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GEBIET UND HINTERGRUND DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Kieferorthopädie und
stellt ein System und eine Vorrichtung zum Plazieren einer kieferorthopädischen
Vorrichtung, zum Beispiel eines Brackets, auf der Oberfläche eines
Zahnes eines sich einer kieferorthopädischen Behandlung unterziehenden
Individuums, oder zum Markieren der Stelle auf einem Zahn, an der
eine solche Vorrichtung angeordnet werden soll, zur Verfügung.
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Einer
der kritischsten Schritte bei einer kieferorthopädischen Behandlung ist die
exakte Positionierung von Brackets auf Oberflächen von Zähnen behandelter Individuen.
Die Anordnung des Brackets auf dem Zahn sowie dessen Orientierung
sind ein kritischer Faktor bei der Festlegung der Bewegungsrichtung
der Zähne
bei der Behandlung. In der gegenwärtigen kieferorthopädischen
Praxis entscheidet der Kieferorthopäde über ein allgemeines Muster
der Plazierung der Brackets auf den Zähnen und bringt dann jedes
davon in einer zum Zeitpunkt einer solchen Plazierung entschiedenen
exakten Position und Orientierung an der Oberfläche eines Zahnes an. In Vorbereitung
einer kieferorthopädischen
Behandlung erstellt der Kieferorthopäde normalerweise ein Gipsmodell
der Zähne
des behandelten Individuums, und auf der Grundlage eines solchen
Modells kann das allgemeine Plazierungsschema der Brackets bestimmt
werden. Jedoch gibt es derzeit kein verfügbares Verfahren, das es ermöglicht,
das Bracket gestützt
auf einer zuvor erstellten Bestimmung, zum Beispiel gestützt auf
ein Modell, auf einer Zahnoberfläche
korrekt zu plazieren.
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Bei
kieferorthopädischen
Behandlungen werden die Brackets normalerweise auf der bukkalen
Oberfläche
der Zähne
plaziert. Zuweilen ist es sowohl aus einer Behandlungsperspektive,
als auch aus Gründen der äußeren Erscheinung
des Individuums erwünscht,
die Brackets auf der lingualen Oberfläche der Zähne anzuordnen. Jedoch ist
es mittels augenblicklicher Verfahren schwierig, die Brackets auf
den lingualen Oberflächen
genau zu positionieren, insbesondere angesichts von Schwierigkeiten
beim Überwachen
der Position während
des Befestigens der Brackets.
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FR 2 656 215 offenbart ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Plazieren eines kieferorthopädischen Aufsatzes
auf einem Zahn unter Verwendung von Videomitteln, um ein Bild eines
Zahnes von einer Form zu erzeugen, ein theoretisches Modell des
Zahnes darauf zu übertragen
und die relative Ausrichtung der Bilder einzustellen, um zu bestimmen,
wo der Aufsatz zu fixieren ist.
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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System und eine Vorrichtung
zum Positionieren eines kieferorthopädischen Elementes gemäß Anspruch
1 auf einer Oberfläche
eines Zahnes, oder zum Markieren der Position gemäß Anspruch
6, an der ein Element anschließend
positioniert werden soll, zur Verfügung zu stellen. Die Positionierung
kann auf einer Vorherbestimmung der exakten Position der Vorrichtung
auf dem Zahn gestützt
werden.
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Der
Begriff "Position" wird hierin verwendet
um entweder die Anordnung des Elements auf der Oberfläche eines
Zahnes, dessen Orientierung, oder eine Kombination von Anordnung
und Orientierung zu bezeichnen. Der Begriff "Positionierung" wird verwendet, um den Vorgang des
Plazierens des Brackets auf der Oberfläche von einem Zahn in einer
gewünschten
Position zu bezeichnen. Der Begriff "Element" wird hierin verwendet zum Bezeichnen
einer Vorrichtung, die im Rahmen einer kieferorthopädischen
Behandlung auf dem Zahn befestigt wird, zum Beispiel eines Brackets.
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Gemäß der vorliegenden
Offenbarung wird ein Verfahren zum Positionieren und Befestigen
eines kieferorthopädischen
Elementes auf einer Oberfläche
eines Zahnes zur Verfügung
gestellt, umfassend:
- (a) Positionieren des
Elementes in der Nähe
des Zahnes, wobei kontinuierlich ein Bild zumindest von dem Zahn
oder dem Element und ein Bild von beiden aufgenommen wird, wenn
der Zahn und das Element nah beieinander sind,
- (b) Übertragen
des Bildes oder einer Wiedergabe davon auf ein Display zum Anzeigen
eines realistischen Bildes des aufgenommenen Bildes oder einer Wiedergabe
zusammen mit Indikatoren, die eine Führungsinformation bezüglich einer
beabsichtigten Position des kieferorthopädischen Elementes auf der Oberfläche des
Zahns zur Verfügung
stellen,
- (c) Positionieren des Elementes auf einer Oberfläche des
Zahnes gemäß den genannten
Indikatoren derart, daß die
Position des Elementes der beabsichtigten Position entspricht, und
- (d) Fixieren des Elementes an dem Zahn.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Markieren
einer beabsichtigten Position auf einem Zahn, an der eine kieferorthopädisches
Element plaziert und befestigt werden soll, wobei das Verfahren
umfaßt:
- (a) Zurverfügungstellen
einer Markierungsvorrichtung mit einem Markierelement zum Erzeugen
einer sichtbaren Markierung auf einer Zahnoberfläche,
- (b) Manipulieren der Vorrichtung, um das Element in die Nähe der Oberfläche des
Zahns zu bringen, während
kontinuierlich ein Bild zumindest des Zahnes oder des Markierelementes
und von beiden, wenn der Zahn und das Markierelement nahe beieinander
sind, aufgenommen wird,
- (c) Übertragen
des Bildes oder einer Wiedergabe davon auf ein Display, das das
Bild oder die Wiedergabe zusammen mit Indikatoren, die eine Führungsinformation
bezüglich
der beabsichtigten Position des kieferorthopädischen Elementes zur Verfügung stellen,
anzeigt,
- (d) Fixieren der Position des Markierelementes auf der Oberfläche des
Zahns gemäß den Indikatoren
derart, daß die
Position des Markierelementes mit der beabsichtigten Position des
kieferorthopädischen
Elementes übereinstimmt,
und
- (e) Anbringen einer Markierung auf der Oberfläche des
Zahns in der Position.
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Die
Markierungsvorrichtung kann eine Vorrichtung sein, die angepaßt ist zum
Anbringen eines Aufklebers zum Markieren der Position, an der das
kieferorthopädische
Element befestigt werden soll; die angepaßt ist zum Erstellen einer
Farbmarkierung auf dem Zahn, zum Beispiel mittels Stempeln, um die
Position zu markieren; etc. Die markierte Position des Elementes
kann dann als Führung
zum Setzen eines kieferorthopädischen
Elements auf der Oberfläche
eines Zahnes dienen.
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In
der folgenden Beschreibung wird das erfaßte Bild oder dessen Wiedergabe,
die auf dem Bildschirm dargestellt ist, zuweilen als "reales Bild" bezeichnet. Wie
weiter unten erläutert
wird, kann der Bildschirm gleichzeitig mit dem realen Bild auch
ein "virtuelles Bild" desselben Objektes
(des kieferorthopädischen
Elementes oder eines oder mehrerer Zähne) zeigen, das in dem realen
Bild gesehenen wird.
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Die
die Information zur Führung
auf dem Bildschirm zur Verfügung
stellenden Anzeigen können
auf vielfältige
Weise wiedergegeben werden. Zum Beispiel können die Anzeigen aus einer
Darstellung von Vektoren bestehen, die die Richtung für eine Änderung
der Position oder einer Änderung
der Orientierung definieren, die zum Erreichen einer Position der
Vorrichtung auf der Oberfläche
eines Zahnes erforderlich ist, von der entschieden wurde, daß sie diejenige
sei, die optimale Ergebnisse bei der kieferorthopädischen
Behandlung erziele (eine solche Position wird hierin zuweilen auch
als "exakte Position" bezeichnet). Nach
einem weiteren Beispiel kann die Information zur Führung in
Gestalt eines Zielzeichens zur Verfügung gestellt werden, zum Beispiel
eines "X" oder eines "+", das den Punkt der exakten Position
des kieferorthopädischen
Elementes überlagert über eine
Darstellung reales Bild markiert. Nach einem weiteren Beispiel kann
die Information zur Führung
als ein virtuelles Bild von Objekten zur Verfügung gestellt werden, die denjenigen
des realen Bildes entsprechen, zum Beispiel als eine graphische
Darstellung der Ränder
von Objekten in dem Bild (der Zähne oder
des kieferorthopädischen
Elementes), die so dargestellt sind, daß die exakte Position erreicht
ist, sobald die realen Objekte zum Überlappen mit dem entsprechenden
Objekt des virtuellen Bildes gebracht werden. Wie verstanden werden
wird, sind das Obige lediglich Beispiele, und eine Vielzahl anderer
grafischer Darstellungen, die Information zur Führung zur Verfügung steilen,
kann ebenfalls verwendet werden.
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Das
reale Bild und die Information zur Führung werden beim Anzeigen
zusammen überlagert.
Um eine exakte Position der kieferorthopädischen Behandlung zu erzielen,
wird die Vorrichtung auf der Grundlage der Information zur Führung bewegt
oder gedreht, bis deren auf dem Bildschirm angezeigtes reales Bild
eine korrekte Position, wie auf der Grundlage der Anzeigen auf dem
Bildschirm bestimmt, ergibt. Zum Beispiel kann die exakte Position
eines kieferorthopädischen
Brackets als ein virtuelles Bild, zum Beispiel Ränder eines Brackets, dargestellt
sein, das überlagert
ist über
das reale Bild eines Zahnes, auf dem das Bracket befestigt werden
soll, und das Bracket kann dann manipuliert werden, bis die Ränder seines
realen Bildes diejenigen des virtuellen Bildes überlagern. Alternativ kann
das reale Bild auf das kieferorthopädische Element zentriert sein, zum
Beispiel das Bracket, so daß das
kieferorthopädische Element
immer in einer feststehenden Position auf dem Bildschirm ist. In
solch letzterem Fall kann ein virtuelles Bild zumindest eines Zahnes
angezeigt werden und das Bracket kann dann repositioniert und/oder
gedreht werden, bis der zumindest eine Zahn des realen Bildes denjenigen
des virtuellen Bildes überlagert
und so die exakte Position erreichend.
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Bei
einer weiteren Alternative bestehen die angezeigten Indikatoren
zur Information zur Führung
aus einem virtuellen Bild von sowohl zumindest einem Zahn und von
dem kieferorthopädischen
Element in einer exakten Position des letzteren. Der Nutzer kann
dann zuerst aufgefordert werden, die Bilderfassungseinheit so einzustellen,
daß das
angezeigte virtuelle Bild von dem zumindest einen Zahn den entsprechenden
zumindest einen Zahn von dem realen Bild überlagert, und dann das kieferorthopädische Element
handhaben, bis dessen Position mit der des virtuellen Bildes übereinstimmt.
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Die
gleichen obigen Alternativen gelten mutatis mutantis ebenso für den Fall
des oben beschriebenen Verfahrens zur Markierung einer beabsichtigten
Position eines kieferorthopädischen
Elementes auf einem Zahn.
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Eine
bevorzugte Ausführungsart
der Erfindung, die unten genauer erläutert wird, betrifft den Fall,
in dem das reale Bild auf das kieferorthopädische Element oder das Markierungsteil
zentriert ist. In diesem Fall wird deren reales Bild fortwährend in
einer feststehenden Position der Anzeige angezeigt. Gemäß der Erfindung
ist die Bilderfassungseinheit so auf der Positioniervorrichtung
des kieferorthopädischen
Elements oder des Markierungsteiles angebracht, daß das kieferorthopädische Element
oder das Markierungsteil (so wie es der Fall sein mag) in einer
feststehenden Position ihres Bildfeldes ist. Es ist jedoch anzumerken,
daß es
auch möglich
ist, denselben Effekt, nämlich
Anzeigen des realen Bildes des kieferorthopädischen Elementes in einer feststehenden
Position und Orientierung auf dem Bildschirm, mittels anderer Mittel
zu erreichen: Zum Beispiel erfaßt
eine stationäre
Bilderfassungseinheit, die die Vorrichtung in ihrem Bildfeld hat,
das Bild des kieferorthopädischen
Elementes oder des Markierungsteiles, und anschließend kann
das kieferorthopädische
Element oder das Markierungsteil mittels verschiedener schneller
(Echtzeit-)Bildverarbeitungsalgorithmen immer an einem bestimmten
Punkt der Anzeige erscheinen. Zu diesem Zweck kann die Bildverarbeitungssoftware
die Vorrichtung oder das Markierungsteil anhand deren Umrissen,
anhand deren Farbe oder Spiegelungsverhalten, anhand anderer Hinweise,
zum Beispiel darauf gezeigten Markierungen, etc. identifizieren.
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Das
Verfahren gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsart
zur Positionierung und Befestigung einer Vorrichtung auf einer Oberfläche eines
Zahnes umfaßt:
- (a) Anbringen des Elementes an einer Positioniervorrichtung;
- (b) Bringen des Elementes in die Nähe der Oberfläche bei
fortwährender
Beobachtung des Elementes mittels einer Bilderfassungseinheit, die
ein Bild der Vorrichtung und deren Umgebung erfaßt und dieses Bild an einen
Bildschirm überträgt;
- (c) Anzeigen auf dem Bildschirm
i) des Bildes,
(ii)
sich auf eine exakte Position des Elementes auf der Oberfläche beziehender
Information zur Führung;
- (d) im Falle einer Unstimmigkeit zwischen der gegenwärtigen Position
des Elementes, die die auf dem Bildschirm betrachtete Position des
Elementes ist, und der richtigen Position, Korrigieren der gegenwärtigen Position,
damit diese mit der richtigen Position übereinstimmt; und
- (e) Befestigen des Elementes auf der Oberfläche.
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Das
Verfahren gemäß der bevorzugten
Ausführungsart
zur Markierung einer Position auf der Oberfläche eines Zahnes, an der ein
kieferorthopädisches
Element anschließend
positioniert werden soll, umfaßt:
- (a) ein Markierungselement, aufweisend ein
Markierungsteil zur Erstellung einer sichtbaren Markierung auf einem
Zahn;
- (b) Bringen des Markierungselementes in die Nähe der Oberfläche bei
fortwährender
Beobachtung des Markierungselementes mittels einer Bilderfassungseinheit,
die ein Bild des Markierungselementes und dessen Umgebung aufnimmt
und dieses Bild an einen Bildschirm überträgt;
- (c) Anzeigen auf dem Bildschirm
(i) des Bildes,
(ii)
der Führungsinformation
betreffend die richtige Position des Elementes auf der Oberfläche;
- (d) im Falle einer Unstimmigkeit zwischen der tatsächlichen
Position des Markierungselementes, die die auf dem Bildschirm betrachtete
Position ist, und der richtigen Position, Korrigieren der tatsächlichen
Position, damit sie mit der richtig Position übereinstimmt; und
- (d) Markieren der Position auf der Oberfläche.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Vergleichen zwischen der
tatsächlichen
Position eines kieferorthopädischen
Elementes auf der Oberfläche
eines Zahnes und einer exakten Position zur Verfügung, wobei das Verfahren umfaßt:
- (a) Beobachten des Elementes, des Zahnes oder
beider, sobald das Element und der Zahn nahe beieinander sind, mittels
einer Bilderfassungseinheit, die ein Bild an einen Bildschirm überträgt, der
das Bild anzeigt;
- (b) Anzeigen von die richtige Position des Elementes betreffender
Information auf dem Bildschirm in einer Weise, die es ermöglicht,
die tatsächliche
mit der richtigen Position zu vergleichen.
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Die
Information über
die richtige Position des Elementes kann zum Beispiel in der Gestalt
eines virtuellen Bildes des Zahnes, auf dem das Element angebracht
werden soll, zum Beispiel in der Gestalt von Linien, die die Ränder des
Zahnes umreißen,
angezeigt werden. Das virtuelle Bild kann zuweilen auf dem Bildschirm überlagert über ein
angezeigtes reales Bild des Elementes oder des Markierungselementes
und ihrer/seiner Umgebung angezeigt werden, wobei die Überlagerung
so ist, daß das
reale Bild mit dem virtuellen Bild übereinstimmt, wenn das Element
oder das Markierungsteil in ihrer/seiner exakten Position auf dem
Zahn ist. Zusätzlich
kann die Information auch in der Gestalt von die Ränder des
Zahnes umreißenden
Linien dargestellt sein, wahlweise zusammen mit die Ränder benachbarter
Zähne zeigenden
Linien. Der Kieferorthopäde
oder der Techniker, der die Vorrichtung oder die Markierungsvorrichtung
auf dem Zahn positioniert und befestigt, manipuliert deren Position,
bis eine solche Übereinstimmung
erzielt ist.
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Information
betreffend die exakte Position kann mittels einer Mehrzahl von Verfahren
erhalten werden. Zum Beispiel kann sie auf der Grundlage eines virtuellen
dreidimensionalen computergespeicherten Modells der Zähne erhalten
werden, das dann für
eine computergespeicherte Bestimmung der exakten Position benutzt
wird. Aus einem solchen Modell kann dann ein virtuelles Bild der
Zähne erzeugt
werden, das ein frontales Bild aus einem Winkel ist, aus dem das
reale Bild des Zahnes mittels der Bilderfassungseinheit anschließend erfaßt wird.
Ein dreidimensionales virtuelles Zahnmodell kann zum Beispiel erhalten
werden mittels der in der PCT-Anmeldung Publikationsnummer WO 97/03622
oder in der PCT-Anmeldung Publikationsnummer WO 94/24957 beschriebenen
Weise, wobei der Inhalt der Anmeldungen hiermit durch Referenznahme
inkorporiert wird. Zusätzlich
kann die exakte Position eines Elementes auch aus einem Behandlungsschema
erhalten werden, das auf der Grundlage eines physikalischen Modells,
zum Beispiel eines dreidimensionalen Gipsmodells konzipiert wurde.
Zum Beispiel können
Brackets oder Modellbrackets im Rahmen eines Behandlungskonzeptes
auf einem solchen Modell fest angebracht werden, und anschließend kann
ein Bild eines Brackets auf einem solchen Zahnmodell aus einem Winkel
erfaßt
werden, der im wesentlichen der gleiche ist wie der des realen Bildes
der Zähne,
das mittels der Bilderfassungseinheit erfaßt wird.
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Der
Anzeigebildschirm kann typischerweise ein Fernsehbildschirm, ein
Computerbildschirm, eine Okularanzeige (zum Beispiel fest angebracht
an dem am Kopf des Kieferorthopäden
befestigten Rahmen) und viele andere sein.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein System zum Positionieren eines
kieferorthopädischen
Elementes oder einer Markiervorrichtung zur Verfügung, die ein Markierungselement
zum Markieren einer Position zum anschließenden Plazieren eines kieferorthopädischen
Elementes auf einer Oberfläche
eines Zahnes hat, umfassend:
- – eine Bilderfassungseinheit
zum Erfassen eines Bildes des Zahnes oder des Elementes und eines
Bildes beider, sobald der Zahn und das Element nahe beieinander
sind;
- – einen
Bildfänger,
der an die Bilderfassungseinheit gekoppelt ist, zum Empfangen des
mittels der Bilderfassungseinheit erfaßten Bildes und zum Übertragen
eines Bildes oder einer Wiedergabe davon an eine Anzeigeeinheit;
und
- – eine
an den Bildfänger
gekoppelte Anzeigeeinheit zum Anzeigen des Bildes oder der Wiedergabe.
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Das
System gemäß der Erfindung
weist vorzugsweise auch auf: ein an die Anzeigeeinheit gekoppeltes Modul
zum Übertragen
von sich auf Führungsinformation,
die sich auf die korrekte Position des kieferorthopädischen
Elementes auf der Zahnoberfläche
bezieht, beziehenden Daten an die Anzeigeeinheit zum Anzeigen in einer überlagerten
Position auf dem angezeigten realen Bild oder dessen Wiedergabe
mittels der Anzeigeeinheit. Die Führungsinformation wird normalerweise,
aber nicht ausschließlich,
auf dem Bildschirm als eine Wiedergabe von Rändern von entweder des kieferorthopädischen
Elements oder den Zähnen
angezeigt, die eine exakte Position ergeben, sobald sie mit entsprechenden
Rändern
des angezeigten realen Bildes oder dessen Wiedergabe übereinstimmen.
Eine solche exakte Positionsanzeige kann zum Beispiel eine Anzeige der
korrekten Position des kieferorthopädischen Elements sein, die über das
Bild des Zahnes überlagert
ist. Alternativ kann eine solche Wiedergabe aus Rändern von
Zähnen, überlagert über ein
Bild des kieferorthopädischen
Elements (das in dem Bild in einer feststehenden Position festgehalten
wird) bestehen, und durch Bewegen des kieferorthopädischen
Elementes und Abgleichen des beobachteten Bildes mit dem realen
Bild in einer Weise, daß die
Zahnränder
beider Bilder übereinstimmen,
wird eine korrekte Positionierung erreicht. Dasselbe gilt mutatis
mutantis auch für
eine Plazierung eines Teiles eines Markierungselementes.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
des obigen Systems ist die Bilderfassungseinheit, normalerweise
eine kleine Videokamera, die mit einer eine Nahfokussierung und
ein weites Bildfeld ermöglichenden
Linse ausgestattet ist, auf der Positioniervorrichtung angebracht.
In einer solchen Positioniervorrichtung wird das Element oder die
Markiervorrichtung, wie es der Fall sein mag, normalerweise in einer
feststehenden Anordnung gehalten, und die Bilderfassungseinheit
ist ebenfalls fest auf der Vorrichtung angebracht, so daß das Bild des
Elementes oder der Markiervorrichtung immer an einem bestimmten
Platz in dem erfaßten
Bild ist.
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Die
Erfindung stellt ferner eine Positioniervorrichtung zur Positionierung
eines kieferorthopädischen Elementes
auf der Oberfläche
eines Zahnes zur Verfügung,
umfassend:
- – ein Greifteil zum Halten
und zum Loslassen der Vorrichtung, sobald es auf der Zahnoberfläche befestigt ist,
und
- – eine
Bilderfassungseinheit zum Erfassen eines Bildes der von dem Greifteil
gehaltenen Vorrichtung und deren Umgebung.
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Die
Erfindung stellt ferner auch eine Markiervorrichtung zum Markieren
der Position für
die nachfolgende Plazierung eines kieferorthopädischen Elementes auf einer
Oberfläche
eines Zahnes zur Verfügung, umfassend:
- – ein
Markierelement, das von der Markiervorrichtung auf eine Weise gehalten
wird, die es ermöglicht,
die Position auf der Zahnoberfläche
zu markieren, und
- – eine
Bilderfassungseinheit zum Aufnehmen eines Bildes der Markiervorrichtung
und deren Umgebung.
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Die
Positioniervorrichtung der Erfindung ermöglicht es, kieferorthopädische Elemente
in einer exakten Position selbst auf Oberflächen, die schwer zu betrachten
sind, zu positionieren und zu befestigen. Ein besonderes Beispiel
ist das Plazieren von Brackets auf lingualen Oberflächen von
Zähnen.
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Die
Erfindung wird nun unten durch einige nicht beschränkende spezifische
Ausführungsarten
unter Bezugnahme auf die Figuren in den beigefügten Zeichnungen erläutert. Die
erläuterten
Ausführungsarten
beziehen sich auf das Positionieren eines Brackets, wobei zu verstehen
ist, daß die
Erfindung mutatis mutantis ebenso zum Positionieren von anderen
kieferorthopädischen
Vorrichtungen anwendbar ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, das das allgemeine Konstruktionsschema eines
Systems zeigt;
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2 zeigt
eine Bracket-Positioniervorrichtung gemäß einer Ausführungsart
der Erfindung;
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3 zeigt
die Vorrichtung von 2 beim Prozeß des Positionierens des Brackets
zwecks Befestigen auf der Oberfläche
eines Zahnes (wobei die Zähne
schematisch durch Rechtecke dargestellt sind), wobei auch das Bildfeld
der Kamera dargestellt ist;
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4 zeigt das Bild, das auf dem Bildschirm
wiedergegeben wird, wobei:
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4A das
von der Videokamera erfaßte
reale Bild darstellt,
-
4B ein
virtuelles Bild in der exakten Position des Brackets darstellt und
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4C eine Überlagerung
von den Bildern der 4A und 4C darstellt.
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5 zeigt ein reales Bild, wie von der Bilderfassungseinheit
erfaßt, überlagert
mit einem virtuellen Bild, das als Umrißlinien von Zahnrändern dargestellt
ist, wobei:
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5A das
Bracket nicht in der richtigen Position zeigt und
-
5B das
Bracket in seiner richtigen Position mit den Zahnrändern in Übereinstimmung
mit den Konturen des virtuellen Bildes zeigt;
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6 stellt
eine andere Ausführungsart
der Informationsdarstellung in Bezug auf die exakte Position dar,
bei der anstelle von Linien, die die Zahnränder umreißen, Referenzlinien dargestellt
sind, die Zahnränder definieren;
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7 zeigt ein der 5 ähnliches
Bild, wobei in diesem Fall anstelle einer Darstellung eines virtuellen
Bildes in der Form von die Zahnränder
umreißenden
Linien Information über
die exakte Position in der in 6 dargestellten
Art angezeigt wird; und
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8 zeigt
eine Markierungsvorrichtung nach einer Ausführungsart der Erfindung.
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BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird zunächst
auf die 1 Bezug genommen, die den allgemeinen
Aufbau eines Systems 10 bei einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Ein von einer Bilderfassungseinheit erfaßtes Bild 12 wird übertragen
unter Verwendung einer ersten Einheit 12, die eine Kamera
aufweist, an einen Prozessor 14, der auch richtige Positionsinformation 16 empfängt und
beides an den Anzeigebildschirm 16, zum Beispiel einen
Fernsehbildschirm, einen Computerbildschirm, etc. überträgt. Das
auf dem Bildschirm dargestellte Bild kann durch das Bild erfaßt werden
("reales Bild") und kann ein Bild
sein, das die exakte Positionsinformation darstellt, oder eine Überlagerung
der beiden übereinander.
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Eine
Bracket-Positioniervorrichtung 20 bei einer Ausführungsform
der Erfindung ist in 2 gezeigt. Die Vorrichtung,
von der nur der vordere Teil gezeigt ist (nicht gezeigt ist der
hintere Teil, an dem die Vorrichtung von dem Kieferorthopäden gehalten
werden kann) weist auf: Bracket-Greifer 22, die ein Bracket 24 halten, eine
Videokamera 26, die auf einer Halterung 28 zusammen
mit dem Bracket-Greifer 22 angebracht ist. Das Bracket 24 kann
an einem bestimmten Platz in einer exakten Position mittels eines
entfernbaren Stiftes 29 befestigt sein. Es ist anzumerken,
daß anstelle
einer Videokamera andere Bilderfassungseinheiten verwendet werden
können,
zum Beispiel eine CCD-Vorrichtung.
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Wie
in 3 zu sehen ist, ist die Videokamera 26 so
positioniert und hat ein solches Bildfeld, dargestellt durch einen
Kreis 30, daß das
Bracket 24 (normalerweise in der Mitte des realen Bildes)
und der Zahn 33, auf dem das Bracket fixiert werden soll,
sowie auch zumindest ein Teil der benachbarten Zähne 32 und 34 betrachtet
werden können.
Es ist anzumerken, daß das
Bildfeld der Kamera zum exakten Positionieren breit genug zum Zeigen
der Zahnränder
sein soll. Dies kann entweder mittels Sicherstellen eines ausreichenden Abstandes
zwischen dem Bracket 24 und der Videokamera 26 oder
alternativ durch Ausstatten der Kamera 26 mit einem Weitwinkelobjektiv
erreicht werden.
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4A stellt
schematisch ein reales Bild dar, wie es durch die Kamera 26 gesehen
wird. In 4A ist ein Zahn 33,
Teile benachbarter Zähne 32 und 34 und
in der Mitte ein von einem Bracket-Greifer 22 gehaltenes Bracket 24 zu
sehen. In 4B kann ein virtuelles Bild
gesehen werden, das Konturen des Zahnes 33' und eines Teiles der benachbarten
Zähne 32' und 34' aufweist, die
jeweils dem Zahn 33 und den Zähnen 32 und 34 entsprechen.
Das virtuelle Bild stellt das Bild der Zähne dar, das von der Kamera
erfaßt
wird, wenn das Bracket in seiner exakten Position ist.
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Die Überlagerung
der beiden Ansichten kann in 4C gesehen
werden. Um eine exakte Position zu erzielen, muß die Bracket-Positioniervorrichtung
so gehandhabt werden, daß sie
das reale Bild zum Kippen veranlaßt, bis das reale Bild mit
dem virtuellen Bild übereinstimmt.
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5 zeigt eine Darstellung eines Bildes,
wie es von einer Kamera erfaßt
wird, die auf der Bracket-Positioniervorrichtung befestigt ist, überlagert
mit einem virtuellen Bild in Gestalt von Linien, die die Ränder der Zähne umreißen. 5A zeigt
einen Zustand, in dem das Bracket in einer anderen Position als
der exakten Position ist. Durch Repositionieren des Brackets bis
das virtuelle Bild mit den Rändern
der Zähne übereinstimmt
wird eine exakte Positionierung des Brackets erzielt.
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6 zeigt
eine alternative Art der Darstellung von eine exakte Positionierung
der Zähne
betreffenden Informationen. In diesem Fall sind anstelle einer Darstellung
der Zahnränder
Referenzlinien 60, 62 und 64 vorgesehen,
die die äußersten
Ränder
des Zahnes beschreiben. Zusätzlich
können
wahlweise auch Bracket-Positionierlinien 66 und 68 dargestellt
werden, um sicherzustellen, daß das
Bracket (schematisch dargestellt durch das Rechteck 69)
genau auf der Bracket-Plaziervorrichtung angebracht ist; in einer
exakten Positionierung würde
das Bracket 69 seine Mitte auf dem Kreuzungspunkt der Linien 66 und 68 haben.
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7 stellt die Art des Erzielens einer richtigen
Positionierung eines Brackets in einer analogen Weise zu der in 5 gezeigten dar, wobei 7A einen
Zustand zeigt, in dem das Bracket in einer anderen Position als
die richtige Position ist, und 7B den
Zustand nach Ändern
der Position zum Erreichen einer richtigen Position des Brackets
mit den als Führungslinien
dienenden Referenzlinien zeigt.
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8 zeigt
eine Markierungsvorrichtung 70 bei einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Vorrichtung 70 hat ein Paar Greifglieder 72,
die zwischen sich ein Markierungselement 74 halten, das
mittels eines Stiftes 76 in einer Position befestigt ist.
Die Vorrichtung 70 weist außerdem auf: eine auf einem
zusammen mit den Gliedern 72 ausgebildeten Aufbau 80 angebrachte
Videokamera 78, die so positioniert ist und ein solches
Bildfeld hat, daß das
Markierungselement 74 im wesentlichen die Mitte ihres Bildfeldes
darstellt. Das Markierungselement 74 hat die allgemeine
ein Bracket wiedergebende Gestalt und eine Zahn-Berührungsoberfläche 82, die
eine Markierung auf einen Zahn stempeln kann, die danach als Führung zum
exakten Positionieren und sich anschließenden Befestigen eines Brackets
dient. Die Positionierung des Elementes 74 kann so zum
Erzielen einer richtigen Position ähnlich durchgeführt werden,
wie oben in bezug auf die 4–7 beschrieben.
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ÜBERSETZUNG DER FIGUREN
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