EP2299928A1 - Verfahren zur ermittlung von 3d-daten von zumindest einem präparierten kieferbereich - Google Patents

Verfahren zur ermittlung von 3d-daten von zumindest einem präparierten kieferbereich

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Publication number
EP2299928A1
EP2299928A1 EP09741953A EP09741953A EP2299928A1 EP 2299928 A1 EP2299928 A1 EP 2299928A1 EP 09741953 A EP09741953 A EP 09741953A EP 09741953 A EP09741953 A EP 09741953A EP 2299928 A1 EP2299928 A1 EP 2299928A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
prepared
dental instrument
jaw
jaw area
data
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09741953A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar VÖLKL
Stefan Fecher
Hartmut Brinkmann
Ralf Jaumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dentsply Sirona Inc
Original Assignee
Degudent GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=40823006&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2299928(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Degudent GmbH filed Critical Degudent GmbH
Publication of EP2299928A1 publication Critical patent/EP2299928A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004—Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046—Data acquisition means or methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0004—Computer-assisted sizing or machining of dental prostheses

Definitions

  • the invention relates to a method for determining 3D data of at least one prepared jaw area such as prepared tooth stump by mechanical scanning of the jaw area and digitizing the measured values determined during scanning.
  • EP-A-0 580 565 discloses a method for producing a dental prosthesis consisting of ceramic material.
  • a prepared tooth can be recorded optically or mechanically in the mouth of a patient in order then to produce the tooth replacement from the values thus determined and digitized by means of a milling machine.
  • the present invention is based on the object, a method of the type mentioned in such a way that with simple measures required for the production of dental prosthesis 3D data can be determined without elaborate scanning process or the production of a positive model are needed.
  • the invention essentially provides that the jaw area to be prepared, such as tooth stump, is prepared with a dental instrument whose positions are optically measured during the preparation and the 3D data are determined from the positions of the dental instrument assigned to the prepared jaw area.
  • the position data of the dental instrument during the preparation of the jaw area are used for the final contour determination of the prepared jaw area.
  • the jaw area is simultaneously scanned tactilely during preparation in order to provide the required digitized measured values after completion of the dissection in order to be able to produce a dental prosthesis.
  • the dental instrument is a drill for preparing the jaw area.
  • the dental instrument should consist of a handle such as a handle and a replaceable insert, the z. B. is a drill.
  • the handle should have markings so that one and the same handle can be used for different applications or tools. During a change of use, the different effective geometry of the inserts must be taken into account or calibration must be carried out.
  • the dental instrument is calibrated prior to preparation by scanning a standard such as a ball. Measures relating to this are well known from coordinate metrology in connection with the tactile measurement of workpieces, so that reference is made to the related prior art measures and expressly incorporated by reference.
  • the positions of the dental instrument are determined taking into account any movement of the jaw area.
  • the movement data of the dental technical instrument are offset with the movement data of the jaw in order to be able to calculate the 3D data set.
  • the jaw region can be assigned a position sensor which is arranged in a stationary manner.
  • the position sensor may include the optically effective markings assigned to the jaw region and an optical sensor which detects the movement of the markings.
  • an inertial platform for position determination can be used, whose data are offset with those of the optical sensor, by means of which the movements of the dental instrument are detected.
  • light sources such as LEDs or optical reflectors are used for the first and / or second optically active markers.
  • the optical sensor such as a camera
  • the 3D data corresponding to the prepared jaw area are then processed by means of software, in particular CAD software, to produce a dental prosthesis which can be fitted on the jaw area, and then by means of a CAM program from a blank, in particular consisting of porous or pre-sintered ceramic to produce desired dentures. This is basically done by milling. Alternatively, however, it is also possible to produce the dental prosthesis on the basis of the 3D data in a constructive procedure such as rapid prototyping.
  • the inner contour of the dental prosthesis is determined from the 3D data and outer contour determined by the position determinations of the dental instrument by scanning the digitized data and / or a library of the jaw region surrounding the dental area to be provided with the dental prosthesis or calculated.
  • a rotating tool such as a drill is used as the dental instrument, in which the receptacle or handle of the rotating tool has at least three optical markings, such as light-emitting diodes, which are detected by a receiver so as to detect the spatial position of the tool. Due to the interchangeability of the rotating tool, when using a new rotating tool, it is necessary to measure or teach on a normal, such as a reference ball.
  • an envelope is formed during the preparation, which corresponds to the shape of the prepared jaw area such as tooth stump.
  • the movement of the patient is additionally taken into account in order to avoid measurement errors.
  • the method according to the invention is used for the production of copings, a framework or an inlay. An extremely precise contour determination takes place.
  • a change in performance of the tool can be used, which occurs when the drill comes in contact with the jaw area to be prepared and processing begins.
  • a drill as a dental instrument
  • the movement of a rotating tool guided by the grooming and dentist is detected.
  • several optical markings such as LEDs are attached to it or its holder.
  • the calibration of the tip of the rotating tool to the optical marking is performed by probing a normal as reference ball at several positions.
  • a platform with at least three optical markings or an intertial platform is connected to this stationary.
  • the jaw movement sensing sensor may be attached to a face leading to the jaw or in a bite block placed between the lower and upper jaws.
  • the jaw movement can be detected by the optical sensor, which detects the movement of the dental instrument.
  • the dental instrument scans the areas of the jaw area not intended for processing during the treatment phase, such as at least one tooth and, if necessary, required parts of the alveolar ridge. This results in data that can be used for the outer contour calculation of a prosthesis to be produced.
  • the preparation boundary is determined using a separate probe or an insert such as stylus that can be equipped with the dental instrument or its handle.
  • a dental instrument used to prepare a jaw area is simultaneously used as an oral scanner.
  • Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the inventive
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a tooth to be prepared
  • Fig. 3 is a schematic representation of a fictional blank at the beginning of the preparation of the tooth of Fig. 2 and
  • FIG. 4 shows the fictional blank of FIG. 3 after partial preparation of the tooth according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows the fictional blank of FIG. 3 after partial preparation of the tooth according to FIG. 2.
  • a tooth 10 to be prepared is chosen as the jaw area. Such is the Fig. 2 can be seen.
  • the enamel 12 is to be removed in a circumference that a stump remains on the z.
  • a coping for a prosthesis such as bridge is attached.
  • a rotary tool also referred to as a grinding pin, hereinafter referred to as a drill 16
  • a drill 16 which starts from an instrument holder 18 or can be inserted interchangeably into it, which is guided in the usual way by a dentist who guides the preparation performs.
  • a final contour determination takes place simultaneously with the preparation of the tooth 10, that is, a determination of the geometry of the surface of the tooth stump 14. Accordingly, processing and scanning are performed simultaneously in order to provide 3D data of the tooth stump 14 after completion of the processing to have due to which a dental prosthesis can be produced.
  • the holder 18 has at least three optical markings 20, 22, 24, in which it is z. B. can act to LEDs. These are detected by a stationarily arranged optical sensor 27 so as to determine the spatial position of the holder 18. This points to the drill 16, d. H. its tooth 10 or the enamel 12 erosive tip 26 a unique position, so that from the spatial orientation of the holder 18 and the spatial position of the drill bit 26 is determined.
  • a calibration of the holder 18 to be designated as a dental instrument 28 with a drill 16 is carried out in advance. This is done in a way that is the case with tactile coordinate measuring machines, in which the sensor emanating from a holder is calibrated on a standard such as a calibration ball.
  • the spatial coordinates of the holder 18 and thus the drill bit 26 are determined via the optical sensor 27 and fed to a computer 30 to recover with this data by means of software such as CAD software data of a reconstruction, by means of z , B.
  • a CAM software Processing machine 30 is controlled with the z. B. by milling from a blank 33 of the prepared on the prepared stump 14 dentures such as copings is made.
  • the blank 33 may be made of at least one mixed oxide powder selected from the group consisting of Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, Y 2 O 3 and zirconia mixed crystal, and may be a presintered body.
  • the inner contour of the tooth replacement is determined by the space determination of the holder 18 and thus of the drill bit 26.
  • at least areas of the outer contour of the dental prosthesis to be produced can be determined by following this region of the jaw adjacent the tooth stump 14, in particular in the region of the preparation margin, ie in the immediate vicinity of adjacent teeth. Remaining data can be taken from a library.
  • FIG. 3 a space volume designated below as a fictitious blank 34 is shown, within which the data of the spatial coordinates of the tooth replacement to be produced lie completely, which consequently corresponds to a point cloud.
  • the drill bit 16, ie the drill bit 26 descends along the preparation boundary 15 of the tooth 10 to be machined, so that a notch 36 is machined in the notional blank 34, the circumference of which swandung which corresponds to the stump 14. Accordingly, regions or coordinate values are removed from the volume of space and thus the point cloud.
  • the sides of the tooth 10 are machined to obtain a contour 38 from the blank 34 corresponding to the tooth stump 14.
  • the occlusal region of the tooth 10 is machined, that is to say the region 40 shown in FIG. 4.
  • the resulting envelope of the imaginary blank 34 represents the 3D data of the prepared tooth stump 14 which is used to produce the inner contour of a prepared tooth stump 14
  • To be applied dentures are processed in a software. If, according to the explanations given above, preparation takes place from the preparation boundary, the invention is not restricted thereby. It can also be prepared from top to bottom. Regardless of this, however, after preparation, ie after completion of this, the preparation boundary 41 should be recorded separately, with a standing, so non-rotating tool. For this purpose, the drill 16 can be turned off. A separate probe can also be used to tactilely measure the preparation margin.
  • teaching according to the invention can also be used if a standard abutment having a reference surface is already used in the jaw area. In this case, it requires only a tactile scanning of the reference surface to produce a positionally accurate positioning dentures; because in the case of an implant restoration with a standard abutment (artificial tooth stump), the data of the artificial crown (abutment) carrying the future crown are known.
  • a sensor or parts of a sensor are positioned fixed to the jaw in order to match the movement data with the spatial coordinates of the dental instrument 28 to settle. It can be provided that z. B. via a face strap 42 or a bite block an inertial platform 44 is fixed to the jaw, via which the movement of the jaw to the sensor 27 and thus to the drill 16 and the tip 26 is determined. However, it is also possible to position fixed to the jaw according to the markers 20, 22, 24 optical markers, which are then also detected by the sensor 27. It goes without saying Make sure that the respective groups of markers emit optical radiation with wavelengths to be differentiated.
  • another optical sensor calibrated to the position of the sensor 27 can also be used to take account of the jaw movement.
  • the preparation margin is scanned.

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Abstract

Description

Verfahren zur Ermittlung von 3D-Daten von zumindest einem präparierten Kieferbereich
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung von 3D-Daten von zumindest einem präparierten Kieferbereich wie präparierten Zahnstumpf durch mechanisches Abtasten des Kieferbereichs und Digitalisieren der beim Abtasten ermittelten Messwerte.
Der EP-A-O 580 565 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus keramischem Material bestehenden Zahnersatzes zu entnehmen. Dabei kann ein präparierter Zahn im Mund eines Patienten optisch oder mechanisch aufgenommen werden, um sodann aus den so ermittelten und digitalisierten Werten mittels einer Fräsmaschine den Zahnersatz herzustellen.
Andere Verfahren sehen vor, dass von dem präparierten Kieferbereich, insbesondere Zahnstumpf ein Abdruck genommen wird, um ein Positivmodell herzustellen, das abgetastet und digitalisiert wird (EP-B-I 067 880).
Sämtliche Verfahren, sei es ein unmittelbares Abtasten im Patientenmund, sei es ein Abtasten eines Abdrucks, benötigen einen vollständigen oder nahezu vollständig präparierten Kieferbereich, um die gewünschten 3D-Daten zu gewinnen. Bei einem teilweise fehlerhaften Abdruck oder nicht vollständig gescannten Kieferbereich besteht sodann in Abhängigkeit von der eingesetzten Software die Möglichkeit, fehlende Daten zu ergänzen bzw. offensichtlich unzutreffende Daten zu entfernen, um zu vermeiden, dass der hergestellte Zahnersatz fehlerhaft ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit einfachen Maßnahmen die zur Herstellung des Zahnersatzes erforderlichen 3D-Daten ermittelt werden können, ohne dass aufwendige Scann- Verfahren oder die Herstellung eines Positivmodells benötigt werden.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass der zu präparierende Kieferbereich wie Zahnstumpf mit einem zahntechnischen Instrument präpariert wird, dessen Positionen während der Präparation optisch gemessen und aus den dem präparierten Kieferbereich zugeordneten Positionen des zahntechnischen Instruments die 3D-Daten ermittelt werden. Die Positionsdaten des zahntechnischen Instruments während der Präparation des Kieferbereichs werden zur Endkonturbestimmung des präparierten Kieferbereichs verwendet. Somit ist es nicht erforderlich, dass zunächst der Kieferbereich präpariert und dieser anschließend mit einem gesonderten Gerät gescannt wird. Dies ist zeitaufwendig und aufgrund der unterschiedlich zum Einsatz gelangenden Geräte kostenaufwendig. Demgegenüber wird erfindungs gemäß während der Präparation gleichzeitig der Kieferbereich taktil gescannt, um nach Beendigung des Präparierens die benötigten digitalisierten Messwerte zur Verfügung zu stellen, um einen Zahnersatz herstellen zu können.
Um die Positionsbestimmung des zahntechnischen Instruments zu ermöglichen, wird dieses mit optisch wirksamen Markierungen versehen, die von einem optischen Sensor zur räumlichen Positionsermittlung des zahntechnischen Instruments erfasst werden. Insbesondere handelt es sich bei dem zahntechnischen Instrument um einen Bohrer zum Präparieren des Kieferbereichs.
Ganz allgemein sollte das zahntechnische Instrument aus einer Handhabe wie Handgriff und einem austauschbaren Einsatz bestehen, der z. B. ein Bohrer ist. Die Handhabe sollte Markierungen aufweisen, so dass ein und dieselbe Handhabe für verschiedene Einsätze bzw. Werkzeuge benutzt werden kann. Bei einem Einsatzwechsel muss die unterschiedliche wirksame Geometrie der Einsätze berücksichtigt werden bzw. ein Kalibrieren ist durchzuführen.
Um eine eindeutige Positions- und damit Geometriebestimmung sicherzustellen, ist des Weiteren vorgesehen, dass das zahntechnische Instrument vor der Präparation durch Abtasten eines Normals wie einer Kugel kalibriert wird. Diesbezügliche Maßnahmen sind aus der Koordinatenmesstechnik im Zusammenhang mit dem taktilen Messen von Werkstücken hinreichend bekannt, so dass auf die diesbezüglichen vorbekannten Maßnahmen verwiesen und ausdrücklich Bezug genommen wird.
In hervorzuhebender Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionen des zahntechnischen Instruments unter Berücksichtigung einer etwaigen Bewegung des Kieferbereichs ermittelt werden. Mit anderen Worten werden die Bewegungsdaten des zahntechnischen Instruments mit den Bewegungsdaten des Kiefers verrechnet, um den 3D-Datensatz berechnen zu können.
Hierzu kann dem Kieferbereich ein diesem ortsfest angeordneter Positionssensor zugeordnet werden. Der Positionssensor kann dabei dem Kieferbereich ortsfest zugeordnete optisch wirksame Markierungen und einen optischen Sensor umfassen, der die Bewegung der Markierungen erfasst. Aber auch eine Inertialplattform zur Positionsbestimmung kann verwendet werden, deren Daten mit denen des optischen Sensors verrechnet werden, mittels der die Bewegungen des zahntechnischen Instruments erfasst werden.
Insbesondere werden für die ersten und/oder zweiten optisch wirksamen Markierungen Lichtquellen wie LED 's oder optische Reflektoren verwendet. Im letzteren Fall ist es erforderlich, dass die Reflektoren mit Licht beaufschlagt werden, um das reflektierte Licht mit dem optischen Sensor wie einer Kamera erfassen zu können.
Die dem präparierten Kieferbereich entsprechenden 3D-Daten werden sodann zur Herstellung eines auf den Kieferbereich aufpassbaren Zahnersatzes mittels einer Software, insbesondere CAD-Software verarbeitet, um sodann mittels eines CAM-Programms aus einem Rohling, insbesondere bestehend aus poröser bzw. vorgesinterter Keramik, den gewünschten Zahnersatz herzustellen. Dies erfolgt grundsätzlich durch Fräsen. Alternativ kann jedoch auch auf der Basis der 3D-Daten in einem aufbauenden Verfahren wie Rapid Prototyping der Zahnersatz hergestellt werden.
In weiterer hervorzuhebender Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Innenkontur des Zahnersatzes aus den durch die Positionsbestimmungen des zahntechnischen Instrumentes ermittelten 3D-Daten und Außenkontur durch Abtasten des den mit dem Zahnersatz zu versehenen Kieferbereich umgebenden Kieferbereichs ermittelten digitalisierten Daten und/oder einer Bibliothek entnommenen Daten ermittelt bzw. berechnet werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre und aufgrund des Bearbeitens des Kieferbereichs und der gleichzeitigen Endkonturbestimmung in einem einzigen Prozess ist der Vorteil gegeben, dass in Bezug auf taktiles Messen vorhandene Messunsicherheiten beim Antasten unterbleiben. In Bezug auf intraorale Scanner ergibt sich der Vorteil, dass keine Präparationskante freigelegt werden muss; denn beim berührungslosen Scannen ist es häufig erforderlich, dass das Zahnfleisch an der Präparationsgrenze mittels eines Fadens weggedrückt wird. Transluzenz des Zahns oder Flüssigkeit im Kieferbereich stören bei der Konturbestimmung nicht. Störende Gingiva wird durch das zahntechnische Instrument während des Präparierens weggedrückt.
Insbesondere wird als zahntechnisches Instrument ein rotierendes Werkzeug wie Bohrer benutzt, bei dem die Aufnahme bzw. Handgriff des rotierenden Werkzeugs zumindest drei optische Markierungen wie Leuchtdioden aufweist, die über einen Empfänger er- fasst werden, um somit die räumliche Position des Werkzeuges zu erfassen. Aufgrund der Auswechselbarkeit des rotierenden Werkzeugs ist es bei Einsatz eines neuen rotierenden Werkzeugs erforderlich, dass ein Einmessen bzw. Teachen an einem Normal wie Referenzkugel erfolgt.
Erfindungsgemäß wird während der Präparation eine Einhüllende gebildet, die der Form des präparierten Kieferbereichs wie Zahnstumpfs entspricht. Die Bewegung des Patienten wird dabei zusätzlich berücksichtigt, um Messfehler zu vermeiden. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Käppchen, einem Gerüst oder einem Inlay benutzt. Eine überaus präzise Konturbestimmung erfolgt.
Demgegenüber ist es grundsätzlich nicht erforderlich, eine mögliche Relativbewegung des zu präparierenden Kieferbereichs zum Kiefer selbst zu berücksichtigen, da die beim Präparieren auftretenden Schnittkräfte so klein sind, dass Messwertverfälschungen auszuschließen sind.
Zur Auslösung eines Messvorgangs kann das Anschalten des Werkzeuges oder z. B. eine Leistungsänderung des Werkzeugs benutzt werden, die dann auftritt, wenn der Bohrer in Kontakt mit dem zu präparierenden Kieferbereich gelangt und die Bearbeitung beginnt.
Im Falle eines Bohrers als zahntechnisches Instrument wird die Bewegung eines durch den Präparierenden wie Zahnarzt geführten rotierenden Werkzeugs erfasst. Zur Erfassung der Bewegungen des Bohrers sind an diesen bzw. dessen Halter mehrere optische Markierungen wie LED 's angebracht. Die Kalibrierung der Spitze des rotierenden Werkzeugs zu der optischen Markierung erfolgt durch Antasten eines Normals wie Referenzkugel an mehreren Positionen.
Um die Bewegung des Kiefers zu erfassen, ist zu diesem ortsfest eine Plattform mit zumindest drei optischen Markierungen oder eine Intertialplattform verbunden. Der die Kieferbewegung erfassende Sensor kann an einem Gesichts, der zum Kiefer führt, oder in einem Bissblock befestigt werden, der zwischen Unter- und Oberkiefer angeordnet wird. Die Kieferbewegung kann von dem optischen Sensor erfasst werden, der die Bewegung des zahntechnischen Instruments ermittelt. Es kann aber auch ein gesonderter Sensor Verwendung finden, der in ortfester Beziehung zu dem optischen Sensor für das zahntechnische Instrument steht. Um auch Bereiche zu digitalisieren, die nicht präpariert werden, ist vorgesehen, dass das zahntechnische Instrument die im Verlauf der Behandlungsphase nicht zur Bearbeitung vorgesehenen Bereiche des Kieferbereichs wie zumindest eines Zahns und ggfs. erforderliche Teile des Kieferkamms abtastet. Hierdurch ergeben sich Daten, die für die Außenkonturberechnung eines herzustellenden Zahnersatzes genutzt werden können.
Unabhängig hiervon sieht eine Weiterbildung vor, dass die Präparationsgrenze mit einem gesonderten Taster bzw. einem mit dem zahntechnischen Instrument bzw. dessen Handhabe bestückbaren Einsatz wie Taststift ermittelt wird.
Erfindungsgemäß wird ein zum Präparieren eines Kieferbereichs benutztes zahntechnisches Instrument gleichzeitig als Oral-Scanner verwendet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines zu präparierenden Zahns,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines fiktiven Rohlings zu Beginn der Präparation des Zahns nach Fig. 2 und
Fig. 4 den fiktiven Rohling nach Fig. 3 nach teilweiser Präparation des Zahns nach Fig. 2. Anhand der Figuren soll rein prinzipiell die erfindungs gemäße Lehre zur Gewinnung von 3D-Daten eines präparierten Kieferbereichs erläutert werden. Aus Gründen der Vereinfachung wird als Kieferbereich ein zu präparierender Zahn 10 gewählt. Ein solcher ist der Fig. 2 zu entnehmen. Bei dem Zahn 10 soll im Ausführungsbeispiel dessen Zahnschmelz 12 in einem Umfang abgetragen werden, dass ein Stumpf verbleibt, auf den z. B. ein Käppchen für einen Zahnersatz wie Brücke befestigt wird. Zur Präparation des Zahnes 10 wird ein auch als Schleifstift zu bezeichnendes rotierendes Werkzeug - nachstehend vereinfacht Bohrer 16 genannt - benutzt, der von einem Instrumentenhalter 18 ausgeht bzw. in diesen austauschbar einsetzbar ist, der in gewohnter Weise von einem Zahnarzt geführt wird, der die Präparation vornimmt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass gleichzeitig mit dem Präparieren des Zahnes 10 eine Endkonturbestimmung erfolgt, also eine Bestimmung des Geometrieverlaufs der Oberfläche des Zahnstumpfs 14. Es wird demzufolge simultan ein Bearbeiten und Scannen durchgeführt, um nach Beendigung der Bearbeitung 3D-Daten des Zahnstumpfs 14 zur Verfügung zu haben, aufgrund derer ein Zahnersatz herstellbar ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Halter 18 zumindest drei optische Markierungen 20, 22, 24 aufweist, bei denen es sich z. B. um LED's handeln kann. Diese werden von einem ortsfest angeordneten optischen Sensor 27 erfasst, um so die räumliche Lage des Halters 18 zu bestimmen. Dieser weist zu dem Bohrer 16, d. h. dessen den Zahn 10 bzw. den Zahnschmelz 12 abtragender Spitze 26 eine eindeutige Position auf, so dass aus der räumlichen Lagebestimmung des Halters 18 auch die räumliche Lage der Bohrerspitze 26 ermittelt wird. Hierzu ist es erforderlich, dass zuvor ein Kalibrieren des insgesamt als zahntechnisches Instrument 28 zu bezeichnenden Halters 18 mit Bohrer 16 vorgenommen wird. Dies erfolgt in einer Art, wie dies bei taktil arbeitenden Koordinatenmessge- räten der Fall ist, bei denen der Sensor, der von einem Halter ausgeht, an einem Normal wie Kalibrierkugel eingemessen wird.
Während der Bearbeitung des Zahnes 10 werden die Raumkoordinaten des Halters 18 und somit der Bohrerspitze 26 über den optischen Sensor 27 ermittelt und einem Rechner 30 zugeführt, um mit diesen Daten mittels einer Software wie CAD-Software Daten einer Rekonstruktion zu gewinnen, mit denen mittels z. B. einer CAM- Software eine Bearbeitungsmaschine 30 gesteuert wird, mit der z. B. durch Fräsen aus einem Rohling 33 der auf den präparierten Stumpf 14 aufzusetzende Zahnersatz wie Käppchen hergestellt wird. Der Rohling 33 kann aus wenigstens einem Mischoxidpulver aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, TiO2, MgO, Y2O3 und Zirkonoxid-Mischkristall hergestellt werden und ein vorgesinterter Körper sein.
Während des Präparierens des Zahns 10 wird durch die Raumbestimmung des Halters 18 und damit der Bohrerspitze 26 die Innenkontur des Zahnersatzes bestimmt. Ergänzend können bei nicht betätigtem Bohrer durch Entlangführen dieses an den dem Zahnstumpf 14 benachbarten Bereichen des Kiefers zumindest Bereiche der Außenkontur des herzustellenden Zahnersatzes ermittelt werden, insbesondere im Bereich der Präparationsgrenze, also in unmittelbarer Nähe benachbarter Zähne. Verbleibende Daten können einer Bibliothek entnommen werden.
Um die 3D-Daten zu ermitteln, aus denen der Zahnersatz hergestellt wird, kann entsprechend der Darstellungen gemäß der Fig. 3 und 4 vorgegangen werden. So ist in der Fig. 3 ein nachstehend als fiktiver Rohling 34 bezeichnetes Raumvolumen dargestellt, innerhalb dessen die Daten der Raumkoordinaten des herzustellenden Zahnersatzes vollständig liegen, das folglich einer Punktewolke entspricht. Wie sich aus der Fig. 3 ergibt, erfolgt im Ausführungsbeispiel zunächst ein Abfahren des Bohrers 16, d. h. der Bohrerspitze 26, entlang der Präparationsgrenze 15 des zu bearbeitenden Zahns 10, so dass in dem fiktiven Rohling 34 eine Nut 36 gefräst wird, deren Umfang swandung der des Stumpfes 14 entspricht. Es werden demnach aus dem Raumvolumen und damit der Punktewolke Bereiche bzw. Koordinatenwerte entfernt. Sodann werden die Seiten des Zahnes 10 bearbeitet, um eine Kontur 38 aus dem Rohling 34 zu gewinnen, die dem Zahnstumpf 14 entspricht. Zum Schluss wird der Oklusalbereich des Zahns 10 bearbeitet, also der in der Fig. 4 dargestellte Bereich 40. Die so entstehende Umhüllende des fiktiven Rohlings 34 repräsentiert die 3D-Daten des präparierten Zahnstumpfes 14, die zur Herstellung der Innenkontur eines auf den präparierten Zahnstumpf 14 aufzubringenden Zahnersatzes in einer Software bearbeitet werden. Erfolgt entsprechend der zuvor erfolgten Erläuterungen ein Präparieren von der Präparationsgrenze ausgehend, so wird die Erfindung hierdurch nicht eingeschränkt. Auch kann quasi von oben nach unten präpariert werden. Unabhängig hiervon sollte jedoch nach erfolgter Präparation, also nach Beendigung dieser, die Präparationsgrenze 41 gesondert aufgenommen werden, und zwar mit einem stehenden, also nicht rotierenden Werkzeug. Hierzu kann der Bohrer 16 abgestellt sein. Es kann auch ein gesonderter Taster verwendet werden, um die Präparationsgrenze taktil zu messen.
Gesonderter Taster bedeutet dabei nicht, dass ein spezielles Instrument benutzt werden muss. Vielmehr kann von dem zahntechnischen Instrument dessen Handhabe verwendet und mit einem speziellen Einsatz wie Taststift bestückt werden, um die Präparationsgrenze abzutasten. Dabei muss jedoch Kenntnis zwischen der wirksamen Geometrie des Taststiftes und den Markierungen an der Handhabe gegeben sein, um eine eindeutige Beschreibung der Präparationsgrenze zu ermöglichen.
Des Weiteren ist die erfindungs gemäße Lehre auch dann einsetzbar, wenn im Kieferbereich bereits ein eine Referenzfläche aufweisender Standardabutment eingesetzt ist. In diesem Fall bedarf es nur eines taktilen Abtastens der Referenzfläche, um einen positionsgenau zu positionierenden Zahnersatz herzustellen; denn bei einer Implantatversorgung mit einem Standardabutment (künstlicher Zahnstumpf) sind die Daten des die spätere Krone tragenden künstlichen Zahnstumpfs (Abutment) bekannt.
Um Messverfälschungen auszuschließen, die durch eine Bewegung des Kiefers des Patienten erfolgen, in dessen Mund ein Zahn präpariert wird, ist des Weiteren vorgesehen, dass ortsfest zu dem Kiefer ein Sensor oder Teile eines Sensors positioniert sind, um die Bewegungsdaten mit den Raumkoordinaten des zahntechnischen Instruments 28 zu verrechnen. Dabei kann vorgesehen sein, dass z. B. über einen Gesichtsbügel 42 oder einen Bissblock eine Inertialplattform 44 ortsfest zu dem Kiefer angeordnet wird, über den die Bewegung des Kiefers zu dem Sensor 27 und somit zu dem Bohrer 16 bzw. dessen Spitze 26 ermittelt wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, ortsfest zu dem Kiefer entsprechend den Markierungen 20, 22, 24 optische Markierungen zu positionieren, die sodann gleichfalls von dem Sensor 27 erfasst werden. Dabei ist selbstverständlich dar- auf zu achten, dass die jeweiligen Gruppen von Markierungen optische Strahlung mit zu differenzierenden Wellenlängen emittieren.
Anstelle des die Bewegung des zahntechnischen Instruments 28 erfassenden Sensors 27 kann auch ein anderer zu der Position des Sensors 27 kalibrierter optischer Sensor zur Berücksichtigung der Kieferbewegung eingesetzt werden.
Nach Fertigstellung der Präparation wird der Präparationsrand abgetastet.

Claims

PatentansprücheVerfahren zur Ermittlung von 3D-Daten von zumindest einem präparierten Kieferbereich
1. Verfahren zur Ermittlung von 3D-Daten von zumindest einem präparierten Kieferbereich, wie präparierten Zahnstumpf, durch mechanisches Abtasten des Kieferbereichs und Digitalisieren der beim Abtasten ermittelten Messwerte, dadurch gekennzeichnet, dass der Kieferbereich mit einem zahntechnischen Instrument präpariert wird, dessen Positionen während der Präparation optisch gemessen werden, und dass aus den dem präparierten Kieferbereich zugeordneten Positionen des zahntechnischen Instruments die 3D-Daten ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zahntechnische Instrument mit optisch wirksamen Markierungen versehen wird, die von einem ortsfest angeordneten optischen Sensor zur räumlichen Positionsermittlung des zahntechnischen Instruments erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zahntechnische Instrument ein rotierendes Werkzeug wie Bohrer zum Präparieren des Kieferbereichs aufweist.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Präparation das zahntechnische Instrument durch Abtasten eines Normals wie einer Kugel kalibriert wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zahntechnisches Instrument ein solches verwendet wird, das einen Werkzeughalter mit austauschbarem Werkzeug wie Bohrer umfasst.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen des zahntechnischen Instruments unter Berücksichtigung einer Bewegung des Kieferbereichs ermittelt werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kieferbereich ein zu diesem ortsfest angeordneter Positionssensor zugeordnet wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionssensor eine Inertialplattform verwendet wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ortsfest zu dem Kieferbereich diesem optische Markierungen zugeordnet werden, die von dem oder einem die optischen Markierungen des zahntechnischen Instruments erfassenden optischen Sensor erfasst werden.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die ersten und/oder zweiten Markierungen Lichtquellen wie LED 's oder Reflektoren verwendet werden.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den präparierten Kieferbereich repräsentierenden 3D-Daten zum Herstellen eines auf den Kieferbereich aufpassbaren Zahnersatzes mittels einer CAD- bzw. CAM-Software verarbeitet werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bearbeitungsmaschine aus insbesondere einem vorgesinterten Rohling der Zahnersatz oder durch ein aufbauendes Verfahren wie Rapid Prototy- ping hergestellt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Innenkontur des Zahnersatzes aus den 3D-Daten und Außenkontur durch Abtasten des den mit dem Zahnersatz zu versehenen Kieferbereich umgebenden Kieferbereichs ermittelten digitalisierten Daten und/oder einer Bibliothek entnommenen Daten ermittelt bzw. berechnet werden.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationsgrenze des präparierten Kieferbereichs wie Zahnersatzes bei nicht rotierendem zahntechnischen Instrument ermittelt wird.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationsgrenze nach Beendigung der Präparation des zu präparierenden Kieferbereichs ermittelt wird.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Präparationsgrenze mit einem gesonderten Taster bzw. einem mit dem zahntechnischen Instrument bzw. dessen Handhabe bestückbaren Einsatz wie Taststift ermittelt wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren des Kieferbereichs durch das zahntechnische Instrument auftretende Leistungsänderung zum Starten der Messung verwendet wird.
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