DE102008060504B4 - Device and method for detecting articulated jaw models with a 3D sensor system - Google Patents

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen vorgestellt, mit welchem bei 3-D-Vermessung artikulierte Kiefermodelle die Zuordnung der gemessenen 3-D-Form der Kiefermodelle zum Schädel herstellen lässt.Methods and devices are presented with which jaw models articulated during 3-D measurement can be used to establish the assignment of the measured 3-D shape of the jaw models to the skull.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 2. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 4 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 5.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 2. Furthermore, the invention relates to a method according to the preamble of claim 4 and a method according to the preamble of claim 5.

Stand der TechnikState of the art

Artikulierte Kiefermodelle werden unter anderem von Zahnärzten und Kieferorthopäden benötigt.Articulated models of jaws are required by dentists and orthodontists, among others.

Die Kiefermodelle selbst sind, wie das Wort sagt, ein Modell des Ober- und des Unterkiefers aus Gips. Um es herzustellen, wird zunächst ein Kieferabdruck genommen, dann wird dieser in dentalem Gips abgeformt.The jaw models themselves are, as the saying goes, a model of the upper and lower jaw of plaster. To make it, first a jaw impression is taken, then this is molded in dental plaster.

Zusätzlich nimmt der Arzt häufig einen sogenannten Quetschbiss, indem er den Patienten auf eine später aushärtende Masse beißen lässt und diese somit den „Biss” aufnimmt, also die räumliche Zuordnung zwischen den Zähnen des Oberkiefers und des Unterkiefers.In addition, the doctor often takes a so-called bite by biting the patient on a later hardening mass and thus this receives the "bite", so the spatial relationship between the teeth of the maxilla and the lower jaw.

Häufig ist neben der Lage der Kiefer zueinander auch noch die Lage der Kiefer zum Schädel und zum Kiefergelenk zu erfassen. Der nach dem Stand der Technik übliche Vorgang wird im folgenden als „Artikulation” bezeichnet. Dabei kommt ein sogenannter Gesichtsbogen zum Einsatz.In addition to the position of the jaws, the position of the jaws to the skull and temporomandibular joint is often to be detected. The process common in the prior art is hereinafter referred to as "articulation". Here, a so-called face bow is used.

1 zeigt einen Gesichtsbogen 1, der dem Patienten angelegt wird, sodann angepasst und fixiert wird. Er sitzt an Bezugspunkten im Bereich des Kiefergelenks und der Nasenwurzel an. Ein Ausleger 1a reicht bis zwischen die Kiefer. Mit mechanischer Verbindung zu dem Ausleger 1a wird ein Quetschbiss 2 genommen. Wie in der Abbildung erkennbar, dokumentiert dieser Quetschbiss 2 zusammen mit dem auf dem Patienten fixierten Gesichtsbogen 1 die Geometrie Oberkiefer-Unterkiefer-Kiefergelenk. 1 shows a facebow 1 which is applied to the patient, then adapted and fixed. He sits at reference points in the area of the temporomandibular joint and the nose root. A boom 1a extends to between the jaws. With mechanical connection to the boom 1a becomes a bite 2 taken. As can be seen in the figure, this bite bite documents 2 together with the facebow fixed on the patient 1 the geometry maxillary mandibular temporomandibular joint.

Später wird diese mechanische Beziehung in einen sogenannten Artikulator übertragen.Later, this mechanical relationship is transferred to a so-called articulator.

2 zeigt schematisch einen Artikulator 3, der ein Gestell repräsentiert, welches ein nachempfundenes Kiefergelenk 5 beinhaltet. Die Kiefermodelle 4 werden mit Hilfe des Quetschbisses 2 in ihre richtige Lage zum Kiefergelenk 5 gebracht. Dann werden sie mit Hilfe von Gips im richtigen Abstand und der richtigen Lage auf je einen Sockel 8 für den Unterkiefer und einen für den Oberkiefer befestigt. Das System Oberkiefer-Unterkiefer-Kiefergelenk wurde mechanisch nachgebildet. Das nachempfundene Kiefergelenk 5 des Artikulators 3 weist Besonderheiten auf, es kann sich nicht nur drehen, sondern lässt auch Scher- und Kaubewegungen zu. 2 schematically shows an articulator 3 , which represents a frame, which is a modeled temporomandibular joint 5 includes. The jaw models 4 be with the help of the bite 2 in their correct position to the temporomandibular joint 5 brought. Then with the help of gypsum they are at the right distance and the right position on a pedestal 8th attached to the lower jaw and one for the upper jaw. The maxillary mandibular temporomandibular joint system was mechanically reproduced. The modeled temporomandibular joint 5 of the articulator 3 has special features, it can not only rotate, but also allows for shear and chewing movements.

Das Verfahren heißt Artikulation und dient für verschiedene Zwecke: Mit den aus der Artikulation gewonnenen Kenntnissen kann eine optimale Ausformung von Kauflächen bei der Herstellung von Zahnersatz erreicht werden. Ebenso kann auf der Grundlage der Artikulation eine Planung kieferorthopädischer Maßnahmen erfolgen.The procedure is called articulation and serves for different purposes: With the knowledge gained from the articulation, an optimal shaping of chewing surfaces in the manufacture of dentures can be achieved. Likewise, planning of orthodontic treatment may be based on articulation.

Damit sich die Kiefermodelle 4 mit dem Zwischenstücken aus Gips 10 wieder abnehmen lassen, ist das System 3 mit den Sockeln 8 ausgestattet, in die geeignete Passtücke 9 passen. Die Passtücke 9 bleiben beim Herausnehmen fest mit dem Gips-Zwischenstück 10 und dem Kiefermodell 4 verbunden.So that the jaw models 4 with the intermediate piece of plaster 10 to lose weight again is the system 3 with the sockets 8th equipped, in the appropriate passages 9 fit. The passages 9 remain firmly when removing with the plaster spacer 10 and the jaw model 4 connected.

Es gibt eine Reihe von Artikulatorsystemen verschiedener Hersteller mit jeweils unterschiedlichen Sockeln, die das Erzeugen wichtiger physiologischer Daten ermöglichen, wobei aber die Nutzung der gewonnen physiologischen Daten aufwendig und systemabhängig ist.There are a number of articulator systems of different manufacturers, each with different sockets, which allow the generation of important physiological data, but the use of the physiological data obtained is complex and system-dependent.

Aus der DE 100 42 019 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur räumlichen Gebissvermessung im Zuge einer zahnmedizinischen Behandlung bekannt. Dabei wird zunächst ein Gebissabdruck mittels einer Abdruckaufnahme- und Halteeinrichtung genommen. Danach werden der Gebissabdruck und seine räumliche Lage optisch vermessen und in räumliche Koordinaten umgewandelt. Hierzu dient eine Kalibriervorrichung mit einem Montagesockel für den Gebissabdruck, welcher den Gebissabdruck lagegenau im Vergleich zu einem Artikulator aufnimmt.From the DE 100 42 019 A1 a method and a device for spatial Gebisvermessung in the course of a dental treatment are known. In this case, first a denture impression is taken by means of an impression receiving and holding device. Thereafter, the denture impression and its spatial position are optically measured and converted into spatial coordinates. For this purpose, a Kalibriervorrichung with a mounting base for the denture impression, which receives the dental impression exactly in comparison to an articulator.

Aus der DE 198 38 238 A1 ist ein Verfahren zur rechnergesteuerten Herstellung von Zahnersatz zur Restauration von zumindest einem Zahn oder Kieferbereich, insbesondere der okkusalen bzw. inzisalen Kontaktverhältnisse, bekannt. Um auf einfache Weise Zahnersatz mittels CAD/CAM-Techniken herzustellen, offenbart die genannte Druckschrift die folgenden Verfahrensschritte: Abformen von Ober- und Unterkiefer zur Herstellung von Oberkiefer- und Unterkiefermodellen sowie Zuordnung dieser mittels eines Artikulators, Zuordnung von zumindest zwei Fixpunkten des Oberkiefermodells oder des Unterkiefermodells oder gewählter Referenzpunkte zur Drehachse des Artikulators oder zu dieser zugeordneten zumindest zwei Bezugspunkten, Anordnen des Oberkiefermodells und Anordnen des Unterkiefermodells in einer Messeinrichtung zur Geometriebestimmung des zu restaurierenden Zahns bzw. Kieferbereichs oder Kiefers, wobei die zwei Fixpunkte in vorbestimmter Stellung zum Koordinatensystem der Messeinrichtung zur virtuellen Darstellung der Drehachse des Artikulators bzw. der dieser zugeordneten zumindest zwei Bezugspunkte positioniert werden, Digitalisieren der Ober- und Unterkiefermodelle, Konstruktion des Zahnersatzes mittels CAD und Fertigung des Zahnersatzes mittels CAM.From the DE 198 38 238 A1 is a method for computer-controlled production of dental prostheses for the restoration of at least one tooth or jaw region, in particular the occipital or incisal contact conditions known. In order to produce dentures in a simple manner by means of CAD / CAM techniques, the cited publication discloses the following method steps: Impression of upper and lower jaws for Production of maxillary and mandibular models and assignment of these by means of an articulator, assignment of at least two fixed points of the upper jaw model or lower jaw model or selected reference points to the axis of rotation of the articulator or associated therewith at least two reference points, arranging the upper jaw model and arranging the lower jaw model in a measuring device for Geometriebestimmung the tooth or jaw region or jaw to be restored, the two fixed points being positioned in a predetermined position relative to the coordinate system of the measuring device for the virtual representation of the axis of rotation of the articulator or the at least two reference points associated therewith, digitizing the upper and lower jaw models, constructing the tooth replacement by means of CAD and fabrication of the dentures by CAM.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen, die kieferphysiologischen Daten mit der räumlichen Beziehung von Oberkiefer und Unterkiefer zur Schädelbasis und zum Kiefergelenk in einer schnellen und reproduzierbaren Form zu erfassen und bereit zu stellen.It is an object of the invention to provide devices and methods that make it possible to detect the jaw physiological data with the spatial relationship of the maxilla and mandible to the skull base and the temporomandibular joint in a fast and reproducible form and provide.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder durch eine Vorrichtung nach Anspruch 2 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 4 oder ein Verfahren nach Anspruch 5.According to the invention the object is achieved by a device according to claim 1 or by a device according to claim 2 and by a method according to claim 4 or a method according to claim 5.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.

Die Vorrichtung ermöglicht somit die Erzeugung der Objektdaten, d. h., der Daten, die die räumliche Beziehung von Oberkiefer und Unterkiefer zur Schädelbasis und zum Kiefergelenk darstellen, wobei diese Daten automatisch erfasst und in das geeignete Koordinatensystem transformiert werden, so dass diese Daten dann effizient weiter verarbeitet werden können.The device thus enables the generation of the object data, i. h., The data representing the spatial relationship of the maxilla and mandible to the skull base and the temporomandibular joint, which data are automatically detected and transformed into the appropriate coordinate system, so that these data can then be efficiently processed further.

Vorteilhafterweise ist die Ausgabeeinrichtung ausgebildet, die transformierten Objektdaten in einem computerlesbaren Format auszugeben.Advantageously, the output device is designed to output the transformed object data in a computer-readable format.

Es gibt 3D-Scanner, welche Kiefermodelle erfassen und mit Hilfe einer Rechen- und Auswerteeinheit Daten über deren Form ermitteln. Diese Computerdateien können beispielsweise zur Herstellung von Zahnersatz oder zur kieferorthopädischen Behandlungsplanung dienen.There are 3D scanners that record jaw models and use a computing and evaluation unit to determine their shape. These computer files can be used for example for the production of dentures or for orthodontic treatment planning.

Ist die Beziehung erst einmal im Computer erfasst, kann die Information z. B. bei der Modellierung von Kauflächen ausgewertet werden, indem der Computer die Kiefergelenksbewegungen und Kaubewegungen simuliert. Die Information kann auch bei der kieferorthopädischen Behandlungsplanung ausgewertet werden, indem z. B. festgestellt wird, wie bestimme Zähne relativ zu Bezugsebenen und -punkten des Schädels stehen und wie man diese Stellung durch eine kieferorthopädische Behandlung verbessern kann.Once the relationship is recorded in the computer, the information z. B. in the modeling of chewing surfaces are evaluated by the computer simulates the temporomandibular joint movements and chewing movements. The information can also be evaluated in the orthodontic treatment planning by z. B. it is determined how certain teeth are relative to reference planes and points of the skull and how to improve this position by an orthodontic treatment.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Kiefermodells, die ferner ausgebildet ist, Positionskorrekturdaten zur Korrektur der Objektdaten abhängig von der Position des Kiefermodells bereit zu stellen. Damit können sehr viele verschiedene Kiefermodelle der Messung zugänglich gemacht werden, wobei die Positionierdaten eine entsprechende Anpassung bzw. Korrektur der zugrunde liegenden Transformation ermöglichen.According to one aspect of the invention, the device comprises a positioning device for positioning the jaw model, which is also designed to provide position correction data for correcting the object data depending on the position of the jaw model. In this way, a large number of different jaw models can be made accessible to the measurement, with the positioning data allowing a corresponding adaptation or correction of the underlying transformation.

Die Positioniereinrichtung ist ausgebildet, das Kiefermodell innerhalb des Messfeldes des 3D-Sensors zu positionieren, so dass eine zuverlässige Messung unabhängig von der Art des Kiefermodells möglich ist.The positioning device is designed to position the jaw model within the measuring field of the 3D sensor, so that a reliable measurement is possible regardless of the type of jaw model.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung einen weiteren Artikulatorsockel zur Aufnahme eines weiteren Kiefermodells auf. Dadurch kann effizient die Situation im Artikulator nachgebildet werden, so dass damit die Ermittlung der Transformation zur Abbildung des Sensorsystems in das Artikulatorkoordinatensystem erfolgen kann.According to a further aspect of the invention, the device has a further articulator socket for receiving a further jaw model. As a result, the situation in the articulator can be simulated efficiently, so that the determination of the transformation for imaging the sensor system in the articulator coordinate system can thus be carried out.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtungen und der Verfahren sind in der weiteren Beschreibung erläutert.Advantageous embodiments of the devices and the methods are explained in the further description.

Die Erfindung wird nun durch mit Bezug zu den Figuren näher beschrieben, in denen:The invention will now be further described by reference to the figures, in which:

1 (Stand der Technik) eine schematische Darstellung einen Gesichtsbogen während der Erfassung physiologischer Daten zeigt, 1 (Prior Art) is a schematic representation of a facebow during the acquisition of physiological data,

2 (Stand der Technik) schematisch ein Artikulatorsystem zeigt, 2 (Prior art) schematically shows an articulator system,

3 (Stand der Technik) schematisch Vorrichtung zum Erfassen von artikulierten Kiefermodelien zeigt, 3 (Prior art) schematically shows apparatus for detecting articulated jaw models,

4 schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei Sockeln zeigt und 4 schematically shows an embodiment of the device according to the invention with two sockets and

5 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer Positioniereinrichtung zur Positionierung des Kiefermodells im Messfeld des Sensors zeigt. 5 schematically shows a further embodiment of the invention with a positioning device for positioning the jaw model in the measuring field of the sensor.

Es wird davon ausgegangen, dass der oben beschriebene Vorgang der „Artikulation” durchgeführt wurde und ein bestückter Artikulator, wie er in 2 gezeigt ist, vorhanden ist, dessen Information effizienter Weise, etwa für Computer lesbar, erfasst werden soll.It is assumed that the above-described process of "articulation" was performed and a populated articulator as described in 2 is shown, the information of which is to be captured efficiently, such as for computer readable.

Mit erneuter Bezugnahme auf 2, soll zunächst zur weiteren Erläuterung ein Koordinatensystem K definiert werden, das sogenannte „Artikulatorkoordinatensystem” oder „Schädelbasisbezogenes Koordinatensystem”.With renewed reference to 2 , a coordinate system K should first be defined for further explanation, the so-called "articulator coordinate system" or "skull base-related coordinate system".

Im Folgenden wird beispielhaft ein Artikulatorkoordinatensystem definiert: Die Achse des Kiefergelenks soll durch Aufpunkt und Richtungsvektor definiert sein. Der Aufpunkt sei der Ortsvektor (0 mm, 0 mm, 0 mm), er soll sich genau in der Mitte zwischen den beiden Kiefergelenken 5 des Artikulators 3 der 2 befinden. Der Richtungsvektor sei der Vektor (1 mm, 0 mm, 0 mm), welcher in x-Richtung weist und aus der Zeichenebene heraus führt. Die Z-Achse 7 (0 mm, 0 mm, 1 mm) weise in 2 senkrecht nach oben; die Y-Achse 6 weist in der Zeichnung nach rechts.In the following, an articulator coordinate system is defined by way of example: The axis of the temporomandibular joint should be defined by the point of origin and the direction vector. The reference point is the position vector (0 mm, 0 mm, 0 mm), it should be exactly in the middle between the two temporomandibular joints 5 of the articulator 3 of the 2 are located. The direction vector is the vector (1 mm, 0 mm, 0 mm) which points in the x-direction and leads out of the plane of the drawing. The Z axis 7 (0 mm, 0 mm, 1 mm) wise in 2 vertically upwards; the Y-axis 6 indicates in the drawing to the right.

Nach der Erfassung von Kiefern als Datensätze in einem 3D-Scanner liegen diese Datensätze aber grundsätzlich im Koordinatensystem des 3D-Scanners vor, es soll „Sensorkoordinatensystem” K' heißen.However, after collecting pines as records in a 3D scanner, these records are basically in the coordinate system of the 3D scanner called "sensor coordinate system" K '.

Die gesuchte Information über die Lage von Oberkiefer, Unterkiefer und Kiefergelenk zueinander entspricht der Information über eine Transformation des Oberkiefers und eine Transformation des Unterkiefers.The information sought on the position of upper jaw, lower jaw and jaw joint corresponds to the information about a transformation of the upper jaw and a transformation of the lower jaw.

Unter Transformation werden eine Verschiebung und eine Drehung verstanden. Transformationen kann man z. B. durch 3 Koordinaten eines räumlichen Verschiebungsvektors und drei Winkelwerte einer (verallgemeinerten) räumlichen Drehung ausdrücken.Transformation is understood as a displacement and a rotation. Transformations can be z. By expressing three coordinates of a spatial displacement vector and three angular values of a (generalized) spatial rotation.

Bestimmung der Transformationen zwischen Sensorkoordinatensystem und ArtikulatorkoordinatensystemDetermination of transformations between sensor coordinate system and articulator coordinate system

3 zeigt eine Vorrichtung 100, in der das grundlegende Konzept verwirklicht ist. Ein 3D-Sensor 110 wird in geeigneter Weise bereit gestellt. Der Aufnahmeraum 12 für die Kiefermodelle 4 ist so ausgebildet, dass er (Kiefer-)-Modelle 4 mit Gips-Zwischenstil 10 und Passtucken 9 für den Sockel 8 aufnehmen kann. Dabei soll weiterhin das zu messende Kiefermodell 4 im Messfeld bzw. Messvolumen 11 bleiben. 3 shows a device 100 in which the basic concept is realized. A 3D sensor 110 is provided in a suitable manner. The recording room 12 for the jaw models 4 is designed to be (pine) models 4 with plaster intermediate style 10 and fits 9 for the pedestal 8th can record. It should continue to be measured jaw model 4 in the measuring field or measuring volume 11 stay.

Am Boden der Halterung bzw. des Aufnahmeraums 12 befindet sich der Sockel 8, der in einer Ausführungsform baugleich zu dem Sockel im Artikulator ist, etwa dem in 2 gezeigten Artikulator. In anderen Ausführungsformen besitzen der Sockel des Artikulators und der Vorrichtung 100 eine bekannte geometrische Relation zueinander, so dass sich die Position des Modells 4 in der Vorrichtung 100 aus der bekannten geometrischen Relation ermitteln lässt.At the bottom of the holder or the receiving space 12 is the base 8th , which in one embodiment is identical to the base in the articulator, such as in 2 shown articulator. In other embodiments, the base of the articulator and the device have 100 a known geometric relation to each other, so that the position of the model 4 in the device 100 can be determined from the known geometric relation.

Die folgenden Überlegungen werden zunächst für das Modell des Unterkiefers durchgeführt; die Überlegung für den Oberkiefer folgt weiter unten: Der Sensor 110 misst den Kieferabdruck des Unterkiefers in seinem Koordinatensystem K'.The following considerations are first made for the model of the mandible; the consideration for the upper jaw follows below: The sensor 110 measures the jaw impression of the lower jaw in its coordinate system K '.

Die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem K und dem Koordinatensystem K' lässt sich über eine Transformationskette herstellen. Das Aufstellen einer Transformationskette ist ein Standardverfahren, welches auf das vorliegende Problem angewendet wird: Die verkettete Transformation lässt sich über die gemeinsame Referenz, den Sockel 8 herstellen: Dies kann beispielsweise so geschehen: drei markante Punkte P1', P2', P3' auf dem Sockel 8 werden vom (3D-)-Sensor 110 gemessen, ihre Koordinaten liegen im Koordinatensystem K' vor. Die Lage der gleichen markanten Punkte auf dem für den Unterkiefer bestimmten Sockel wird anhand der Konstruktionszeichnungen im Koordinatensystem K, d. h., im Artikulator 3, festgestellt, diese lauten Q1, Q2, Q3. Es wird die Transformation T gefunden, welche diese drei Punkte aus dem Sensorkoordinatensystem K' ins Artikulatorkoordinatensystem K abbildet.The relationship between the coordinate system K and the coordinate system K 'can be established via a transformation chain. Setting up a transformation chain is a standard method that is applied to the problem at hand: The concatenated transformation can be achieved via the common reference, the socket 8th This can be done, for example: three prominent points P1 ', P2', P3 'on the pedestal 8th be from the (3D) sensor 110 measured, their coordinates are in the coordinate system K 'before. The position of the same prominent points on the base intended for the lower jaw is determined by the design drawings in the coordinate system K, ie in the articulator 3 , stated, these are Q1, Q2, Q3. The transformation T is found, which maps these three points from the sensor coordinate system K 'into the articulator coordinate system K.

Die Messdaten des Kiefers müssen der gleichen Transformation T unterworfen werden, dann liegen sie in einem Koordinatensystem vor, in dem die Lage des Kiefergelenks bekannt ist; somit ist das Problem gelöst. The measurement data of the jaw must be subjected to the same transformation T, then they are in a coordinate system in which the position of the temporomandibular joint is known; thus the problem is solved.

Für den Oberkiefer werden die entsprechenden markanten Punkte auf dem Artikulator 3 auf den für den Oberkiefer bestimmten Sockel 8 bestimmt. Man erhält drei andere Punkte R1, R2, R3 anstelle von Q1, Q2 und Q3, entsprechend wird eine andere Transformation U gefunden, mit deren Hilfe die Daten des Oberkiefers korrekt transformiert werden können.For the upper jaw, the corresponding distinctive points are on the articulator 3 on the socket intended for the maxilla 8th certainly. Three other points R1, R2, R3 are obtained instead of Q1, Q2 and Q3, correspondingly another transformation U is found with the aid of which the data of the upper jaw can be transformed correctly.

Ein anderer Weg zur Bestimmung der Transformationen zwischen Sensorkoordinatensystem und ArtikulatorkoordinatensystemAnother way to determine the transformations between the sensor coordinate system and the articulator coordinate system

Ein erfindungsgemäßer Lösungsweg zum Auffinden der Transformationen T und U besteht in folgender Vorgehensweise und wird mit Bezug zu 4 beschrieben.An inventive approach to finding the transformations T and U consists in the following procedure and is with reference to 4 described.

Es wird ein spezielle Sockelanordnung 13 verwendet, welche je einen Sockel/Artikulatorsockel 8 für den Oberkiefer und für den Unterkiefer aufweist, die räumlich so angeordnet sind wie bei einem Artikulator im Zustand des geschlossenen Mundes.It will be a special socket arrangement 13 used, which each have a base / articulator socket 8th for the upper jaw and for the lower jaw, which are arranged spatially as in an articulator in the state of the closed mouth.

Der Lösungsweg sieht vor, ein Objekt, welches mit einem Passtück für einen Artikulatorsockel ausgerüstet ist, nacheinander in der Stellung „Oberkiefer”, also hängend oben im Halter bzw. der Anordnung 13 und in der Stellung „Unterkiefer”, also stehend unten im Halter 13 zu vermessen. Obwohl die Messungen durch Verdeckungsprobleme erschwert werden, kann dies in einer Weise geschehen, dass die Datensätze, die in beiden Aufspannungen gewonnen wurden, miteinander registriert werden können.The solution provides, an object which is equipped with a fitting for a Artikatorsockel, successively in the position "upper jaw", ie hanging up in the holder or the arrangement 13 and in the position "lower jaw", so standing down in the holder 13 to measure. Although the measurements are made difficult by obscuring problems, this can be done in a way that the data sets obtained in both setups can be registered with each other.

Die gefundene Transformation D1 lässt sich als Drehung um 180° um eine Drehachse interpretieren. Hierzu kann folgende bekannte mathematische Transformationsmöglichkeit aus einer Formelsammlung verwendet werden. Drückt man D1 in folgender Form aus

so ist α der Drehwinkel und (v1, v2, v3) ein Einheitsvektor der die Drehachse A1 repräsentiert.The found transformation D1 can be interpreted as a rotation through 180 ° about a rotation axis. For this purpose, the following known mathematical transformation option can be used from a formulary. Press D1 in the following form

so α is the angle of rotation and (v1, v2, v3) is a unit vector representing the axis of rotation A1.

Diese Drehachse (v1, v2, v3) kann mit Hilfe der o. g. Matrixdarstellung bestimmt werden.This axis of rotation (v1, v2, v3) can be determined with the aid of o. G. Matrix representation can be determined.

Eine weitere Drehachse D2 wird bestimmt, indem das Objekt um die Verbindungsachse des oberen und des unteren Artikulatorsockels 13 gedreht wird. Die Form des Objektes wird vor und nach der Drehung mit Hilfe des Sensors dreidimensional erfasst. Die beiden Datensätze werden registriert. Dabei wird eine Transformation D2 gefunden, die als Drehung um eine Achse A2 interpretiert werden kann.Another axis of rotation D2 is determined by placing the object about the connecting axis of the upper and lower articulator pedestals 13 is turned. The shape of the object is detected three-dimensionally before and after rotation by means of the sensor. The two records are registered. In this case, a transformation D2 is found, which can be interpreted as rotation about an axis A2.

Die Kenntnis der Lage der Achsen A1 und A2 erlaubt dann den Übergang von Sensorkoordinaten auf Artikulatorkoordinaten, weil die Lage der Achsen in beiden Koordinatensystemen bekannt ist: Die Lage der Achsen im Artikulatorkoordinatensystem ist bekannt, weil die Achsen sich in einer geometrisch ausgezeichneten Position befinden: A1 verläuft durch die Mitte zwischen den Artikulator-Adaptern in Y-Richtung, A2 verläuft von der Mitte des unteren Artikulator-Sockels zur Mitte des oberen Artikulator-Sockels.The knowledge of the position of the axes A1 and A2 then allows the transition of sensor coordinates to articulator coordinates, because the position of the axes in both coordinate systems is known: The position of the axes in the articulator coordinate system is known because the axes are in a geometrically excellent position: A1 passes through the middle between the articulator adapters in the Y direction, A2 runs from the center of the lower articulator socket to the center of the upper articulator socket.

Die Lage dieser Achsen im Sensorkoordinatensystem ist aufgrund der oben beschriebenen Umformungen bekannt.The position of these axes in the sensor coordinate system is known due to the above-described transformations.

Verschiebung des Kiefermodells ins MessfeldMovement of the jaw model into the measuring field

Die Lage der menschlichen Kiefer zum Kiefergelenk variiert individuell sehr stark. So ist z. B. bei Kindern der Abstand der Kiefer zum Kiefergelenk kleiner als bei Erwachsenen.The position of the human jaw to the TMJ varies individually very strong. So z. As in children, the distance of the jaw to the TMJ smaller than in adults.

Entsprechend sind die Kiefer im vom Artikulator-Gestell umschlossenen Raum an verschiedenen Stellen in Y und Z-Richtung anzutreffen. Tatsächlich wurde der vom Artikulator-Gestell umschlossene Raum deswegen so groß dimensioniert, weil alle Lagen vorkommen können.Accordingly, the jaws are found in the space enclosed by the articulator frame at different locations in the Y and Z directions. In fact, the space enclosed by the articulator frame was so large because all layers can occur.

Bei krankhaften Veränderungen des Systems Kiefer-Kiefergelenk kommen auch Abweichungen in X-Richtung, aus der Mitte, vor.Deviations in the X-direction, from the middle, also occur in pathological changes of the TMJ system.

Insgesamt ergibt sich aufgrund der klinischen Fälle von einer mittleren Position aus eine Variationsbreite von ca. 50 mm in jede Richtung.Overall, due to the clinical cases, a variation of about 50 mm in each direction results from a middle position.

Das typische Messfeld eines Sensors für Kiefermodelle beträgt 90 mm·90 mm·30 mm (X·Y·Z), entsprechend den Abmessungen eines Kiefermodells.The typical field of view of a jaw model sensor is 90 mm x 90 mm x 30 mm (X x Y x Z), corresponding to the dimensions of a jaw model.

Die Vorrichtung gemäß 3 besitzt aufgrund der Variationsbreite der Gipszwischenstücke das Messfeld 11 mit etwa den Maßen 190 mm·190 mm·130 mm. In diesem Falle werden optische Sensoren mit einer geeigneten Kameraauflösung und Schärfentiefe verwendet.The device according to 3 owns the measuring field due to the variation width of the gypsum intermediate pieces 11 about 190 mm x 190 mm x 130 mm. In this case, optical sensors with a suitable camera resolution and depth of field are used.

Mit Bezug zu 5 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, in der weniger hohe Anforderungen an den Sensor gestellt werden, aber dennoch die Vermessung sehr vieler unterschiedlicher Kiefermodelle möglich ist. Dazu wird eine Positioniereinrichtung 120 vorgesehen, die die Lage des Sockels 8 in einer Voreinstellung in bekannter Weise so korrigiert, dass der Kiefer wieder im Messfeld 11 liegt. Mit Hilfe der Umkehrtransformation zu dieser bekannten Korrektur wird dann die Transformation T bzw. U korrigiert.In reference to 5 Another embodiment is described in which less stringent requirements are placed on the sensor, but nevertheless the measurement of very many different jaw models is possible. This is a positioning 120 provided the location of the socket 8th in a preset in a known manner so corrected that the jaw back in the measuring field 11 lies. With the help of the inverse transformation to this known correction, the transformation T or U is then corrected.

Die Positioniereinrichtung kann dabei motorische Versteller aufweisen, ebenso ablesbare mechanische Versteller. Diese können mit einer Skala ausgerüstet sein oder nur wenige (digitale) Einstellschritte zulassen, welche abgezählt werden können.The positioning device may have motor adjusters, as well as readable mechanical adjuster. These can be equipped with a scale or allow only a few (digital) setting steps, which can be counted.

In einer Ausführungsform werden zur Verstellung in Z-Richtung Unterlegstücke verwendet. Die Unterlegstücke sind gegeneinander, sowie gegen den Boden und gegen den Artikulatorsockel gegen unkontrolliertes Verschieben oder Verdrehen gesichert. Dies kann z. B. durch Passtifte 15 realisiert werden, oder durch eine nicht-ebene Geometrie, bei der die Unterseite des einen Unterlegstückes bzw. der Boden in genau einer Weise zur Oberseite des anderen Unterlegstückes bzw. den Artikulatorsockel passt. Die Unterlegstücke können eine Schrittweite in der Dicke von z. B. 10 mm aufweisen. Sie können einzeln verwendet oder miteinander kombiniert werden.In one embodiment, shims are used to adjust in the Z direction. The shims are secured against each other, as well as against the ground and against the articulator socket against uncontrolled shifting or twisting. This can be z. B. by pins 15 can be realized, or by a non-planar geometry, in which the bottom of the one Unterlegstückes or the bottom in exactly one way to the top of the other Unterlegstückes or the Artikulatorsockel fits. The shims may have a pitch in the thickness of z. B. 10 mm. They can be used individually or combined with each other.

Zur lateralen Verstellung kann die (Positionier-)-Einrichtung 120 ein System mit Hilfe eines Rasters von Passstiften 15 oder andere Raster von nicht-ebenen Geometrien verwendet werden. Das Raster kann z. B. einen Rasterabstand von 10 mm haben.For lateral adjustment, the (positioning) device can be used 120 a system using a grid of dowel pins 15 or other rasters of non-planar geometries. The grid can z. B. have a pitch of 10 mm.

Der Benutzer muss der Software ggf. mitteilen, welche Unterlegstücke er verwendet hat und ggf. an welchen Ort des Rasters der Passstifte er das erste Unterlegstück gesteckt hat. Die Software korrigiert die Transformation T bzw. U entsprechend. In anderen Ausführungsformen werden die Korrekturdaten, die bei der Positionierung mit Hilfe der Einrichtung 120 erzeugt werden, in automatisierter Weise einer Transformationseinrichtung 130 zugeführt, die auch mit dem 3D-Sensor 110 verbunden ist. Die Transformationseinrichtung ist dabei ausgebildet, die Transformation vom Sensorkoordinatensystem ins Artikulatorkoordinatensystem unter Berücksichtigung der Positionierdaten der Einrichtung 120 auszuführen.If necessary, the user must inform the software which shims he has used and, if applicable, at which place of the grid of the dowel pins he has put the first shim. The software corrects the transformation T or U accordingly. In other embodiments, the correction data used in the positioning by means of the device 120 be generated, in an automated manner, a transformation device 130 fed, which also with the 3D sensor 110 connected is. The transformation device is embodied here, the transformation from the sensor coordinate system into the articulator coordinate system taking into account the positioning data of the device 120 perform.

Nachdem die Objektdaten in dem gewünschten Koordinatensystem vorliegen, werden diese Daten einer Ausgabeeinrichtung 140 zugeleitet, die diese transformierten Objektdaten in einem geeigneten Format der Peripherie zur Verfügung stellt. In einer Ausführungsform werden die transformierten Objektdaten in einem computerlesbaren Format von der Einrichtung 140 zur Verfügung gestellt, so dass eine unmittelbare Weiterverarbeitung der transformierten Objektdaten erfolgen kann, wie dies auch zuvor bereits erläutert ist.After the object data exists in the desired coordinate system, this data becomes an output device 140 which provides these transformed object data in a suitable format of the periphery. In one embodiment, the transformed object data is in a computer-readable format from the device 140 provided, so that an immediate further processing of the transformed object data can be done, as also previously explained.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erfassung von Kiefermodellen mit 3D-Sensorik mit Hilfe eines modifizierten 3D-Sensors für Kiefermodelle bereit gestellt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der 3D-Sensor so modifiziert ist, dass er einen Artikulatorsockel aufweist, welcher artikulierte Kiefermodelle aufnehmen kann, und dass räumliche Transformationen zwischen dem Sensorkoordinatensystem und dem Artikulatorkoordinatensystem hergestellt werden. Ferner werden die Koordinaten der Kiefermodelle im Artikulatorkoordinatensystem ausgegeben.In a further embodiment, a method for detecting jaw models with 3D sensors with the aid of a modified 3D sensor for jaw models is provided. The method is characterized in that the 3D sensor is modified to have an articulator socket that can accommodate articulated jaw models and to provide spatial transformations between the sensor coordinate system and the articulator coordinate system. Furthermore, the coordinates of the jaw models are output in the articulator coordinate system.

Claims (7)

Vorrichtung zum Erfassen von artikulierten Kiefermodellen, mit einem 3D-Sensor (110), einem Artikulatorsockel (8) zur Aufnahme mindestens eines artikulierten Kiefermodells (4), wobei der 3D-Sensor (110) zur Erfassung von Objektdaten des mindestens einen Kiefermodells (4) ausgebildet ist, einer Transformationseinrichtung (130) zur Transformation der Objektdaten des 3D-Sensors (110) von einem Sensorkoordinatensystem in ein Artikulatorkoordinatensystem, und einer Ausgabeeinrichtung (140) zur Ausgabe der transformierten Objektdaten, gekennzeichnet durch eine Sockelanordnung (13), die je einen Artikulatorsockel (8) für den Oberkiefer und den Unterkiefer aufweist, wobei zum Vermessen des Kiefermodells (4) dieses mit einem Passstück (9) ausgerüstet ist, um nacheinander in einer Stellung „Oberkiefer” hängend oben und in einer Stellung „Unterkiefer” stehend unten in der Sockelanordnung (13) vermessen zu werden, oder um das Kiefermodell (4) um die Verbindungsachse des oberen und des unteren Artikulatorsockels (8) zu drehen sowie vor und nach der Drehung mit Hilfe des 3D-Sensors (110) zu erfassen.Device for detecting articulated jaw models, with a 3D sensor ( 110 ), an articulator socket ( 8th ) for receiving at least one articulated jaw model ( 4 ), whereby the 3D sensor ( 110 ) to Capture of object data of the at least one jaw model ( 4 ), a transformation device ( 130 ) for transforming the object data of the 3D sensor ( 110 ) from a sensor coordinate system to an articulator coordinate system, and an output device ( 140 ) for outputting the transformed object data, characterized by a socket arrangement ( 13 ), each having an articulator socket ( 8th ) for the upper jaw and the lower jaw, wherein for measuring the jaw model ( 4 ) this with a fitting ( 9 ) in succession in a position "upper jaw" hanging above and in a position "lower jaw" standing at the bottom in the base arrangement ( 13 ) or the jaw model ( 4 ) about the connecting axis of the upper and lower articulator socket ( 8th ) and before and after rotation using the 3D sensor ( 110 ) capture. Vorrichtung zum Erfassen von artikulierten Kiefermodellen, mit einem 3D-Sensor (110), einem Artikulatorsockel (8) zur Aufnahme mindestens eines artikulierten Kiefermodells (4), wobei der 3D-Sensor (110) zur Erfassung von Objektdaten des mindestens einen Kiefermodells (4) in einem Messfeld (11) ausgebildet ist, einer Transformationseinrichtung (130) zur Transformation der Objektdaten des 3D-Sensors (110) von einem Sensorkoordinatensystem in ein Artikulatorkoordinatensystem gemäß einer Transformation T, welche Punkte aus dem Sensorkoordinatensystem in das Artikulatorkoordinatensystem abbildet, und einer Ausgabeeinrichtung (140) zur Ausgabe der transformierten Objektdaten, gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung (120) zur Positionierung des Kiefermodells (4), wobei die Positioniereinrichtung (120) motorische oder ablesbare mechanische Versteller aufweist, welche die Lage des Artikulatorsockels (8) so korrigieren, dass das Kiefermodell innerhalb des Messfeldes (11) des 3D-Sensors (110) liegt, wobei die Positioniereinrichtung (120) eingerichtet ist, Positionskorrekturdaten abhängig von der Lage des Artikulatorsockels (8) bereit zu stellen, um die Transformation T mit Hilfe einer Umkehrtransformation zu korrigieren.Device for detecting articulated jaw models, with a 3D sensor ( 110 ), an articulator socket ( 8th ) for receiving at least one articulated jaw model ( 4 ), whereby the 3D sensor ( 110 ) for acquiring object data of the at least one jaw model ( 4 ) in a measuring field ( 11 ), a transformation device ( 130 ) for transforming the object data of the 3D sensor ( 110 ) from a sensor coordinate system to an articulator coordinate system according to a transformation T which maps points from the sensor coordinate system into the articulator coordinate system, and an output device ( 140 ) for outputting the transformed object data, characterized by a positioning device ( 120 ) for positioning the jaw model ( 4 ), wherein the positioning device ( 120 ) has motorized or readable mechanical adjuster, which the position of the articulator socket ( 8th ) so that the jaw model within the measuring field ( 11 ) of the 3D sensor ( 110 ), wherein the positioning device ( 120 ) position correction data depending on the position of the articulator socket ( 8th ) to correct the transformation T by means of an inverse transformation. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinrichtung (140) ausgebildet ist, die transformierten Objektdaten in einem computerlesbaren Format auszugeben.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the output device ( 140 ) is adapted to output the transformed object data in a computer readable format. Verfahren zur Erfassung von artikulierten Kiefermodellen, mit den Schritten: – Anordnen eines Kiefermodells (4) auf einem Artikulatorsockel (8), – Erfassen von Objektdaten des Kiefermodells (4) mittels eines 3D-Sensors (110), – Transformieren der Objektdaten des 3D-Sensors (110) von einem Sensorkoordinatensystem in ein Artikulatorkoordinatensystem, – Ausgeben der transformierten Objektdaten, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vermessen des Kiefermodells (4) dieses mit einem Passstück (9) für den Artikulatorsockel (8) ausgerüstet ist, wobei eine Sockelanordnung (13) verwendet wird, die je einen Artikulatorsockel (8) für den Oberkiefer und den Unterkiefer aufweist, wobei das Kiefermodell (4) nacheinander in einer Stellung „Oberkiefer” hängend oben und in einer Stellung „Unterkiefer” stehend unten in der Sockelanordnung (13) vermessen wird, oder das Kiefermodell (4) um die Verbindungsachse des oberen und des unteren Artikulatorsockels (8) gedreht und vor und nach der Drehung mit Hilfe des 3D-Sensors (110) erfasst wird.Method for detecting articulated jaw models, comprising the steps of: - arranging a jaw model ( 4 ) on an articulator base ( 8th ), - acquisition of object data of the jaw model ( 4 ) by means of a 3D sensor ( 110 ), - transform the object data of the 3D sensor ( 110 ) from a sensor coordinate system into an articulator coordinate system, outputting the transformed object data, characterized in that for measuring the jaw model ( 4 ) this with a fitting ( 9 ) for the articulator socket ( 8th ), a socket arrangement ( 13 ), each having an articulator socket ( 8th ) for the maxilla and the mandible, the jaw model ( 4 ) successively in a position "upper jaw" hanging above and in a position "lower jaw" standing below in the base assembly ( 13 ), or the jaw model ( 4 ) about the connecting axis of the upper and lower articulator socket ( 8th ) and before and after rotation using the 3D sensor ( 110 ) is detected. Verfahren zur Erfassung von artikulierten Kiefermodellen, mit den Schritten: – Anordnen eines Kiefermodells (4) auf einem Artikulatorsockel (8), – Erfassen von Objektdaten des Kiefermodells (4) mittels eines 3D-Sensors (110), – Transformieren der Objektdaten des 3D-Sensors (110) von einem Sensorkoordinatensystem in ein Artikulatorkoordinatensystem gemäß einer Transformation T, welche Punkte aus dem Sensorkoordinatensystem in das Artikulatorkoordinatensystem abbildet, – Ausgeben der transformierten Objektdaten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniereinrichtung (120) zur Positionierung des Kiefermodells (4) verwendet wird, wobei die Positioniereinrichtung (120) motorische oder ablesbare mechanische Versteller aufweist, welche die Lage des Artikulatorsockels (8) so korrigieren, dass das Kiefermodell innerhalb eines Messfeldes (11) des 3D-Sensors (110) liegt, wobei die Positioniereinrichtung (120) Positionskorrekturdaten abhängig von der Lage des Artikulatorsockels (8) bereitstellt und die Transformation T mit Hilfe einer Umkehrtransformation korrigiert wird.Method for detecting articulated jaw models, comprising the steps of: - arranging a jaw model ( 4 ) on an articulator base ( 8th ), - acquisition of object data of the jaw model ( 4 ) by means of a 3D sensor ( 110 ), - transform the object data of the 3D sensor ( 110 from a sensor coordinate system into an articulator coordinate system according to a transformation T, which maps points from the sensor coordinate system into the articulator coordinate system, outputting the transformed object data, characterized in that a positioning device ( 120 ) for positioning the jaw model ( 4 ) is used, wherein the positioning device ( 120 ) has motorized or readable mechanical adjuster, which the position of the articulator socket ( 8th ) so that the jaw model within a measuring field ( 11 ) of the 3D sensor ( 110 ), wherein the positioning device ( 120 Position correction data depends on the position of the articulator socket ( 8th ) and the transformation T is corrected by means of an inverse transformation. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Artikulatorkoordinatensystem transformierten Objektdaten in einem computerlesbaren Format ausgegeben werden.Method according to Claim 4 or 5, characterized in that the object data transformed into the articulator coordinate system are output in a computer-readable format. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation vom Sensorkoordinatensystem in das Artikulatorkoordinatensystem durch Ausführen einer Referenzmessung mit dem 3D-Sensor (110) erzeugt wird. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the transformation from the sensor coordinate system into the articulator coordinate system by carrying out a reference measurement with the 3D sensor ( 110 ) is produced.

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