DE68925872T2 - Korrelationserfassungsverfahren für dreidimensionale menschliche Organe und Durchführungseinrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur dreidimensionalen Korrelationserfassung von Teilen eines Menschen sowie eine Anordnung von Elementen für dessen Verwendung zum Ziel.
• Es gibt verschiedene Verfahren, um die Gestalt eines inneren und äußeren Teils eines Menschen zu erfassen.
• Das erste Verfahren besteht in der Verwendung einer mehr oder weniger elastischen Abdruckmasse und dem Wiederherstellen des Teils durch Gipsguß, um die vollständige Reproduktion des genannten Teils zu erhalten.
• Ein zweites Verfahren, 1977 beschrieben durch MOSHABAC (US 4,182,312), danach durch BECKER (US 4,411,626), besteht im Mikroabtasten der Untersuchungsoberfläche und gegebenenfalls deren Wiederherstellen mit Hilfe einer Mikrofräsmaschine.
• Ein drittes Verfahren besteht im Durchführen einer radiographischen oder tomodensitometrischen Abtastung, dann dem Wiederanordnen jedes Schnitts in Abhängigkeit davon, welches die Position der Aufnehmer und der Empfänger zur Röntgenstrahlanalyse (frz.: analyse RX) war.
• Eine vierte Methode besteht in der Verwendung des Prinzips der NMR (Nukleare Magnetische Resonanz) oder MRA (Magnetische Resonanzabbildung, frz.: Imagerie RM), welche bekannte und viel beschriebene Verfahren sind, die eine Rekonstruktion des Teils mit Hilfe einer numerisch gesteuerten Mikrofräsmaschine erlauben (Information dentaire, September 1988).
• Schließlich verwendet eine neue Methode, die in einer Reihe früherer Dokumente beschrieben ist, stereoskopische Methoden (ROODER) oder "issues du Moir ": DURET (EP-A-0 091 876) und erlaubt, eine dreidimensionale Ablesung photographischer Objekte durchzuführen.
• Diese letzte, sehr neu in die Zahnmedizin eingeführte Methode erlaubt das Erfassen einer Ansicht mit der Möglichkeit, verschiedene Erfassungen zu korrelieren, um die Gesamtheit des Teils zu erhalten, welches das Untersuchungsobjekt bildet.
• Insbesondere setzt das einzige verwendete Mittel zum Korrelieren der Ansichten die Fixierung des Analyseobjekts und der Kamera in den Positionen voraus, die der zentralen Datenverarbeitungs- und Analyseanlage bekannt sind. So ist es heute relativ gängig, eine Drehung des Objekts gegenüber der Analysekamera vorzunehmen. Nun ist, im Falle einer Anwendung in der Zahntechnik, eine derartige Methode für die Erfassung eines Teils des Kiefers eines Individuums schwierig einzusetzen.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Korrelation einer Gruppe medizinischer oder zahnärztlicher dreidimensionaler Ansichten eines Objekts zu erlauben, oder mehrere Objekte, die gegebenenfalls selbst das Objekt einer Korrelation gebildet haben, zu korrelieren, ohne a priori die Position des Objekts und der Kamera im Bereich des Rechners zu kennen.
• Zu diesem Zweck umfaßt das in Rede stehende Verfahren folgende Schritte:
• (a) Bilden eines Abdrucks der dem abgeschliffenen Bereich gegenüberliegenden Gegenzähne;
• (b) Anordnen dieses Abdrucks auf dem Bereich des abgeschliffenen Zahns und auf den benachbarten Zähnen;
• (c) Bestimmen von drei Bezugspunkten auf diesem Bereich;
• (d) Durchführen der Korrelation der Gegenzähne mit Hilfe dieser drei Punkte unter Berücksichtigung des Abdrucks derselben;
• (e) Abnehmen des den Abdruck umfassenden Elements;
• (f) Durchführen der Korrelation der Zähne des Bogens, in dem sich der abgeschliffene Zahn befindet, so daß diese drei Punkte auf dem durch die verschiedenen Erfassungen erhaltenen Ansichten alle sichtbar sind und um eine Korrelationsrechnung der durch die verschiedenen Erfassungen erhaltenen Ansichten durchzuführen, um sie unter Berücksichtigung dieser drei Bezugspunkte in ein und dasselbe Bezugssystem zurückzuführen.
• Vorteilhafterweise umfaßt dieses Verfahren das Anordnen dreier Bezugspunkte auf dem Bereich des abgeschliffenen Zahns und der benachbarten Zähne.
• Entsprechend einer Ausführungsform wird jeder Bezugspunkt von einem Träger gehalten, der von einer von einem kontrastierten Rahmen begrenzten Fläche gebildet ist, und das Verfahren umfaßt darüber hinaus die folgenden Schritte:
• - Auswerten des Abstands des Bezugspunktes bezüglich einer Analysekamera,
• - Bestimmen des Zentrums des Bezugspunktes mittels einer fortschreitenden Zerlegungsoperation.
• Vorteilhafterweise und um die Nachteile zu vermeiden, die der genauen Bestimmung eines Punktes auf einer Ebene bei flachem Blickwinkel zuzuschreiben sind, wird jede einem Markierungspunkt zugeordnete Fläche durch eine Fläche von einfacher geometrischer Gestalt gebildet, was es erlaubt, durch Berechnung einen reellen oder virtuellen charakteristischen Punkt zu erhalten, der als Grundlage der Korrelation dienen kann.
• Gemäß einer Möglichkeit wird die einem Markierungspunkt zugeordnete Fläche durch eine Kugel gebildet, deren Markierungspunkt das Zentrum ist.
• Diese Lösung ist interessant, weil eine Kugel eine leicht zu erkennende Fläche ist und die gleiche Gestalt und die gleiche Fläche aufweist, unter welchem Winkel sie auch immer betrachtet wird.
• Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren das Durchführen einer automatischen Bestimmung der Bezugspunkte mittels vorhergehender Erkennung der Gestalt der den drei Punkten zugeordneten Flächen, was die Risiken eines manuellen Korrelationsfehlers vermeidet.
• Die Koordinatenbestimmung der Erfassung hängt nämlich nicht von den Korrelationspunkten ab. Es ist demnach möglich, die Position einer Kugel bezüglich dem optischen Zentrum der Kamera zu bestimmen. In Kenntnis dieses Wertes ist es möglich, den Abbildungsmaßstab und in der Folge die sphärische Gestalt und das Zentrum der theoretischen Kugel zu beschreiben.
• Zudem erlaubt eine schnelle Rechnung, die an diesen Punkten vor der Berechnung des Bildes durchgeführt wird, den Bediener unmittelbar über die Qualität der Aufnahmen von Ansichten zu informieren (verwackelt, Kodierung . . . ).
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Bezugspunkte auf dem Umfang des Bereichs angeordnet, dessen Erfassung durchgeführt werden soll, was den Korrelationsfehler minimiert, da die Wirkung des "Hebelarms" kleiner im zentralen Bereich ist als im Umfangsbereich.
• Das Verfahren umfaßt im Falle seiner Anwendung in der Zahntechnik das Verwenden charakteristischer Bildpunkte als Bezugspunkte, solche wie Gipfel von Höckern oder Furchen.
• Es ist festzustellen, daß die Ortsbestimmung mittels dreier Punkte eine Reihe weiterer Vorteile gestattet, nämlich:
• - Die manuelle Angabe eines einzigen und immer gleichen Punktes erlaubt eine direkte und automatische Numerierung (beispielsweise Uhrzeigersinn) der weiteren Punkte. So kann der Praktiker den vestibulären Punkt in einem Mund registrieren.
• - Die Tatsache der Angabe wenigstens eines Punktes kann der Software erlauben, einerseits die Gestalt abzuschätzen, die sie automatisch wiederzugewinnen hat und andererseits ihren ungefähren Abbildungsmaßstab abzuschätzen (der Bereich der Schärfe begrenzt die Variationen: Schärfentiefe).
• Wenn man die Korrelation von Bildern eines Kiefers durchzuführen hat, besteht eine Lösung in der Verwendung dreier Markierungspunkte auf dem Oberkiefer (Maxibulum, frz.: maxillaire) und dreier Markierungspunkte auf dem Unterkiefer (Mandibula, frz.: mandibule), was es erlaubt, Korrelationen der Bilder des Oberkiefers bzw. der Bilder des Unterkiefers durchzuführen.
• Bei Annäherung der zwei Kiefer werden einer oder mehrere Bezugspunkte, die z. B. auf der Innenseite des Kiefers gelegen sind, verdeckt. Um die Stabilität der Korrelationen zu fördern, wird ein zusätzlicher Punkt im oberen Vorhof (Vestibulum, frz.: vestibule) angeordnet, und ein anderer wird im unteren Vorhof angeordnet. Diese beiden Punkte gewährleisten die Rekonstruktion der zwei Gruppen dreier Bezugspunkte oben und unten. Wenn diese Methode auch zweckmäßig ist und das Reduzieren der Anzahl an Korrelationspunkten erlaubt, wobei das Durchführen von Intra-Objekt- und Inter-Objekt-Korrelationen gestattet ist, bleibt sie komplex.
• Eine Anordnung von Elementen für die Verwendung dieses Verfahrens umfaßt in Kombination:
• - ein teigiges Element, das zur Bildung eines Abdrucks des Abschnitts des Kiefers bestimmt ist, der dem den abgeschliffenen Bereich umfassenden Abschnitt gegenüber liegt,
• - eine Halterung für drei Bezugspunkte, die von zwei Schenkeln gebildet ist, welche zur Anordnung in dem abgeschliffenen Bereich auf den lingualen und vestibulären Seiten bestimmt sind, wobei diese Halterung zur abnehmbaren Befestigung auf dem Abschnitt des Kiefers bestimmt ist, dessen Bild geliefert werden soll, und
• - eine Analysekamera, die zur Durchführung der Bilderfassungen unter verschiedenen Winkeln bestimmt ist.
• Entsprechend einer Ausführungsform dieser Vorrichtung sind die Flächen, welchen die Bezugspunkte zugeordnet sind, an zwei Schenkeln befestigt, die mit einem elastischen kleinen Bogen verbunden sind, der auf wenigstens einen Zahn einen Druck ausüben kann, wobei diese zwei Schenkel auf den lingualen und vestibulären Seiten angeordnet sind.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Flächen, welchen die Bezugspunkte zugeordnet sind, mit zwei getrennten Schenkeln verbunden, die dazu bestimmt sind, auf den lingualen bzw.
• vestibulären Seiten angeordnet zu werden und mit Mitteln zur Befestigung, beispielsweise mittels Kleben, ausgestattet sind.
• Entsprechend einer weiteren zum Einsatz interessanten Ausführungsform zum Durchführen der optischen Erfassung eines beträchtlichen Teils des Mundes umfaßt die Vorrichtung zur Halterung der Bezugspunkte eine Stange, welche sich längs der lingualen und vestibulären Seiten der Zähne eines Kiefers erstreckt, und welche mit Mitteln zur Befestigung an dem Kiefer, beispielsweise durch Eingriff von Spitzen zwischen zwei Zähne, ausgestattet ist und auf welcher verschiebbar und in der gewünschten Stellung blockierbar Schafte zur Halterung der Flächen angebracht sind, welchen die verschiedenen Bezugspunkte zugeordnet sind. Die Mittel zum Blockieren können durch eine Schraubklemmung erhalten werden.
• Jedenfalls wird die Erfindung gut mit Hilfe der Beschreibung verstanden, die mit Bezug auf die beigefügte schematische Zeichnung folgt, die beispielhaft nicht begrenzend mehrere Ausführungsformen für die Verwendung dieses Verfahrens darstellen:
• Fig. 1 ist eine sehr schematische Ansicht einer Anordnung, die für die Korrelation eines Bereichs eines Kiefers verwendet wird;
• Fig. 2 bis 4 sind drei perspektivische Ansichten von drei Vorrichtungen zur Halterung von Bezugspunkten;
• Fig. 5 und 6 sind zwei Detailansichten der Vorrichtung von Fig. 5;
• Fig. 7 bis 11 stellen sehr schematisch eine Vorrichtung dar, die das Durchführen der Korrelation von Bildern zwischen den zwei Teilen des Kiefers eines Individuums gestattet.
• In Fig. 1 ist sehr schematisch ein Teil 2 eines Zahnbogens dargestellt, der einen Stumpf 3 umfaßt, der zwischen zwei gesunden Zähnen 4 gelegen ist. Zur Durchführung mehrerer optischer Erfassungen dieses Bereichs unter verschiedenen Winkeln mit Hilfe einer Analysekamera 5 ist es zweckmäßig, vorzugsweise am Rand des Bereichs, der den Stumpf 3 umfaßt, drei Bezugspunkte 6 zu plazieren, von denen jeder einer Fläche 7 angehört, die durch einen Rahmen in Kontrastfarbe eingefaßt ist. Die drei Punkte 6 sind wie vorher beschrieben um den Stumpf angeordnet derart, daß dieser eingerahmt wird.
• Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die durch einen Bügel 9 gebildet ist, der aus elastischem Material hergestellt ist, und dazu bestimmt ist, einen Zahn 4 einzuspannen. Dieser Bügel trägt zwei Halterungen 10, 12, die zur Anlage an den lingualen und vestibulären Seiten des Zahns kommen und zwei Schenkel 13 bzw. 14 tragen. Der Schenkel 13 ist mit einer Kugel 15 versehen, die die Bestimmung eines Bezugspunktes erlaubt, wohingegen der Schenkel 14 mit zwei Kugeln 16 versehen ist, die die Bestimmung von zwei weiteren Bezugspunkten erlauben.
• Die Fig. 3 stellt eine Ausführungsvariante dar, bei der die Schenkel 13 und 14, welche die Kugeln 15 bzw. 16 tragen, jeweils mit einem Haftplättchen 17 ausgestattet sind, das dazu bestimmt ist, an der Fläche eines Zahns bzw. der lingualen oder vestibulären Seite befestigt zu werden.
• Die Fig. 4 stellt eine Vorrichtung dar, die eine in sich geschlossene Stange 18 umfaßt, die dazu bestimmt ist, längs der lingualen und vestibulären Seiten zu laufen und gegenüber dem Kiefer beispielsweise mittels zwischen zwei Zähnen im Eingriff befindlichen Spitzen 19 befestigt ist, wie in der Fig. 6 gezeigt.
• Wie in der Fig. 6 gezeigt, sind an der Stange 18 verschiebbar, mit der Möglichkeit der Blockierung durch eine Schraube 21, Reiter 20 angebracht, von denen jeder einen Schaft 22 trägt, dessen freies Ende mit einer Kugel 23 ausgestattet ist, die zum Bestimmen eines Bezugspunktes ausgelegt ist.
• Die Fig. 7 bis 11 stellen schematisch verschiedene Phasen eines Verfahrens dar, welches die Korrelation des Bildes der zwei Teile eines Kiefers erlaubt, nämlich einem oberen Teil 24, der einen abgeschliffenen Zahn 25 umfaßt, der dazu bestimmt ist, eine Prothese zu erhalten, und einem unteren Teil 26. Mit Hilfe einer formbaren Masse 27 wird das Abnehmen eines Abdrucks des unteren Teils 26 des Kiefers mit der sogenannten "Biß-Technik" vorgenommen. Das teigige Element 27 wird dann auf dem Teil 24 des Kiefers positioniert, der den Stumpf 25 umfaßt. Auf diesem Teil des Kiefers wird ein System 28 angeordnet, das die Bezugspunkte umfaßt, und z. B. durch das in der Fig. 3 dargestellte System gebildet ist. Dann wird, wie in der Fig. 11 gezeigt, eine Korrelation unter Berücksichtigung des Vertiefungsbereichs des Abdrucks 27 vorgenommen, der das Negativ des Teils 26 des Kiefers gegenüber dem Prothesenbereich ist.
• Das teigige Element 27 wird dann abgenommen, und es werden, wie in der Fig. 12 gezeigt, optische Erfassungen des Bereichs der Prothese selbst vorgenommen. Es ist interessant festzustellen, daß die Korrelation im Bereich von jedem Teil des Kiefers und zwischen den zwei Teilen des Kiefers mit Hilfe der gleichen Bezugspunkte durchgeführt wird.
• Wie es aus dem vorangegangenen hervorgeht, bringt die Erfindung eine große Verbesserung für die existierende Technik, indem sie ein Verfahren einfacher Art schafft, das die dreidimensionale Korrelationserfassung von Teilen eines Menschen gestattet, wobei das Verfahren von großer Zuverlässigkeit ist und alle Schwierigkeiten für den Praktiker beseitigt.
• Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht allein auf die Ausführungsformen dieses Verfahrens und nicht allein auf die Ausführungsformen dieser Vorrichtung, welche oben beispielhaft beschrieben wurden; sie umfaßt im Gegenteil alle Ausführungsvarianten. Es ist insbesondere so, daß die Gestalt der Flächen, von denen ausgehend die Bezugspunkte definiert sind, von einer Ebene oder einer Kugel verschieden sein können, ohne daß man deswegen den Rahmen der Erfindung verläßt.

Claims (9)

1. Verfahren zur dreidimensionalen Korrelationserfassung von Teilen eines Menschen im Falle der Korrelation zweier Teile eines Kiefers, umfassend die folgenden Schritte im Falle der Fertigung einer Prothese:

a) Bilden eines Abdrucks (27) der dem abgeschliffenen Bereich (24) gegenüberliegenden Gegenzähne (26);

b) Anordnen dieses Abdrucks (27) auf dem Bereich des abgeschliffenen Zahns und auf den benachbarten Zähnen;

c) Bestimmen von drei Bezugspunkten (6) auf diesem Bereich;

d) Durchführen der Korrelation der Gegenzähne mit Hilfe dieser drei Punkte (15, 16) unter Berücksichtigung des Abdrucks derselben;

e) Abnehmen des den Abdruck (27) umfassenden Elements;

f) Durchführen der Korrelation der Zähne des Bogens, in dem sich der abgeschliffene Zahn befindet, so daß diese drei Punkte (6) auf den durch verschiedene Erfassungen erhaltenen Ansichten alle sichtbar sind und um eine Korrelationsrechnung der durch die verschiedenen Erfassungen erhaltenen Ansichten durchzuführen, um sie unter Berücksichtigung dieser drei Bezugspunkte in ein und dasselbe Bezugssystem zurückzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, drei Bezugspunkte (6) auf dem Bereich des abgeschliffenen Zahns und der benachbarten Zähnen anzuordnen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bezugspunkt (6) von einem Träger gehalten wird, der von einer von einem kontrastierten Rahmen begrenzten Fläche gebildet ist, und daß es darüber hinaus die folgenden Schritte umfaßt:

- Auswerten des Abstands des Bezugspunktes (6) bezüglich einer Analysekamera (5),

- Bestimmen des Zentrums des Bezugspunktes (6) mittels einer fortschreitenden Zerlegungsoperation.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einem Bezugspunkt (6) zugeordnete Fläche (27) von einer Kugel (15, 16) gebildet wird, deren Zentrum der Bezugspunkt (6) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugspunkte (6) auf dem Umfang des Bereichs angeordnet sind, dessen Erfassung durchgeführt werden soll.

6. Anordnung von Elementen zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend in Kombination:

- ein teigiges Element, das zur Bildung eines Abdrucks (27) des Abschnitts des Kiefers bestimmt ist, der dem den abgeschliffenen Bereich (24) umfassenden Abschnitt gegenüberliegt,

- eine Halterung für drei Bezugspunkte (6), die von zwei Schenkeln (13, 14) gebildet ist, welche zur Anordnung in dem abgeschliffenen Bereich (24) auf den lingualen und vestibulären Seiten bestimmt sind, wobei diese Halterung zur abnehmbaren Befestigung auf dem Abschnitt des Kiefers bestimmt ist, dessen Bild geliefert werden soll, und

- eine Analysekamera (5), die zur Durchführung der Bilderfassungen unter verschiedenen Winkeln bestimmt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (13, 14) mit einem elastischen kleinen Bogen (9) verbunden sind, der auf wenigstens einen Zahn einen Druck ausüben kann.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel voneinander getrennt sind und mit Mitteln (17) zur Befestigung, bspw. mittels Kleben, ausgestattet sind,

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel von einer Stange (18) gebildet sind, welche sich längs der lingualen und vestibulären Seiten der Zähne eines Kiefers erstreckt, welche mit Mitteln zur Befestigung an dem Kiefer, bspw. durch Eingriff von Spitzen zwischen zwei Zähne, ausgestattet ist und auf welcher verschiebbar und in der gewünschten Stellung blockierbar Schafte zur Halterung der Flächen angebracht sind, welchen die verschiedenen Bezugspunkte (6) zugeordnet sind.