WO2004044787A2 - Verfahren zur herstellung von zahnersatzteilen oder zahnrestaurationen unter verwendung elktronischer zahndarstellungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von zahnersatzteilen oder zahnrestaurationen unter verwendung elktronischer zahndarstellungen Download PDF

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WO2004044787A2
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    • G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a general three-dimensional electronic image of a tooth and a method for producing tooth models,
  • Tooth replacement parts or tooth restorations of teeth in need of repair or defect situations are required.
  • Dentist removes the caries and fills the hole with a filling material in the same session. This procedure is mainly used for smaller defects. For larger defects, you tend to use materials such as metal or ceramics etc. that cannot be made directly in the mouth. Also, the design of the occlusal surface in the mouth is rather problematic and difficult to carry out with larger defects. Therefore, at the dentist, after preparation of the tooth, a. Impression taken. This impression is placed in a dental laboratory and a plaster model is created. The corresponding zalin restoration or dental prosthesis can then be made taking into account the counter-toothing and possibly including the jaw movements in the form of articulators. This can e.g.
  • CAD / CAM technology is now seen as an alternative to conventional manufacturing, in which manufacturing is carried out with the support of computer processes of dental restorations and dental prostheses. Put simply, the process is divided into:
  • a second possibility consists in a further three-dimensional optical measurement either of the existing occlusal surface before the tooth is ground or an individually modeled occlusal surface with wax or plastic (e.g. Mattiola, A., Mörmann, WH and Lutz, F .: “Computer-aided occlusion of Cerec 2 inlays and overlays ". Switzerland Monthly Tooth ed 105: 1283-1290 (1995), Mehl, A., Gloger, W.,
  • Mean values, which can be taken from the literature, are also only length, width or similar linear measurements, which in no way can even describe a chewing surface for the computer-assisted reconstruction process.
  • AI discloses a method for computer-aided patient-specific representation and planning of dental and / or dental prosthetic work, in which a digitized image database is created with a large number of model tooth and jaw views, the model views showing objects which show healthy and dental illness findings, e.g. Include single teeth, the
  • Image database contains images of typical mouth regions. This procedure serves as a computer-aided expert system for the therapy planning and decision of dental treatments. This method is not suitable for the three-dimensional reconstruction of tooth defects, as is necessary in the CAD / CAM process for the manufacture of dental prostheses, since patient-specific findings data are not sufficient for the exact individual adaptation of the image databases.
  • the image database should also only provide typical standard forms for the planning discussion with the patient, a change through combinations of these data to a new representative data set is not made.
  • Rotation and control of the occlusal surface are provided to the opposite tooth.
  • the bumps can also be changed in their position. All of this is done interactively. Finally, the tooth restoration is milled.
  • dental prosthetic items are understood to mean parts or the entirety of total or partial prostheses (e.g. telescopic prosthesis, clamp prosthesis, interim prostheses etc.) or also implant structures, bridle restorations, telescopic crowns (primary and secondary parts), crowns, inlays, onlays and overlays and partial crowns. Tooth models are used as prosthetic teeth, as independent models, as
  • the invention provides methods for producing an electronic data record of an average tooth that can be used for the production of a tooth replacement part of a tooth restoration or a tooth model, as stated in claim 1.
  • the invention also provides a method for producing an electronic data record of a generic tooth model that can be used for the production of a tooth replacement part, a tooth restoration or a tooth model, as specified in claims 2 and 3.
  • the invention provides methods for producing tooth models, tooth replacement parts or tooth restorations, as specified in claims 4, 5, 9, 21, 22 and 26.
  • An electronic image of an average tooth obtained in accordance with the invention or the data set of a generic tooth model is particularly suitable as a starting point for the production of a Zalin replacement part, a tooth restoration or a tooth model, because the average tooth or more generally the generic tooth model data set in contrast to a conventional electronic tooth model is not based on more or less natural ideas of the author of the electronic tooth model, but is determined by real teeth.
  • the natural tooth shape expressed in the average tooth or generic Zahr model is the deciding factor and not a tooth model that has arisen from a human imagination.
  • the average data set or the generic Zahr model obtained according to the invention can be used as a starting point and these data sets can be adapted to the tooth to be repaired by adapting to remaining tooth surface parts of the tooth in need of repair or the remaining dentition situation by interactive intervention or by software-controlled automation these data records can be modified to the named
  • the method according to claim 2 and the method according to claim 1 further developing methods according to claim 3 provide that, based on a correspondence analysis, a main axis analysis and a linear combination are carried out in the manner described in these claims, from which a generic tooth model data set is created.
  • the frame can be defined within which one
  • Adaptation of the model data set to the electronic image of the residual structure of the tooth to be repaired is possible without moving away from the mold stock of natural tooth shapes.
  • the adaptation of the generic tooth model data set to the part of the tooth in need of repair can be done in an interactive manner or also fully automatically by means of software control and processing. If you control a numerically controlled machine according to a data set obtained in this way, a physical tooth part is obtained which is particularly close to the appearance of the former intact tooth surface of the tooth to be repaired comes, whereby this result can also be achieved in a comparatively simple manner for the dentist or dental technician.
  • the methods according to claims 1 to 5 deal with the creation of one or at least very less generic tooth model data sets or average teeth of a certain tooth type (e.g. OK-6s, or also large, medium and small OK-6s, etc.). These surfaces allow sufficient tooth-like reconstruction for many situations. Furthermore, the generic tooth model data record enables any change that is carried out on this surface under certain criteria (see below) to result in a natural chewing surface with a high degree of probability and that all possible approved variants of changes describe the entirety of almost all tooth morphologies occurring in nature , The number of adaptation variables is small and the reconstruction of tooth surfaces can be automated.
  • a certain tooth type e.g. OK-6s, or also large, medium and small OK-6s, etc.
  • This generic tooth model data set or the average tooth surface is generated using as large a number of data sets as possible of the same tooth type.
  • the electronic data records can be measured in two or three dimensions. Two-dimensional measurement goes e.g. with metric photography, three-dimensional e.g. with white light stripe projection etc., stereo photogrammetric methods would also be conceivable.
  • the tooth type can be molars, premolars, canines and anterior teeth.
  • the upper jaw (OK) -6, lower jaw (UK) -4, OK- etc. can also be used as a tooth type.
  • tooth types can be summarized in order to integrate or analyze the relationships between neighboring teeth. Information about the neighboring tooth could be used, for example, to select the tooth surface for the tooth in need of repair or for the defect situation.
  • the term tooth type includes one depending on Task very variable grouping options, which must be observed in the generality of the patent claims.
  • the respective data records must be referenced to one another in a first step (brought into the same coordinate system and aligned approximately uniformly) and correspondence established between the surface points of the one data record with the other data records.
  • These correspondences are e.g. between striking points and surface structures. This assignment can be done manually, by searching and assigning certain characteristic features (cusp shape, fissure course,
  • the data records of the measured tooth surfaces of a specific tooth type are brought into the same coordinate system in order to obtain the best possible basis for the automatic determination of the point of co-ordination. This can be done with matching routines by minimizing the distance error function, with rotation and translation parameters being determined. After the coordinate transformation has taken place, the correspondence analysis takes place. From the
  • Image processing modified algorithms for optical flow can be successfully applied here. Furthermore, by elastic registration or matching of certain features (fissures, cusp tips, cusp slopes, marginal ridges), correspondences can be formed between the individual tooth surfaces and mapping instructions can be found. At the end you get the assignment of many
  • Correspondences are linked by building up the correspondence from one tooth to another tooth, from this new tooth another correspondence to a third tooth etc.
  • a new average tooth can be calculated from the existing correspondence and as a starting point serve for the new correspondence analysis.
  • This can be achieved by an algorithm that automatically finds these correspondences without prior knowledge, as specified in claim 6.
  • One possibility is the method of optical flow (for any SD objects, other possibilities are also described in Shelton, C.R .: 3D Correspondence. Master Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1998).
  • Displacement field figuratively behaves like an elastic membrane: Between the clear correspondences, this membrane is almost not displaced while it is in between, i.e. in areas with unclear or weak correspondence, can relax almost freely. This can be calculated, for example, by minimizing an energy function that consists of a coupling of many springs between the individual surface points (approximation for the continuous elastic membrane).
  • the reference tooth can be represented as a vector in a 3n-dimensional space (n is the number of selected points lying on the tooth surface, ideally an equidistant grid will be used, the typical number of points can be used go from 10000-200000):
  • D l (x, + ⁇ x. ( ⁇ -,, y,), y, + ⁇ y. (X,, y,), z. (X, + ⁇ (x,, y,), y, + ⁇ . (x t , y,)), x 2 + Ax / (x 2 , y 2 ), y, + ⁇ .y / . (x 2 , y 2 ), z f (x 2 + ⁇ x ; (x 2 , y 2 ), y 2 + ⁇ y ; (x 2 , y 2 )), .. ⁇ n + A ⁇ l ( ⁇ deliberately. y «) »y « + A y, (»» y «).
  • the same vector coordinates, ie indices, also represent corresponding points between all teeth.
  • the entirety of the m vectors that correspond to the m library teeth span a space that one referred to as the tooth space for the corresponding tooth type.
  • the average tooth D can now also be calculated from the individual reshaped library teeth D:
  • this average data record is made available as an average tooth of a certain group of teeth (tooth type) (FIG. 9).
  • the vector space can be shifted so that the mean value is 0. This is obtained by forming the difference between the individual tooth vectors and the average tooth. The resulting difference vectors can then also by
  • Teeth is shifted so that the mean is 0.
  • the mean values of the main axes are 0.
  • the average tooth D is subtracted from each tooth vector D and a new one
  • the following properties result:
  • the eigenvalues ⁇ k correspond to the variances in the direction of the main axis P k
  • the sum of the eigenvalues ⁇ k corresponds to the sum of the variances of ⁇ , ie the total variance of ⁇ . Since a mean shift has no influence on the variance of the values, the sum of the eigenvalues ⁇ k corresponds to the total variance of D. 3.
  • the proportion of a main component P k in the total variance of the data sets is given by:
  • any linear combination according to (Eq. 1) or (Eq. 2) will describe a tooth.
  • a tooth data set which is generally generated by a linear combination of main axes and possibly addition of average tooth, is referred to in this patent specification as a generic tooth model data set or as a generic tooth model with regard to the tooth type under consideration. Synonymous with this and in the abstract sense, the generic tooth model data set or the generic tooth model with regard to the tooth type under consideration is also understood in this patent specification as a combination of Data records of the selected main axes and possibly the average tooth.
  • Combination can be physically e.g. imagine either as individual records that are linked by links or references, or by merging into one large record. If a representation of this generic tooth model or generic tooth model data record is now desired, only the special ones need to be
  • the generic tooth model or the generic tooth model data record (hereinafter also abbreviated partly as “generic tooth”) thus represents a kind of mathematical description of the entire tooth space of the corresponding tooth type.
  • the reconstruction process for the tooth in need of repair or the defect situation can be carried out by means of the average tooth or the generic tooth model and also largely automated.
  • Reconstruction means the complete or at least partial restoration of the missing outer shell of the tooth in need of repair or the defect situation.
  • the tooth in need of repair can be inlay, onlay, overlay, partial crown, crown, bridge preparations etc.
  • the defect situation involves filling areas with missing teeth, e.g. Bridge pontics, implant abutments or parts of partial or full dentures.
  • residual dentition situation refers to the measured information (in particular data records) of prepared tooth or teeth (tooth or teeth in need of repair) or defect situation and the additional optional inclusion of measured information of the residual tooth substance, the opposing jaw, the functional and static / occlusal bite registration, the neighboring tooth / teeth and / or the
  • opposing tooth is synonymous with the technical term antagonist. In this patent, however, parts of the
  • the parameters (linear factors) of the main axes are also optimized so that the insertion of the generic tooth, which has been changed in accordance with the parameters, takes place as well as possible. Additional conditions can optionally be built into this process, such as limiting the size of the parameters so that the result is not far outside the tooth space, or the condition that the counter-purchase surface or functional register may not be penetrated but touches at the contact points. Quality parameters such as minimum layer thicknesses for a material or load-optimized surface design can also be taken into account.
  • Optical flow procedures can be performed. Another possibility is matching with optimization of the parameters according to a quality function (e.g. distance function). It is again crucial that the tooth is not deformed in any way, but stays along the main axes and thus in the area of the shape of natural teeth.
  • a quality function e.g. distance function
  • the generic occlusal surface and data records of the defect situation or the tooth in need of repair will not be in the same coordinate system. Therefore, in addition to the parameters along the main axes (linear factors), at least the rotation and translation must also be determined for the generic occlusal surface.
  • the properties of the generic tooth surface provide the best possible starting conditions for the reconstruction of tooth surfaces.
  • the task is to determine the parameters (linear factors) -., So that the resulting
  • Linear combination i.e. new purchase surface
  • This is done e.g. by minimizing an error function.
  • a further optimization of the adaptation consists in only permitting those linear combinations that have a very high probability, i.e. prefer the most typical tooth shapes of the tooth space. This is said to result in high
  • Probability lies in the convex envelope of the tooth data.
  • the chewing surface sought should have the highest possible probability in the area of the tooth surfaces, i.e. their shape should be as typical as possible for one
  • the measured points can have measurement errors (eg due to measurement or by clicking). So that a measurement or processing error when selecting the If the occlusal surface is not weighted excessively, a probability for a measuring point will also be taken into account here, depending on the noise or sources of error.
  • the optimal generic tooth surface determined will fit very well into the existing residual dentition situation.
  • the remaining dentition situation is the measured information (especially data records) of the prepared tooth including residual tooth substance, opposing jaw, functional and static bite registration, neighboring teeth and / or the gum line and alveolar ridge.
  • residual tooth substance especially residual tooth substance, opposing jaw, functional and static bite registration, neighboring teeth and / or the gum line and alveolar ridge.
  • Claim 9 includes the entire manufacturing process from measurement to production.
  • the implementation variants listed above can be used here analogously. From the description and the drawings, a person skilled in the art can derive further variants, which are not listed individually here, so that these too are included in the
  • Patent specification can be considered to be fully included.
  • Claim 14 relates explicitly to the consideration of functional and / or static or occlusal bite registries.
  • a great advantage of the entire occlusal surface adjustment by means of a mathematical or electronic procedure is that you no longer have to take the entire manufacturing chain from taking an impression of the opposing jaw, producing a plaster model of this opposing jaw, articulating the opposing jaw and assigning it to the sawn or preparation model, to determining and adjusting the TMJ parameters, etc. must perform.
  • the alternative here is the direct impression of the opposing jaw situation by means of bite registration in the mouth.
  • the static bite registration sometimes also referred to as the occlusal bite registration, is obtained by inserting impression material into the desired location by biting the patient and biting his teeth until the material bites sets. One gets about the jaw movements
  • Boundary lines and construction instructions where contact points could be and where the reconstructed tooth surface must not be expanded, or which may be the highest points.
  • this information is used for correspondence and thus for a more precise adaptation of the average tooth or the generic tooth.
  • this information can be included in the optimization or minimization process in the form of boundary conditions. This condition could be, for example: Contact points are points of contact (interpolation of the point with a second derivative equal to 0) with the bite registration, while the remaining areas must not be touched by the reconstructed surface.
  • Claim 16 describes a possibility of automating the contact point formation with the opposing tooth (antagonist).
  • the static (occlusal) bite registration with the functional bite registration, both of which were taken from the patient for the corresponding situation as described above and which are located in the same coordinate system (referenced) as measured data records, are the areas in which the one bite registration is one short distance from the other bite registration or both touch, especially excellent. These areas represent the possible candidates for contacts with the antagonists; there cannot be any contact points in the other areas. If you know where the corresponding contact points are on the generic tooth surface or on the average tooth, you can largely automate the optimization of the linear factors.
  • the measured information of the neighboring teeth is also included for the approximal surface design (e.g. position of the approximal contact, extension, etc.) and for the selection of correspondence points or structures (e.g. marginal ridges, dryness of the occlusal surface, etc.).
  • correspondence points or structures e.g. marginal ridges, dryness of the occlusal surface, etc.
  • individual points e.g. contact points
  • shape and structure of the opposing tooth for the opposing tooth for the approximal surface design
  • Correspondence formation is used and the selection of the most suitable tooth surface for the reconstruction of the tooth in need of repair or defect situation is carried out.
  • the information of the corresponding symmetrically opposing tooth could also be used, since it is often assumed that these tooth shapes are only mirror images, but are otherwise very similar.
  • this claim includes the possibility of correlating the relationships found between the neighboring teeth of the same patient from the main axis analysis or correspondence analysis (for example when producing the generic tooth model of adjacent teeth) from the information of the neighboring tooth / teeth to close the outer shell to be supplemented or at least parts of this outer shell.
  • One possibility is to optimize the parameters of the combined generic tooth model data set when adapting to the neighboring tooth / teeth, the tooth surface to be reconstructed being changed accordingly at the same time.
  • the same procedure is also used for the opposite tooth or the symmetrically opposite one
  • Imaging, lighting, rendering and / or projection functions infer the three-dimensional structure (see e.g. Blanz, V., Romdhani, S .: Face Identification across different poses and illuminations with a 3D capable model. Proc. Int. Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, 202-207, 2002) and use them for the reconstruction.
  • Measurement is that you can easily e.g. can use an intraoral camera or a camera on the patient to create this image or data records.
  • Claim 18 describes that necessary adjustments are still made if there are still defects and interferences after calculation of the most suitable generic tooth or average tooth. These can be small steps or gaps in the transition to the residual tooth substance, too high places that penetrate the bite registration or the neighboring tooth, still missing contact points etc.
  • methods are available that ensure that the changes are locally limited and as small as possible and at the same time result in a smooth and smooth transition to the unchanged areas. This can be done by known deformation and / or Mo ⁇ hing methods.
  • missing areas such as approximal areas, oral and vestibular areas may have to be added. The possible methods for an automated addition to these areas are described below. Overall, these processes can take place automatically or interactively.
  • the dentist or dental technician can optimize the design according to their own ideas. This option should generally always be implemented in processes for the production of dental prostheses or Zalm restorations.
  • various occlusion and functional concepts can be realized.
  • the generic tooth offers the possibility to decide virtually online which concept you want to use and where the contact points should be (Fig. 9-1 1). For example, either once for a specific user or laboratory that favors a particular concept, or before each new restoration, the desired contact points on the generic tooth are marked, the corresponding correspondence points on the bite registration / and or residual tooth substance or
  • Neighboring tooth as set out in claims 19 and 20.
  • a functionally designed natural occlusal surface is again obtained using the minimization process.
  • This procedure is only possible with generic teeth, because in the case of tooth libraries the best Zalm can only be selected if the corresponding reference points of all teeth have to be determined anew when the contact / functional situation changes, a complex undertaking with a high number of teeth.
  • only one model tooth is deformed, which is not generated on the basis of a generic tooth and the main component analysis was not carried out, there is no guarantee that the result will produce a harmonious, tooth-like result.
  • Tooth surface of less important or simpler parts include e.g. the occlusal surface, second the vestibular, approximal and oral surfaces of the teeth. This division allows you to limit yourself to the better adaptation of the more complicated surfaces from the dental library, while the outer surfaces are automatically supplemented and reconstructed. For the outside areas, the information is only sufficient
  • Construction points (Fig. 8 and 16).
  • One way of implementation is the calculation of Bezier, Nurbs or B-spline surfaces, which connect smoothly and continuously to the corresponding parts of the preparation margin and the boundary of the inserted library data set and thereby the construction points (such as approximal contact, bulge of the vestibular or oral surface).
  • Claim 42 specifies this method.
  • Claim 23 specifies how this tooth library can be constructed. It makes sense to have a structure in which each tooth data record is assigned a data record, either by referencing or by appropriate naming, which contains the type and the features that are to be taken into account for the selection. In addition, the library is said to consist of tooth surfaces that come from natural caries-free and intact teeth.
  • the most general form of the tooth library contains all possible natural and artificial tooth forms. It makes sense to divide the tooth library into groups with different tooth types. This sub-grouping according to the tooth type can be, for example, molars, premolars, canines and anterior teeth.
  • the OK-6er, UK-4er, OK- l he etc. stand. It is also possible to differentiate by age and abrasion, by gender, by ethnicity, by size of teeth, by physiological peculiarities, etc. For example, groups OK-7s aged 50-60 years, 0K-6s with and without Tuberculum Carabelli , UK-3s represent an example of a tooth type in female persons.
  • the term tooth type includes one depending on
  • the task is very variable.
  • Claim 24 describes a method in which one takes into account the factor age or degree of abrasion when creating the generic tooth model data set, with tooth library surfaces of a specific tooth type being present in all age and abrasion levels, and the or the combinations of linear factors and main components that are identified describe this factor, uses it to optimally adjust the abrasion for the respective remaining bit situation.
  • Claim 25 shows a new possibility of producing tooth restorations, in which a proposal for the possible localizations of all points of contact with the opposite tooth / counter-toothing (i.e. the points of contact with the opposite jaw) is automatically determined.
  • a functional bite registration and a static or occlusal bite registration are measured, the data records are referenced in the same coordinate system so that it corresponds to the situation on the patient or on the model and then all areas or points that are very close to one another Have registered, filtered out. It is crucial that no contact point can and must not lie outside these areas. Therefore, even the contact point design could be automated or at least significantly simplified.
  • Claim 27 includes a method in which the data sets of the average tooth, the generic tooth data set, the reconstructed tooth replacement parts, the tooth restorations or the tooth models are prepared by smoothing (filtering) or special adaptation to the tool or machining geometries for the manufacturing process. This also includes milling radius constructions etc.
  • Claims 30 and 31 describe devices which make it possible for the linear factors of the at least most important main components for the generic tooth model data set to be changed directly and interactively by a control device. At the same time, the impact of this change can be viewed and analyzed in a graphic representation. A form of configuration can be seen in FIG.
  • the mentioned devices can e.g. are used to give the dentist or dental technician the opportunity to interactively use their own tools instead of automatic reconstruction and optimization
  • Claims 32 to 35 describe possible methods with which the entire occlusal surface reconstructions can be carried out without having to explicitly cut out or particularly mark the residual tooth substance. Rather, the complete data set of the tooth in need of repair is used (FIG. 12). By clicking on a few starting values (correspondence points) on the residual tooth substance, a proposal is offered, on the basis of which only those correspondence points that are below a certain level are considered for the further iteration or adaptation process Distance between the proposed tooth surface and the tooth in need of repair (Fig. 12). The distance threshold can also be varied or adapted adaptively. It is therefore highly likely that points in the cavity or on the ground areas of the tooth surface will not be taken into account during the reconstruction or will not be significant due to the small number.
  • the preparation line can be automatically supplemented.
  • the search is carried out for areas in which there is a transition from smaller distance values (areas where there is still residual tooth substance; here the reconstructed occlusal surface usually shows slight deviations) to areas with larger distances (areas where the Tooth ground or tooth substance removed) occurs.
  • the preparation margin or at least parts of it also lie in these transition areas (FIG. 13).
  • This procedure can be further improved if one searches for the areas of greatest curvature on the surface of the data record of the tooth in need of repair in these areas and connects these areas of greatest curvature in these areas to form a line (e.g. FIGS. 14 and 15). This means that a fully automated process is conceivable, from reconstruction to preparation margin preparation. However, this can also be used advantageously as support and submission of suggestions for further interactive postprocessing by the user.
  • a connecting line is integrated in space.
  • the connecting line is projected onto the surface so that points can be obtained from the measured tooth whether it is flat (Fig. 14). It is crucial that the projection direction can be selected differently for certain section areas or for each section.
  • the connecting lines can be spline or parabolic segments in addition to straight lines. Even after projection onto the surface, spline segments or the like can still smooth out any jagged or noisy curves.
  • a particularly useful variant is to look for places with the largest curvatures near or between the clicked points. Due to the procedure for preparing and grinding a tooth for restoration, these are the places where the preparation margin should be.
  • the operator can control the result or the necessary interactions, which should always be possible for the dental technician or dentist Visualization with 3D glasses or 3D monitors, etc. This is more familiar to the inexperienced operator.
  • FIG. 3 shows the tooth according to FIG. 1 with neighboring teeth (top) and additionally with a refracted bite registration (bottom);
  • FIG. 4 shows the tooth according to FIG. 1 with bite registration and selected cross-tolerance points
  • FIG. 5 shows a tooth surface selected from a tooth library on the basis of the contact points
  • FIG. 6 rotated representation of the situation according to FIG. 5 with recognizable defects; 7 fitted and completely supplemented zalin restoration;
  • FIG. 8 fitted tooth surface for crown preparation with the drawing of interpolation points for the reconstruction of the still missing outer surfaces
  • Fig. 9 shows an example of a generically generated tooth whether it surface with Konespo ⁇ denz Vietnamese
  • FIG. 11 tooth in need of repair with bite registration and with the correspondent points corresponding to FIG. 9;
  • 17 shows an example of a tooth restoration produced in a machine according to the method of the generic tooth model
  • 18 shows an example of a control device for changing the linear factors and the simultaneous display of the changes
  • 19 shows a flow chart for the creation of an average data record or a generic tooth model data record
  • FIG. 21 is a continuation of the flow diagram of FIG. 14 for a reconstruction of an outer shell
  • Fig. 1 Shows a three-dimensionally measured tooth in need of repair as a height data record.
  • Fig. 2 shows a bite registration referenced to a tooth in need of repair.
  • This bite registration contains information on the antagonist. This can be either a static bite registration and / or a functional bite registration and / or the opposing row of teeth. It is only important that this information is referenced in the same coordinate system as the tooth.
  • Fig. 3 shows the same situation as in Fig. 2, but with neighboring teeth (top) and an additional bite registration (bottom).
  • the entire arrangement represents the residual dentition situation.
  • the neighboring teeth for example, provide the information for the mesial-distal expansion of the reconstructed outer shell.
  • the Neighboring teeth a selection for the tooth surface (outer shell) are made, which are suitable for the reconstruction in the corresponding situation.
  • the tooth surfaces can be optimally adapted either from the library or by means of the generic tooth with main components by correspondingly minimizing an error function become. Instead of the point markings, you can also select larger areas, such as Residual tooth substance and / or contact surfaces, on the basis of which the tooth surfaces are adapted by matching or optical flow. In a further embodiment of the invention, the locations of possible contact points can also be determined automatically by comparing the functional bite registration and the static (occlusal) bite registration.
  • FIG. 5 shows a chewing surface selected from the library and transformed into the position or a generic chewing surface adapted to the situation by optimizing the linear factors of the main components. In both cases you get a relatively good result, which has to be adapted to the edges and the counter teeth by deformation.
  • an adaptation of occlusal surfaces provides missing gaps in the area, especially below the tooth equator, depending on the remaining tooth substance. These gaps still need to be closed.
  • Adaptation of occlusal surface and outer surfaces makes sense.
  • parameters in the edge area are treated separately from parameters in the occlusal area, and thus better adaptation is ensured in the individual areas.
  • the process of supplementing the occlusal surfaces can be carried out automatically.
  • the entire outer contour (outer shell) of the tooth is obtained after adapting to the edge / opposing tooth and supplementing the missing surfaces.
  • the smooth transition in the edge areas is important.
  • Fig. 8 If there is little or no residual tooth substance (e.g. crown preparations), the missing outer surfaces are added over the entire circular area. It makes sense to specify a few construction points. The addition will usually be automated. The further requirement is a smooth transition in the edge areas.
  • residual tooth substance e.g. crown preparations
  • FIG 9 shows an example of a generically generated tooth surface. Here it is e.g. by an average tooth, which was calculated from 200 young, intact first maxillary polaris (OK-6s).
  • Fig. 10. and 1 1 The generic occlusal surface with the main components can in turn be adapted to the residual dentition situation by using the residual tooth substance (Fig. 10) and / or by selecting certain points on the bite registration (Fig.l 1) and / or neighboring teeth etc ..
  • the generic tooth model data set can be used to select specific contact and feature points or structures directly before the calculation and design, since it is sufficient to mark these points on the generic tooth.
  • each individual tooth would have to be provided with the new feature points. This also allows a quick change depending on the situation in order to implement different occlusion and foam concepts.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, bei dem zur Rekonstruktion eines reparaturbedürftigen Zahnes oder einer Defektsituation zumindest Teile der fehlenden Aussenflächen der Zahnersatzteile oder Zahnrestaurationen durch Optimierung eines generischen Zallnmodelldatensatzes des gewünschten Zahntyps an die vorhandene Restzahnsubstanz und/oder Gegenbezahnung und/oder Nachbarzahnsituation und/oder Bissregistrate so ergänzt werden, dass die Linearfaktoren zumindest der wichtigsten Hauptkomponenten, wobei diese Komponenten durch Hauptachsenanalyseverfahren aus den elektronischen Datensätzen einer grösseren Anzahl vermessener Zahnoberflächen ermittelt wurden, so variiert werden, dass die gewählten Optimierungskriterien durch Minimierung einer Fehlerfunktion erfüllt werden, und nach erfolgter Anpassung an die Restgebisssituation und Fertigstellung des Datensatzes das rekonstruierte Zahnersatzteil oder die rekonstruierte Zahnrestauration in einer Maschine angefertigt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen unter Verwendung elektronischer Zahndarstellungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines allgemeinen dreidimensionalen elektronischen Bildes eines Zahns und ein Verfahren zur Herstellung von Zahnmodellen,
Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen reparaturbedürftiger Zähne bzw. Defektsituationen.
Für die Versorgung von Zahndefekten stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Eine Möglichkeit ist die direkte Applikation von Füllungsmaterial im Mund, d.h. der
Zahnarzt entfernt die Karies und füllt das Loch in der gleichen Sitzung mit einem Füllungsmaterial. Diese Vorgehensweise wird vor allem bei kleineren Defekten gewählt. Für größere Defekte greift man eher auf Materialien wie Metall oder Keramiken etc. zurück, die nicht direkt im Mund angefertigt werden können. Auch ist die Kauflächengestaltung im Mund bei größeren Defekten eher problematisch und schwer durchzuführen. Daher wird beim Zahnarzt nach erfolgter Präparation des Zahnes eine . Abformung durchgeführt. Diese Abformung wird in ein zahntechnisches Labor gegeben und ein Gipsmodell erstellt. Unter Berücksichtigung der Gegenbezahnung und eventuell unter Einbeziehung der Kieferbewegungen in Form von Artikulatoren kann dann die entsprechende Zalinrestauration oder Zahnersatzteil angefertigt werden. Dies können z.B.
Inlays, Onlays, Teilkronen, Kronen, Brücken, Teleskopkronen, Teilprothesen etc. sein. Die Herstellung einer solchen Restauration ist allerdings sehr aufwendig. Nach der Abformung und Gipsmodellherstellung mit Zuordnung des Gegenkiefers erfolgt das Aufwachsen bzw. Sintern, Einbetten, Gießen oder Pressen, Ausarbeiten, Aufpassen und Polieren. Die hohe Anzahl der Schritte und die beschränkten technischen Möglichkeiten im zahntechnischen Labor führen dazu, dass zum einen sich Verarbeitungsfehler einschleichen können und die Materialqualität der fertigen Versorgung nicht optimal ist und zum anderen nicht alle Materialien gefertigt werden können (z.B. Hochleistungskeramiken). Zusätzlich führt der hohe Arbeitsaufwand auch zu hohen Kosten.
Als Alternative zur konventionellen Herstellungsweise wird inzwischen die CAD/CAM- Technologie gesehen, bei der mit Unterstützung von Computerverfahren die Anfertigung von Zahnrestaurationen und Zahnersatzteile durchgeführt wird. Vereinfacht gesprochen gliedert sich der Prozeß in:
1. dreidimensionaler Datenerfassung der Präparation bzw. mehrere Präparationen 2. Erzeugung eines CAD-Datensatzes der Zahnestauration, d.h. Konstruktion bzw
Berechnung der Außenhülle und/oder interaktive Modellation der Außenhülle am Bildschirm 3. Bearbeitung des fertigen CAD-Datensatzes in einer computergesteuerten Fräs- bzw. Schleifmaschine (z.B. CNC) oder Rapid-Prototyping. Systemen.
Der Vorteil eines solchen Verfahrens liegt auf der Hand:
1. Kostenersparnis durch Automatisierung und damit Zeitersparnis
2. Verwendung industriell gefertigter Materialien. Diese können unter optimaleren Bedingungen als im Labor gesintert, gegossen etc. werden und weisen daher bessere Materialeigenschaften auf. Speziell für Keramiken und Titan sind diese Vorteile bereits eingehend untersucht worden.
3. Zahnersatz wird mit gleichbleibender Qualität produziert. Es kommt zu keinen Schwankungen durch Verarbeitungsfehler wie bei konventionellen Herstellungsprozessen.
4. Völlig neuartige Materialien wie Zirkonoxid-Keramiken etc, die bisher im konventionellen zahntechnischen Prozess nicht oder nur mit hohem Aufwand zu bearbeiten waren, lassen sich mit dem CNC-Verfahren anfertigen.
Einige Systeme sind bereits im Einsatz. Eine aktuelle Übersicht ist zum Beispiel der Ausgabe der ZWP (Dez. 2001, Mehl) zu entnehmen. Des weiteren werden in den Patentschriften US 5217375, EP 0643948, EP 0634150, EP 0913130 A2 und WO 0239056 solche Systeme bzw. einzelne Aspekte solcher Systeme beschrieben.
Ein Problem, das bisher nicht gelöst wurde, ist die möglichst automatisierte Herstellung von Zalmrestaurationen, die bereits eine Kaufläche aufweisen, die allen funktioneilen und morphologischen Kriterien einer Kaufläche entspricht und optimal an die Gegenzahnsituation angepasst werden kann. Bei den meisten Systemen ist zur Zeit nur die Herstellung von Gerüsten möglich. Ähnlich der konventionellen Vorgehensweise, bei der man z.B. ein Metallgerüst mit Keramik oder Kunststoff verblendet (gilt auch für andere Materialien wie spezielle Keramik- oder Kunststoffgerüste), wird das Grundgerüst im CAD/CAM-Prozess erstellt und anschließend zumindest Teile der Kaufläche und noch fehlende Außenflächen konventionell mit Keramik, Komposit etc. verblendet. Diese Gerüste können z.B. in der CAD-Software (Konstruktionssoftware) durch Vergrößerung der Präparation bzw. Berechnung einer Oberfläche, die in einem bestimmten, wählbaren Abstand (=Schichtstärke des Gerüstes) zur Präparationsoberfläche liegt, erreicht werden.
Zusätzlich ist noch die Einbeziehung von „Ausbuchtungen" und „Deformationen" möglich. In EP 0913130 A2 ist mit Fig.13b solch ein Vorgehen zu sehen. Ein weiteres Beispiel ist in EP 06 43 948 AI beschrieben.
Für die automatische Generierung einer Kaufläche, die nach allen gewünschten Kriterien und Anforderungen an eine gute Zahnrestauration bzw. Zahnersatzteil gestaltet ist, ist noch kein Verfahren vorhanden. Dies wäre jedoch von besonderer Bedeutung, da damit die Einsatzfähigkeit und die Kosteneffizienz eines CAD/CAM-Systems gesteigert und damit vor allem die CAD/CAM-Technologie überhaupt im großen Rahmen in der Zahnmedizin etabliert werden kann. Gleichzeitig muß mit diesem Verfahren auch die
Möglichkeit bestehen, den berechneten Zahnersatz in einer Maschine anfertigen zu können.
Verschiedene Verfahren zur Kauflächengestaltung werden in der Literatur und in den Patentschriften beschrieben. Für die Rekonstruktion von Inlay-Flächen werden sowohl die Linearmethode als auch verschiedene Extrapolationsmethoden beschrieben (Mattiola, A., Mörmann, W.H. und Lutz, F.: "Computerunterstützte Okklusion von Cerec 2 Inlays und Overlays". Schweiz Monatsschr Zahnmed 105:1283-1290 (1995); Kunzelmann, K- H., Mehl, A., Pelka, M.: Automatische Rekonstruktion von Kauflächen computergenerierter Restaurationen. Zahnärztl Welt/Rundschau 102, 695 - 703 (1993)).
Bei der Linearmethode werden gegenüberliegende Punkte der Kavitätengrenze (meistens in oro-vestibulärer Richtung) einfach durch eine Gerade verbunden und so der Defekt aufgefüllt. Bei der Extrapolation wird die Steigung (Gradient) der noch vorhandenen Restzahnsubstanz in den Defekt hinein fortgesetzt und so die Oberfläche rekonstmiert. Es ist offensichtlich, das mit dieser Vorgehensweise nur angenähert etwas kauflächenähnliches entstehen kann. Die Einbeziehung moφhologischer Kriterien und die Gegenbezahnungssituation ist nicht möglich. Gleichzeitig ist dieses Verfahren nur für relativ kleine Defekte geeignet.
Eine zweite Möglichkeit besteht in einer weiteren dreidimensionalen optischen Vermessung entweder der vorhandenen Kaufläche, bevor der Zahn beschliffen wird, oder einer individuell mit Wachs oder Kunststoff modellierten Kaufläche (z.B. Mattiola, A., Mörmann, W.H. und Lutz, F.: "Computerunterstützte Okklusion von Cerec 2 Inlays und Overlays". Schweiz Monatsschr Zahn ed 105:1283-1290 (1995), Mehl, A., Gloger, W.,
Hickel, R.: Erzeugung von CAD-Datensätzen für Inlays und Kronen mit funktionellen Kauflächen. Dtsch Zahnärztl Z 52, 520-524 (1997)). Durch Anklicken oder Auswahl von Referenzpunkten an den Nachbarzähnen kann die Präparations- und die Kaufläch enmessung zueinander positioniert und die vollständige Restauration ergänzt werden. Hier muß allerdings eine Wachsmodellation manuell erstellt werden, so dass der
Vorteil der Automatisierung durch das CAD/CAM-System nicht mehr gegeben ist. In den meisten Fällen bei der Versorgung eines Zahnes wird die Ausgangskaufläche aufgrund vorhandener kariöser Defekte oder insuffizienter Versorgungen nicht verwendbar sein, so dass auch diese Möglichkeit nur für einen kleinen begrenzten Indikationsbereich beschränkt bleibt. Eine zusätzliche Möglichkeit wird in WO 0239056 vorgestellt. Hier wird ein Patientenarchivierungssystem z.B. Chipkarte für den Patienten, beschrieben, das beinhaltet, das Zahndaten gespeichert werden. Diese Zahndaten können dann zu einem späteren Zeitpunkt, wenn beim Patienten Versorgungen angefertigt werden, wieder verwendet werden und für die Rekonstruktion des Defektes dienen. Hier wäre jedenfalls gewährleistet, dass die ergänzte Kaufläche morphologisch und funktionell optimal dem gnathologischen System angepaßt ist. Allerdings muss man bei diesen Verfahren mit entsprechenden Vorlaufszeiten rechnen, so dass vorerst für die Versorgungen einer breiten Masse andere Verfahren herangezogen werden müssen.
Weitere Möglichkeiten im Zusammenhang mit der Einbeziehung von
Kauflächengeometrien in den CAD/CAM-Prozess werden in den folgenden Erfindungen beschrieben. Aus DE 198 38 239 AI sind Gruppen von Rohlingen für Dentalrestaurationen bekannt, die unterschiedlichen Zahntypen zugeordnet werden und deren Außengeometrien aus Mittelwerten, die einschlägigen Lehrbüchern entnommen werden, für den jeweiligen Zahntyp bestimmt werden. Dabei handelt es sich aber nicht um eine mathematische, für die CAD/CAM-Rekonstruktion von Zahnrestaurationen verwendbare Beschreibung von Zahnoberflächen, sondern nur um eine ungefähre Maximum -Minimum Abschätzung für die groben Außenmaße von Rohlingen, aus denen dann die gewünschte individuelle Zahnrestauration herausgefräst werden soll. Die
Mittelwerte, die aus der Literatur übernommen werden können, sind außerdem nur Längen-, Breiten- oder ähnliche lineare Messungen, die in keiner Weise auch nur annähernd eine Kaufläche für den computergestützten Rekonstruktionsprozess beschreiben können.
Aus DE 199 23 978 AI ist ein Verfahren zur computergestützten patientenspezifischen Darstellung und Planung zahnärztlicher und/oder zahnprothetischer Arbeiten bekannt, bei denen eine digitalisierte Bilddatenbank mit einer Vielzahl von Modellzahn- und Kieferansichten erstellt wird, wobei die Modellansichten gesunde und dentale Krankheitsbefunde aufweisende Objekte, z.B. Einzelzähne umfassen, wobei die
Bilddatenbank Abbildungen typischer Mundregionen beinhaltet. Dieses Verfahren dient als computergestütztes Expertensystem für die Therapieplanung und -entscheidung von zahnärztlichen Behandlungen. Für die dreidimensionale Rekonstruktion von Zahndefekten, wie es im CAD/CAM-Prozess zur Herstellung von Zahnersatz notwendig ist, ist dieses Verfahren nicht geeignet, da patientenspezifische Befunddaten nicht für die exakte individuelle Anpassung der Bilddatenbanken ausreichen. Die Bilddatenbank soll auch nur typische Standardformen für das Planungsgespräch mit dem Patienten zur Verfügung stellen, eine Veränderung durch Kombinationen dieser Daten zu einem neuen repräsentativen Datensatz wird nicht vorgenommen.
Aus EP 06 43 948 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dentalrestauration bekannt, bei dem eine selbstlernende Datenbibliothek von Zahnbasisformen zum Einsatz kommt. Die Vorgehensweise beschränkt sich dabei nur auf die Erstellung von Kronengerüsten und beinhaltet das Lernen nur solcher Parameter wie Schichtdicke, Lokalisierung und Dicke von Wölbungen, ungefährer Verlauf der Präparationslinie. Dieses einfache „Lernen" führt nicht zu mathematischen oder parametrischen Beschreibungen von Zahnoberflächen, die für die Rekonstruktion von individuellen Zahndefekten mit kompletter Außengeometrie wie anatomisch und funktioneil geformte Inlays, Onlays, Kronen und Brücken geeignet sind. Insbesondere kann hiermit auch keine Berücksichtigung der umgebenden Restgebisssituation wie Nachbarzähne und Gegenbezahnung stattfinden. Weiterhin wird hier nicht die von der Natur vorgegebene Form nachgebildet, sondern nur die auf der Erfahrung des/der Zahntechniker / Experten beruhenden physikalischen Konstruktionsparameter von Gerüsten ermittelt.
Aus US 52 57 203 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dentalrestauration bekannt, bei dem eine Datenbank standardisierter generischer Zahnforaien eingesetzt wird, wobei diese generischen Zahnformen typischerweise computerbasierte Darstellungen von standardisierten Gipsmodellen von Zähnen sind. Bei den in diesem Verfahren benutzten generischen Zahnformen handelt es sich nicht um rechnerisch oder algorithmisch aus einer Datenbank abgeleitete Zahnformen und damit nicht um im Sinne der vorliegenden Erfindung beschriebene generische Za nmodelle, sondern um standardisierte Gipsmodelle, die nur dreidimensional gescannt werden und dieser Datensatz für die Rekonstniktion verwendet wird. Der Nachteil ist auch hier, dass der Standardisierung kein allgemeingültiges Konstruktionsprinzip zu Grunde liegt und die Gestaltung nur auf der manuellen Geschicklichkeit und der Erfahrung einzelner Experten mit entsprechender Einschränkung der in der Natur vorkommenden Formvielfalt beruht.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Zahnrestaurationen wird in „Sauger, G., Designing a CEREC crown. In Cerec 10 year anniversary Smposium, ed. W.H. Mörmann.
Quintessence, Chicago, 1996" oder DE 19642247 beschrieben. Hier wird der Datensatz eines Modellzahnes an den präparierten Zahn angepasst und adaptiert. Im wesentlichen wird dieser Modellzahn entsprechend der mesial-distalen Ausdehnung des Defektes skaliert, translatiert und rotiert. Eine elastische Deformation kann das Ergebnis noch verbessern. Bei Saliger 1996 (s.o) wird eine anschließende interaktive Möglichkeit der
Rotation und der Kontrolle der Kaufläche zum Gegenzahn bereitgestellt. Zusätzlich können die Höcker in ihrer Position verändert werden. Dies erfolgt alles interaktiv. Zum Schluß wird dann die Zahnrestauration gefräst.
Das Problem bei all den erwähnten Vorgehensweisen liegt vor allem in folgenden Fakten begründet:
Kontaktpunkte zum Gegenzahn werden erst im nachhinein festgelegt, indem durch interaktive Verzerrungen die Anpassung erfolgt oder der Modellzahn solange verändert wird, bis Beriihrungen mit der Hülle vorliegen. Dies führt oft zu völlig zahnuntypischen Formen, da der Modellzahn von Anfang an nicht optimal in die Gesamtsituation angepasst wird. Es gibt keine automatisiertes Vorgehen für die Auswahl eines besten Modellzahnes (falls mehrere zur Auswahl stehen). Bis jetzt erfolgt das nur auf Grund visueller Regeln.
Die Arbeit und interaktive Veränderung am Monitor ist in ihrer Auswirkung im dreidimensionalen nur schwer vorstellbar und daher für einen mit der Computer-Arbeit weniger Erfahrenen nur nach langer Einübungszeit und täglicher Routine zu beherrschen. - Die Moφhologie der Nachbarzähne bzw. Antagonisten oder auch der entsprechende im gleichen Kiefer gegenüberliegende Zahntyp wird nicht herangezogen. Dies ist in manchen Fällen wichtig, um eine harmonische Eingliederung der Restauration in das Kiefersystem zu gewährleisten, Veränderungen des Modellzahnes durch Skalierung, Höckeφositionierung und interaktiven Deformationen müssen nicht unbedingt zu zahnähnlichen
Oberflächen führen.
Für alle interaktiven oder automatischen Anpassungen gibt es bis jetzt kein Verfahren, dass garantiert, dass nach Veränderung wieder eine einem natürlichen Zahn sehr ähnliche Kaufläche entsteht. Nachdem bis heute die Kriterien einer guten funktionell und statisch gestalteten Kaufläche wissenschaftlich noch nicht bekannt und auch nachgewiesen sind, muss die Forderung für jede Restauration lauten, dass sie möglichst nahe an natürliche Gegebenheiten und Formen angenähert wird, um so keine Langzeitschäden an den Zähnen, im Gewebe und im Gelenk zu verursachen.
Eine Überwindung vorausgehend angesprochener Probleme ist mit der vorliegenden Erfindung gelungen, welche die Herstellung von Zahnrestaurationen, Zahnersatzteilen oder Zahnmodellen mit Kauflächen und/oder Oberflächen, die einem natürlichen Zahn sehr nahe kommen und sich funlctionell und moφhologisch optimal in die Kiefersituation einfügen, ermöglicht, wobei der Herstellungsvorgang mehr automatisiert werden kann, d.h. mit wesentlich weniger Interaktionen und fehlerfreier, d.h. benutzerfreundlicher, ablaufen kann. Unter Zahnersatzteile versteht man in dieser Patentschrift Teile oder die Gesamtheit von Total- oder Teilprothesen (z.B. Teleskopprothese, Klammeφrothese, Interimsprothesen etc.) oder auch Implantataufbauten, unter Zalmrestaurationen Brücken, Teleskopkronen (Primär- und Sekundärteile), Kronen, Inlays, Onlays, Overlays und Teilkronen. Zahnmodelle werden verwendet als Prothesenzähne, als eigenständige Modelle, als
Bestandteile von Übungs-, Ausbildungs- und Anschauungsmodellen oder zur Darstellung in elektronischen Medien oder Printmedien. Abzugrenzen ist davon der Begriff des generischen Zahnmodells oder generischen Zahnmodelldatensatzes, wie er im Folgenden erklärt wird.
Die Erfindung schafft einerseits Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Datensatzes eines für die Anfertigung eines Zahnersatzteils einer Zahnrestauration oder eines Zahnmodells verwendbaren Durchschnittszahns, wie es in Anspruch 1 angegeben ist. Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Datensatzes eines für die Anfertigung eines Zahnersatzteils, einer Zahnrestauration oder eines Zahnmodells verwendbaren generischen Zahnmodells, wie es in Anspruch 2 und 3 angegeben ist. Des weiteren schafft die Erfindung Verfahren zur Herstellung von Zahnmodellen, Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, wie sie in den Ansprüchen 4, 5, 9, 21, 22 und 26 angegeben sind. Eine Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen elektronischen Bildes des Durchschnittszahns bzw. des Verfahrens zur
Herstellung eines elektronischen Datensatzes des generischen Zahnmodells ist in Anspruch 8 angegeben. Eine Verwendung einer numerisch gesteuerten Maschine zur Herstellung von Zahnmodellen, Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, indem die Maschine entsprechend mit einem erfindungsgemäß erhaltenen Datensatz gesteuert wird, ist in Anspruch 29 angegeben. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. In Anspruch 30 und 31 wird eine Vorrichtung zur Visualisierung, Anpassung und Justierung eines generischen Zahnmodelldatensatzes angegeben.
Ein auf erfindungsgemäße Weise erhaltenes elektronisches Bild eines Durchschnittszahns oder der Datensatz eines generischen Zahnmodells eignet sich besonders gut als Ausgangsbasis für die Herstellung eines Zalinersatzteils, einer Zahnrestauration oder eines Zahnmodells, weil der Durchschnittszahn oder noch allgemeiner der generische Zahnmodelldatensatz im Gegensatz zu einem herkömmlichen elektronischen Zahnmodell nicht von mehr oder weniger mit der Natur übereinstimmenden Vorstellungen des Autors des elektronischen Zahnmodells basiert, sondern von reellen Zähnen bestimmt ist.
Wenn man beispielsweise eine Restauration für einen reparaturbedürftigen Zahn unter Zuhilfenahme eines erfindungs gemäß erhaltenen elektronischen Durchschnittszahns bzw. generischen Zahnmodells herstellt, gibt die in dem Durchschnittszahn bzw. generischen Zahr-modells zum Ausdruck kommende natürliche Zahnform den Ausschlag und nicht ein menschlicher Vorstellung entsprungenes Zahnmodell.
Bei der Herstellung beispielsweise einer Zahnrestauration kann man den erfindungsgemäß erhaltenen Durchschnittsdatensatz bzw. das generische Zahr-modell als Ausgangsbasis nehmen und diese Datensätze unter Anpassung an bestehen gebliebene Zahnflächenteile des reparaturbedürfti en Zahns oder der Restgebisssituation an den jeweils zu reparierenden Zahn anpassen, indem per interaktiven Eingriff oder durch softwaregesteuerte Automatik diese Datensätze abgewandelt werden, um die genannte
Anpassung an die Zahnflächenreste des zu reparierenden Zahns oder der den zu reparierenden Zahn umgebenden Restgebisssituation vorzunehmen.
Besonders gute Ausgangsbedingungen erhält man für den generischen Zahnmodelldatensatz. Daher sehen das Verfahren gemäß Anspruch 2 und das Verfahren gemäß Anspruch 1 weiterbildende Verfahren gemäß Anspruch 3 vor, dass auf der Grundlage einer Korrespondenzanalyse eine Hauptachsenanalyse und eine Linearkombination in der in diesen Ansprüchen beschriebenen Weise durchgeführt werden, aus denen ein generischer Zahnmodelldatensatz erstellt wird. Mit Hilfe des generischen Zahnmodells lässt sich der Rahmen fest legen, innerhalb welchem eine
Anpassung des Modelldatensatzes an das elektronische Bild der Reststruktur des zu reparierenden Zahns möglich ist, ohne sich aus dem Formenvorrat natürlicher Zahnformen weg zu bewegen. Die Anpassung des generischen Zahnmodelldatensatz an den zu reparierenden Teil des reparaturbedürftigen Zahns kann auf interaktive Weise oder auch vollautomatisch mittels Softwaresteuerung und -Verarbeitung geschehen. Steuert man eine numerisch gesteuerte Maschine entsprechend einem auf diese Weise erhaltenen Datensatz, kommt man zu einem physischen Zahnteil, welches dem Aussehen der ehemaligen unversehrten Zahnfläche des zu reparierenden Zahns besonders gut nahe kommt, wobei man dieses Ergebnis auch auf für den Zahnmediziner oder Zahntechniker vergleichsweise einfache Weise erreichen kann.
Die Verfahren nach den Patentanspruch 1 bis 5 befassen sich mit der Schaffung einer oder zumindest sehr weniger generischer Zahnmodelldatensätze oder Durchschnittszähne eines bestimmten Zahntyps (z.B. OK-6er, oder auch großer, mittlerer und kleiner OK-6er, etc.). Diese Oberflächen erlauben schon für viele Situationen eine ausreichende zahnähnliche Rekonstruktion. Weiterhin ermöglicht der generische Zahnmodelldatensatz, das jede Veränderung, die unter gewissen Kriterien (siehe unten) an dieser Oberfläche durchgeführt wird, mit hoher Wahrscheinlichkeit wiederum eine natürliche Kaufläche ergibt und dass alle möglichen zugelassenen Varianten an Veränderungen die Gesamtheit nahezu aller in der Natur vorkommenden Zahnmoφhologien beschreibt. Die Anzahl der Anpassungsvariablen ist dabei gering und die Rekonstruktion von Zahnoberflächen kann automatisiert werden.
Die Erzeugung dieses generischen Zahnmodelldatensatzes oder der Durchschnittszahnfläche erfolgt dabei über eine möglichst große Anzahl von Datensätzen desselben Zahntyps. Im allgemeinen können die elektronischen Datensätze sowohl zwei- als auch dreidimensional vermessen sein. Zweidimensionale Vermessung geht z.B. mit der metrischen Photographie, dreidimensional z.B. mit Weißlicht-Streifenprojektion etc., auch Stereophotogrammetrische Verfahren wären denkbar. Zur Rekonstruktion von reparaturbedürftigen Zähnen und Defektsituationen benötigt man jedoch zumindest dreidimensional vermessene Datensätze. Beim Zahntyp kann es sich zum Beispiel um Molaren, Prämolaren, Eckzähne und Frontzähne handeln. Als Zahntyp kann aber auch der Oberkiefer(OK)-6er, Unterkiefer(UK)-4er, OK- ler etc. stehen. Möglich ist des weiteren eine Unterscheidung nach Alter und Abrasion, nach Geschlecht, nach Volkszugehörigkeit, nach Größe der Zähne, nach moφhologischen Besonderheiten etc, z.B. können die Gruppen OK-7er im Alter von 50-60 Jahren, OK-6er mit und ohne Tuberculum Carabelli, UK-3er bei weiblichen Personen, Unterteilung in große, mittlere, kleine 6er etc. ein Beispiel für einen Zahntyp darstellen. Auch können z.B. benachbarte Zähne zu einem
(kombinierten) Zahntyp zusammengefasst werden, um Zusammenhänge von Nachbarzähnen zu integrieren oder zu analysieren. Durch die Information des Nachbarzahnes könnte z.B. die Auswahl der Zahnoberfläche für den reparaturbedürftigen Zahn oder für die Defektsituation erfolgen. Der Begriff Zahntyp umfasst also eine je nach Aufgabenstellung sehr variable Gruppierungsmöglichkeit, was bei den Patentansprüchen in ihrer Allgemeinheit zu beachten ist.
Für einen bestimmten Zahntyp müssen die jeweiligen Datensätze in einem ersten Schritt zueinander referenziert werden (ins gleiche Koordinatensystem gebracht und ungefähr gleichmäßig ausgerichtet werden) und zwischen den Oberflächenpunkten des einen Datensatzes mit den jeweils anderen Datensätzen Korrespondenzen aufgebaut werden. Diese Korrespondenzen erfolgen z.B. zwischen markanten Punkten und Strukturen der Oberfläche. Diese Zuordnung kann manuell erfolgen, kann durch Suchen und Zuordnung von bestimmten charakteristischen Merkmal esstrukturen (Höckerform, Fissurenverlauf,
Randleiste etc. ) erfolgen. Wahlweise ist hier ein Prozeß vorzuziehen, der diese Korrespondenzpunkte -und/oder -Strukturen automatisch findet, da bis jetzt noch kein bewiesener metrisch erfaßbarer Sachverhalt vorliegt, welche wirklich die markanten Punkte bzw. Strukturen oder Eigenschaften eines bestimmten Zahntyps sind. Im Gegenteil, es gibt bis jetzt in der gesamten zahnmedizinischen Fachliteratur keinen
Hinweis auf eine nur annähernde mathematische Beschreibung von Zahnoberflächen, die in irgendeiner Weise für den CAD/CAM-Prozess geeignet wäre.
Als eine mögliche Implementierungsvariante hat sich folgendes Vorgehen als machbar erwiesen: Zuerst werden die Datensätze der vermessenen Zahnoberflächen eines bestimmten Zahntyps ins gleiche Koordinatensystem gebracht, um eine möglichst gute Ausgangsbasis für die automatische Koiτespondenzpunktbestimmung zu bekommen. Dies kann mit Matching-Routinen durch Minimierung der Abstandsfehl erfunktion erfolgen, wobei Rotations- und Translationsparameter ermittelt werden. Nach erfolgter Koordinatentransformation findet die Korrespondenzanalyse statt. Aus der
Bildverarbeitung können hier modifizierte Algorithmen zum optischen Fluß mit Erfolg angewandt werden. Weiterhin kann durch elastisches Registrieren bzw. Matchen von bestimmten Merkmalen (Fissuren, Höckerspitzen, Höckerabhängen, Randleisten) zwischen den einzelnen Zahnoberflächen Korrespondenzen gebildet und Abbildungsvorschriften gefunden werden. Am Schluß erhält man die Zuordnung vieler
Punkte durch Korrespondenzen zwischen allen Datensätzen.
Genauer wird dies im Folgenden anhand des Verfahrens des optischen Flusses spezifiziert. Ausgangsbasis sind m Bibliothekszahnflächen eines bestimmten Zahntyps, entnommen einer Zahnbibliothek, in der Form z . (x,y) , mit j = l,....m als Scandaten.
Genauso erlaubt sind parametrische Darstellungen z .(u,v) , mit u = u(x,y), v = v(x,y) .
Dies können z.B. Polarkoordinaten etc. sein. Beliebige komplizierte dreidimensionale Oberflächen mit Unterschneidungen können stückweise durch obige Funktionen angenähert werden. Im erweiterten Sinne sind für andere Verfahren auch beliebig dimensionale Beschreibungen von Zähnen erlaubt.
Ausgehend von einem Referenzzah zR (x,y) , mit R e {l,...,m } , wird mittels einer Korrespondenzanalyse zu jedem Punkt des Referenzzahnes der kon-espondierende Punkt auf der Kaufläche Zj (x,y) gesucht. Dies kann auch durch hintereinander geschaltetes
Verknüpfen von Korrespondenzen erfolgen, indem von einem Zahn ausgehend die Korrespondenz zu einem weiteren Zahn aufgebaut wird, von diesem neuen Zahn eine weitere Korrespondenz zu einem dritten Zahn etc. Zusätzlich kann vor jeder neuen Korrespondenzermittlung auch ein neuer Durchschnittszahn aus den vorhanden Korrespondenzen berechnet und als Ausgangsbasis für die neue Korrespondenzanalyse dienen. Insgesamt kann dies durch einen Algorithmus erreicht werden, der diese Korrespondenzen automatisch ohne Vorkenntnisse auffindet, wie in Patentanspruch 6 spezifiziert. Eine Möglichkeit ist das Verfahren des optischen Flusses (für beliebige SD- Objekte sind auch andere Möglichkeiten beschrieben in Shelton, C.R.: 3D Correspondence. Master Thesis, Massachusetts Institute of Technologie, 1998). Als
Ergebnis erhält man ein zu jedem Zahn z . (x,y) gehöriges zweidimensionales Vektorfeld v, (x,y) mit:
Figure imgf000014_0001
so daß zu jedem Koordinatenpaar (x,y) des Referenzzahnes zR (x,y) sich der korrespondierende Punkt des Zahnes z .(x',y') aus der Beziehung:
z .(x + Δxt (x, y),y + Δy (x,y)) ergibt. Bei Zahnoberflächen ist es sinnvoll, neben der Glattheit des Verschiebungsfeldes bezüglich der z-Koordinaten, auch die Glattheit bezüglich der Steigungen zu fordern, da Steigungen auch ein wesentliches Merlcmal der Kauflächen darstellen. Auch kann man bei der Vorgehensweise der Korrespondenzanalyse versuchen, nach jeder neuen Korrespondenzfindung diesen Datensatz zu den schon korrespondierenden Datensätzen hinzuzufügen und daraus eine neue Linearkombination suchen, die den nächsten Datensatz, der noch nicht korrespondiert, möglichst gut annähert. Diese neue Linearkombination kann dann zur automatischen Korrespondenzfindung herangezogen werden. So können iterativ alle Datensätze in Korrespondenz gebracht werden.
Nachdem nicht alle Punkte einer Oberfläche eindeutig den Punkten der anderen Oberfläche zugeordnet werden können, kann man fordern, dass sich das I
Verschiebungsfeld bildlich wie eine elastische Membran verhält: Zwischen den eindeutigen Korrespondenzen ist diese Membran nahezu nicht verschieb lieh, während sie dazwischen, d.h. in den Bereichen mit unklaren oder schwachen Korrespondenzen, sich nahezu frei entspannen kann. Berechnet werden kann dies zum Beispiel durch Minimierung einer Energiefunktion, die aus einer Kopplung von vielen Federn zwischen den einzelnen Oberflächenp unkten besteht (Näherung für die kontinuierliche elastische Membran).
Eine interessante Erweiterung für die Berechnung des optischen Flusses besteht darin, dass man neben der 3D-Datenrepräsentation z(x,y) weitere Kriterien oder Oberflächenbeschreibungen für die Korrespondenzanalyse heranzieht, wie in Patentanspruch 7 ausgewiesen. Dies könnte zum Beispiel das Gradientenfeld (Steigungen) der Zahnoberfläche sein. Gradienten besclireiben bestimmte Merkmale wie Kanten, Ecken oder stärkere Änderungen auf der Oberfläche besser als die reinen Höhendaten. Indem man nun einen neuen Merkmalsvektor in mit
Figure imgf000015_0001
bildet und eine neue Norm für diesen Merkmalsraum einfuhrt:
= z2 (.τ, y) + ß - (Vz(x,y))2 wobei ß die Gewichtung des Gradientenfeldes im Verhältnis zum Höhenbild festlegt, so kann das Verschiebungsfeld v(x,y) = (Δx(x, y), Δy(x,y))τ für den Merkmalsvektor fh analog zu oben berechnet werden, wenn man die Normen j|m, ||~ und m, und die
jeweiligen Skalaiprodukte lm ,my) bzw. (mv , Δm) verwendet. Natürlich könnte man sich auch mehrdimensionale Merkmalsvektoren vorstellen, indem man noch weitere Eigenschaften der Zahnoberfläche mit berücksichtigt. Dies könnten zum Beispiel Texturwerte, Krümmungen etc. sein. Der Gewichtungsfaktor ß (oder weitere Gewichtungsfaktoren) erlaubt die Möglichkeit, den jeweiligen Einfluss der einzelnen Merkmalsfelder festzulegen. Mit all diesen Maßnahmen liegt ein starkes Werkzeug vor, dass für die Zahnoberflächen eine automatische, ohne Vorkenntnisse erfordernde Analyse von Korrespondenzen ermöglicht.
Sind diese Zuordnungen gefunden, kann in einem nächsten Schritt der Referenzzahn als Vektor in einem 3n-dimensionalen Raum repräsentiert werden (n ist dabei die Anzahl der ausgewählten auf der Zahnoberfläche liegenden Punkte, idealerweise wird man ein äquidistantes Gitter zugrundelegen, die typische Anzahl von Punkten kann von 10000- 200000 gehen) :
DR = (xi ,y =R (xi , y ),x1 ,y2 , zR (x2 , yϊ), ,xlt ,yn , zR (xn ,yll ))
In konsistenter Weise können dann ausgehend vom Referenzzahn (oder der Linearkombination) und dem entsprechenden Vektorfeld (x,y) alle anderen Zähne der
Bibliothek als 3n-dimensιonaler Vektor dargestellt werden:
Dl = (x, + Δx . (Λ-, , y, ), y, + Δy . (x, , y, ), z . (x, + Δ (x, , y, ), y, + Δ . (xt , y, )), x2 + Ax/ (x2 ,y2 ), y, + Δ.y/.(x2,y2), zf (x2 + Δx; (x2 ,y2),y2 + Δy; (x2 ,y2 )),.. χn + Aχ l (χ„ . y« )» y« + Ay, ( » » y« ). z, (χ + Aτ, i- „ , „ ). + y , (χ„ , „ )))
Auf diese Weise repräsentieren gleiche Vektorkoordinaten, d.h. Indizes, auch jeweils korrespondierende Punkte und zwar zwischen allen Zähnen. Die Gesamtheit der m Vektoren, die den m Bibliothekszähnen entsprechen, spannen einen Raum auf, den man als den Zahnraum für den entsprechenden Zahntyp bezeichnet. Damit läßt sich nun auch der Durchschnittszahn D aus den einzelnen umgeformten Bibliothekszähnen D berechnen:
_ ι _ m
Man kann an dieser Stelle den neuen Durchschnittszahn wiederum als Referenzzahn verwenden und obigen Prozeß nochmals neu starten und auch öfters wiederholen. Damit • kann der Durchschnittszahn noch allgemeiner bestimmt werden. Oder man nimmt [ 0 verschiedene Referenzzähne und mittelt nachher das Ergebnis. Im Patentanspruch 1 wird dieser Durchschnittsdatensatz als Durchschnittszahn einer bestimmten Zahngruppe (Zahntyp) zur Verfügung gestellt (Fig. 9).
Liegen die einzelnen Zahnoberflächen als Vektoren vor, ist es mit hoher
.5 Wahrscheinlichkeit möglich, jeden neu hinzugekommenen Zahn Z als Linearkombination der vorhandene Zähne zu repräsentieren:
...
/='
0 Um die Anzahl der Linearfaktoren ßl und der Zähne D zu reduzieren, bietet sich die
Hauptachsenanalyse an. Nachdem jeder Zahntyp für den Experten durch bestimmte Merlcmal e erkennbar ist, sollten durch die Hauptachsentransformation auch diejenigen Komponenten großen Einfluss haben, die bestimmte Merkmale des Zahntyps charalcterisieren. So erhält man durch die Linearkombination eines Teils der Hauptachsen 5 eine ausreichende Beschreibung der meisten Zahnoberflächen. Diese Hauptachsenanalyse kann auf den Zahndaten ∑>l direkt durchgeführt werden, wie im Patentanspruch 2 ausgeführt. Der verwendete Anteil p der sich ergebenden Hauptachsen (in der Regel die, die am meisten zur Varianz beitragen) wird durch Linearkombination (Linearfaktoren at und Hauptkomponenten Pt ) mathematisch wie folgt verknüpft:
0 Z ^ ∑a, - ?, (Gl. 1)
/ = 1 Wie im Patentanspruch 3 ausgeführt, kann man, bevor die Hauptachsenanalyse bei den Zahnvektoren durchgeführt wird, den Vektorraum so verschieben, das der Mittelwert 0 ergibt. Dies erhält man durch Differenzbildung zwischen den einzelnen Zahnvektoren und dem Durchschnittszahn. Die entstandenen Differenzvektoren können dann ebenfalls durch
Hauptkomponentenverfahren analysiert werden. Insgesamt bekommt man durch diese Verfahren mit wenigen veränderbaren Parametern eine ausreichend effiziente Beschreibung neuer Zahnformen, die sich als Linearkombinationen dieser neuen Parameter (Linearfaktoren) und Hauptachsen darstellen lassen. Der entscheidende Vorteil ist, dass bei Veränderung der Parameter mit hoher Wahrscheinlichkeit einer der vorhandenen natürlichen Zahndaten angenähert wird. Die anzufertigende Restauration wird also zahnähnlich sein und die Gefahr unschöner Kauf] ächen ist gebannt.
Im folgenden wird die Hauptachsenanalyse bei den Zahnvektoren für den Fall genauer beschrieben, für den der Durchschnittszahn subtrahiert wird, d.h. der Vektorraum der
Zähne so verschoben wird, dass der Mittelwert 0 ergibt. Damit sind auch nach der Hauptachsenanalyse die Mittelwerte der Hauptachsen (Eigenvektoren) 0. Es wird von jedem Zahnvektor D der Durchschnittszahn D abgezogen und eine neuer
Differenzvektor Δ gebildet:
A j = Dj D
Die Hauptachsenanalyse liefert dann die Eigenwerte λk mit den zugehörigen Hauptachsen (Hauptkomponenten, Eigenvektoren) Pk , k=l,...m. Folgende Eigenschaften ergeben sich:
1. Die Eigenwerte λk entsprechen den Varianzen in Richtung der Hauptachse Pk
2. Die Summe der Eigenwerte λk entspricht der Summe de Varianzen von Δ , also der gesamten Varianz von Δ . Nachdem eine Mittelwertverschiebung keinen Einfluß auf die Varianz der Werte hat, entspricht daher die Summe der Eigenwerte λk der Gesamtvarianz von D . 3. Der Anteil einer Hauptkomponente Pk an der Gesamtvarianz der Datensätze ist gegeben durch:
Figure imgf000019_0001
4. Der Anteil der ersten p Hauptkomponenten Pk an der Gesamtvarianz ist analog gegeben durch:
Figure imgf000019_0002
Bei den Oberkiefermolaren zeigt sich zum Beispiel, daß die ersten 7 Hauptkomponenten ' ca. 70% der Gesamtvarianz von 170 Zähnen beschreiben.
Ein Großteil aller möglichen Zahnoberflächen Z läßt sich nun relativ genau annähern durch eine Linearkombination der ersten p Hauptkomponenten Pk (or,. sind die Linearfaktoren):
p Z x D + ∑a, - P, (Gl. 2)
/=)
Wenn man sinnvolle Randbedingungen an die Parameter ai (Gl. 1) bzw. a- (Gl. 2) stellt
(z.B. dass der neue Zahn sich innerhalb des von den vorhandenen Zähnen aufgespannten Raumes befindet oder zumindest nicht allzu weit entfernt liegen sollte), wird jede beliebige Linearkombination nach (Gl. 1) oder (Gl. 2) wiederum einen Zahn beschreiben. Ein Zahndatensatz, der allgemein durch eine Linearkombination von Hauptachsen und evtl. Addition von Durchschnittszahn erzeugt wird, wird in dieser Patentschrift als generischer Zahnmodelldatensatz oder als generisches Zahnmodell bezüglich des betrachteten Zahntyps bezeichnet. Synonym dazu und im abstrakten Sinne wird ebenfalls in dieser Patentschrift der generische Zahnmodelldatensatz oder das generische Zahnmodell bezüglich des betrachteten Zahntyps aufgefasst als eine Kombination von Datensätzen der ausgewählten Hauptachsen und evtl. dem Durchschnittszahn. Diese
Kombination kann man sich physisch z.B. vorstellen entweder als einzelne Datensätze, die durch Verknüpfungen oder Verweise verbunden sind, oder durch Zusammenfügung zu einem großen Datensatz. Wird nun eine Repräsentation dieses generischen Zahnmodells oder generischen Zahnmodelldatensatzes gewünscht, müssen nur die speziellen
Linearfaktoren mit den Hauptachsen multipliziert und evtl. der Durchschnittszahn addiert werden. Das generische Zahnmodell oder der generische Zahnmodelldatensatz (im folgenden zum Teil auch als „generischer Zahn" abgekürzt) stellt also eine Art mathematische Beschreibung des gesamten Zahnraumes des entsprechenden Zahntyps dar.
Wie in Patentanspruch 4 und 5 beschrieben, lässt sich der Rekonstruktionsvorgang für den reparaturbedürftigen Zahn bzw. der Defektsituation mittels des Durchschnittszahnes oder des generischen Zahnmodells durchführen und auch weitgehend automatisieren. Rekonstruktion bedeutet die vollständige oder zumindest teilweise Wiederherstellung der fehlenden Außenhülle des reparaturbedürftigen Zahnes oder der Defektsituation. Beim reparaturbedürftigen Zahn kann es sich um Inlay-, Onlay-, Overlay-, Teilkronen-, Kronen- , Brückenpräparationen etc. handeln, bei der Defektsituation geht es um das Auffüllen von Bereichen mit fehlenden Zähnen, z.B. Brückenzwischenglieder, Implantataufbauten oder Teilen von Teilprothesen bzw. Totalprothesen. Bei dem Begriff der Restgebisssituation handelt es sich in dieser Patentschrift um die vermessene Information (insbesondere Datensätze) von präpariertem Zahn oder Zähne (reparaturbedürftiger Zahn oder Zähne) oder Defektsituation und die zusätzliche wahlweise Einbeziehung von vermessener Information der Restzahnsubstanz, des Gegenkiefer, des funktioneilen und statischen/okklusalen Bissregistrats, des Nachbarzahns/ der Nachbarzähne und/oder des
Zahnfleischanteils bzw. des Kieferkamms. Beim Gegenkiefer ist in der Regel nur die Einbeziehung von einem oder mehreren Gegenzähnen, d.h. dem Zahn oder der Zähne, die dem reparaturbedürftigen Zahn oder der Defektsituation gegenüberliegen, ausreichend. Der Begriff Gegenzahn ist synonym zum Fachbegriff Antagonist zu stehen. In dieser Patentschrift werden jedoch zusätzlich unter dem Begriff Gegenzahn auch Teile des
Gegenkiefers oder der gesamte Gegenkiefer subsumiert. Wählt man an der betreffenden Präparation bzw. Defektsituation und umgebender Restgebisssituation bestimmte Konstruktionspunkte bzw. Korrespondenzpunkte oder Korrespondenzstrukturen, z.B. Höckerspitzen oder Randleistenp unkte auf Restzahnsubstanz und/oder mögliche Kontaktpunkte mit dem Gegenzahn oder Nachbarzahn (Fig. 9 - 1 1), so kann bei Kenntnis der entsprechenden Korrespondenzpunkte und -Strukturen am generischen Zahnmodell, Durchschnittszahn etc. die Rekonstruktion bestmöglich durch Optimierungsprozesse durchgeführt werden. Beim Durchschnittszahn werden in der Regel Rotations- Translations, Skalierungs- und evtl. auch affine Transformationsparameter durch Minimierungsprozesse ermittelt. Beim generischen Zahn erfolgt zusätzlich noch die optimierte Anpassung der Parameter (Linearfaktoren) der Hauptachsen so, dass das Einfügen des generischen Zahnes, der entsprechend der Parameter verändert wurde, bestmöglich erfolgt. Wahlweise können in diesen Prozeß auch Nebenbedingungen eingebaut werden, wie z.B. Begrenzung der Größe der Parameter, damit das Ergebnis nicht weit außerhalb des Zahnraumes liegt, oder die Bedingung, dass die Gegenkaufläche oder funktionelles Registrat nicht durchdrungen werden darf, an den Kontaktpunkten sich aber berührt. Auch können Qualitätsparameter wie minimale Schichtstärken für ein Material oder belastungsoptimiertes Oberflächendesign mit berücksichtigt werden.
Neben den einzelnen Korrespondenzpunkten können aber auch alle vorhandenen Restzahnflächen (z.B. bei Inlays, Onlays, Teilkronen), oder auch Korrespondenzstrukturen, d.h. bestimmte charakteristische Areale und Formen, in ihrer Gesamtheit hergenommen und alle Punkte dieser Restzahnflächen und/oder Strukturen zur Korrespondenz genommen werden. Dies kann z.B. analog zu oben wiederum mit dem
Verfahren des optischen Flusses durchgeführt werden. Ein andere Möglichkeit ist das Matching mit Optimierung der Parameter entsprechend einer Gütefunktion (z.B. Abstandsfunktion). Entscheidend dabei ist wiederum, das der Zahn nicht irgendwie deformiert wird, sondern entlang den Hauptachsen und damit im Bereich der Form natürlicher Zähne bleibt.
Im allgemeinen werden die generische Kaufläche und Datensätze der Defektsituation bzw. des reparaturbedürftigen Zahns nicht im gleichen Koordinatensystem liegen. Daher müssen bei der generischen Kaufläche neben den Parametern entlang der Hauptachsen (Linearfaktoren) zumindest auch die Rotation und Translation bestimmt werden. Die
Einbeziehung einer Skalierung ist möglich, aber hier nicht unbedingt sinnvoll, da dieser Faktor bereits in der Hauptachsenrepräsentation integriert sein sollte. Eine Möglichkeit der Problemlösung besteht darin, den Anpassungsprozess in zwei Stufen zu durchlaufen: 1. Rotation und Translation des Durchschnittszahnes in das Koordinatensystem des Defektzahnes anhand der Korrespondenzpunkte und/oder Restzahnsubstanz. Dies kann mit z.B. dem Algoritmus nach Umeyama (Umeyama S.: Least-squares estimation of transformation parameters between two point patterns. IEEE PAMI 13(4); 276-280, 1991) durchgeführt werden, wobei man den Skalierungsfaktor gleich
1 setzt.
2. Verbesserung der Anpassung der Korrespondenzpunkte durch Optimierung der Hauptachsenparameter (evtl. ergänzt durch lineare Faktoren der Rotation und Translation etc. ).
Der Vorteil ist, dass man für beider Stufen direkte Lösungsverfahren einsetzen kann. Im allgemeinen Fall (auch einstufige Lösung) können natürlich auch bekannte nichtlineare iterative Lösungsverfahren eingesetzt werden (z.B. Gradientenabstiegsmethode, Levenberg-Marquardt etc.).
Wurde der ursprüngliche Datensatz der Restzahnsubstanz und/oder Korrespondenzpunkten in das Koordinatensystem des Durchschnittszahnes translatiert und rotiert, bestehen mit den Eigenschaften der generischen Zahnoberfläche bestmögliche Ausgangsbedingungen für die Rekonstruktion von Zahnoberflächen. Die Aufgabe besteht darin, die Parameter (Linearfaktoren) --., so zu bestimmen, daß die sich ergebende
Linearkombination (d.h. neue Kaufläche) möglichst gut an die vorhandene Situation anpasst. Dies erfolgt z.B. durch Minimierung einer Fehlerfunktion.
Eine weitere Optimierung der Anpassung besteht darin, nur solche Linearkombinationen zuzulassen, die eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen, d.h. die möglichst typische Zahnformen des Zahnraums bevorzugen. Damit soll das Ergebnis mit hoher
Wahrscheinlichkeit in der konvexen Hülle der Zahndaten liegen. Es ist in diesem Zusammenhang alternativ denkbar, eine wahrscheinlichkeitstheoretische Betrachtungen mit einzubeziehen. Folgende Bedingungen sollten berücksichtigt werden:
a) Die gesuchte Kaufläche sollte im Raum der Zahnoberflächen eine möglichst hohe Wahrscheinlichkeit aufweisen, d.h. ihre Form sollte möglichst typisch für eine
Kau fläche sein. b) Die gemessenen Punkte können Meßfehler aufweisen (z.B. durch Messung oder durch Anklicken). Damit ein Meß- oder Bearbeitungsfehler bei der Auswahl der Kaufläche nicht übermäßig gewichtet wird, wird man auch hier eine Wahrscheinlichkeit für einen Messpunkt, abhängig vom Rauschen oder Fehlerquellen, berücksichtigen.
Ein solcher Ansatz könnte zu folgender Maximierung der Wahrscheinlichkeit führen:
P(c \ znal) = const - P(zleal \ c) - P(c) ι
= const ■ e 2"
Diese Wahrscheinlichkeit wird maximal, wenn die Gütefunktion E minimal wird: E = ||Mc - zleal f + χ -
Figure imgf000023_0001
- j mit
z = ' λ ιC,p, = Mc ,
* . = 1
mit der Matrix M = (λ \P\ , λ p2 ,...,λ p ) , und der Messfehler mit einer Varianz von σ~ .
Die ermittelte optimale generische Zahnoberfläche wird sich schon sehr gut in die gegebene Restgebisssituation einfügen. Bei der Restgebisssituation handelt es sich um die vermessene Information (insbesondere Datensätze) von präparierten Zahn inkl. Restzahnsubstanz, Gegenkiefer, funlctionelles und statisches Bissregistrat, Nachbarzähne und/oder auch vom Zahnfleischverlauf und Kieferkamm. Allerdings werden sich in der Regel noch kleinere Differenzen ergeben, wie z.B. kleine Stufen oder Lücken beim
Übergang zur Restzahnsubstanz, zu hohe Stellen, die das Bissregistrat oder den Nachbarzahn durchdringen, noch fehlende Kontaktpunkte etc. Ausserdem müssen unter Umständen noch fehlende Flächenanteile wie Approximalflächen, Oral- und Vestibulärflächen ergänzt werden. Diese zusammengefasst als Anpassung bezeichneten Vorgänge, die meistens nur geringfügige Änderungen beinhalten, liefern dann den fertigen Datensatz, der für die Steuerung einer Maschine benutzt wird.
In Patentanspruch 8 wird die Verwendung dieser ermittelten Datensätze für die physische Herstellung beschrieben. Im Prinzip sind alle möglichen automatisierten Fertigungsverfahren wie CNC-Fräsen oder -schleifen, Laserbearbeitung, Stereolithographie oder lithographische Sinterverfahren einsetzbar. Die Materialpalette für die Zahnrestauration, Zahnersatzteile oder Zahnmodelle kann von Kunststoff über Metalle (Titan, Gold, Stahl etc.) bis zu Keramik reichen. In der Zahnmedizin sind bereits eine Reihe von Materialien speziell für den CAD/CAM-Prozess verfügbar.
Patentanspruch 9 beinhaltet den gesamten Herstellungsprozess von Vermessung bis Produktion. Oben aufgeführte Implementierungsvarianten können hier analog eingestzt werden. Aus der Beschreibung und den Zeichnungen kann ein Fachmann weitere Varianten, die hier nicht einzeln aufgeführt sind, ableiten, so dass auch diese in die
Patentschrift als vollumfänglich einbezogen betrachtet werden können.
Ausführungs Varianten und Erklärungen der Patentansprüche 10 bis 13 sind bereits vorher beschrieben worden. Patentanspruch 14 bezieht sich explizit auf die Berücksichtigung von funktioneilen und/oder statischen bzw. okklusalen Bissregistraten. Ein großer Vorteil der gesamten Kauflächenanpassung mittels mathematischer bzw. elektronischer Vorgehensweise besteht darin, dass man die gesamte Herstellungskette von Gegenkieferabformung, Herstellung eines Gipsmodells dieses Gegenkiefers, Einartikulation des Gegenkiefers und Zuordnung zum gesägten oder Präparationsmodell, bis zur Bestimmung und Justierung der Kiefergelenksparameter etc. nicht mehr durchführen muss. Die Alternative stellt hier die direkte Abformung der Gegenkiefersituation mittels Bissregistrate im Mund dar. Das statische Bissregistrat, manchmal auch als okklusales Bissregistrat bezeichnet, erhält man durch Einbringung von Abformmaterial an die gewünschte Stelle, indem der Patient zubeißt und die Zähne zugebissen lässt, bis das Material abbindet. Über die Kieferbewegungen erhält man
Auskunft, indem vor dem Abbindens des eingebrachten Abdruckmaterials der Patient zusätzlich noch möglichst viele verschiedene Kieferbewegungen ausführt. Dies ergibt dann das funktioneile Bissregistrat, manchmal auch als FGP (function generated path) bezeichnet. Mit dieser Vorgehensweise erhält man sehr genaue 3D-Infonnationen über die Bahnen des der Präparation gegenüberliegenden Zähnen, und damit auch
Begrenzungslinien und Konstruktionshinweise, wo Kontaktpunkte liegen könnten und wo die rekonstruierte Zahnoberfläche nicht ausgedehnt werden darf, bzw. welches die höchsten Stellen sein können. In Patentanspruch 15 wird genau diese Information für die Korrespondenzfindung und damit für eine genauere Adaptation des Durchschnittszahnes oder des generischen Zahnes herangezogen. Durch geeignete mathematische Formulierung kann diese Information in Form von Randbedingungen in die Optimierungs- bzw. Minimieningsverfahren einbezogen werden. Diese Bedingung könnte z.B. lauten: Kontaktpunkte sind Berührungspunkte (Inteφolation des Punktes mit zweiter Ableitung gleich 0) mit dem Bissregistrat, während die restlichen Bereiche von der rekonstruierten Fläche nicht berührt werden dürfen.
In Patentanspruch 16 wird eine Möglichkeit der Automatisierung der Kontaktpunktfiπdung mit dem Gegenzahn (Antagonisten) beschrieben. Durch Vergleich des statischen (okklusalen) Bissregistrats mit dem funktionellen Bissregistrat, die beide für die entsprechende Situation wie oben ausgeführt vom Patienten genommen wurden und sich als vermessene Datensätze im gleichen Koordinatensystem befinden (referenziert sind), sind die Bereiche, bei denen das eine Bissregistrat einen geringen Abstand von dem anderen Bissregistrat hat oder sich beide berühren, besonders ausgezeichnet. Diese Areale stellen die möglichen Kandidaten für die Kontakte mit den Antagonisten dar, in den anderen Bereichen können keine Kontaktpunkte liegen. Wenn man weis, wo sich die korrespondierenden Kontaktpunkte auf der generischen Zahnoberfläche bzw. auf dem Durchschnittszahn befinden, kann man die Optimierung der Linearfaktoren weitestgehend automatisieren.
In Patentanspruch 17 werden zusätzlich für die Approximalflächengestaltung (z.B. Lage des Approximalkontaktes, Ausdehnung etc.) und für die Auswahl von Korrespondenzpunkten bzw. .Strukturen (z.B. Randleisten, Fonnen der Kaufläche etc.) die vermessenen Informationen der Nachbarzähne einbezogen. Ebenso können einzelne Punkte (z.B. Kontaktpunkte) oder die Form und Strukturen des Gegenzahnes für die
Korrespondenzbildung ausgenutzt und damit die Auswahl der bestpassendsten Zahnoberfläche für die Rekonstruktion des reparaturbedürftigen Zahnes bzw. Defektsituation durchgeführt werden. Ebenso könnte die Information des entsprechenden symmetrisch gegenüberliegenden Zahnes herangezogen werden, da man oft davon ausgeht, dass diese Zahnformen nur spiegelbildlich sind, sich aber sonst sehr stark ähneln.
Insbesondere beinhaltet dieser Anspruch die Möglichkeit, die aus der Hauptachsenanalyse bzw. Korrespondenzanalyse gefundenen Zusammenhänge zwischen Nachbarzähnen des gleichen Patienten (z.B. bei der Herstellung des generischen Zahnmodells von benachbarten Zähnen) aus der Information des Nachbarzahnes/ der Nachbarzähne auf die zu ergänzende Außenhülle oder zumindest Teile dieser Außenhülle zu schließen. Eine Möglichkeit besteht in der Optimierung der Parameter des kombinierten generischen Zallnmodelldatensatzes bei der Anpassung an den Nachbarzahn/Nachbarzähne, wobei gleichzeitig die zu rekonstruierende Zahnoberfläche entsprechend verändert wird. Das gleiche Verfahren ist auch für den Gegenzahn bzw. den symmetrisch gegenüberliegenden
Zahn anwendbar. Insbesondere wird in diesem Anspruch auch darauf hingewiesen, dass die Information von Nachbarzahn/Nachbarzähnen, von Gegenzahn und/oder vom symmetrisch gegenüberliegenden Zal n/Zähnen auch aus zweidimensional vermessenen Datensätzen bestehen kann. Ausgehend von diesen Datensätzen kann man unter Zuhilfenahme eines entsprechenden generischen Zahnmodells durch Optimierung von
Abbildungs-, Beleuchtungs-, Render- und/oder Projektionsfunktionen auf die dreidimensionale Struktur schließen (siehe z.B. Blanz, V., Romdhani, S.: Face Identification across different poses and illuminations with a 3D moφhable model. Proc. Int. Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, 202-207, 2002) und diese wiederum für die Rekonstruktion ausnutzen. Der Vorteil dieser zweidimensionalen
Vermessung liegt darin, dass man relativ einfach z.B. mittels einer intraoralen Kamera oder eines Fotoapparats am Patienten diese Aufnahme bzw. Datensätze erstellen kann.
Patentanspruch 18 beschreibt, dass noch notwendige Anpassungen durchgeführt werden, sofern noch Störstellen und Interferenzen nach Berechnung des bestpassendsten generischen Zahnes oder Durchschnittszahnes vorhanden sind. Dies können kleine Stufen oder Lücken beim Übergang zur Restzahnsubstanz, zu hohe Stellen, die das Bissregistrat oder den Nachbarzahn durchdringen, noch fehlende Kontaktpunkte etc sein. Hier bieten sich Verfahren an, die gewährleisten, dass die Verändemngen lokal begrenzt und möglichst klein bleiben und gleichzeitig einen hamionischen und glatten Übergang zu den nicht veränderten Bereichen ergeben. Dies kann durch bekannte Deformations und/oder Moφhing-Verfahren erfolgen. Außerdem müssen unter Umständen noch fehlende Flächenanteile wie Approximalflächen, Oral- und Vestibulärflächen ergänzt werden. Die möglichen Verfahren einer automatisierten Ergänzung dieser Flächen werden weiter unten beschrieben. Insgesamt können diese Prozesse automatisch oder interaktiv erfolgen. Bei der interaktiven Manipulation kann der Zahnarzt oder Zahntechniker nach seiner jeweiligen Vorstellung die Gestaltung noch optimieren. Diese Möglichkeit sollte in Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zalmrestaurationen in der Regel immer implementiert sein. Mit Hilfe des generischen Zahnes gelingt die Verwirklichung verschiedener Okklusions- und Funktionskonzepte. In der Zahntechnik gibt es verschieden Theorien, wo statische und funlctionelle Kontaktpunkte zum Nachbarzahn oder Antagonisten liegen sollen. Der generische Zahn bietet die Möglichkeit, quasi online zu entscheiden, welches Konzept man verwenden möchte und wo die Kontaktpunkte liegen sollten (Fig. 9-1 1 ). Dabei wird z.B. entweder einmal für einen bestimmten Benutzer oder Labor, der oder das ein bestimmtes Konzept favorisiert, oder auch vor jeder neuen Versorgung die gewünschten Kontaktpunkte auf dem generischen Zahn markiert, die entsprechenden Korrespondenzpunkte auf dem Bissregistrat/ und oder Restzahnsubstanz bzw.
Nachbarzahn, wie in den Patentansprüchen 19 und 20 ausgeführt. Durch Anpassung der Parameter bezüglich der korrespondierenden Punkte erhält man nach Minimieningsverfahren wiederum eine funlctionell gestaltete natürliche Kaufläche. Dieses Verfahren geht nur mit generischen Zähnen, da im Falle von Zahnbibliotheken der beste Zalm nur ausgewählt werden kann, wenn bei Veränderung der Kontakt/Funktionssituation die entsprechenden Referenzpunkte aller Zähne neu bestimmt werden müssen, bei hoher Anzahl von Zähnen ein aufwendiges Unterfangen. Auf der anderen Seite ist bei Deformation nur eines Modellzahnes, der nicht auf Basis eines generischen Zahnes erzeugt ist und die Hauptkomponentenanalyse nicht durchgeführt wurde, nicht gewährleistet, dass das Ergebnis ein harmonisches, zahnähnliches Resultat ergibt.
In den Patentansprüchen 21 und 22 werden Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen beschrieben, die ausgehend von 3D-Datensätzen der Gegenkiefersituation (Fig.2) und der Präparation (Fig. 1) bzw. mehreren Präparationen, die zueinander referenziert sind, dadurch hergestellt werden, dass nach Referenzierung die vorhandenen Bissregistrate mit den Päparationsdatensätzen anhand der möglichen Überlappbereiche (Fig. 3) nach Auswahl geeigneter Korrespondenzpunkte (Fig. 4) die am besten passende Kaufläche aus einer Zahnbibliothek automatisch ausgewählt wird (Fig. 5). Ein Fehler-Minimierungs-V erfahren für die Auswahl und Anpassung der Bibliothekskaufläche, das sich hierfür sehr gut eignet und nicht iterativ erfolgt, wird z.B. bei Umeyama (Umeyama S.: Least-squares estimation of transformation parameters between two point pattems. IEEE PAMI 13(4): 276-280, 1991 ) beschrieben. Anschließend werden vorhandene Interferenzen bzw. Überschneidungen mit der Gegenzahnreihe und /oder Nachbarzähne beseitigt und im Falle der Inlays, Onlays und z.T. Teilkronen wird noch die Restzahnsubstanz berücksichtigt werden die fehlenden Außenflächen ergänzt (Fig. 6 und 8) und wird dann an die Präparationslinie so angepasst, dass ein nahezu glatter hannonischer Übergang erfolgt (Fig. 7). Durch Verschmelzung der Außen- und Innenflächen entlang der Präparationslinie (Randkurve) kann dann das Zahnersatzteil gefräst werden. Entscheidend zum einen ist, dass im Vergleich zu vorher erwähnten bereits bekannten Methoden durch die Auswahl vieler unterschiedlicher Zähne aus einer Zahnbibliothek nicht der Zahn der Situation angepasst wird, sondern ein für die Situation schon sehr gut passender Zahn ausgewählt wird, bei dem dann nur sehr kleine und damit automatisierbare und fehlerunanfälhgere Adaptationen durchzuführen sind. Der zweite Vorteil ist die Trennung von wichtigen oder komplizierten Teilen der
Zahnoberfläche von weniger wichtigen oder einfacheren Teilen. Zu ersteren gehört z.B. die Kaufläche, zu zweiten die Vestibulär, Approximal- und Oralflächen der Zähne. Durch diese Aufteilung kann man sich auf die bessere Anpassung der komplizierteren Oberflächen aus der Zahnbibhothek beschränken, während die Außenflächen automatisch ergänzt und rekonstruiert werden. Für die Aussenflächen genügt die Angabe nur weniger
Konstruktionspunkte (Fig. 8 und 16). Eine Möglichkeit der Implementierung ist die Berechnung von Bezier-, Nurbs- oder B-Spline-Flächen, die stetig und glatt an die entsprechenden Teile der Präparationsgrenze und der Grenze des eingefügten Bibliotheksdatensatzes anschließen und dabei die Konstruktionspunkte (wie z.B. Approximalkontakt, Ausbuchtung der Vestibulär- oder Oralfläche) inteipolieren. In
Patentanspruch 42 wird dieses Verfahren spezifiziert.
In Patentanspruch 23 wird spezifiziert, wie diese Zahnbibliothek aufgebaut sein kann. Sinnvoll ist dabei eine Struktur, bei der jedem Zahndatensatz entweder durch Referenzierung oder durch entsprechender Namensgebung ein Datensatz zugeordnet ist, der den Typ und die Merkmale, die für die Auswahl berücksichtigt werden sollen, beinhaltet. Zusätzlich soll die Bibliothek aus Zahnoberflächen bestehen, die von natürlichen kariesfreien und unversehrten Zähnen herrühren.
Die allgemeinste Form der Zahnbibliothek enthält die Gesamtheit aller möglichen vorkommenden natürlicher und auch künstlicher Zahnformen. Sinnvollerweise wird man die Zahnbibhothek in Gruppen mit unterschiedlichen Zahntypen einteilen. Bei dieser Untergruppierung nach dem Zahntyp kann es sich zum Beispiel um Molaren, Prämolaren, Eckzähne und Frontzähne handeln. Als Zahntyp kann aber auch der OK-6er, UK-4er, OK- l er etc. stehen. Möglich ist des weiteren eine Unterscheidung nach Alter und Abrasion, nach Geschlecht, nach Volkszugehörigkeit, nach Größe der Zähne, nach moφhologischen Besonderheiten etc, z.B. können die Gruppen OK-7er im Alter von 50-60 Jahren, 0K-6er mit und ohne Tuberculum Carabelli, UK-3er bei weiblichen Personen ein Beispiel für einen Zahntyp darstellen. Der Begriff Zahntyp umfasst also eine je nach
Aufgabenstellung sehr variable G ippienmgsmöglichlceit.
Patentanspruch 24 beschreibt ein Verfahren, in dem man bei der Erstellung des generischen Zahnmodelldatensatzes den Faktor Alter bzw. Abrasionsgrad, wobei Zahnbibliotheksflächen eines bestimmten Zahntyps in allen Alters- bzw. Abrasionsstufen vorliegen sollen, berücksichtigt und den oder die enmttelten Kombinationen aus Linearfaktoren und Hauptkomponenten, die diesen Faktor beschreiben, nutzt, um die Abrasion für die jeweilige Restgebisssituation optimal einzustellen.
Patentanspruch 25 zeigt eine neue Möglichkeit der Herstellung von Zahnrestaurationen auf, bei der automatisch ein Vorschlag für die möglichen Lokalisationen aller Berührungspunkte mit dem Gegenzahn/Gegenbezahnung (d.h. den Berührungsstellen mit dem Gegenkiefer) ermittelt wird. Dazu wird ein funlctionelles Bissregistrat und ein statisches bzw. okklusales Bissregistrat vermessen, die Datensätze im gleichen Koordinatensystem referenziert, so dass es der Situation am Patienten bzw. am Modell entspricht und anschließend alle Bereiche oder Punkte, die einen sehr geringen Abstand von dem einen zum anderen Registrat aufweisen, herausgefiltert. Entscheidend ist, dass außerhalb dieser Bereiche kein Kontaktpunlct liegen kann und darf. Daher könnte sogar die Kontaktpunktgestaltung automatisiert oder zumindest wesentlich vereinfacht werden.
Patentanspruch 27 beinhaltet ein Verfahren, bei dem die Datensätze des Durchschnittszahns, des generischen Zahndatensatzes, der rekonstruierten Zahnersatzteile, der Zahnrestaurationen oder der Zahnmodelle durch Glättung (Filterung) oder spezielle Anpassung an die Werkzeug- bzw. Bearbeitungsgeometrien für den Herstellungsprozess aufbereitet werden. Darunter fallen auch Fräsereadiuskonekturen etc.
Alle vorgestellten Verfahren eignen sich für Inlay-, Onlay-, Teil ronen-, Kronen- und Brückenversorgungen gleichermaßen. Ein weiterer Vorteil, wie in Patentanspruch 28 ausgefülirt, liegt darin, dass ausgehend von der rekonstruierten Kaufläche auch eine reduzierte Kauflächengestaltung für Gerüste möglich ist, die gewährleistet, dass die Verblendung nachher immer ungefähr die gleiche Schichtstärke aufweist. Dies kann man eneichen, indem in einem konstanten Abstand von der rekonstruierten Oberfläche die neue Oberfläche berechnet wird oder zumindest durch Abflachung im Bereich der Höcker und Fissuren die Kaufläche dann entsprechend der Schichtstärke in Richtung des präparierten Zahnes verschoben wird.
In Patentanspruch 29 wird die Verwendung einer numerisch gesteuerten Maschine beschrieben, mit deren Hilfe, gesteuert von den ermittelten Datensätzen, die physische Herstellung von Zahnmodellen, Zahnrestaurationen und Zahnersatzteilen erfolgt. Im
Prinzip sind alle möglichen automatisierten Fertigungsverfahren wie CNC-Fräsen oder - Schleifen, Laserbearbeitung, Stereolithographie oder lithographische Sinterverfahren einsetzbar. Die Materialpalette für die Zahnrestauration, Zahnersatzteile oder Zahnmodelle kann von Kunststoff über Metalle (Titan, Gold, Stahl etc.) bis zu Keramik reichen, In der Zahnmedizin sind bereits eine Reihe von Materialien speziell für den
CAD/CAM-Prozess verfügbar.
In den Patentansprüchen 30 und 31 werden Vorrichtungen beschrieben, die es ermöglichen, dass für den generischen Zahnmodelldatensatz die Linearfaktoren der zumindest wichtigsten Hauptkomponenten durch eine Regeleinrichtung direkt und interaktiv verändert werden können. Gleichzeitig kann die Auswirkung dieser Veränderung in einer bildlichen Darstellung betrachtet und analysiert werden. In Fig. 18 ist eine Form der Ausgestaltung zu sehen. Die erwähnten Vorrichtungen können z.B. eingesetzt werden, um anstelle der automatischen Rekonstruktion und Optimierung dem Zahnarzt oder Zahntechniker die Möglichkeit zu geben, interaktiv nach eigenen
Vorstellungen den generischen Zahnmodelldatensatz an die Restzahnsituation anzupassen.
In den Patentansprüchen 32 bis 35 werden mögliche Verfahren beschrieben, mit denen man die gesamten Kauflächenrekonstruktionen durchführen kann, ohne dabei explizit die Restzahnsubstanz ausschneiden oder besonders markieren zu müssen. Vielmehr wird der vollständige Datensatz des reparaturbedürftigen Zahnes herangezogen (Fig. 12). Durch Anklicken weniger Startwerte (Korrespondenzpunkte) auf der Restzahnsubstanz wird ein Vorschlag angeboten, anhand dessen für die weitere Iteration oder Anpassungsprozess nur solche Korrespondenzpunkte in Betracht kommen, die unterhalb eines gewissen Abstandes zwischen vorgeschlagener Zahnfläche und reparaturbedürftigen Zahn liegen (Fig. 12). Die Abstandsschwelle kann auch variiert oder adaptiv angepasst werden. Somit werden mit hoher Wahrscheinlichkeit bei der Rekonstruktion Punkte in der Kavität oder auf den beschliffenen Bereichen der Zahnoberfläche nicht mit berücksichtigt oder fallen durch die geringe Anzahl nicht ins Gewicht. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht auch darin, dass, wie im Patentanspruch 33 und 34 aufgeführt, die automatische Ergänzung der Präparationslinie möglich wird. Nach erfolgter Rekonstruktion und Anpassung der Kaufläche wird nach den Bereichen gesucht, bei denen ein Übergang von kleineren Abstandswerten (Bereiche, wo sich noch Restzahnsubstanz befindet; hier weist in der Regel die rekonstruierte Kaufläche geringe Abweichungen auf) zu Bereichen mit größeren Abständen (Bereiche wo der Zahn beschliffen oder Zahnsubstanz entfernt wurde) auftritt. In diesen Übergangsbereichen uss auch die Präparationsgrenze oder zumindest Teile davon liegen (Fig. 13). Diese Vorgehensweise kann noch verbessert werden, wenn man in diesen Arealen nach den Stellen der stärksten Krümmung auf der Oberfläche des Datensatzes des reparaturbedürftigen Zahnes sucht und diese Stellen stärkster Krümmung in diesen Bereichen zu einer Linie verbindet (z.B. Fig. 14 und 15). Damit ist von der Rekonstruktion bis zur Präparationsgrenzenfmdung ein vollautomatischer Prozess vorstellbar. Man kann dies aber auch als Unterstützung und Vorschlagsunterbreitung für eine weitere interaktive Nacharbeitung seitens des Benutzers vorteilhaft einsetzen.
In den Patentansprüchen 36 bis 39 wird eine interaktive Möglichkeit der Eingabe der Präparationsgrenze vorgeschlagen. Hierbei werden in bestimmten Abständen Punkte auf der Oberfläche des elektronischen Bildes des reparaturbedürftigen Zahnes angeklickt. Dieses Anklicken kann mit verschiedenen Steuer- und Kontrollelementen erfolgen, z.B.
Computennaus, Tastatur, Joystick oder 3D-Maus. Zwischen diesen ausgewählten Punkten wird jeweils eine Verbindungslinie im Raum inteφoliert. Damit man Punkte von der vermessenen Zahn ob er fläche bekommt, wird die Verbindungslinie auf die Oberfläche projiziert (Fig. 14). Dabei ist entscheidend, dass die Projektionsrichtung für bestimmte Abschnittsbereiche oder auch für jeden Abschnitt unterschiedlich gewählt werden kann.
Dies kann z.B. durch voiprogrammierte Werte erreicht werden oder durch interaktive Einstellung der Ansicht des Zahndatensatzes (Fig. 14). Vorteilhaft kann dies z.B. dadurch erfolgen, dass in der Ansicht zur Markierung bzw. Anklicken des jeweiligen Punktes auch die Projektion der Linie in der gleichen Richtung durchgeführt wird. Um einen möglichst glatten Kurvenverlauf zu bekommen, können die Verbindungslinien neben Geraden auch Spline- oder Parabelsegmente sein. Auch nach erfolgter Projektion auf die Oberfläche können Splinesegmente oder Ähnliches die eventuell zackigen oder verrauschten Kurven noch glätten. Eine besonders sinnvolle Variante besteht noch darin, in der Nähe oder auch zwischen den angeklickten Punkten nach Stellen mit den größten Krümmungen zu suchen. Aufgrund der Vorgehensweise beim Präparieren und Beschleifen eines Zahnes zur Versorgung mit einer Zahnrestauration sind dies die Stellen, wo sich die Präparationsgrenze befinden sollte. Durch Verbinden der Stellen mit den größten Krümmungen, also eine Linie der größten Krümmungen, erhält man schon einen sehr guten Vorschlag für den Verlauf der Präparationsgrenze (Fig. 15).
In den Patentansprüchen 40 bis 42 werden Verfahren vorgestellt, die es ermöglichen, eventuell im Datensatz der Zalinrestauration oder Zahnersatzteilen vorkommende Fehlstellen zu finden und zu schließen. Solche Fehlstellen können z.B. dadurch entstehen, dass die rekonstruierte Kaufläche oder der rekonstruierte Datensatz nicht den gesamten beschliffenen Anteil überdeckt oder die Anpassung im Bereich der Präparationsgrenze nicht fehlerfrei erfolgt und daher der Datensatz in diesem Bereich absteht oder Fehler aufweist (Fig. 6, 8, 15). Durch automatischen Vergleich der Präparationslinie mit der Berandungskurve des rekonstruierten Datensatzes kann durch Abstandsprüfung entschieden werden, welche Bereiche der Linien bzw. Kurven zu weit auseinander liegen und daher eine Auffüllung oder Ergänzung notwendig machen (Fig. 15). Nachdem der Startpunkt für Präparationslinie und Berandungskurve nicht identisch sein müssen, müssen die in Frage kommenden Abschnitte der Berandungskurve den entsprechenden Abschnitten der Präparationsgrenze noch automatisch zugeordnet werden. Für die Bereclinung der Ergänzungsfläche kann es noch notwendig werden, im Übergangsbereich von dem einen Kurvensegment zu dem anderen Kurvensegment weitere Punkte der jeweiligen Kurven hinzuzufügen, die vorher bei der Abstandsprüfung nicht dem zu ergänzenden Bereich zugeordnet werden konnten und nun ennöglichen, dass eine möglichst geschlossene Linie für die Berechnung der Ergänzungsfläche entsteht. In Patentanspruch 42 wird dann explizit ein Verfahren beschrieben, wie man diese
Fehlstellen schließen kann (siehe auch Fig. 16).
Die Kontrolle des Ergebnis oder noch notwendige Interaktionen, die man dem Zahntechniker oder Zahnarzt immer ermöglichen sollte, kann für den Bediener durch Visualisierung mit 3D-Brillen oder 3D-Monitoren etc. erfolgen. Dies ist für den ungeübten Bediener vertrauter.
Die Einbeziehung der Nachbarzähne oder Antagonisten oder der symmetrisch gegenüberliegenden Zahntypen bei der Auswahl der besten Kaufläche ist mittels der generischen Kauflächen und der zugehörigen Hauptkomponenten ebenfalls möglich.
Die Erfindung ist anhand der Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und in den Abbildungen lediglich exemplarisch dargestellt und nicht darauf beschränkt, sondern umfaßt alle Variationen, Modifikationen, Substitutionen und Kombinationen, die der
Fachmann den vorliegenden Unterlagen insbesondere im Rahmen der Ansprüche und der allgemeinen Darstellungen sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und deren Darstellungen in den Abbildungen entnehmen und mit seinem fachmännischen Wissen sowie dem Stand der Technik insbesondere unter Einbeziehung der vollständigen Offenbarungsgehalte der in dieser Beschreibung angegebenen älteren Anmeldungen kombinieren kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten kombinierbar.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen reparaturbedürftigen Zahn;
Fig. 2 ein zu dem reparaturbedürftigen Zahn referenziertes Bissregistrat;
Fig. 3 den Zahn gemäß Fig. 1 dargestellt mit Nachbarzähnen (oben) und zusätzlich mit refemziertem Bissregistrat (unten);
Fig. 4 eine Darstellung des Zahns nach Fig. 1 mit Bissregistrat und ausgewählten Korcespondenzpunkten;
Fig. 5 eine aus einer Zahnbibliothek anhand der Konespondenzpunkte ausgesuchte Zahnoberfläche;
Fig. 6 rotierte Darstellung der Situation nach Fig. 5 mit erkennbaren Fehlstellen; Fig. 7 eingepasste und vollständig ergänzte Zalinrestauration;
Fig. 8 eingepasste Zahnfläche für Kronenpräparation mit Einzeichnung von Inteφolationspunkten für die Rekonstruktion der noch fehlenden Aussenflächen;
Fig. 9 ein Beispiel einer generisch erzeugten Zahn ob er fläche mit Konespoπdenzp unkten;
Fig. 10 reparaturbedürftiger Zahn mit den der Fig. 9 entsprechenden
Konespondenzp unkten;
Fig. 11 reparaturbedürftiger Zahn mit Bissregistrat und mit den der Fig. 9 entsprechenden Konespondenzpunkten;
Fig. 12 Beispiel für die Unterscheidung der Bereiche, die zur beschaffenen Zahnsubstanz gehören und durch eine Zahnrestauration aufgefüllt werden müssen, und Bereichen, die zur unversehrten Restzahnsubstanz gehören, anhand der Prüfung des Abstandes während des Rekonstmktions- und Anpassungsprozesses der Ausssenhülle;
Fig. 13 Beispiel für die Erkeimung der Präparationsgrenze am Übergang zwischen den beiden vorher unterschiedenen Bereichen;
Fig. 14 Beispiel für das interaktive Einzeichnen der Präparationsgrenzen unter verschiedenen Ansichten und Projektion der Verbindungslinie auf die Zahnoberfläche;
Fig. 15 Beispiel für das Auffinden noch zu ergänzender Bereiche durch Vergleich der beiden Berandungskurven;
Fig. 16 eine vollständige Zalinrestauration, bei der die noch fehlenden Areale automatisch ergänzt wurden;
Fig. 17 Beispiel für eine nach dem Verfahren des generischen Zahnmodells in einer Maschine angefertigten Zahnrestauration; Fig. 18 ein Beispiel für eine Regeleinrichtung zur Verändenmg der Linearfaktoren und der gleichzeitigen Darstellung der Verändenmg;
Fig. 19 ein Flussdiagramm für die Erstellung eines Durchschnittsdatensatzes oder eines generischen Zahnmodelldatensatzes;
Fig. 20 ein Flussdiagramm für eine Rekonstruktion einer Außenhülle;
Fig. 21 eine Fortsetzung des Flussdiagramms von Fig. 14 für eine Rekonstruktion einer Außenhülle;
Fig. 22 ein Flussdiagramm für eine Anfertigung eines Zahnersatzteils oder einer Zahnrestauration; und
Fig. 23 ein Flussdiagramm für eine Anfertigung eines Zahnmodells.
Es folgen nun weitere Erläuterungen zur Erfindung und zu Ausfύhrungsformen der Erfindung.
Fig. 1 : Zeigt einen dreidimensional vermessenen reparaturbedürftigen Zahn als Höhendatensatz.
Fig. 2: zeigt ein zu einem reparaturbedürftigen Zahn referenziertes Bissregistrat. Dieses Bissregistrat enthält Informationen zum Antagonisten. Es kann sich dabei entweder um ein statisches Bissregistrat und/oder um ein funlctionelles Bissregistrat und/oder um die Gegenzahnreihe handeln. Wichtig ist nur, dass diese Informationen ins gleiche Koordinatensystem wie der Zahn referenziert werden.
Fig.3: zeigt die gleiche Situation wie in Fig. 2, jedoch mit Nachbarzähnen (oben) und zusätzlichem Bissregistrat (unten) dargestellt. Die gesamte Anordnung stellt die Restgebisssituation dar. Die Nachbarzähne geben z.B. die Information für die mesial- distale Ausdehnung der rekonstruierten Außenhülle. Außerdem kann anhand der Fonn der Nachbarzähne eine Auswahl für die Zahnoberfläche (Außenhülle) getroffen werden, die für die Rekonstruktion in der entsprechenden Situation in Frage kommen.
Gemäß Fig. 4: können durch Markieren von Punkten auf der Restzahnfläche und/oder Kontaktpunkten auf dem Bissregistrat (Gegenzahnreihe) und/oder zum Approximalkoπtakt des Nachbarzahnes die Zahnoberflächen entweder aus der Bibliothek oder mittels des generischen Zahnes mit Hauptkomponenten optimal durch entsprechende Minimierung einer Fehlerfunktion angepaßt werden. Anstatt der Punktmarkierungen kann man auch größere Bereiche auswählen, wie z.B. Restzahnsubstanz und/oder Kontaktflächen, anhand derer die Zahnoberflächen durch Matching oder optischen Fluß angepaßt werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Lokalisationen möglicher Kontaktpunkte auch automatisch durch Vergleich des funktionellen Bissregistrates und des statischen (okklusalen) Bissregistrates ermittelt werden.
Fig. 5. zeigt eine Kaufläche aus der Bibliothek ausgesucht und an die Position transformiert oder eine generische Kaufläche, durch Optimienmg der Linearfaktoren der Hauptkomponenten an die Situation angepaßt. In beiden Fällen erhält man schon ein relativ gutes Resultat, das durch Deformation noch an die Ränder und an die Gegenbezahnung angepaßt werden muss.
Gemäß Fig. 6. liefert eine Anpassung von Kauflächen je nach noch vorhandener Restzahnsubstanz fehlende Lücken im Bereich vor allem unterhalb des Zahnäquators. Diese Lücken müssen noch geschlossen werden. Obwohl die Auswahl von vollständigen Zahnoberflächen (d.h. inkl. Außenbereiche) möglich wäre, ist zur Zeit eine getrennte
Anpassung von Kaufläche und Außenflächen (Oral-, Vestibulär, Approximalfläche) sinnvoll. Dadurch werden Parameter im Randbereich getrennt von Parametern im Kauflächenbereich behandelt und damit wird in den einzelnen Bereichen eine bessere Anpassung gewährleistet. Ausserdem ist der Vorgang der Ergänzung der Kauflächen, wie in der Erfindung erwähnt, automatisch durchführbar.
Gemäß Fig. 7 erhält man nach Anpassen an den Rand/ Gegenzahn und Ergänzung der fehlenden Flächen die gesamte Außenkontur (Außenhülle) des Zahnes. Wichtig ist dabei jeweils der glatte Übergang in den Randbereichen. Durch Zusammenfügen dieses Datensatzes an der Präparationsgrenze mit dem Datensatz der veimessenen Kavität/Defekt ist der gewünschte Foπnkörper für die CNC-Bearbeitung und Anfertigung in einer Produktionsmaschine aufbereitet.
Fig. 8.: Wenn keine oder nur wenig Restzahnsubstanz vorhanden ist (z.B. Kronenpräparationen), erfolgt die Ergänzung der fehlenden Außenflächen über den gesamten zirkulären Bereich. Dabei ist es sinnvoll, einige Konstruktionspunkte vorzugeben. Die Ergänzung wird in der Regel automatisiert ablaufen. Die weitere Anforderung ist ein glatter Übergang in den Randbereichen.
Fig. 9. zeigt ein Beispiel einer generisch erzeugten Zahnoberfläche. Hier handelt es sich z.B. um einen Durchschnittszahn, der aus 200 jugendlichen unversehrten ersten Oberkiefeπnolaren (OK-6er) berechnet wurde.
Fig. 10. und 1 1 : Die generische Kaufläche mit den Hauptkomponenten kann wiederum an die Restgebißsituation angepaßt werden durch Verwendung der Restzahnsubstanz (Fig. 10) und/oder durch Auswahl bestimmter Punkte auf Bissregistrat (Fig.l 1) und/oder Nachbarzähne etc.. Im Gegensatz zur direkten Verwendung einer Zahnbibliothek kann mittels des generischen Zahnmodelldatensatzes die Auswahl von bestimmten Kontakt- und Merkmalspunkten bzw. -Strukturen direkt vor der Berechnung und Konstruktion erfolgen, da es genügt, diese Punkte am generischen Zahn zu markieren. In der Zahnbibhothek müßte dagegen jeder einzelne Zahn mit den neuen Merkmalspunkten versehen werden. Dies erlaubt daher auch einen schnellen Wechsel je nach Situation, um verschiedene Okklusions- und Foimkonzepte umzusetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Datensatzes eines für die Anfertigung eines Zahnersatzteils, einer Zahnrestauration oder eines Zahnmodells verwendbaren Durchschnittszahns, mit folgenden Verfahrensschritten: a) durch Vermessen einer vorbestimmten Mindestanzahl von Zähnen gleichen Zahntyps wird eine Vielzahl von elektronischen Datensätzen dieses Zahntyps erzeugt; b) es erfolgt eine Zuordnung zumindest einer Anzahl von für diesen Zahntyp charakteristischen Korrespondenzpunkten und/oder Korrespondenzstrukturen in den einzelnen elektronischen Datensätzen; c) unter Berücksichtigung der Zuordnung der Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen in den einzelnen Datensätzen erfolgt eine Mittelwertbildung aus den elektronischen Datensätzen; d) ein sich aus der Mittelwertbildung ergebender elektronischer Durchschnittsdatensatz wird als elektronische Darstellung eines Durchschnittszahns mit einer bezüglich der vennessenen Zähne durchschnittlichen Zahnoberfläche zur Verfügung gestellt.
2. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Datensatzes eines für die Anfertigung eines Zahnersatzteils, einer Zahnrestauration oder eines Zahnmodells verwendbaren generischen Zahnmodells, mit folgenden Verfahrensschritten: a) durch Vermessen einer vorbestimmten Mindestanzahl von Zähnen gleichen Zahntyps wird eine Vielzahl von elektronischen Datensätzen dieses Zahntyps erzeugt; b) es erfolgt eine Zuordnung zumindest einer Anzahl von für diesen Zahntyp charakteristischen Korrespondenzpunlcten und/oder Korrespondenzstrukturen in den einzelnen elektronischen Datensätzen; c) es wird eine Hauptachsenanalyse für die zugeordneten Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen der vennessenen Zähne durchgeführt; d) es wird eine Linearkombination aus mindestens einem Teil der sich ergebenden Hauptachsen für den betrachteten Zahntyp durchgeführt und als generischer Zahnmodelldatensatz zur Verfügung gestellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines dreidimensionalen elektronischen Datensatzes eines generischen Zahnmodells, bei welchem nach erfolgter Zuordnung der Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen der Durchschnittsdatensatz von allen vermessenen Zahndatensätzen subtrahiert wird, anschließend eine Hauptachsenanalyse für die Differenzdatensätze durchgeführt wird, eine Linearkombination aus mindestens einem Teil der sich ergebenden Hauptachsen für den betrachteten Zahntyp gebildet wird und diese Linearkombination zusammen mit dem Durchschnittsdatensatz als generischer Zahnmodelldatensatz zur Verfügung gestellt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, bei welchem zur Rekonstruktion eines reparaturbedürftigen Zahnes oder einer Defektsituation zumindest Teile der fehlenden Außenflächen der Zahnersatzteile oder Zahnrestaurationen durch Anpassung eines Durchschnittszahnes des gewünschten Zahntyps an die vorhandene Restzahnsub stanz und/oder Gegenbezahnung und/oder Nachbarzahnsituation und/oder Bissregistrate ergänzt werden, wobei der Durchschnittszahn durch Mittelwertbildung der elektronischen Datensätze einer größeren Anzahl vermessener Zahnoberflächen eines bestimmten Zahntyps ermittelt wird, nachdem vorher eine Zuordnung möglichst vieler Korrespondenzpunkte und/oder -Strukturen zwischen den Datensätzen erfolgt ist und die Mittelwertbildung genau zwischen den Korrespondenzpunkten und/oder -Strukturen und damit den dazugehörigen einzelnen Koordinaten durchgeführt wird, und nach Anpassung in einer Maschine gefertigt wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, bei welchem zur Rekonstruktion eines reparaturbedürftigen Zahnes oder einer Defektsituation zumindest Teile der fehlenden Außenflächen der Zahnersatzteile oder Zahnrestaurationen durch Optimierung eines generischen Zahnmodelldatensatzes des gewünschten Zahntyps an die vorhandene Restzahnsubstanz und/oder Gegenbezahnung und/oder Nachbarzahnsituation und/oder Bissregistrate so ergänzt werden, dass die Linearfalctoren zumindest der wichtigsten Hauptkomponenten, wobei diese Komponenten durch Hauptachsenanalyseverfahren aus den elektronischen Datensätzen einer größeren Anzahl vermessener Zahnoberflächen ermittelt wurden, so variiert werden, dass die gewählten Optimierungskriterien durch Minimierung einer Fehlerfunktion erfüllt werden, und nach erfolgter Anpassung an die Restgebisssituation und Fertigstellung des Datensatzes das rekonstruierte Zahnersatzteil oder die rekonstruierte Zahnrestauration in einer Maschine angefertigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Zuordnung der Korrespondenzpunkte und/oder Koirespondenzstnücturen automatisch erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem für die Zuordnung der Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen eine gewichtete Kombination zumindest aus Höhenwerten und Steigungen und/oder Krümmungen der entsprechenden elektronischen Daten verwendet wird.
8. Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erhaltenen elektronischen Darstellung eines Durchschnittszahns oder generischen Zahnmodells als elektronische Vorlage für eine Herstellung von physischen Zahnmodellen, Zalmrestaurationen oder Zahnersatzteilen mittels einer entsprechend dem Durchschnittsdatensatz oder generischen Zahnmodelldatensatz oder auch mittels Teilen dieser Datensätze gesteuerten Maschine.
9. Verfahren zur Herstellung von physischen Zalmersatzteilen oder Zahnrestaurationen für reparaturbedürftige Zähne oder für Defektsituationen unter Verwendung einer mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erhaltenen elektronischen Darstellung eines Durchschnittszahns oder generischen Zahnmodells, mit folgenden Schritten: a) es wird eine dreidimensionale Vermessung einer Präparation des reparaturbedürftigen Zahns oder einer Defektsituation durchgeführt und ein die Präparation oder Defektsituation darstellender elektronischer Datensatz erzeugt; b) aus der elektronischen Information der vermessenen Präparation oder der vermessenen Defektsituation werden für den Zahntyp des reparaturbedürftigen Zahns oder für den in die Defektsituation passenden Zahntyp charakteristische Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstnikturen ausgewählt; c) die Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen im elektronischen Datensatz der vennessenen Präparation oder Defektsituation werden entsprechenden Korrespondenzpunlcten und/oder Korrespondenzstrukturen im Datensatz des Durchschnittszahns oder des generischen Zahnmodells zugeordnet; d) die einander zugeordneten Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstnikturen werden durch ein Optimierungsverfahren möglichst weit gehend angenähert; e) der durch die Optimierung ermittelte Datensatz wird einer Rekonstruktion des fehlenden Teils des reparaturbedürftigen Zahns oder zur Ergänzung der Defektsituation zu Grunde gelegt; f) ein physisches Zahnersatzteil oder eine physische Zahnrestauration für den reparaturbedürftigen Zahn oder für die Defektsituation wird mittels einer Maschine hergestellt, die entsprechend dem bei dem Schritt e) erhaltenen Datensatz gesteuert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 und 9 zur Herstellung eines dreidimensionalen elektronischen Datensatzes von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen, bei welchem nach erfolgter Zuordnung von Korrespondenzpunkten und/oder -Strukturen des reparaturbedürftigen Zahnes und/oder der Defektsituation zum generischen Zahnmodelldatensatz die Linearfalctoren für den verwendeten Teil der Hauptachsen so optimiert werden, dass die neue Linearkombination möglichst gut die Korrespondenzen anpasst oder zur Deckung bringt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Linearfaktoren durch Minimierung der Abstände zwischen den Korrespondenzpunlcten ennittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem die Linearfalctoren so ermittelt werden, dass die Wahrscheinlichkeit für die ermittelte Linearkombination möglichst hoch ist.
13. Verfahren nach einem der Anspriiche 9 bis 12, bei welchem die Optimierung die Wichtigkeit bestimmter Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen in Form von Wichtungsfaktoren berücksichtigt.
14. Verfaliren nach einem der Ansprüche 4 bis 7 oder 9 bis 13, bei welchem elektronische Datensätze eines funktioneilen Bissregistrats und/oder eines statischen Bissregistrats berücksichtigt werden.
15. Verfahren nach Anspnich 14, bei welchem die Infonnation des Bissregistrats für die Bildung der Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen zur Rekonstruktion des reparaturbedürftigen Zahns und/oder der Defektsituation einbezogen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem die möglichen Bereiche der Kontaktpunkte mit dem/die Gegenzahn/Gegenzähne als Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen ermittelt werden, indem durch Überlagerung des Datensatzes des statischen/okklusalen Bissregistrats mit dem Datensatz des funktionellen Bissregistrats die Bereiche mit geringen Abständen zwischen diesen Bissregistraten ausgewählt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei welchem von mindestens einem Nachbarzahn und/oder mindestens einem Gegenzahn und/oder mindestens einem symmetrisch gegenüberliegenden Zahn abgeleitete elektronische Daten für die Bildung der Konespondenzpunlcte und/oder Korrespondenzstrukturen zur Rekonstruktion des reparaturbedürftigen Zahns und/oder der Defektsituation einbezogen werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 17, bei welchem der durch Optimierung ermittelte Datensatz in den Bereichen, in denen noch Störungen oder Interferenzen zur Präparation und/oder zur Restzahnsubstanz und/oder zum Bissregistrat und gegebenenfalls zum Nachbarzahn und/oder zum Gegenzahn auftreten, durch Deformation und/oder Morphing angepasst wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 18, bei welchem der Durchschnittsdatensatz oder der generische Zahnmodelldatensatz so bildlich dargestellt wird, dass die der vermessenen Präparation und/oder Defektsituation und/oder Bissregistrat/-e und/oder Nachbarzahn Nachbarzähnen entsprechenden Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen direkt in eine elektronische graphische Darstellung des Durchschnittszahndatensatzes oder des generischen Zahnmodelldatensatzes einzeichenbar sind.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 19, bei welchem der Durchschnittsdatensatz oder der generische Zahnmodelldatensatz zum Eingeben von Korrespondenzpunkten und/oder Korrespondenzstrukturen zusammen mit den vermessenen Datensätzen der Präparation und/oder Defektsituation und/oder Bissregistrat/-e und/oder Nachbarzahn Nachbarzähne bildlich dargestellt wird.
21. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zalmrestaurationen, wobei
-eine dreidimensionale Vermessung eines präparierten Zahnes oder mehrerer zueinander räumlich referenzierter präparierter Zähne erfolgt, -eine dreidimensionale Vermessung der im Bereich der Präparationen liegenden Gegenkiefersituation oder alternativ eines in dem Bereich der Präparation liegenden funktionellen Bissregistrates oder statischen okklusalen Bissregistrates erfolgt -die erfassten Daten als elektronische Digitaldaten gespeichert werden, und wobei anhand von im Bereich der Präparation vorhandener Restzahnsubstanz, Nachbarzahn/Nachbarzähnen oder Zahnfleisch das oder die Bissregistrate im gleichen Koordinatensystem referenziert oder registriert werden, anschließend anhand der Restzahnflächen und/oder durch Auswahl bestimmter Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen die dafür am besten geeignete Bibliothekszalmfläche, d.h. die anhand der durch Minimierung einer Fehlerfunktion gefundene Zahnoberfläche, aus einer digital gespeicherten Zahnbibliothek ausgewählt wird, diese Bibliothekszalmfläche interaktiv und/oder automatisch mittels Softwareroutinen an die Restzahnsubstanz, an den oder die Nachbarzähne und/oder an das oder die Bissregistrate/ Gegenbezahnung eingepaßt wird, durch Vorgabe der Lage des Approximalkontaktes und/oder oraler und/oder vestibulärer Kontrollpunkte die noch fehlenden Außenflächen ergänzt und an die Berandungskurven und/oder Präparationslinien angefügt werden, so dass der Übergang von der Bibliothelcszahnfläche zur ergänzten Außenfläche und von der ergänzten Außenfläche zur Restzahnsubstanz im Bereich der Präparationslinie nahezu glatt verläuft, und nach Fertigstellung des Datensatzes mittels diesen Datensatzes eine Maschine zur Herstellung des gewünschten Zahnersatzteiles oder der gewünschten Zahnrestauration gesteuert wird.
22. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zalmrestaurationen, wobei
-eine dreidimensionale Vermessung eines präparierten Zahnes oder mehrerer zueinander räumlich referenzierter präparierter Zähne erfolgt, -eine dreidimensionale Vennessung der im Bereich der Präparation liegenden Gegenkiefersituation oder alternativ eines in dem Bereich der Präparation liegenden funlctionellen Bissregistrates oder okklusalen Bissregistrates erfolgt und -die erfassten Daten als elektronische Digitaldaten gespeichert werden, und wobei anhand von im Bereich der Präparation vorhandener Restzahnsubstanz, Nachbarzahn/Nachbarzähnen oder Zahnfleisch das oder die Bissregistrate im gleichen Koordinatensystem referenziert oder registriert werden, anschließend durch Vorgabe der Restzahnflächen und/oder durch Auswahl bestimmter Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen die dafür am besten geeignete Bibliothekszalmfläche, d.h. die anhand der durch Minimierung einer Fehlerfunktion gefundene Zahnoberfläche, aus einer digital gespeicherten Zahnbibhothek ausgewählt wird, diese Zahnoberfläche interaktiv und/oder automatisch mittels Softwareroutinen an die Restzahnsubstanz, an den oder die Nachbarzähne und/oder an das oder die Bissregistrate/Gegenbezahnung eingepasst wird, Überlappbereiche der Bibliothekszahnfläche mit der Restzahnsubstanz entsprechend der vorhandenen Präparationsgrenze abgeschnitten werden, durch Vorgabe der Lage des Approximalkontaktes und/oder oraler und/oder vestibulärer Kontrollpunkte die noch fehlenden Außenflächen ergänzt und an die Berandungskurven und/oder Präparationslinien angepasst werden, so dass der Übergang von Bibliothekszahnfläche zur ergänzten Außenfläche und von ergänzter Außenfläche zur Restzahnsubstanz im Bereich der Präparationslinie nahezu glatt verläuft, und nach Fertigstellung des Datensatzes mittels dieses Datensatzes eine Maschine zur Herstellung des gewünschten Zahnersatzteiles oder der gewünschten Zalinrestauration gesteuert wird.
23. Verfaliren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 und 9 bis 22, bei welchem eine Zahnbibliothek aus dreidimensional vermessenen Datensätzen von natürlichen Zahnoberflächen verwendet wird und zu jeder Zahnoberfläche ein Datensatz gebildet wird, der den Zahntyp und die dazugehörigen Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen enthält, von denen zumindest ein Teil für die Zuordnung an die entsprechenden Korrespondenzpunkte oder Korrespondenzstrukturen des Restzalms und/oder der Präparation und/oder des oder die Nachbarzähne und/oder des Gegenzahns und/oder des oder die Bissregistrate verwendet wird.
24. Verfahren zur Herstellung von Zalmrestaurationen nach einem der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 23, bei welchem die Einstellung der Abrasion der zu rekonstruierenden Zahnoberfläche zur Anpassung an den reparaturbedürftigen Zahn und/oder die Defektsituation und/oder Restgebisssituation aus dem generischen Zahnmodelldatensatz durch Variation der Linearfaktoren der Hauptkomponenten durchgeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, bei welchem die möglichen Bereiche der Kontaktpunkte mit dem oder die Gegenzähne als Korrespondenzpunkte und/oder Korrespondenzstrukturen ermittelt werden, indem durch Überlagerung des Datensatzes des statischen/olcklusalen Bissregistrats mit dem Datensatz des funlctionellen Bissregistrats des Gegenkiefers die Bereiche mit geringen Abständen zwischen diesen Bissregistraten ausgewählt werden.
26. Verfahren zur Herstellung von Zahnmodellen oder Zahnersatzteilen für Prothesen, Teilprothesen, Übungsmodelle, Ausbildungsmodelle und/oder Anschauungsmodelle, bei welchem die Zahnoberfläche der Zahnmodelle oder Zahnersatzteile mittels eines generischen Zahnmodelldatensatzes oder Durchschnittsdatensatzes gestaltet ist, der, nachdem vorher eine Zuordnung möglichst vieler Korrespondenzpunkte und/oder - Strukturen zwischen den elektronischen Datensätzen einer größeren Anzahl vermessener Zahnoberflächen erfolgt ist, durch Mittelung dieser Datensätze und/oder Hauptachsenanalyse entstanden ist, wobei für den generischen Zahnmodelldatensatz die Linearkombination zumindest aus den wichtigsten Anteilen der Hauptkomponenten gebildet wird, und das Zahnersatzteil oder Zahnmodell in einer Maschine gefertigt wird oder als Anschauungsmodell in einer Druckvorrichtung oder holographischen Vorlage erstellt wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei vor der Anfertigung in einer numerisch gesteuerten Maschine die Oberflächen des Datensatzes des Zahnersatzteiles, der Zahnrestauration oder des Zahnmodells entsprechend der zu bearbeitenden Werkzeuggeometrien geglättet werden.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 27 zur Herstellung eines Zahnersatzteils oder einer Zahnrestauration mit Verblendung, bei welchem der Datensatz, der bei Schritt e) des Verfahrens nach Anspruch 9, bei Anspruch 4, 5, 18, 21 oder 22 erhalten worden ist, so modifiziert wird, dass für die den zu verblendenden Zonen entsprechenden Bereiche eine reduzierte Form dergestalt berechnet wird, dass bei der späteren Verblendung der Abstand der neuen Oberfläche zur Außenfläche der reduzierten Forai in mindestens einem großen Anteil der Bereiche nahezu oder exakt konstant ist und damit auch die Schichtstärke der späteren Verblendung mit wenig Schwankungen nahezu konstant ist.
29. Verwendung einer numerisch gesteuerten Maschine zur Herstellung von Zahnmodellen, Zahnrestaurationen oder Zalmersatzteilen, indem die Maschine entsprechend dem mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28 erhaltenen Datensatzes gesteuert wird.
30. Vorrichtung zur Veränderung eines mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7 erhaltenen generischen Zallnmodelldatensatzes, aufweisend eine Regeleinrichtung, mittels welcher die Linearfalctoren zumindest eines Teils der Hauptkomponenten des generischen Zahnmodelldatensatzes veränderbar sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, mit einer mit der Regeleinrichtung gekoppelten Darstellungseinrichtung zur bildlichen Darstellung des dem generischen Zahnmodelldatensatzes entsprechenden generischen Zahnes und der Auswirkung eines mittels der Regeleinrichtung durchgeführten Veränderung der Linearfaktoren.
32. Verfaliren zur Herstellung von Zalmersatzteilen oder Zahnrestaurationen nach einem der Ansprüche 1 bis 31, bei dem nach Vorgabe oder automatischer Auswahl weniger Korrespondenzpunkte zwischen der unversehrten Restzahnsubstanz und eines generischen Zahnes oder Durchschnittszahnes oder Bibliothekszahnes die Anpassung iterativ unter automatischer Hinzunahme einer weiteren Anzahl von korrespondierenden Punkten so erfolgt, dass zumindest mittels einer Abstandsprüfung zwischen der jeweils neu angepassten Zahnoberfläche und des reparaturbedürftigen Zahnes automatisch nahezu alle Oberflächenmesspunkte der beschliffenen Zahnsubstanz von denen der nicht beschliffenen Restzahnsubstanz unterschieden werden können.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, bei dem die Präparationsgrenze am Übergang von beschliffener oder abgetragener zu unbeschliffener oder nicht abgetragener Zahnsubstanz dadurch ermittelt wird, dass nach Berechnung der Zahnoberfläche oder zusätzlicher Anpassung der Zahnoberfläche an die Restzahnsubstanz der Übergangsbereich von kleineren Abstandswerten zu größeren Abstandswerten zwischen reparaturbedürftigen Zahndatensatz und berechneter Zahnoberfläche als Information verwendet wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die Präparationsgrenze in der näheren Umgebung des gefundenen Übergangsbereiches und/oder innerhalb des gefundenen Übergangsbereiches genauer ermittelt wird, indem die Stellen größter Krümmung in diesen Bereichen herangezogen werden.
35. Verfahren nach einem der Anspriiche 32 bis 34, bei dem die Abstände zwischen dem elektronischen Datensatz der angepassten Zahnoberfläche und des reparaturbedürftigen Zahndatensatzes ungefähr in Projektionsrichtung der Einschubrichtung ermittelt werden.
36. Verfahren zur Herstellung von Zahnersatzteilen oder Zahnrestaurationen nach einem der Ansprüche I bis 35, bei dem die gewünschte Präparationslinie im elektronischen Bild des reparaturbedürftigen Zahndatensatzes mit einer Kontroll- oder Steuerungsvorrichtung abschnittsweise eingezeichnet wird und für jeden Abschnitt Zwischenpunkte auf der Oberfläche des Datensatzes durch Projektion einer Verbindungslinie zwischen den mit der Kontroll- und Steuerungsrichtung ausgewählten Punkten in der jeweiligen Ansichtsrichtung berechnet werden.
37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Projektionsrichtung durch Einstellung der gewünschten Ansicht für jeden Abschnitt getrennt gewählt werden kann.
38. Verfahren nach Anspnich 36 oder 37, bei dem die Verbindungslinie eine Gerade, eine beliebige Splinekurve oder eine Parabel ist.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem zwischen den angeklickten Punkten die Verbindungslinie durch die Punkte der Oberfläche mit den maximalen Krümmungen gelegt wird.
40. Verfahren nach einem der Anspriiche 1 bis 39 zur Erkennung von Fehlstellen in Zahndatensätzen für die maschinelle Herstellung von Zahnrestaurationen oder Zahnersatzteilen, bei dem der Abstand zwischen der Präparationsgrenzenkurve zum einen und der Begrenzungskurve der rekonstruierten Zahnoberfläche zum anderen punktweise oder in beliebig unterteilten Einheiten abschnittsweise berechnet werden und nur die Punkte oder Abschnitte als Teil der Berandung für die zu füllende Fehlstelle herangezogen werden, deren kleinster Abstand zur jeweils anderen Kurve einen bestimmten vorgegebenen oder adjustierbaren Schwellwert überschreiten.
41. Verfaliren nach Anspruch 40, bei dem die von den beiden Berandungskurven selektierten, in Frage kommenden Segmente für die Fehlstellenberandung so zugeordnet, sortiert und zum Teil auch ergänzt werden, dass jeweils ein Segment der Begrenzungskurve der rekonstruierten Zahnoberfläche und ein Segment der Präparationsgrenzenkurve nahezu die gesamte Berandung der jeweils betrachteten Fehlstelle festlegen.
42. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 41 zum Schließen von Fehlstellen oder Löchern in Zahndatensätzen für die maschinelle Herstellung von Zahnrestaurationen oder Zahnersatzteilen, bei dem die zu ergänzenden Flächen möglichst genau an die Begrenzungskurven der jeweiligen Fehlstelle oder des jeweiligen Lochs adaptiert werden, im Randbereich die Steigungen oder Krümmungen der Umgebung glatt und stetig fortgesetzt werden und vorgegebene oder auswählbare Punkte oder Linien- oder Flächensegmente durch die zu ergänzende Fläche inteφoliert werden.
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