DE102021122356B3 - Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien für die Restauration eines Zahns - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien (R) für ein Restaurationselement (E) zur Restauration eines Zahns (Z), das Verfahren umfassend die Schritte:a) Bereitstellen von Werkstoffdaten (WD) zu farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien (R),b) Bereitstellen oder Aufnahme von Geometriedaten (GD) zur 3D-Geometrie eines nachzubildenden Zahnbereichs (B) und einer Mehrzahl von Farbdaten (D),c) Erstellung eines virtuellen Zahnmodells (M) zumindest des Zahnbereichs (B) unter Verwendung der Geometriedaten (GD) und Werkstoffdaten (WD),d) Simulation von farbcharakterisierenden simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M), basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien (R) im Zahnmodell (M), und den entsprechenden Werkstoffdaten (WD) aus der Datenbank,e) Vergleich der simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M) mit den Farbdaten (D),f) Zumindest in dem Fall, in dem der Vergleich außerhalb eines vorbestimmten Qualitätsbereichs liegt: Wiederholung der Schritte c) bis f) bis zu einem vorbestimmten Abbruchkriterium,g) Auswahl eines Ergebnismodells (EM) aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle (M),h) Ausgabe von Ausgabedaten (AD), die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements (E) entsprechend dem Ergebnismodell (EM) ermöglichen.Die Erfindung betrifft des Weiteren eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Dentalgerät.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien zur Herstellung eines Restaurationselements zur Restauration eines Zahns. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Bestimmung von Restaurationsmaterialien für eine hoch ästhetische Restauration eines Zahns unter Berücksichtigung der gesamtenZahngeometrie. Die Erfindung betrifft ferner ein Dentalgerät.
• Der Ausdruck „Zahnersatz“ wird für jegliche Form des Ersatzes fehlender natürlicher Zähne verwendet und dient der Herstellung der Gesichtsästhetik sowie der Sprech- und Kauleistung. Es wird dabei zwischen festsitzendem Zahnersatz, wie z.B. Kronen, Teilkronen und Brücken, und herausnehmbarem Zahnersatz, wie z.B. Totalprothesen und Teilprothesen, unterschieden. Es gibt auch einen kombinierten Zahnersatz, der aus einem festsitzenden Teil und einem herausnehmbaren Teil besteht. Zahnersatz kann zur Herstellung eines kompletten Zahns dienen, z.B. in Form einer Krone, oder auch nur eines Zahnteils, z.B. in Form einer Teilkrone, eines Inlays oder eines Onlays.
• Die Formen und Einsatzmöglichkeiten sind mannigfaltig. Wenn z.B. ein kompletter Zahn ersetzt oder wiederhergestellt werden soll, kann ein Implantat im Kiefer verankert werden und darauf als Suprakonstruktion in Form einer Krone, oder eines Brücken- oder Prothesenankers, aufgebracht werden, was zumeist mittels einer Verschraubung, Zementierung oder Verklebung geschieht. Fehlt nur ein Teil eines Zahns, so kann dieser Teil durch eine Teilkrone, ein Inlay oder ein Onlay ersetzt werden. Dieses Element wird zumeist geklebt oder zementiert.
• Neben dem Zahnersatz gibt es noch die bekannten Füllungen, die in der Regel mittels plastischer Materialien direkt im Mund angefertigt werden.
• Es wird aus ästhetischen Gründen oft darauf geachtet, dass der Zahnersatz bzw. eine Füllung dieselbe Farbe hat wie der ehemalige Zahn bzw. die angrenzenden Zähne. Dazu werden heutzutage zumeist Farbmuster verwendet, die neben einen Zahn gehalten werden und damit die Farbe des Zahns durch Betrachten von Zahn und Zahnmuster (Farbskala) bestimmt wird. Neben dieser gebräuchlichsten Art der Farbbestimmung gibt es auch sondenbasierte, punktuelle oder kamerabasierte, bildgebende Geräte welche die reine Farbinformation aus einer unidirektionalen Betrachtung durch kolorimetrische Farbmessung bestimmen und einer Farbskala zuordnen.
• Bei der Herstellung von Zahnersatz wird häufig mit vorgefertigten Ronden gearbeitet, welche eine definierte, inhomogene (meist flächig leicht changierende) Farbverteilung haben. Ein Zahnersatz wird aus einer solchen Ronde ausgefräst, nachdem für dessen bekannte Form vom Fachmann die optimale Lage (Position und Orientierung) in der Ronde festgelegt wird. Die Lage bestimmt letztendlich den Farbeindruck des Zahnersatzes und resultiert aus der Erfahrung des Fachmanns bei der Vorgabe der Lage.
• US 2020/0 397 534 A1 beschreibt eine Plattform für einen Informationsaustausch, bei dem Zahnärzte für Vor-Ort-Restaurationstechnologien ihr Design, Zubehör, Wissen und freie Abeitszeitkontingente mit lokalen Zahnärzten teilen können. Eine solche Plattform, insbesondere für Farbmessungen, Blockauswahl und Charakterisierungsempfehlungen dient der Zahnmedizin insgesamt als Ressource zur Verbesserung der Farbabstimmung bei zahnärztlichen Restaurationen.
• US 2020/ 0 315 761 A1 betrifft ein System mit einem Dentalrohling und einer zugehörigen Farbskala. Der Dentalrohling weist eine ungleichmäßige Farbschattierung auf, und die Farbskala mehrere Farbmuster mit bestimmten Farbschattierungen, die partiell der Farbschattierung des Dentalrohlings entsprechen. Die Erfindung dient zur Herstellung einer Zahnrestauration mit einer Farbschattierung, die der Farbschattierung eines natürlichen Zahns ähnelt.
• US 2020/ 0 000 563 A1 offenbart ein Computerprogramm zur Vorgabe einer Materialfarbe für eine Zahnrestauration. Bei Vorgabe der Materialfarbe der Zahnrestauration wird ausgehend von einer Zielzahnfarbe die Materialfarbe des Restaurationsmaterials geändert. Diese Änderung basiert auf Parametern wie z.B. die Farbe eines Stumpfes bzw. eines Abutments, der Restaurations-Schichtdicke, der Art der Restauration sowie der Verarbeitungstechnik. Die Vorgabe der Materialfarbe der Restauration wird dann durch das Computerprogramm gesteuert.
• EP 3 650 821 A1 befasst sich mit einem System und einem Verfahren zur Bestimmung der Farbe von Zähnen oder Zahnoberflächen, wobei das System eine Kamera mit einem Aufsatz umfasst, der die Geometrie eines erfassten Bildes derart einstellt, dass, verglichen mit einer Aufnahme ohne Aufsatz, der Abstand, der räumliche Winkel und die Ausrichtung der Zahnoberflächen relativ zur Kamera eingeschränkt sind.
• Eine automatisierte Bestimmung des natürlichen Farbeindrucks des Zahnes, welcher neben der reinen Zahnfarbe auch durch die Transluzenz und Lichtausbreitung im Zahn bestimmt wird und daher für den Betrachter auch von der Betrachtungsrichtung und Beleuchtung abhängt, ist bisher nicht möglich. Für eine automatisierte Herstellung von hochästhetischem, naturidentischem Zahnersatz wäre dies jedoch notwendig. Auch für die direkte Füllungstherapie mit plastischen Füllmaterialien wäre eine naturidentische Bestimmung und Restauration des Zahnfarbeindrucks von großem ästhetischem Vorteil. Ein Zahn ist optisch gesehen ein im Volumen streuendes und absorbierendes Medium. Aufgrund der Transluzenz von Zahngewebe ist eine einfache Farbmessung stark von der Geometrie des Zahnes und der Beleuchtungs- und Detektionsgeometrie abhängig.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien für eine Restauration eines Zahns (einen Zahnersatz oder eine direkte Füllungstherapie zur Restauration eines Zahns) zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine automatisierte Definition des Farbeindrucks, insbesondere eine automatisierte Restauration eines Zahns, bzw. Fertigung eines Restaurationselements (Zahnersatz oder eine Füllung) und ggf. eine Kontrolle des Restaurationserfolgs erreicht werden kann. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Positionierung eines Zahnersatzes in einem Restaurationsmaterial und/oder eine Auswahl des Restaurationsmaterials unter Berücksichtigung der Transluzenz zu automatisieren und zu optimieren und so den aktuell sehr händischen Workflow effektiver und reproduzierbarer zu machen. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung ein optimales Restaurationselement einfach und automatisiert mittels 3D-Druck zu erstellen, eine automatisierte Möglichkeit zur Ausfräsung aus einer Ronde bereitzustellen oder eine Vorgabe für eine Beimischung von farbbestimmenden Materialien zu Zahnersatzmaterialien oder Füllmaterialien anzugeben.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung und ein Dentalgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
• Vorweg sei angemerkt, dass mit dem Begriff „Restaurationsmaterial“ im Sinne der Erfindung im Grunde alle Materialien gemeint sein können, mit denen ein Zahn restauriert oder ersetzt werden kann, also Zahnersatzmaterialien oder Materialien für die Füllung. Der Begriff „Restauration“ betrifft die Wiederherstellung (eines Zahns) und der Begriff „Restaurationselement“ den Gegenstand der Wiederherstellung, nämlich festsitzenden Zahnersatz, herausnehmbaren Zahnersatz sowie Füllungen. Dies sind insbesondere Kronen, Teilkronen, Inlays, Onlays, Brücken, Totalprothesen sowie Teilprothesen. Ein Zahnersatz bzw. eine Füllung kann aus festen Werkstoffen, aus Pulvern oder Pasten hergestellt sein. Ein hier gemeinter Zahnersatz kann außerhalb des Mundes hergestellt sein oder die Restauration eines Zahns kann innerhalb des Mundes im Rahmen der direkten Füllungstherapie durchgeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien zur Restauration eines Zahns und bevorzugt auch die Herstellung eines Restaurationselements (Zahnersatz oder Füllung). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
1. a) Bereitstellen von Werkstoffdaten zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien,
2. b) Bereitstellen oder Aufnahme von Geometriedaten zur 3D-Geometrie (zumindest) eines nachzubildenden Zahnbereichs und einer Mehrzahl von farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten des Zahns (insbesondere des Zahnbereichs),
3. c) Erstellung eines virtuellen Zahnmodells zumindest des Zahnbereichs aus den Geometriedaten, wobei das Zahnmodell aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien aufgebaut ist, deren Werkstoffdaten in der Datenbank enthalten sind,
4. d) Simulation von farbcharakterisierenden (simulierten) Farbdaten des Zahnmodells, basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien im Modell und den entsprechenden Werkstoffdaten aus der Datenbank, wobei die simulierten Farbdaten so beschaffen sind, dass sie mit den (realen) Farbdaten verglichen werden können,
5. e) Vergleich der simulierten Farbdaten des Zahnmodells mit den (realen) Farbdaten, wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns und des Zahnmodells verglichen werden,
6. f) Zumindest in dem Fall, in dem der Vergleich außerhalb eines vorbestimmten Qualitätsbereichs liegt: Wiederholung der Schritte c) bis f) bis zu einem vorbestimmten Abbruchkriterium, wobei bei jeder Wiederholung ein neues virtuelles Zahnmodell erstellt wird,
7. g) Auswahl eines Ergebnismodells aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle,
8. h) Ausgabe von Ausgabedaten, die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements (Zahnersatz oder Füllung) entsprechend dem Ergebnismodell ermöglichen,
9. i) (optional) Fertigung eines Restaurationselements (den Zahnersatz oder die Füllung) unter Verwendung der Ausgabedaten.
• Eine wichtige Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass die farbbestimmenden, optischen Eigenschaften der Werkstoffe („Restaurationsmaterialien") bekannt sind, die zur Herstellung des Restaurationselements verwendet werden können. Da es bei der Erfindung letztendlich auf den Farbeindruck ankommt, sollten zumindest Eigenschaften bekannt sein, wie z.B. der effektive Streukoeffizient und/oder der Absorptionskoeffizient und/oder der Brechungsindex der jeweiligen Materialien. Diese Eigenschaften liegen bevorzugt in einer Datenbank als Werkstoffdaten vor und stehen dem Verfahren (insbesondere zur Simulation) zur Verfügung. Das Verfahren greift dazu z.B. einfach auf die Werkstoffdaten in der Datenbank zu. Die Werkstoffdaten können mittels bekannter Verfahren ermittelt werden z.B. mit einem Ulbrichtkugel-Messverfahren, einer Messung einer ortsaufgelösten Remission, einer Messung einer zeitaufgelösten Remission, einer Streifenprojektion oder eines Ellipsometers, jedoch sind noch weitere Verfahren möglich. Auch eine Berechnung oder die Verwendung von simulierten Daten ist möglich. Es ist bevorzugt, dass die Werkstoffdaten Daten enthalten, mit denen die Farbdaten mittels einer Simulation erzeugt werden können.
• Es wird klarstellend angemerkt, dass mit verschiedenen Restaurationsmaterialien sowohl grundsätzlich unterschiedliche Werkstoffe gemeint sein können als auch Materialien, bei denen der Grundwerkstoff bzw. das Matrixmaterial gleich sind, die farbliche Erscheinung jedoch durch die Zugabe von weiteren Materialien, wie z.B. Pigmenten, welche die optischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs, z.B. dessen Streu- und Absorptionseigenschaften, variieren, unterschiedlich ist.
• Derjenige Zahn, der ersetzt oder restauriert werden soll, ist naturgemäß bekannt. Es kann jedoch sein, dass der Zahn oder der betreffende Teil des Zahns selber nicht mehr vorliegt, weil er z.B. verlorengegangen ist oder im Zuge eines Eingriffs zerstört wurde. Daher geht das Verfahren von einem „nachzubildenden Zahnbereich“ aus. Der Zahnbereich ist ein Volumen des betreffenden Zahns. Der „nachzubildende Zahnbereich“ ist dasjenige Volumen, welches durch das Restaurationselement restauriert werden soll.
• Der nachzubildende Zahnbereich kann z.B. eine komplette Zahnkrone sein (z.B. für ein Implantat) oder ein Teil einer Zahnkrone, welche z.B. mit einer Teilkrone überdeckt oder mit einem Inlay verschlossen werden soll. Da das erfindungsgemäße Verfahren den Farbeindruck verbessern soll, ist bevorzugt, dass der Zahnbereich eine Außenfläche des Zahns umfasst, dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da ein Zahn, wie oben gesagt, eine gewisse Transluzenz aufweist, und auch nahezu vollständig von Zahnmaterial umschlossene Werkstoffe den Farbeindruck des Zahns beeinflussen können.
• Für das Verfahren werden zumindest die Geometriedaten des nachzubildenden Zahnbereichs und optimaler Weise die (realen) Farbdaten des Zahnbereichs benötigt. Mit diesen Daten kann zumindest der Zahnbereich (insbesondere der ganze Zahn) in Farbe und Form simuliert wiedergegeben werden (insbesondere auch seine Oberflächenrauheit).
• Die Geometriedaten umfassen die 3D-Geometrie zumindest des nachzubildenden Zahnbereichs. Sie können dabei genau dem nachzubildenden Zahnbereich entsprechen, also dessen Form angeben und damit auch angeben, wie das Restaurationselement aussehen soll. Sie können aber auch weitere Bereiche des Zahns umfassen. Es ist für das Verfahren von Vorteil, wenn die Geometriedaten den kompletten Zahn umfassen, zumindest dessen sichtbaren Teile, und bevorzugt zusätzlich den nachzubildenden Zahnbereich angeben. Außerdem können die Geometriedaten auch Informationen zur Oberflächenrauheit des Zahns umfassen. Diese Oberflächenrauheit beeinflusst die winkelaufgelöste Reflexion an der Zahnoberfläche und somit auch den Farbeindruck eines nachzubildenden Zahnbereichs. Da Licht aus dem zu restaurierenden Teil des Zahnes auch in benachbarte Bereiche (Gingiva, Parodontium, Knochen, Nachbarzähne, unterliegende Strukturen wie z.B. Implantatabutment) dringen und/oder von dort auch in den Zahn gelangen kann, ist auch die Kenntnis jener Nachbarstrukturen und -geometrien von Vorteil.
• Die Farbdaten umfassen farbcharakterisierende Informationen des Zahns bzw. des Zahnmodells. Die Farbdaten können bevorzugt einen Farbraum wiedergeben, z.B. einen CIE-Farbraum wie RGB (Rot-Grün-Blau). Es genügt in einem einfachen Fall bereits, wenn durch die Farbdaten die sichtbare Farbe der jeweiligen Stelle des Zahns eindeutig definiert ist. Des Weiteren können Farbdaten bevorzugt Remissionswerte der Messungen bei strukturierter Beleuchtung, z.B. bei unterschiedlicher Ortsfrequenzen, wiedergeben. Insofern können die Farbdaten auch die zu ermittelnden Daten bezüglich der Transluzenz, Absorption und Streuung enthalten. Generell können die Farbdaten nur wenige spektral aufgelöste Werte (wie RGB) oder auch viele (multispektral) oder sehr viele (hyperspektrale) spektral aufgelöste Werte beinhalten. Beispielsweise würde ein digitales Farbbild eines Zahns ausreichende Farbdaten zumindest der dargestellten Seite liefern.
• Es wird im Text zwischen Farbdaten unterschieden, welche vom realen Zahn stammen oder sich auf den realen Zahn beziehen und den simulierten Farbdaten, die auf dem Zahnmodell basieren. Ersteres sind die „normalen“ Farbdaten und werden im Text zum besseren Verständnis mit dem Zusatz „real“ (in Klammern) besonders gekennzeichnet. Sie könnten auch als „Messdaten“ bezeichnet werden, wenn sie gemessen worden sind, oder als „Farbdaten“. Im Unterschied dazu beziehen sich die simulierten Farbdaten auf das (virtuelle) Zahnmodell und wurden mittels der Simulation erzeugt. Damit ein Vergleich möglich ist, sollten die (realen) Farbdaten und die simulierten Farbdaten von gleicher Natur sein, was sich in der Verwendung des gleichen Begriffs „Farbdaten“ äußert.
• Auch wenn theoretisch die Farbdaten von einer einzigen Stelle des Zahns oder Zahnmodells verwendet werden können, ist es doch bevorzugt, Farbdaten von mehreren Stellen anzugeben. Gute Ergebnisse lassen sich bereits erreichen, wenn farbcharakterisierende Daten von drei unterschiedlichen Stellen des Zahnbereichs als Farbdaten vorhanden sind. Es ist jedoch von Vorteil, wenn Farbdaten von viel mehr als drei Stellen vorhanden sind. Im Grunde wird das Ergebnis des Vergleichs mit der Simulation besser, je mehr Farbdaten vorhanden sind.
• Da die (realen) Farbdaten zwischen den Stellen auch interpoliert werden können, ist es nicht unbedingt notwendig, dass (reale) Farbdaten vom nachzubildenden Zahnbereich vorhanden sind. Es können auch (reale) Farbdaten um diesen Zahnbereich herum vorhanden sein und die Farbe des nachzubildenden Zahnbereichs aus diesen (realen) Farbdaten interpoliert werden.
• Wie erwähnt ist zu beachten, dass der nachzubildende Zahnbereich in der Realität nicht immer vorhanden sein muss (s.o.). Daher müssen die (realen) Farbdaten nicht unbedingt vom nachzubildenden Zahnbereich stammen (weil sie dort eventuell nicht unbedingt mehr gemessen werden können), sondern können auch vom Rest des Zahns oder von benachbarten Zähnen stammen. Sie können auch komplett simuliert worden sein oder manuell vorgegeben sein (z.B. unter Verwendung eines Farbmodells). Hauptsache für das Verfahren ist, dass sie digitale Daten sind und Rückschlüsse auf die Farbe des Zahns (zumindest dessen sichtbaren Teils) und damit auch des nachzubildenden Zahnbereichs zulassen. Die (realen) Farbdaten enthalten also insbesondere Daten zum Farbeindruck eines Zahnbereichs, welcher zumindest den nachzubildenden Zahnbereich umfasst oder sogar den gesamten sichtbaren Bereich des Zahns beinhaltet. Damit ist wohlgemerkt der unzerstörte Zahn gemeint, ohne einem fehlenden nachzubildenden Zahnbereich, also ein Zahn wie er vor einem zahnärztlichen Eingriff war oder wie er in Zukunft wieder werden soll.
• Zur Aufnahme der 3D-Geometrie und zur Bestimmung der (realen) Farbdaten eines Zahnbereichs kann beispielsweise eine Streifenprojektion (oder allgemein eine strukturierte Beleuchtung wie ein Punktmuster) verwendet werden. Es kann aber auch eine homogene Beleuchtung zur Bestimmung der (realen) Farbdaten verwendet werden, wobei die Beleuchtungs- und Detektionsgeometrie und die 3D-Geometrie des Zahnbereichs genau bekannt sein sollten. Ein bevorzugter Messaufbau umfasst eine multispektrale Lichtquelle (im einfachsten Fall RGB bzw. Weißlicht), eine digitale Projektionseinheit zur Projektion von Streifen auf den Zahn(bereich), Objektivlinsen für die Beleuchtung und für die Detektion und einen multispektralen Bildsensor, z.B. eine digitale CMOS- oder CCD-Kamera. Bei der Verwendung von Weißlicht sollte eine RGB-Kamera verwendet werden, bei einer durchstimmbaren Lichtquelle genügt im Grunde eine monochrome Kamera.
• Ein Kernstück des Verfahrens ist die Erstellung eines virtuellen Zahnmodells, welches ein virtuelles Modell eines Zahns oder eines Zahnbereichs ist und zumindest einen Teil des nachzubildenden Zahnbereichs umfasst (bevorzugt zumindest den kompletten nachzubildenden Zahnbereich). Als Zahnmodell könnte neben einem kompletten Zahn insbesondere auch eine Krone, eine Teilkrone, ein Inlay oder ein sonstiger zu restaurierender bzw. hinzuzufügender Teil eines Zahns verstanden werden. Aufgrund der oben angedeuteten Schwierigkeiten bei der automatisierten Bestimmung des Farbeindrucks eines Zahns ist es vorteilhaft, wenn das Zahnmodell zumindest den kompletten sichtbaren Teil des Zahns darstellt.
• Bei der Erstellung des Zahnmodells wird also zumindest der Zahnbereich, bevorzugt jedoch der gesamte Zahn, aus den Geometriedaten modelliert. Wichtig ist hier, dass das Zahnmodell aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien aufgebaut ist. Dies bedeutet, dass in dem Volumen, welches durch die Geometriedaten festgelegt ist, eindeutig definiert wird, welcher Werkstoff bzw. welches Werkstoffgemisch an welcher Stelle des Zahnmodells vorhanden ist. Dabei sollte das gesamte Volumen des Zahnmodells mit Werkstoff „gefüllt“ sein (was jedoch nicht zwingend notwendig ist). Konkret bedeutet der Ausdruck „Verteilung von Restaurationsmaterialien“ oder entsprechende Ausdrücke, dass entweder der Zahn aus einem einzigen Restaurationsmaterial bestehen kann oder mehrere Restaurationsmaterialien an verschiedenen (aber klar definierten) Stellen vorliegen können, und zusätzlich bevorzugt, dass eine Anzahl von Restaurationsmaterialien zudem in einer farblich (klar definiert) veränderten Form an klar definierten Stellen vorliegen können. Letzteres wird weiter unten noch genauer ausgeführt. Eine Verteilung kann dabei auch insbesondere eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen Restaurationsmaterialien oder eine Vermischung eines Restaurationsmaterials mit einem weiteren Werkstoff umfassen.
• Man erhält damit ein virtuelles Modell eines Zahns, wobei die optischen Eigenschaften des Zahnmodells an jeder Stelle eindeutig durch die Werkstoffdaten aus der Datenbank und die bekannte Verteilung der Restaurationsmaterialien bestimmt sind. Das Zahnmodell kann automatisiert erstellt werden oder auch manuell. Es ist dabei besonders bevorzugt, das Zahnmodell automatisiert zu erstellen, einem Benutzer aber die Möglichkeit einer manuellen Erstellung zu bieten, z.B. durch die Möglichkeit einer manuellen Festlegung der Lage des Zahnmodells innerhalb (eines Modells) einer vorgegebenen Ronde.
• Ist das Zahnmodell bestimmt, können die simulierten Farbdaten simuliert werden. Die simulierten Farbdaten sind, wie gesagt, wie die (realen) Farbdaten farbcharakterisierende Daten und sollten vom Typ her den (realen) Farbdaten entsprechen.
• Da das Zahnmodell auf einer Verteilung der Restaurationsmaterialien basiert und deren Werkstoffdaten bekannt sind, können die simulierten Farbdaten aus dem Zahnmodell ermittelt werden. Im Grunde geben die simulierten Farbdaten wieder, welchen Farbeindruck das Zahnmodell bei einer definierten Beleuchtungs- und Detektionsgeometrie haben würde.
• Um eine gute Vergleichbarkeit von (realen) Farbdaten und simulierten Farbdaten zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn bei der Simulation entsprechende Voraussetzungen angenommen werden, wie sie für den Erhalt der (realen) Farbdaten vorlagen. Dies umfasst bevorzugt die Richtung der Beleuchtung und/oder die Richtung der Aufnahme. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn die Simulation von einer identischen Beleuchtung und Aufnahme ausgeht, wie sie zum Erhalt der (realen) Farbdaten des Zahnbereichs herrschten. Für den Fall, dass die optischen Daten des Zahnbereichs nicht gemessen, sondern abgeschätzt oder berechnet wurden, könnte festgelegt werden (z.B. durch eine separate Simulation), wie der reale Zahn bei einer vorgegebenen Beleuchtung und Aufnahmeposition aussehen würde (entspricht dann den (realen) Farbdaten) und bei der Simulation wieder eine identische Konfiguration von Beleuchtung und Aufnahmeposition verwendet werden. In einem sehr einfachen Fall können die (realen) Farbdaten einfach Informationen enthalten, welche Stelle des Zahns welche optischen Eigenschaften hat und die simulierten Farbdaten, welche Stelle des Zahnmodells welche optischen Eigenschaften hat.
• Da wie vorangehend gesagt, ein Zahn aus unterschiedlichen Blickwinkeln eine leicht unterschiedliche Farbgebung zu haben scheint, ist diese bevorzugte Vorgehensweise der Wahl gleicher oder ähnlicher Beleuchtungs- und Blickwinkel bei Messung und Simulation der Farbdaten für das Ergebnis besonders vorteilhaft. Wenn Farbdaten des Zahns von mehreren unterschiedlichen Beleuchtungs- und/oder Blickwinkeln vorliegen sollten, ist auch bevorzugt, dass dies bei der Simulation entsprechend simuliert wird (ebenfalls diese unterschiedlichen Beleuchtungs- und/oder Blickwinkel simuliert werden). Es ist auch bevorzugt, dass bei der Simulation mehrere Blickwinkel und mehrere Beleuchtungswinkel simuliert werden und dann zuletzt eine Beleuchtungsposition und ein Blickwinkel passend zur realen Ansicht ausgewählt wird.
• Nach der Simulation erfolgt ein Vergleich der simulierten Farbdaten und der (realen) Farbdaten. Dies kann z.B. einfach durch Berechnung von Differenzen im Farbraum von entsprechenden Stellen (z.B. Pixeln) des Zahnbereichs und des Zahnmodells erreicht werden. Dabei werden jeweils entsprechende Bereiche des Zahnbereichs und des Zahnmodells verglichen, wobei mit „entsprechende Bereiche“ die Stellen gemeint sind, die bezüglich ihrer geometrischen Position im Zahnbereich und Zahnmodell identisch oder zumindest entsprechend sind.
• Durch den Vergleich erhält man eine Aussage über die Qualität des Zahnmodells. Wenn die Farbeindrücke (simulierte und reale Farbdaten) sehr ähnlich sind, ist die Qualität gut, wenn sie unähnlich sind, dann ist die Qualität schlecht. Als Qualitätsbereich kann ein Grenzbereich festgelegt werden, der z.B. ein Feld mit Grenzwerten für die vorangehend genannten Differenzen umfasst. Der Qualitätsbereich kann aber auch einfach ein einziger Wert (z.B. ΔE) sein, den ein festgelegter Anteil der Differenzen nicht übersteigen darf. Der Qualitätsbereich kann aber auch ein komplexeres Konstrukt sein, z.B. ein Vektorraum.
• Wenn der Vergleich außerhalb des Qualitätsbereichs liegt, also der Farbeindruck zwischen Zahnmodell und Zahnbereich unähnlich ist, wird ein (anderes) Zahnmodell erstellt, an diesem simulierte Farbdaten ermittelt und diese wieder mit den (realen) Farbdaten verglichen, so lange bis eine gute Farbähnlichkeit erreicht ist (bzw. ein anderes vorgegebenes Abbruchkriterium erreicht ist). Es ist dabei bevorzugt, dass andere Zahnmodelle stets dieselbe Form haben wie das erste Zahnmodell aber eine andere Verteilung von Restaurationsmaterialien aufweisen.
• Aus den Zahnmodellen wird ein Ergebnismodell ausgewählt. Dieses sollte dasjenige sein, bei dem simulierte Farbdaten und (reale) Farbdaten die größte Ähnlichkeit miteinander hatten bzw. der Farbeindruck zwischen Zahnmodell und Zahnbereich am ähnlichsten ist. In der Praxis könnte das Ergebnismodell dasjenige sein, bei dem (durchschnittlich) die kleinsten Differenzen zwischen simulierten Farbdaten und (realen) Farbdaten auftraten.
• Ist das Ergebnismodell ausgewählt, werden Ausgabedaten ausgegeben. Diese Ausgabedaten können von unterschiedlichster Natur sein, müssen jedoch stets Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements entsprechend dem Ergebnismodell ermöglichen. Dies kann z.B. die Lage (mit diesem Begriff ist stets Position und Orientierung gemeint) eines Zahnersatzes als Restaurationselement in einer vorgegebenen Ronde sein, aus der der Zahnersatz ausgefräst wird. Die Ausgabedaten können jedoch auch die genaue Verteilung der Restaurationsmaterialien für einen schichtweisen oder voxelweisen Aufbau enthalten und insbesondere auch Druckdaten zum 3D-Druck, vorzugsweise welches Material in jedem Volumenelement des 3D-Drucks verwendet werden soll. Es sei angemerkt, dass diese Druckdaten bevorzugt Informationen der von dem eingesetzten 3D-Drucker zur Verfügung stehenden Materialien für typischerweise Millionen verschiedener Voxel, welche zusammen das Restaurationselement darstellen, enthalten kann. Mit diesen Druckdaten und den bekannten Werkstoffdaten der verwendeten Materialien lassen sich auf Basis der erwähnten Simulationen zur Lichtausbreitung die (simulierten) Farbdaten berechnen und mit den (realen) Farbdaten vergleichen.
• Die Ausgabedaten können auch eine grafische Darstellung des Ergebnismodells umfassen, insbesondere zusammen mit einer grafischen Darstellung des Zahnbereichs.
• Das Verfahren kann diesbezüglich einem Benutzer die Möglichkeit bieten, nach Betrachtung des Ergebnismodells, insbesondere durch Vergleich mit der Darstellung des Zahnbereichs, die Schritte c) bis f) erneut mit einem anderen Zahnmodell zu durchlaufen, welches durch den Benutzer, insbesondere manuell, erstellt worden ist.
• Zuletzt kann das Restaurationselement auch anschließend hergestellt werden, z.B. durch automatisiertes Ausfräsen aus einer vorgegebenen Ronde oder mittels 3D-Druckverfahren oder automatisiertem Füllverfahren. Die Ausgabedaten umfassen in diesem Falle bevorzugt Daten für den jeweiligen Fertigungsprozess, z.B. CNC-Daten oder Druckdaten.
• Sehr gute Ergebnisse erhält man, wenn die Information eines (gesamten) Messaufbaus, wie er zum Erhalt der (realen) Farbdaten verwendet worden ist, in der Simulation integriert ist, also für die Simulation der simulierten Farbdaten (möglichst exakt) dieselben Voraussetzungen wie für die Messung der (realen) Farbdaten eingestellt werden. Das heißt, dass möglichst alle Strahlen der Beleuchtung sowie möglichst alle Kamerastrahlen bekannt sein sollten, was anhand einer Kalibrierung realisiert werden kann. Eine Kalibrierung erfolgt bevorzugt dadurch, dass vor einer Messung, z.B. mit einem Zahnscanner oder einem Aufbau zur Messung einer strukturierten Beleuchtung, eine einmalige Kalibrierung des Phasenraums durch Messung bekannter Strukturen (z.B. Punktmuster) stattfindet. Auf Grundlage dieser Messung können dann die Strahlwege von der Beleuchtungseinheit auf den Zahn und von diesem zum Detektor bestimmt werden. Eine solche Kalibrierung in Verbindung mit einer Simulation (z.B. einer Monte-Carlo-Simulation) ermöglicht es dann, synthetische Daten (simulierte Farbdaten) eines Zahnmodells zu erzeugen. Mit Hilfe der Simulation können dann wie beschrieben auf Grundlage der optischen Eigenschaften der Restaurationsmaterialien die gemessenen (realen) Farbdaten mit den simulierten Farbdaten des Zahnmodells verglichen werden. Es erfolgt ggf. eine Anpassung der Materialien innerhalb des Objekts und eine erneute Simulation bis die Farbwerte möglichst gut mit denen der Messung übereinstimmen.
• Um die gemessenen Farbdaten vergleichen zu können, sollte die Simulationsgeometrie weitgehend der Messgeometrie entsprechen. Das heißt, dass die Zielgeometrie des Restaurationselements, z.B. der herzustellenden Krone, in etwa mit der gemessenen Geometrie des Zahns übereinstimmen sollte. Dies ist in der Regel durch Messung eines korrespondierenden Zahns möglich, z.B. mittels einer 3D-Topographiemessung, z.B. mit einer Streifenprojektion oder mittels anderer Intraoral-Scanner. Anschließend erfolgt die Ausrichtung des Objekts bezüglich der Beleuchtung und Kamera. Beispielsweise kann ein Dreiecksnetz des Simulationsobjekts durch Rotation und Translation mit einer Punktewolke, die sich aus der Messung ergibt, in Übereinstimmung gebracht werden. Dies ist sehr vorteilhaft, da dann eine korrekte Einstrahl- und Detektionsgeometrie erreicht werden kann, mit der aufgrund der Transluzenz des Zahns in der Praxis ein guter quantitativer Vergleich der Farbwerte möglich ist.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien für ein Restaurationselement zur Restauration eines Zahns ist bevorzugt zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt. Die Vorrichtung umfasst die folgenden Komponenten:
• - eine Datenbank umfassend Werkstoffdaten zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien,
• - eine Dateneinheit ausgelegt zum Bereitstellen oder Aufnahme von Geometriedaten zur 3D-Geometrie eines nachzubildenden Zahnbereichs und einer Mehrzahl von farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten des Zahns,
• - eine Modellierungseinheit ausgelegt zur Erstellung eines virtuellen Zahnmodells zumindest des Zahnbereichs aus den Geometriedaten, wobei das Zahnmodell aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien aufgebaut ist, deren Werkstoffdaten in der Datenbank enthalten sind,
• - eine Simulationseinheit ausgelegt zur Simulation von farbcharakterisierenden simulierten Farbdaten des Zahnmodells, basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien im Zahnmodell, und den entsprechenden Werkstoffdaten aus der Datenbank, wobei die simulierten Farbdaten so beschaffen sind, dass sie mit den (realen) Farbdaten verglichen werden können,
• - eine Vergleichseinheit ausgelegt zum Vergleich der simulierten Farbdaten des Zahnmodells mit den (realen) Farbdaten, wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns und des Zahnmodells verglichen werden,
• - eine Auswahleinheit ausgelegt zur Auswahl eines Ergebnismodells aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle,
• - eine Ausgabeeinheit ausgelegt zur Ausgabe von Ausgabedaten, die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements entsprechend dem Ergebnismodell ermöglichen.
• Ein erfindungsgemäßes Dentalgerät umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Bevorzugt umfasst das Dentalgerät zusätzlich
• - eine Projektionsvorrichtung ausgelegt zum Einstrahlen von Licht auf einen Zahn,
• - einen Bildsensor, insbesondere eine Kamera, ausgelegt zum Erfassen von Licht, welches aus der Position des Zahnes stammt, und
• - eine Ermittlungseinheit ausgelegt zur Bestimmung einer Vielzahl von farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten unterschiedlicher Bereiche des Zahns aus den vom Bildsensor detektierten Lichtstrahlen, und bevorzugt auch von Geometriedaten zur 3D-Geometrie des Zahns.
• Licht, welches aus der Position des Zahnes stammt, ist bevorzugt Licht der Projektionsvorrichtung, welches reflektiert, transmittiert oder remittiert wurde. Jedoch ist damit auch Licht gemeint, welches nicht direkt von der Projektionsvorrichtung stammt, sondern z.B. von einer von Licht der Projektionsvorrichtung angeregten Fluoreszenz des Zahns. Der Bildsensor ist also im Grunde dazu ausgelegt und so positioniert, dass er ein Bild des Zahns aufnimmt mit Licht, welches direkt oder indirekt von der Projektionsvorrichtung stammt.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfassen die Werkstoffdaten Informationen zu spektralen Streueigenschaften und/oder spektralen Absorptionseigenschaften und/oder spektralen Brechungsindizes und/oder der Oberflächenrauheit der Restaurationsmaterialien. Mittels dieser Daten lässt sich ein Farbeindruck objektiv und eindeutig bestimmen. Diesbezüglich umfassen die Werkstoffdaten bevorzugt Daten zum Streukoeffizienten und/oder zur Phasenfunktion (auch Streufunktion genannt) und/ oder zum Absorptionskoeffizienten und/oder zum Brechungsindex des entsprechenden Werkstoffs. Es ist dabei bevorzugt, dass die Simulation der simulierten Farbdaten mittels Berechnungen basierend auf den optischen Streu- und Absorptionseigenschaften und insbesondere auch auf dem Brechungsindex aus den Werkstoffdaten der Restaurationsmaterialien erfolgt. Die diesbezüglichen Berechnungen sind dem Fachmann wohlbekannt. Beispielsweise kann der Einfall weißen Lichts simuliert werden und die Farbe eines resultierenden Lichtstrahls aus dem weißen Spektrum unter der Berücksichtigung der spektral aufgelösten Größen, Streukoeffizient und Phasenfunktion und Absorptionskoeffizient und Brechungsindex, ermittelt werden. Als Brechungsindex kann je nach Anwendung der komplexe Brechungsindex als auch alleine dessen Realteil verwendet werden.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden die (realen) Farbdaten mittels einer spektral aufgelösten Messung von Licht, welches aus der Position des Zahns, insbesondere des Zahnbereichs, stammt, ermittelt, insbesondere basierend auf einer Remission und/oder Reflexion, und/oder Transmission und/oder Fluoreszenz. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass das entsprechend entstehende Licht gemessen wird. Es wird dabei bevorzugt eine definierte Beleuchtungs- und/oder Detektionsgeometrie verwendet. In diesem Falle erfolgt die Simulation der simulierten Farbdaten bevorzugt so, dass bei der Simulation eine gleiche Ausrichtung des Zahnmodells relativ zur Beleuchtung und/oder zur Detektion wie bei der realen Aufnahme des Zahns simuliert wird. Es werden dabei bevorzugt die (realen) Farbdaten und besonders bevorzugt auch die Geometriedaten mittels einer strukturierten Beleuchtung erhalten, insbesondere mittels einer streifenförmigen Beleuchtung. Die Technik, wie aus einer strukturierten (insbesondere streifenförmigen) Beleuchtung Geometriedaten erhalten werden, ist im Stand der Technik bekannt und basiert auf Triangulation. Die (realen) Farbdaten können aber auch aus einer homogenen Beleuchtung erhalten werden.
• Es wird hier noch einmal angemerkt, dass sowohl die (realen) Farbdaten stets farbcharakterisierend sind, da ein Farbeindruck verglichen werden soll.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird ein Restaurationselement automatisch basierend auf den Ausgabedaten hergestellt oder die Ausgabedaten umfassen Informationen, mittels der eine automatisierte Herstellung des Restaurationselements möglich ist, wobei bevorzugt ein schichtweiser oder voxelweiser Aufbau des Restaurationselements erfolgt, in dem eine Schicht eines Restaurationsmaterials oder eines Gemischs aus Restaurationsmaterialien in Form eines Pulvers, einer Flüssigkeit oder einer Paste in einem Aufbaubereich eingebracht, verfestigt und dann eine Anzahl weiterer solcher Schichten auf diese Weise auf der jeweils letzten verfestigten Schicht aufgebracht wird, wobei die Anordnung der Restaurationsmaterialien gemäß den Ausgabedaten erfolgt.
• Der Aufbau erfolgt bevorzugt in Form eines 3D-Drucks oder in Form einer Verfestigung plastischer Materialien im Mund.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden zur Erstellung des virtuellen Zahnmodells zusätzlich Daten eines vorbestimmten Werkstoffkörpers mit einer definierten Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien verwendet. Der Werkstoffkörper ist insbesondere eine Ronde und ist aus den in der Datenbank aufgeführten Restaurationsmaterialien aufgebaut. In der Zahnmedizin werden häufig Ronden verwendet, welche insbesondere eine schichtförmige Verteilung unterschiedlicher Werkstoffe bzw. Werkstoffgemische (Restaurationsmaterialien) aufweisen. Das Verfahren wird dabei bevorzugt so durchgeführt, dass ein auf den Geometriedaten basierendes Zahnvolumen (das Volumen des Zahnmodells) in einem virtuellen Modell des Werkstoffkörpers angeordnet wird und für das Zahnmodell die dort herrschende Verteilung der Anzahl der Restaurationsmaterialien des Werkstoffkörpers verwendet wird. Es wird also ermittelt, wie die Beschaffenheit des Werkstoffkörpers im angeordneten Zahnvolumen ist und diese Beschaffenheit für das Zahnmodell übernommen. Für ein weiteres Zahnmodell wird das Zahnvolumen bevorzugt in einer anderen Lage als zuvor im Werkstoffkörper (z.B. der Ronde) angeordnet, damit stets unterschiedliche Zahnmodelle erstellt werden.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird zur Erstellung des virtuellen Zahnmodells eine Mehrzahl von Restaurationsmaterialien verwendet, welche im Wesentlichen aus dem gleichen Grundmaterial bestehen, jedoch unterschiedliche Beimengungen weiterer Materialien umfassen, welche den resultierenden Restaurationsmaterialien unterschiedliche optische, farbbestimmende Eigenschaften verleihen. Als Grundmaterialien werden Typen von Restaurationsmaterialien verstanden, z.B. Keramik oder Kunststoff. Als weitere Materialien werden Materialien verstanden, deren Beimengung zum Grundmaterial dessen optische farbbestimmende Eigenschaften ändern, es also z.B. dunkler oder heller machen oder dessen Streueigenschaften und Brechungsindex ändern. Ein Zahnmodell kann dabei durchaus aus einem einzigen Grundmaterial bestehen, z.B. Keramik oder Kunststoff, jedoch an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Beimengungen der weiteren Materialien aufweisen. Der Einfachheit halber werden zwei identische Grundmaterialien, welche unterschiedliche Beimengungen von weiteren Materialien aufweisen hier als unterschiedliche Restaurationsmaterialien aufgefasst.
• Es ist dabei bevorzugt, dass die Werkstoffdaten der Mehrzahl von Restaurationsmaterialien mit den unterschiedlichen optischen, farbbestimmenden Eigenschaften in der Datenbank vorliegen. Dies heißt, dass dort eine Mehrzahl von Restaurationsmaterialien vorhanden ist, welche dasselbe Grundmaterial aufweisen, jedoch unterschiedliche Beimengungen weiterer Materialien. Es kann z.B. ein Grundmaterial in Form von Probekörpern mit verschiedenen Farbgebungen vorliegen, welche vermessen werden und die dadurch erhaltenen Werkstoffdaten in die Datenbank übernommen werden. Die Werkstoffdaten unterschiedlicher Probekörper werden also als unterschiedliche Restaurationsmaterialien aufgefasst.
• Alternativ oder zusätzlich können in der Datenbank Werkstoffdaten eines Restaurationsmaterials vorliegen, welches dem Grundmaterial entspricht und zusätzlich Daten zu den weiteren Materialien vorliegen, die angeben, inwiefern eine Beimengung dieser Materialien eine optische, farbbestimmende Eigenschaft dieses Restaurationsmaterials verändert. Die zusätzlichen Daten können, müssen aber nicht, auch in der Datenbank vorliegen. Es müsste in diesem Fall aber bekannt sein, wie sich die Werkstoffdaten des Restaurationsmaterials ändern, wenn ein bestimmtes weiteres Material zugegeben wird und sich zudem bevorzugt auch Aussagen über die Änderung der Werkstoffdaten bei unterschiedlichen Mengen der Beimischung treffen lassen. Dieser Fall geht also davon aus, dass sich die optischen, farbbestimmenden Eigenschaften eines Grundmaterials nach der Beimengung bestimmen lassen und damit eine Simulation möglich ist.
• Für ein optimales Ergebnis sollten bei der Bereitstellung bzw. Aufnahme der Farbdaten vorzugsweise mehr optische Informationen vorhanden sein als alleine Daten zur Farbe. Wie vorangehend gesagt, fällt Licht nicht nur von der Oberfläche des Zahns in das Auge eines Betrachters, sondern tritt auch durch den Zahn hindurch bzw. wird es von Regionen innerhalb des Zahns remittiert, was zu einem Changieren der Farbe bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln führt. Anschaulich lässt sich die Problematik so beschreiben, dass mit einer bloßen Farbinformation lediglich das Erscheinungsbild aus einer Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung wiedergegeben werden kann. Da ein Zahn jedoch je nach Betrachtungswinkel und/oder Beleuchtungswinkel eine leicht andere Farbe hat, also seine Farbe aufgrund einer Transmission oder Remission von Licht changieren kann, reicht eine alleinige Farbinformation für ein optimales Ergebnis nicht aus. Ein viel genauerer bzw. universellerer Farbeindruck kann durch Kenntnis der spektral aufgelösten Absorptionseigenschaften und Streueigenschaften und des Brechungsindexes unterschiedlicher Stellen des Zahns (bzw. des Zahnmodells) erreicht werden. Die zusätzlichen Kenntnisse über den Zahn können zur Erstellung von Zahnmodellen verwendet werden.
• Mit den zusätzlichen optischen Daten („optischen Zahndaten“) kann die Erstellung eines Zahnmodells verbessert werden. Dazu werden bevorzugt bei der Erstellung des virtuellen Zahnmodells für die Verteilung der Restaurationsmaterialien die optischen Zahndaten verwendet. Es werden dabei insbesondere für unterschiedliche Bereiche des Zahnmodells diejenigen Restaurationsmaterialien verwendet, deren Werkstoffdaten im Hinblick auf optische Eigenschaften die größte Ähnlichkeit mit den optischen Eigenschaften der optischen Zahndaten dieser Bereiche aufweisen. Daher ist bevorzugt, dass die optischen Zahndaten spektral aufgelöste Informationen zum Brechungsindex und/oder zu Streueigenschaften (Streukoeffizient und Phasenfunktion) und/oder zu Absorptionseigenschaften enthalten. Mit einer initialen Erstellung eines Zahnmodells, welches bereits ähnliche optische Eigenschaften wie der reale Zahn aufweist, erreicht man bereits bei den ersten Simulationen gute Ergebnisse, die sich dann durch leichte Variationen des Zahnmodells weiter verbessern lassen.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren werden also beim Bereitstellen oder bei der Aufnahme der Mehrzahl von Farbdaten zusätzlich optische Zahndaten des Zahns bereitgestellt oder aufgenommen und die Verteilung der Anzahl der Restaurationsmaterialien im Zahnmodell basiert dann auf diesen optischen Zahndaten (wie vorangehend geschildert).
• Simulierte Farbdaten werden bevorzugt mittels Berechnungen auf Basis der Maxwelltheorie und deren Approximationen, insbesondere der Strahlentransporttheorie, gewonnen.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird die Simulation der (simulierten) Farbdaten mittels Berechnungen basierend auf einem oder mehreren der folgenden Prinzipien durchgeführt:
• - Es wird eine spektral aufgelöste Lichtausbreitung im Zahnmodell auf Basis der Maxwellgleichungen bzw. deren Approximationen berechnet. Dazu sollten die Werkstoffdaten Informationen enthalten, die solche, im Grunde bekannten, Berechnungen ermöglichen.
• - Es erfolgt eine Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell auf Basis einer Strahlungstransportgleichung, insbesondere mittels Monte-Carlo-Simulationen oder analytischen Lösungen. Dazu sollten die Werkstoffdaten Informationen enthalten, die solche, im Grunde bekannten, Berechnungen ermöglichen.
• - Es erfolgt eine Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell auf Basis einer Näherungslösung der Strahlungstransportgleichung (z.B. Diffusionsgleichung). Dazu sollten die Werkstoffdaten Informationen enthalten, die solche, im Grunde bekannten, Berechnungen ermöglichen.
• - Es erfolgt eine Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell auf Basis einer verallgemeinerten Strahlungstransportgleichung, bei welcher die Wahrscheinlichkeit für Streuung und Absorption nicht mehr nur als exponentiell verteilt angenommen wird. Dazu sollten die Werkstoffdaten Informationen enthalten, die solche, im Grunde bekannten, Berechnungen ermöglichen.
• - Es wird ein lernfähiger Algorithmus zur Simulation verwendet, welcher auf die spektral aufgelöste Lichtausbreitung für eine Vielzahl von unterschiedlichen Zahnersätzen aus unterschiedlichen Werkstoffen trainiert worden ist.
• - Es wird ein lernfähiger Algorithmus verwendet, welcher auf Basis einer Vielzahl von Messungen von farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten einer Vielzahl von unterschiedlichen Zahnersätzen aus unterschiedlichen Werkstoffen trainiert worden ist.
• - Es wird eine auf Basis der oben angeführten Theorien zur Beschreibung der Lichtausbreitung, insbesondere der Strahlungstransporttheorie, vorberechnete Tabelle, insbesondere eine Look-up-Tabelle, für eine Vielzahl von Zahnmodellen verwendet.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren umfassen die Ausgabedaten Informationen zu einem oder mehreren der nachfolgend aufgezeigten Aspekte, wobei bei einer Herstellung eines Restaurationselements außerhalb des Mundes unter diesem Begriff ein Zahnersatz verstanden werden kann:
• - Informationen an welcher Position mit welcher Orientierung das Restaurationselement in einem Werkstoffkörper (aus Restaurationsmaterial) angeordnet werden muss,
• - Informationen wie das Restaurationselement aus einem Werkstoffkörper (aus Restaurationsmaterial) ausgefräst werden muss,
• - Informationen zum Aufbau des Werkstoffkörpers (also die Verteilung von Restaurationsmaterial), aus welchem ein Restaurationselement ausgefräst werden soll,
• - Informationen welche Verteilung von Restaurationsmaterialien wo im Restaurationselement vorhanden ist,
• - Druckdaten zum 3D-Druck des Restaurationselements, vorzugsweise welches Material in jedem Volumenelement des 3D-Drucks verwendet werden soll,
• - Informationen zu einer Rezeptur für die Mischung unterschiedlicher Restaurationsmaterialien (z.B. (Glas-)Keramiken oder Kunststoffe),
• - das Ergebnismodell, insbesondere ein virtuelles Bild eines finalen Restaurationselements.
• Gemäß einem bevorzugten Verfahren wird für den Vergleich eine Anzahl von Differenzen zwischen den simulierten Farbdaten und den (realen) Farbdaten berechnet. Die betreffenden Daten werden dazu z.B. im Hinblick auf Licht betrachtet, welches aus der Position des Zahnes bzw. des Zahnmodells stammt (insbesondere nach einer Remission und/oder Reflexion und/oder Transmission). Es werden dabei bevorzugt quantitative Werte des Lichts von unterschiedlichen Stellen des Zahns ermittelt. Diese Werte sind dann in den simulierten Farbdaten bezüglich des Zahnmodells und in den (realen) Farbdaten bezüglich des Zahns enthalten. Es werden Differenzen natürlich nur von entsprechend übereinstimmenden Stellen von Zahn und Zahnmodell berechnet.
• Bei mehrmaligem Durchlaufen der Schritte c) bis f) des Verfahrens wird versucht, diese Differenz zu minimieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass Zahnmodelle so erstellt werden, dass sie die Differenz aller spektralen simulierten und realen Farbdaten minimieren. Des Weiteren kann auch die Differenz der aus den spektralen simulierten und realen Farbdaten berechneten Farbraumdaten (wie RGB oder Lab) minimiert werden.
• Das Ergebnismodell ist dann bevorzugt dasjenige Zahnmodell, bei dem die Differenz am geringsten war. Falls die Differenz selbst nach der Optimierung noch größer als ein gewisser Mindestwert sein sollte, ist bevorzugt, eine Handlungsempfehlung für eine weitere zahntechnische Nachbearbeitung des Restaurationselements auszugeben.
• Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen schematisch dargestellt.
• 1 zeigt ein menschliches Gebiss und einen Zahn.
• 2 skizziert ein Dentalgerät mit einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Messverfahrens.
• 4 skizziert einen Zahn und ein Zahnmodell.
• 5 zeigt die Anordnung eines Zahnvolumens in einem Werkstoffkörper.
• 1 zeigt ein menschliches Gebiss G, nämlich das des Unterkiefers, ohne Weisheitszähne und einen einzelnen Zahn Z, nämlich einen Backenzahn des Gebisses, in dessen Schmelz und eventuell Dentin im Zahnbereich B Karies entfernt worden ist. Dort befindet sich nun eine Ausfräsung, die mit einem ebenfalls hier dargestellten Restaurationselements E verschlossen werden soll. In diesem Beispiel kann angenommen werden, dass der dargestellte Zahnbereich B der nachzubildende Zahnbereich B ist.
• 2 skizziert ein Dentalgerät 10 mit einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Welches zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien R für ein Restaurationselement E zur Restauration des Zahns Z in 1 verwendet werden könnte. Zu Funktionen des Dentalgeräts 10 und der Vorrichtung 1 siehe auch 3.
• Das Dentalgerät 10 ist in diesem Beispiel auch zur Messung von (realen) Farbdaten D eines Zahns Z ausgelegt und umfasst neben der Vorrichtung 1 zusätzlich eine Projektionsvorrichtung 11, einen Bildsensor 12 und eine Ermittlungseinheit 13.
• Die Projektionsvorrichtung 11 ist hier zum Einstrahlen von Weißlicht auf einen Zahn Z ausgelegt. Zur gleichzeitigen Aufnahme der 3D-Geometrie kann hierzu auch eine Streifenprojektion verwendet werden. Beispielsweise umfasst die Projektionsvorrichtung 11 eine multispektrale Lichtquelle 20 (im einfachsten Fall RGB bzw. Weißlicht), eine digitale Projektionseinheit 21 zur Projektion von Streifen auf den Zahn(bereich) und eine Objektivlinse 22 für die Beleuchtung.
• Der Bildsensor 12 ist hier eine Kamera. Er ist dazu ausgelegt Licht zu erfassen, welches aus der Position des Zahnes Z stammt (gestrichelte Linien). Auch der Bildsensor 12 kann sich einer Linsenanordnung bedienen, um den Zahn Z abzubilden. Der Bildsensor 12 ist bevorzugt multispektral. Beispielsweise kann eine digitale CMOS- oder CCD-Kamera verwendet werden. Bei der Verwendung von Weißlicht sollte eine RGB-Kamera verwendet werden, bei einer durchstimmbaren Lichtquelle genügt im Grunde eine monochrome Kamera.
• Die Ermittlungseinheit 13 ist zur Bestimmung einer Vielzahl von (realen) Farbdaten D ausgelegt, die von unterschiedlichen Stellen des Zahns Z aus den vom Bildsensor 11 detektierten Lichtstrahlen abgeleitet werden. Er kann in diesem Beispiel auch Geometriedaten GD zur 3D-Geometrie des Zahns Z ermitteln, z.B. mittels Verwendung einer Triangulation der Bilddaten bei einer Projektion von strukturiertem Licht. Die Ermittlungseinheit 13 liefert in diesem Beispiel also sowohl die Geometriedaten GD als auch die farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten D für die Vorrichtung 1.
• Die Vorrichtung 1 dient zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien R für ein Restaurationselement E zur Restauration eines Zahns Z und ist hier zur Ausführung eines Verfahrens ausgelegt, wie es in 3 beschrieben wird. Die Vorrichtung 1 umfasst die folgenden Komponenten:
• Eine Datenbank 2 umfassend Werkstoffdaten WD zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien R.
• Eine Dateneinheit 3, hier eine Datenschnittstelle 3, die zum Empfang der Geometriedaten GD und (realen) Farbdaten D ausgelegt ist.
• Eine Modellierungseinheit 4 ausgelegt zur Erstellung eines virtuellen Zahnmodells M aus den Geometriedaten GD. Das Zahnmodell M ist dabei aus einer Anzahl der Restaurationsmaterialien R aufgebaut, deren Werkstoffdaten WD in der Datenbank 2 enthalten sind.
• Eine Simulationseinheit 5 ausgelegt zur Simulation von farbcharakterisierenden (simulierten) Farbdaten SD des Zahnmodells M, basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien R im Zahnmodell M, und den entsprechenden Werkstoffdaten WD aus der Datenbank 2. Die simulierten Farbdaten SD werden dabei so generiert, dass sie mit den (realen) Farbdaten D verglichen werden können. Es wird in diesem Beispiel die Simulation so durchgeführt, dass das Zahnmodell M so angeordnet ist, wie der vermessene Zahn Z, eine synthetische Lichtquelle so wie die Projektionsvorrichtung 11, und eine virtuelle Kamera so wie der Bildsensor 12. Damit erhält man sehr gut vergleichbare Daten.
• Eine Vergleichseinheit 6 ausgelegt zum Vergleich der simulierten Farbdaten SD des Zahnmodells M mit den (realen) Farbdaten D, wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns Z und des Zahnmodells M verglichen werden.
• Eine Auswahleinheit 7 (hier ein Teil der Vergleichseinheit 6) ausgelegt zur Auswahl eines Ergebnismodells EM aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle M. Es wird dabei dasjenige Zahnmodell M ausgewählt, dessen Farbeindruck am besten mit dem Zahn Z übereinstimmt.
• Eine Ausgabeeinheit 8 ausgelegt zur Ausgabe von Ausgabedaten AD, die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements E entsprechend dem Ergebnismodell EM ermöglichen. Als Ausgabeeinheit kann, anders als im Beispiel gezeigt, auch dieselbe Datenschnittstelle 3 verwendet werden, die auch als Dateneinheit 3 verwendet wird.
• Die Vorrichtung könnte auch die (realen) Farbdaten und ggf. die Geometriedaten direkt aufnehmen, z.B. könnten Projektionsvorrichtung 11, Bildsensor 12 und Ermittlungseinheit 13 Teil der Vorrichtung sein.
• 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien R für ein Restaurationselement E zur Restauration eines Zahns Z.
• In Schritt I erfolgt ein Bereitstellen von Werkstoffdaten WD zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien R.
• In Schritt II werden Geometriedaten GD zur 3D-Geometrie eines nachzubildenden Zahnbereichs B und eine Mehrzahl von farbcharakterisierenden (realen) Farbdaten D von mehreren Stellen des Zahns Z aufgenommen, wie es z.B. in 2 zu sehen ist. Diese Daten könnten aber auch einfach aus einem Datenspeicher bereitgestellt werden.
• In Schritt III wird ein virtuelles Zahnmodell M zumindest des Zahnbereichs B aus den Geometriedaten GD erstellt, wobei das Zahnmodell M aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien R aufgebaut ist, deren Werkstoffdaten WD in der Datenbank 2 enthalten sind.
• In Schritt IV erfolgt eine Simulation von farbcharakterisierenden simulierten Farbdaten SD des Zahnmodells M, basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien R im Zahnmodell M, und den entsprechenden Werkstoffdaten WD aus der Datenbank 2, wobei die simulierten Farbdaten SD so beschaffen sind, dass sie mit den (realen) Farbdaten D verglichen werden können. Dies ist z.B. eine Monte-Carlo-Simulation, bei der verschiedene virtuelle Lichtstrahlen auf das Zahnmodell M eingestrahlt werden und deren Lichtwege und Absorption nach dem Auftreffen auf das Zahnmodell M gemäß der Werkstoffdaten WD und der zugrundeliegenden Lichtausbreitungstheorie berechnet werden.
• In Schritt V erfolgt ein Vergleich der simulierten Farbdaten SD des Zahnmodells M mit den (realen) Farbdaten D, wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns Z und des Zahnmodells M verglichen werden.
• In Schritt VI erfolgt zumindest in dem Fall, in dem der Vergleich außerhalb eines vorbestimmten Qualitätsbereichs liegt, eine Wiederholung der Schritte III bis V bis zu einem vorbestimmten Abbruchkriterium statt, wobei bei jeder Wiederholung ein neues virtuelles Zahnmodell M erstellt wird.
• In Schritt VII erfolgt eine Auswahl eines Ergebnismodells EM aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle M. Dabei wird hier dasjenige Zahnmodell M mit der größten Ähnlichkeit zum ursprünglichen Zahn Z ausgewählt.
• In Schritt VIII erfolgt eine Ausgabe von Ausgabedaten AD, die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements E entsprechend dem Ergebnismodell EM ermöglichen.
• In Schritt IX wird dann ein Restaurationselement E gemäß den Ausgabedaten AD aus den darin vorgegebenen Restaurationsmaterialien R hergestellt.
• 4 skizziert einen Zahn Z und ein Zahnmodell M. Von links nach rechts ergeben sich die Stufen der Zahnrestaurierung. Zunächst ist links der intakte Zahn Z dargestellt. Es wird angenommen, dass er kariös ist. Von diesem Zahn werden Geometriedaten GD und (realen) Farbdaten genommen, wobei die (realen) Farbdaten D des kariösen Teils aus gemessenen Daten der umgebenden Zahnsubstanz interpoliert werden. Dann wird ein Teil des Schmelzes bzw. des Dentins im Rahmen der Zahnbehandlung in einem nachzubildenden Zahnbereich B entfernt. Dieser nachzubildende Zahnbereich B soll dann mit einem Restaurationselement E (Hier ein Inlay) verschlossen werden. Es ist von Vorteil, wenn die Daten über den nachzubildenden Zahnbereich B auch in den Geometriedaten GD enthalten sind.
• Zur Herstellung des Restaurationselements E wird zunächst ein Zahnmodell M aus den Geometriedaten GD berechnet und enthält eine vorgegebene Verteilung von mehreren Restaurationsmaterialien R (mittleres Bild). Es erfolgt eine Auswahl des besten Zahnmodells M gemäß des Verfahrens nach 3 als Ergebnismodell EM. Gemäß diesem Ergebnismodell EM wird nun das Restaurationselement E hergestellt (hier ein Inlay). Dabei muss natürlich nicht das gesamte Ergebnismodell M hergestellt werden, sondern nur der nachzubildende Zahnbereich B. Durch das Verfahren ist jedoch sichergestellt, dass das Restaurationselement E farblich sehr gut zum Zahn Z passen wird.
• Rechts ist der resultierende Zahn Z dargestellt. Im Bild ist der Bereich angedeutet, in dem das Restaurationselement E angeordnet ist. In der Realität wird dies aufgrund der guten farblichen Übereinstimmung nicht mehr erkennbar sein.
• In 5 ist die Anordnung eines Zahnvolumens V in einem virtuellen Werkstoffkörper K dargestellt. Dies kann zur Erstellung eines Zahnmodells M verwendet werden. Hier wird das Modell eines Werkstoffkörpers K mit einer vorgegebenen Verteilung von Restaurationsmaterialien R (strichpunktiert angedeutete Schichten) verwendet und darin das Zahnvolumen V angeordnet. Für das rechts dargestellte, resultierende Zahnmodell M wird dann derjenige Teil des Werkstoffkörpers R verwendet, in dem das Zahnvolumen V liegt. Das Zahnmodell M weist dann auch eine Schichtstruktur von Restaurationsmaterialien R auf, wie strichpunktiert angedeutet ist.
• Abschließend wird angemerkt, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel, wie z.B. „ein“ oder „eine“, nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. So kann „ein“ auch als „mindestens ein“ gelesen werden. Der Ausdruck „eine Anzahl“ ist ebenfalls als „mindestens ein(e)“ zu verstehen. Begriffe wie „Einheit“ oder „Vorrichtung“ schließen nicht aus, dass die betreffenden Elemente aus mehreren zusammenwirkenden Komponenten bestehen können, die nicht unbedingt in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, auch wenn der Fall eines umfassenden Gehäuses bevorzugt ist.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Datenbank

3

Datenschnittstelle / Dateneinheit

4

Modellierungseinheit

5

Simulationseinheit

6

Vergleichseinheit

7

Auswahleinheit

8

Ausgabeeinheit

10

Dentalgerät

11

Projektionsvorrichtung

12

Bildsensor

13

Ermittlungseinheit

20

Lichtquelle

21

Projektionseinheit

22

Objektivlinse

AD

Ausgabedaten

B

Zahnbereich

D

(reale) Farbdaten

E

Restaurationselement

EM

Ergebnismodell

G

Gebiss

GD

Geometriedaten

K

Werkstoffkörper

M

Zahnmodell

R

Restaurationsmaterial / Werkstoff

SD

simulierte Farbdaten

V

Zahnvolumen

WD

Werkstoffdaten

Z

Zahn

ZB

Zahnbereich

Claims (12)

1. Verfahren zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien (R) für ein Restaurationselement (E) zur Restauration eines Zahns (Z), das Verfahren umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Werkstoffdaten (WD) zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien (R), b) Bereitstellen oder Aufnahme von Geometriedaten (GD) zur 3D-Geometrie eines nachzubildenden Zahnbereichs (B) und einer Mehrzahl von farbcharakterisierenden Farbdaten (D) des Zahns (Z), c) Erstellung eines virtuellen Zahnmodells (M) zumindest des Zahnbereichs (B) aus den Geometriedaten (GD), wobei das Zahnmodell (M) aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien (R) aufgebaut ist, deren Werkstoffdaten (WD) in der Datenbank (2) enthalten sind, d) Simulation von farbcharakterisierenden simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M), basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien (R) im Zahnmodell (M), und den entsprechenden Werkstoffdaten (WD) aus der Datenbank (2), wobei die simulierten Farbdaten (SD) so beschaffen sind, dass sie mit den Farbdaten (D) verglichen werden können, e) Vergleich der simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M) mit den Farbdaten (D), wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns (Z) und des Zahnmodells (M) verglichen werden, f) Zumindest in dem Fall, in dem der Vergleich außerhalb eines vorbestimmten Qualitätsbereichs liegt: Wiederholung der Schritte c) bis f) bis zu einem vorbestimmten Abbruchkriterium, wobei bei jeder Wiederholung ein neues virtuelles Zahnmodell (M) erstellt wird, g) Auswahl eines Ergebnismodells (EM) aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle (M), h) Ausgabe von Ausgabedaten (AD), die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements (E) entsprechend dem Ergebnismodell (EM) ermöglichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffdaten (WD) Informationen zu spektralen Streueigenschaften und/oder spektralen Absorptionseigenschaften und/oder spektralen Brechungsindizes der Restaurationsmaterialien (R) umfassen, wobei die Werkstoffdaten (WD) bevorzugt Daten zum Streukoeffizienten und/oder zur Phasenfunktion und/oder zum Absorptionskoeffizienten und/oder des Brechungsindexes des entsprechenden Werkstoffs umfassen, bevorzugt wobei die Simulation der simulierten Farbdaten (SD) mittels Berechnungen basierend auf den optischen Streu- und Absorptionseigenschaften und dem Brechungsindex aus den Werkstoffdaten (WD) der Restaurationsmaterialien (R) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbdaten (D) mittels einer spektral aufgelösten Messung von Licht, welches aus der Position des Zahns (Z) stammt, ermittelt werden, insbesondere basierend auf einer Remission und/oder Reflexion, und/oder Transmission und/oder Fluoreszenz, bevorzugt unter Verwendung einer definierten Beleuchtungs- und/oder Detektionsgeometrie, wobei die Simulation der simulierten Farbdaten (SD) bevorzugt so erfolgt, dass bei der Simulation eine gleiche Ausrichtung des Zahnmodells (M) relativ zur Beleuchtung und/oder zur Detektion wie bei der realen Aufnahme des Zahns (Z) simuliert wird, bevorzugt wobei die Farbdaten (D) und bevorzugt auch die Geometriedaten (GD) mittels einer strukturierten Beleuchtung erhalten werden, bevorzugt einer streifenförmigen Beleuchtung, oder auch mittels einer homogenen Beleuchtung.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Restaurationselement (E) automatisch basierend auf den Ausgabedaten (AD) hergestellt wird oder die Ausgabedaten (AD) Informationen umfassen, mittels der eine automatisierte Herstellung des Restaurationselements (E) möglich ist, wobei bevorzugt ein schichtweiser oder voxelweiser Aufbau des Restaurationselements (E) erfolgt, in dem eine Schicht eines Restaurationsmaterials (R) oder eines Gemischs aus Restaurationsmaterialien (R) in Form eines Pulvers, einer Flüssigkeit oder einer Paste in einem Aufbaubereich eingebracht, verfestigt und dann eine Anzahl weiterer solcher Schichten auf diese Weise auf der jeweils letzten verfestigten Schicht aufgebracht wird, wobei die Anordnung der Restaurationsmaterialien (R) gemäß den Ausgabedaten (AD) erfolgt, bevorzugt wobei der Aufbau in Form eines 3D-Drucks erfolgt oder in Form einer Verfestigung pastöser Materialien im Mund.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung des virtuellen Zahnmodells (M) zusätzlich Daten eines vorbestimmten Werkstoffkörpers (K), insbesondere einer Ronde, mit einer definierten Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien (R) verwendet werden, ein auf den Geometriedaten (GD) basierendes Zahnvolumen (V) in einem virtuellen Modell des Werkstoffkörpers (K) angeordnet wird und für das Zahnmodell die dort herrschende Verteilung der Anzahl der Restaurationsmaterialien (R) des Werkstoffkörpers (K) verwendet wird, bevorzugt wobei für ein weiteres Zahnmodell (M) das Zahnvolumen (V) in einer anderen Lage als zuvor in dem Werkstoffkörper (K) angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung des virtuellen Zahnmodells (M) eine Mehrzahl von Restaurationsmaterialien (R) verwendet wird, welche im Wesentlichen aus dem gleichen Grundmaterial bestehen, jedoch unterschiedliche Beimengungen weiterer Materialien umfassen, welche den Restaurationsmaterialien (R) unterschiedliche optische, farbbestimmende Eigenschaften verleihen, bevorzugt wobei - die Werkstoffdaten (WD) der Mehrzahl von Restaurationsmaterialien (R) mit den unterschiedlichen optischen, farbbestimmenden Eigenschaften in der Datenbank (2) vorliegen oder - die Werkstoffdaten (WD) eines Restaurationsmaterials (R) vorliegen, welches dem Grundmaterial entspricht und zusätzlich Daten zu den weiteren Materialien vorliegen, die angeben, inwiefern eine Beimengung dieser Materialien eine optische, farbbestimmende Eigenschaft dieses Restaurationsmaterials (R) verändert.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bereitstellen oder bei der Aufnahme der Mehrzahl von Farbdaten (D) zusätzlich optische Zahndaten des Zahns bereitgestellt oder aufgenommen werden, insbesondere spektral aufgelöste Informationen zur Brechung und/oder zu Streueigenschaften und/oder zu Absorptionseigenschaften des Zahns, und die Verteilung der Anzahl der Restaurationsmaterialien (R) im Zahnmodell (M) auf den optischen Zahndaten basiert.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation der simulierten Farbdaten (SD) mittels Berechnungen basierend auf einem oder mehreren der folgenden Prinzipien durchgeführt wird: - Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell (M) auf Basis der Maxwellgleichungen bzw. deren Approximationen, - Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell (M) auf Basis einer Strahlungstransportgleichung, insbesondere mittels Monte-Carlo-Simulationen oder analytischen Lösungen, - Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell (M) auf Basis einer Näherungslösung der Strahlungstransportgleichung, - Berechnung einer spektral aufgelösten Lichtausbreitung im Zahnmodell (M) auf Basis einer verallgemeinerten Strahlungstransportgleichung, - Verwendung eines lernfähigen Algorithmus zur Simulation, welcher auf die spektral aufgelöste Lichtausbreitung für eine Vielzahl von unterschiedlichen Zahnersätzen und/oder Zahnmodellen (M) aus unterschiedlichen Werkstoffen (R) trainiert worden ist, - Verwendung eines lernfähigen Algorithmus, welcher auf Basis einer Vielzahl von Messungen von farbcharakterisierenden Farbdaten (D) einer Vielzahl von unterschiedlichen Zahnersätzen und/oder Zahnmodellen (M) aus unterschiedlichen Werkstoffen (R) trainiert worden ist, - Verwendung einer auf Basis der Strahlungstransporttheorie vorberechneten Tabelle für eine Vielzahl von Zahnmodellen (M).
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabedaten (AD) eine oder mehrere Informationen enthalten, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Informationen: - an welcher Position mit welcher Orientierung das Restaurationselement (E) in einem Werkstoffkörper (K) angeordnet werden muss, - wie das Restaurationselement (E) aus einem Werkstoffkörper (K) ausgefräst werden muss, - zum Aufbau des Werkstoffkörpers (K), aus welchem ein Restaurationselement (E) ausgefräst werden soll, - welche Verteilung von Restaurationsmaterialien (R) wo im Restaurationselement (E) vorhanden ist, - zu Druckdaten zum 3D-Druck des Restaurationselements (E), vorzugsweise welches Material in jedem Volumenelement des 3D-Drucks verwendet werden soll, wobei in diesem Falle ein weiterer Schritt des Verfahrens insbesondere der Druck des Restaurationselements (E) ist, - zu einer Rezeptur für die Mischung unterschiedlicher Restaurationsmaterialien (R), - zum Ergebnismodell (EM), insbesondere eines virtuellen Bildes eines finalen Restaurationselements (E).
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich eine Anzahl von Differenzen zwischen den simulierten Farbdaten (SD) und den Farbdaten (D) berechnet wird und bei mehrmaligem Durchlaufen der Schritte c) bis f) bevorzugt Zahnmodelle (M) so gestaltet werden, dass sie diese Differenz minimieren, wobei das Ergebnismodell (EM) bevorzugt dasjenige Zahnmodell (M) ist, bei dem die Differenz am geringsten war.
11. Vorrichtung (1) zur automatisierten Auswahl von Restaurationsmaterialien (R) für ein Restaurationselement (E) zur Restauration eines Zahns (Z), insbesondere ausgelegt zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, die Vorrichtung (1) umfassend: - eine Datenbank (2) umfassend Werkstoffdaten (WD) zu optischen, farbbestimmenden Eigenschaften einer Mehrzahl von Restaurationsmaterialien (R), - eine Dateneinheit (3) ausgelegt zum Bereitstellen oder Aufnahme von Geometriedaten (GD) zur 3D-Geometrie eines nachzubildenden Zahnbereichs (B) und einer Mehrzahl von farbcharakterisierenden Farbdaten (D) des Zahns (Z), - eine Modellierungseinheit (4) ausgelegt zur Erstellung eines virtuellen Zahnmodells (M) zumindest des Zahnbereichs (B) aus den Geometriedaten (GD), wobei das Zahnmodell (M) aus einer Verteilung einer Anzahl der Restaurationsmaterialien (R) aufgebaut ist, deren Werkstoffdaten (WD) in der Datenbank (2) enthalten sind, - eine Simulationseinheit (5) ausgelegt zur Simulation von farbcharakterisierenden simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M), basierend auf der Verteilung der Restaurationsmaterialien (R) im Zahnmodell (M), und den entsprechenden Werkstoffdaten (WD) aus der Datenbank (2), wobei die simulierten Farbdaten (SD) so beschaffen sind, dass sie mit den Farbdaten (D) verglichen werden können, - eine Vergleichseinheit (6) ausgelegt zum Vergleich der simulierten Farbdaten (SD) des Zahnmodells (M) mit den Farbdaten (D), wobei jeweils entsprechende Bereiche des Zahns (Z) und des Zahnmodells (M) verglichen werden, - eine Auswahleinheit (7) ausgelegt zur Auswahl eines Ergebnismodells (EM) aus der Anzahl der erstellten Zahnmodelle (M), - eine Ausgabeeinheit (8) ausgelegt zur Ausgabe von Ausgabedaten (AD), die Informationen enthalten, welche eine Herstellung eines Restaurationselements (E) entsprechend dem Ergebnismodell (EM) ermöglichen.
12. Dentalgerät (10) umfassend eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 und bevorzugt zusätzlich - eine Projektionsvorrichtung (11) ausgelegt zum Einstrahlen von Licht auf einen Zahn (Z), - einen Bildsensor (12), insbesondere eine Kamera, ausgelegt zum Erfassen von Licht, welches aus der Position des Zahnes (Z) stammt, und - eine Ermittlungseinheit (13) ausgelegt zur Bestimmung einer Vielzahl von farbcharakterisierenden Farbdaten (D) unterschiedlicher Bereiche des Zahns (Z) aus den vom Bildsensor (11) detektierten Lichtstrahlen, und bevorzugt auch von Geometriedaten (GD) zur 3D-Geometrie des Zahns (Z).

Images