor driver en skruv (15) och rotationsplattan (1) sitter monterad på skruven (15) och fås härmed att rotera i beroende av motorns varvtal. Skruven sitter i en mutter (16) och då skruven roterari muttem (16) vilken är fast höjer sig rotationsplattan (1). Vinkeln ß är vinkeln mellan laserstrålen (8) och horisontalplanet (50).

Figur 3 illustrerar principen for optisk triangulering. Ljus från ljuskällan (S) träffar ytan (B) som är optisk ojärnn. Den belysta punkten avspeglar sig i 10 20 25 30 aa ¥so1 szo punkten (b') i planet (D) genom linsen (L) i vinkeln (<|>) från ljuskällans optiska axel. Antag nu att ytan (B) flyttas sträckan (h). Då kommer den belysta punkten (c) att avspeglas i (c') med ett avstånd i planet (D) ifrån (b') benämnt (a) som bestäms av den inverterbara funktionen; a = F(h) Figur 4 visar en tandbåge sedd i ocklusal aspekt, dvs fiån tuggytan.

Tanduppsättníngen delas in 4 kvartiler. I varje kvarfil finns två incisiver (IM), en canin (25), två premolarer (26) och tre molaner (27). De ytor som vetter in mot tungan(21) kallas linguala ytor. Tändemas facialytor vetter utåt (18, 19), distala approximalytor bakåt (22) och mesiala approximalytoma framåt i munnen. Tändema tuggytor (20) kallas ockusalytor.

Figur SA visar ett basstycke (28) med en tandlcrona (29). Basstycket (28) kan vara en preparerad tand. Alternativt kan basstycket (28) utgöras av en konstgjord pelare, exempelvis i det fall att tanden är rotfylld Kronan (29) kan göras homogen helt i ett material t.ex. guld eller i två delar (33,34) i två olika material. Närmast den preparerade tandytan (31) sitter då en hätta (33) i t.ex. titan. Utanpå hättan bygger en tandtekníker ytterkonturen i t.ex. porslin. Den yttre delen (34) har en ytteryta (43). Mellan den preparerade tandytan (31) och hättans inneryta (32) finns en smal cementspalt (36). Den preparerade ytans gränser (30) kallas preparationsgñns.

Figur SB visar en förstoring av ett inringat stycke (510) från fig. 5A.

Figur 6A visar en fasad (38) på facialytan på en incisiv (24). En fasad kan vara gjord i t.ex. plast eller keramik. Fasaden är fast på den preparerade tandytan (31) med ett cement i spalten (36). Fasadens inneryta (37) följer den preparerade tandytan (31). Cementspalten (36) kan vara i storleksordningen 50 um. (30) markerar preparationsgränsen.

Figur 6B visar en förstoring av ett inringat stycke från ñg. 6A. 501 ázo q 10 15 20 25 30 Figur 7 visar en bro (39) med ett hängande led (40). Brofástena (41) och (42) är i detta fallet preparerade för en lcrona. Ett brofåste kan lika gärna vara en fasad eller ett inlägg. En bro kan bestå av flera brofästen och flera hängande led.

Figur 8.1 , 8.2 och 8.3 visar en premolar (26) preparerad för ett inlägg. Den preparerade kaviteten kan fyllas ut med Lex. amalgam eller plast.

Preparationsgränsen (30) markerar gränsen mellan den normala tandytan och den utborrade kaviteten.

Figur 9 visar en tandmodell (2) med en yta som skall läsas in (31).

Preparationsgränsen (30) markerar gänsen mot det område (51) som ej behöver läsas in för skapandet av en geometrisk modell.

Med hänvisning till ñgur 1 beskrivs nedan en utföringsforrrt av föreliggande uppfinning.

Tanden eller tandavtrycket ñxeras på rotationsbordet 1. Såsom beskrivits ovan kan drivsystemet 17 orsaka dels en roterande rörelse av mätobjektet, dels en stigande rörelse. Eftersom skruven 15 löper i muttems 16 gängor erhålls ett bestämt förhållande mellan rotationshastigheten och stigningen. En annan utföringsform kan vara att mätobjektet är fixerat och istället roterar laser- givar paketet runt mätobjektet, det väsentliga är att man täcker av hela mätobjektet.

Enligt ytterligare en annan utforingsform orsakas vinkeln ß att löpa från exempelvis 0° till l80°. På så vis erhålls en kontur av mätobjektet vid inläsning. Genom att läsa in flera sådana konturer i kombination med vridning av mätobjektet erhålls mätdata med information om mätobjektets tredimensionella struktur.

En ljuskälla belyser modellen eller tandavtrycket 2 i en punkt med vinkeln ß (fig.2) från horisontalplanet 50. Vinkeln ß kan varieras inom intervallet 0-l80° men företrädesvis inom intervallet 30-70°. Enligt den forsta utföringsforrnen är vinkeln 45°. Ljuskällan omfattar en laser 7 med kollimerat ljus, lcravet på detta ljus är att strålen 8 har en liten diameter och att divergensen är låg för att få tillräckligt skärpedjup. Strålen måste vara smal därför att det är viktigt att ljusstrålen orsakar en liten ljuspunkt 210 på mätobjektet eftersom det 10 15 20 25 30 5 iso1 820 uppmätta värdet är ett medelvärde av den yta som punkten belyser. Om punkten kan göras liten får man alltså mer exakta värden av hur mätobjektets sanna yta ser ut. Det optimala är att strålen har samma diameter inom hela mätintervallet och i strävan att nå dit måste divergensen hållas låg.

För att få ned ljussu-ålens diameter kan man avskärma lj usstrålen med hjälp av en apertur 13 och/eller fokusera ljuset med hjälp av en lins 6. Ljusstrålens diameter måste vara liten så att punkten som träffar tanden eller tandavtrycket blir liten. I och med att tanden eller tandavtryckets yta är mycket ojämn i förhållande till ljusets våglängd kommer ljuset att reflekteras och spridas.

I en bestämd vinkel ot (fig. 1) från laserljusets optiska axel samlas det reflekterande ljuset upp med hjälp av en akromatisk lins 9. Vinkeln ot kan varieras inom intervallet 0-90° men företrädesvis inom intervallet l0-40°.

Enligt denna utföringsform är vinkeln 30°. Linsen 9 kan även vara en lins av annan typ än en akromatisk. Det reflekterande ljuset träffar ett ljuskänsligt element i en punkt 14 . Detta ljuskänsliga element sitter på en givare 10 vars utsignal är proportíonell mot var på elementet lj uspunktens intensitetsmax träffar, dvs om ljuspunkten ändrar läge så ändras givarens utsignal i motsvarande grad, det går även att få ut ljusets intensitet från givaren. Genom att tillämpa principen för optisk triangulering (Pig. 3) får man ett funktionsbestämt förhållande mellan ljuspunktens position i radiell riktning på mätobjektet och intensitetsmax på givarelementet. Laserljuset och givaren moduleras med en och samma fiekvens för att minimera påverkan av omkringliggande ljus.

Utsignalen, som varierar med var på givarelementet ljuspunkten träffar, signalbehandlas och mäts i elektronikdelen ll för att sedan lagras i en minnesarea i en dator 12.

Mätobjektet bringas i rotation genom att köra motorn. Med en bestämd frekvens görs inrnätningar av punkter på mätobjektet 2. Tack vare att mätobjektet roterar och höjer sig en aning för varje varv kan man täcka in objektet. Med hänvisning till fig. 5A, SB, 6A, 6B och fig. 9 avläses mätobjektets yta 31 på ena sidan av preraratíonsgränsen 30. För att säkerställa att all intressant information erhålls kan avläsning vidare ske av den yta som ska utgöra preparationsgränsen 30, samt en del av den yta 51 som är på andra sidan preparationsgränsen 30. 501 ázo t, 10 15 20 25 30 För att bestämma preparationsgränsen 30 kan operatören innan inläsningen märka ut densamma genom att på mätobjektet 2 måla upp till preparationsgränsen 30, alltså det område 51 som inte skall vara med.

Målningen sker med en färg som reflekterar annorlunda än mätobjektets yta I detta utföringsexempel markeras området 51 med en svan färg som ger en särnre reflektion av ljuset än originalytan. Målning behöver inte ske av hela området 51 utan det räcker med att markera en linje vid preparationsgränsen 30. Vid inläsning detekteras en betydligt svagare signal, eller ingen signal alls där det är målat fram till preparationsgränsen 30. Genom en enkel analys av de vid inläsningen insamlade mätdata går det härav att få fram preparationsgränsen. Ett annat sätt att nå samma resultat är att belägga området 51 med ett material vars reflektionsfaktor slciljer sig ifrån mätobjektets normala yta. Mämíngarna lagras tillsammans med syrrkroniseringsdata från motordrivsteget för att det ska vara möjligt att veta var på ytan respektive värde härrör sig ifrån.

De inlästa punktema på den avlästa ytan transformeras till punkter i ett koordinatsystem t.ex. kartesiskt, polärt eller cylíndriskt. Denna grupp av inlästa punkter representerar tillsammans den inlästa ytan.

Den på ovan beskrivna vis insamlade informationen kan sedan användas för att skapa en mycket noggrann modell av restaurationen, såsom beskrivs nedan.

En solid modell av en restauration består av ytor. Dessa ytor kan vara representerade i punktform, som plana polygona ytor, eller som parametrisk beskrivna ytor. Dessutom kan linjer, kurvor och punkter på ytan ha sin egen representation for Lex. beslcrivning eller markering av preparationsgränsen.

Med en yta representerad i punktform menas att en mängd punkter där alla punkter är punkter i en yta bildar en representation av denna yta. Punkterna i planet är typade och kan vara kantpunkter, hömpunkter och ytpunkter. Kant och hörnpunkterna bildar ytans kanter och höm.

Med en plan polygon yta menas en yta där polygonens hörn alla liggeri ett och samrna plan. Polygonytans kanter definieras som linjer mellan två hörn. 10 15 20 25 30 ÉSÛ1 820 Med en parametriskt beskriven yta menas en yta som kan beskrivas som en ftmktion P av två variabler u och v. I ett kartesiskt koordinatsystem kan koordinatpositionema för ytan representeras av den parametriska vektorfunktionen: P(u,v) = (X(u.v), y(u,v). z(u,v)) Parametriskt beskrivna ytor kan vara Bézerytor och Splineytor.

En linje representeras med dess två ändpunkter. En kurva representeras i parametrisk form, dvs av den envariabla parametriska vektorfunktionen P(u) som i ett kartesiskt koordinatsystem kan skrivas på formen: P(u) = (x(u). YUI), z(u)) T.ex. en cirkel i xy-planet med centrum i origo kan i parametrisk form beskrivas med följande funktioner. x(u) = r cos(21ru), y(u) = r sin(21tu), z(u) = O Där u kan anta värden mellan 0 och 1., Med föreliggande uppfinning erhålls utifrån en eller flera inlästa ytor tillsammans med andra numeriskt framtagna ytor, en komplett modell av en tandrestauration. Ytor, gränser och punkter i restautrationsmodellen kan exempelvis representeras med hjälp av nämnda representationsmodeller. Det finns ett flenal olika typer av tandrestaurationer.

De enligt föreliggande uppfinning erhållna mätvärdena representerade geometriska ytor och alla dess beståndsdelar, d.v.s. solider, delytor, kanter och punkter, kan i ett enligt föreliggande uppfinning utformat CAD system med nämnda representationsmodeller modifieras eller raderas.

Den genom mätförfarandet insamlade informationen kan användas till att skapa en hätta vars innerytor helt eller delvis stämmer överrens med den uppmätta tandens 2 överyta och sidoytor fig.1. Det är emellertid ofta intressant att, vid skapandet av hättan, tillåta en spalt mellan den uppmätta 501 šzo 8 10 15 20 25 30 tandens ytteryta och hättans inneryta. Av denna anledning fmns ett behov att modífiera den uppmätta informationen.

Modifiering kan vara translation, skalníng (förstoring eller förminsknin g) och/eller rotation. Modifiering kan också vara förändringar i vektorfunktionen på en parametriskt beskriven yta eller kurva.

Modifieiing kan vara en funktionsbetingad skalning av geometriska objekt En sådan funktionsbetingad skalning är Lex. om en inläst yta skall modifieras så att en spalt bildas i förhållande till den inlästa ytan om de båda ytoma passas mot varandra Vid preparationsgränsen 30 kan tänkas att spalten önskas vara lika med noll och därför skalas ytan successivt från preparationsgränsen till en viss sträcka ifrån preparationsgränsen, varifrån sedan resten av ytans punkter skalas lika mycket fig.5A, 5B. Om den skalade ytan passas mot originalet blir resultatet en spalt 36 som är jämntjock mellan större delen av ytoma ñg.5B och fig. 6B. Närmast preparationsgränsen 30 smalnar spalten av och vid preparationsgränsen är den noll. En annan form av funktionsbetingad skalning är ríktningsberoende skalning. En hätta till en krona 33 kan t.ex. förstoras med olika skalfaktoreri höjdled och radielled.

I ett enligt föreliggande uppfinning utformat dentalt CAD system kan det vara möjligt för operatören att markera vilken del av en inläst yta som en restauration skall passa mot. Gränsen på detta område är preparationsgränsen 30. Preparationsgränsen går även att få fram automatiskt ur datamängden om operatören har markerat prepaiationsgränsen innan inläsningen. Både ljuspunktens läge och dess intensitet detektems. Eftersom intensiteten varierar med mätytans färg och form, kan man detektera ett av operatören i förväg markerat område.

Restaurationens övriga ytor kan definieras av operatören. Dessa ytor möter och sammanfaller med hättans inneryta vid den av operatören utmärkta preparationsgränsen 30 på den inlästa ytan.

Operatören kan skala punktytan så att en spalt bildas till ursprungsytan om den transformerade ytan 32 passas ihop med den inlästa 31. Transfonnering skall 10 15 20 25 30 íeso1 820 kunna generera ytan så att spalten kommer på endera av den inlästa ytans två sidor. I en krona skall den transformerade ytan ornsluta den inlästa, i ett inlägg skall den transfonnerade ytan omslutas av den inlästa ytan.

Då prepamtionsgränsen är angiven eller framräknad är det möjligt att direkt utifrån den inlästa ytan, preparationsgränsen och med parametrar generera en modell av vissa typer av restaurationer, Lex. en hätta till en singelkrona.

Funktionen för att generera hättan kan vara parameterberoende så att modeller av hättor, enligt vissa standardiserade former, t.ex. med jämn tjocklek, kan skapas.

På liknande sätt kan modellskapandet av fasader och inlägg vara pararneterstyrt.

En modell av en restauration kan genereras genom inläsning av flera ytor, t. ex ett avtryck av en preparerad tand samt samma tand med en hätta på av ett formbart material, t.ex. vax . Om dessa två ytor orienteras över varandra kan hättans form och volym definieras av de två inlästa ytoma. Skärningskurvan är preparations gränsen. De punktrnätvärden som sålunda erhållits utgör en modell av den vaxade hättan.

En modell av ett inlägg kan t.ex. skapas genom att läsa in en gipsavgjutning av en preparerad tand med ett inlägg av vax eller liknade medium. Dessutom avläses ett avtryck eller gipsavgjutning av kaviteten. Med dessa båda ytor ihoppassade i preparationsgränsen skapas en modell av inlägget.

En modell genererad utifrån flera inlästa ytor kan sedan modifieras. Ena ytan kanske måste förändras för att få en spalt mellan restaurationsmodellen och den preparerade tandytan. Det kan finnas anledning att förändra restaurationsmodellens storlek.

Utifrån den färdiga modellen av restaurationen kan data genereras för att kunna tillverka en reell restauration, Lex. med en datorstyrd fräs. 501 šzo 10 15 20 30 10 Frarntagande av en restauration kan sålunda enligt en utföringsfonn av uppfinningen gå till så att: En avgjutning åstadkoms av den tand, i patientens mun, som ska åtgärdas.

Avgjumingens innerytor motsvarar därmed tandens ytterytor.

Avgjutningen kan användas för att skapa en tandmodell 2. Fig.1, ñg.2.

På tandmodellen 2 markeras preparationsgränsen 30 med en penna, om man vill att den skall kunna identifieras av systemet.

Tandmodellen fixeras i mätsystemet såsom beskrivits ovan och genom det optiska irrläsriingsfórfarandet såsom beskrivits ovan kan tandmodellen, och därmed tandens ytterytor 31, 30, 51 mycket noggrant avläsas i tre dimensioner. Fig. 9, ñg. 5A och ñg. SB.

De insamlade mätdata kan omvandlas till lägeskoordinater för ett så stort antal mät-punkter att tandens ytor med stor noggrannhet kan bestämmas.

Lägeskoordinatema lagras i ett minnesorgan.

Lägeskoordinatema används som utgångsvärden för att genom matematisk bearbetning beslcriva en andra yta 32 vars konturer motsvarar konturen hos tandens yta 31, ñg. SB.

En operatör kan påverka den matematiska bearbetnín gen exempelvis så att den andra ytan 32 hos hättan vid preparationsgränsen kan löpa samman med tandens ytteryta när hättan placeras över tanden.

Den konvexa ytterytan av hättan kan beskrivas genom angivande av ytterkoordinater. Dessa koordinater kan beräknas automatiskt och/eller erhållas genom att en operatör samverkar med ett CAD system. När ytterytan beskrivits så har därmed alla ytor hos hättan fastställts och genom att överföra de forrndata som beskriver den önskade hättan till ett rnjukvarustyrt bearbetningsorgan kan en lämplig hätta åstadkommas.

Bearbetningsorganet kan exempelvis utgöras av en datorstyrd fräs.

Ytterligare en utföringsforrn kan vara att mätobjektet 2 utgörs av ett avtryck av två eller flera tänder, genom att läsa in ett avtryck i taget och registrera avståndet mellan dem kan man åstadkomma en modell som bygger på hela det avgjutna partiet.

Claims (9)

10 15 20 25 :501 820 Patentkrav

1. Metod för att skapa en modell av en tandrestauration, varvid modellen beskriver ytor hos tandrestaurationen, innefattande steget att mäta en första objektyta (31) av ett mätobjekt (2), varvid mätobjektet (2) är en tand, ett avtryck av en tand eller en tandkopia, varvid mätningen av mätobjektets första yta innefattar mätning medelst optisk triangulering, känneteeknad av att markera utvalda ytor (30) på mätobjektet (2) så att de markerade ytomas reflektionsfaktor påverkas; att de medelst optisk triangulering erhållna mätvärdena bearbetas medelst en datorenhet (12) och att därmed första lägeskoordinater alstras, varvid de första lägeskoordinaterna beskriver punkter på den första objektytan (31, 51); att detektera intensiteten hos den från mätobjektet reflekterade ljusstrålen under imnätningen och att kombinera ljusintensitetsmätvärdena med de alstrade första lägeskoordinaterna för att fastställa de markerade ytomas läge; att andra lâgeskoordinater alstras genom matematisk bearbetning av de första lägeskoordinaterna, varvid de andra lägeskoordinaterna beskriver punkter på en första modellyta (32); att tredje lägeskoordinater alstras varvid de tredje lägeskoordinaterna beskriver punkter på en andra modellyta (43); och att bearbeta den insamlade informationen och därmed alstra en tredimensionell modell av tandrestaurationen.

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att konturen hos den första modellytan (32) orsakas att bero av och väsentligen överensstämma med konturen hos den första objektytan (31); att den första objektytan väsentligen sammanfaller med den första modellytan vid en preparationsgräns (30).

3. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att den markerade ytan (30) utgör preparationsgränsen (30). 10 15 20 25 30 501 ázo 12

4. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att utifrån den geometriska modellen genereras data för att tillverka tandrestaurationen i en datorstyrd fräs.

5. Anordning för att skapa en modell av en tandrestauration, varvid anordningen är anordnad att mäta en första objektyta (31) hos ett mätobjekt (2), varvid mätobjektet (2) är en tand, ett avtryck av en tand eller en tandkopia, varvid mätningen innefattar optisk triangulering, kännetecknad av att utvalda ytor på mätobjektet är markerade så att de utvalda ytomas reflektionsfaktor påverkas, och att anordningen innefattar en laser (7) som är anordnad att alstra mätpunkter (210) på den första objektytan (31, 51), samt att en ljuskânslig givare (10) är anordnad att i beroende av det från mätpunkterna (210) reflekterade laserljuset alstra mätvärden under förflyttning av mätobjektet och leverera mätvärdena till en datorenhet (12) som därur alstrar första lägeskoordinater, varvid de första lägeskoordinaterna beskriver punkter på den första objektytan (31, 51) och varvid givaren (10) vidare detekterar intensiteten hos den från mätobjektet reflektcrade ljusstrålen under inmätningen, så att de markerade ytornas läge kan identifieras.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att en rörelse mellan ljuspunkten (210) och mätobjektet (2) åstadkommes genom att mätobjektet (2) fixeras på ett rotationsbord (1), vilket i sin tur roterar proportionellt mot varvtalet hos en motor (17) och ges en stigning i Y-led genom att en skruv (16) som sitter på motoraxeln roterar i en mutter (15).

7. Anordning enligt krav 5, kännetecknar! av att inläsningen av mätobjektets (2) yta sker genom att en vinkel ß mellan laserstrålen (8) och ett horisontalplan varieras från 0 - 1800, varefter mätobjektet (2) roteras ett steg och proceduren upprepas tills dess att ytan är täckt.

8. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att en rörelse mellan ljuspunkten (13) och mätobjektet (2) åstadkommes genom att mätobjektet (2) är fast medan laser (7), linser (6, 9) och givare (10) är anordnade att rotera runt mätobjektet.

9. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att en rörelse mellan ljuspunkten (13) och " 501 820 13 mätobjektet (2) åstadkommes genom att mätobjektet (2) fixeras på ett rotationsbord (1), vilket i sin tur bringas i rotation med hjälp av en motor (17) och ges en stigning med hjälp av en annan motor.