NL2003840C2 - Werkwijze voor het maken van een numeriek drie-dimensionaal model van een structuur uit zachte en harde delen, drie-dimensionaal model en drager. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het maken van een numeriek drie-dimensionaal model van een structuur uit zachte en harde delen, drie-dimensionaal model en drager

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het maken van een 5 numeriek drie-dimensionaal model van een structuur uit zachte en harde delen. De uitvinding heeft tevens betrekking op een drie dimensionaal model verkregen volgens de werkwijze. De uitvinding heeft voorts betrekking op een drager ten gebruike bij de werkwijze volgens de uitvinding. Onder ‘harde’ of ‘zachte’ delen worden delen verstaan met een grote, dan wel lage absorptiecoëfficiënt voor doordringende straling.

10 Veelal doch niet altijd komen de aanduidingen ‘hard’ of ‘zacht’ voor materialen overeen met de mechanische eigenschappen van deze materialen. Opgemerkt wordt dat de ‘absorbtiecoëfficiënt’ van de zachte materialen weinig verschilt van de absorbtiecoëfficient van lucht.

15 Structuren uit zachte en harde delen komen veelvuldig voor in de industrie.

Voorbeelden zijn te vinden in de vliegtuigindustrie, waarbij onderdelen uit composiet materialen, wat delen uit zachte materialen zijn, onderling zijn verbonden met metalen verbindingsmiddelen, zoals bouten, wat delen uit harde materialen zijn, of waarbij een onderdeel uit een composiet materiaal met een metalen onderdeel is verbonden.

20 Hiermee wordt een hybride structuur verkregen. Het kan gewenst zijn een numeriek drie-dimensionaal model van de composiet of hybride structuur te vervaardigen. Een dergelijk numeriek drie-dimensionaal model kan bijvoorbeeld worden gebruikt om eventuele defecten in de structuur zichtbaar te maken of om een geometrie van de composiet of hybride structuur te bepalen voor het vervaardigen van een op de 25 composiet of hybride structuur aansluitend onderdeel.

Een bekende werkwijze voor het maken van een numeriek drie-dimensionaal model van een structuur uit zachte en harde delen omvat het door middel van doordringbare straling vervaardigen van tenminste twee op afstand gelegen, de absorptie voor straling 30 numeriek representerende doorsneden van de structuur, het in een geheugen opslaan van de de absorptie numerieke representerende doorsneden en het aan de hand van de in het geheugen opgeslagen doorsneden opbouwen van een numeriek drie-dimensionaal model van de structuur.

2

Hoewel de bekende werkwijze onder bijzondere omstandigheden een goede werking laat zien, is de bekende werkwijze beperkt in zijn inzetbaarheid. Indien bijvoorbeeld de structuur is opgebouwd uit meerdere onderdelen uit zacht materiaal is er het risico dat deze onderling verschillende onderdelen in de doorsneden niet of ten minste verminderd 5 goed zijn te onderscheiden zijn van de omgeving. Hierdoor is er het risico dat een de structuur representerend drie-dimensionaal model niet overeenstemt met de gewenste geometrie of dat een drie-dimensionaal model is verkregen met slechts een beperkte nauwkeurigheid.

10 Er bestaat dan ook behoefte aan een dergelijke werkwijze voor het opbouwen van een drie-dimensionale weergave waarbij de onderdelen uit zacht materiaal in de doorsneden beter zichtbaar zijn.

Het is een doel van de uitvinding te voorzien in bovengenoemde behoefte.

15 [1] Dit doel wordt bereikt door een werkwijze van de bovengenoemde soort die is gekenmerkt doordat ten minste tijdens het vervaardigen van de doorsneden ten minste een deel van de zachte delen van de structuuur is voorzien van een laag contrastmiddel met een van die van de zachte delen substantieel afwijkende absorptiecoëfficiënt voor 20 de straling. Hierdoor wordt het contrastmiddel zichtbaar in de doorsneden, indien zich in de doorsnede een onderdeel uit relatief zacht materiaal bevindt op een buitenvlak waarvan een laag van het contrastmiddel is aangebracht. Als gevolg daarvan wordt ook ten minste een deel van contouren van onderdelen uit zacht materiaal zichtbaar in de doorsnede, waardoor met betere nauwkeurigheid een numeriek drie-dimensionaal kan 25 worden opgebouwd van de structuur. Onder substantieel wordt in deze context begrepen dat in het model de laag contrastmiddel te onderscheiden is van het zachte materiaal. Hierdoor vormt de laag contrastmiddel een contour van het onderdeel uit zacht materiaal Deze contour kan vervolgens worden gebruikt voor het opbouwen van een drie-dimensionaal model van de structuur. Onder zachte materialen wordt in deze 30 context een materiaal bedoeld met een substantieel lagere absorptiecoëfficiënt voor straling dan een hard materiaal. Voorbeelden van zachte materialen zijn kunststoffen en rubbers. Voorbeelden van harde materialen zijn metalen, sommige vezels en contrastmiddelen. Deze groep harde materialen worden ook wel radio-opaque genaamd.

3 [2] In een voordelige uitvoeringsvorm is het contrastmiddel gemengd met een materiaal gekozen uit groep bestaande uit: elastomeer, weekblijvende pasta en voor het zachte materiaal geschikt adhesief. Hierdoor kan het contrastmiddel eenvoudig op het onderdeel uit zacht materiaal worden aangebracht waarbij de laag ten minste tijdens het 5 vervaardigen van de doorsneden de vorm aanneemt van het onderdeel uit zacht materiaal, doordat de elastomeer en/of de weekblijvende pasta vervormbaar is. Tijdens het vervaardigen van de meerdere op onderlinge afstand gelegen de absorptie voor de straling representerende numerieke doorsneden, zal de laag contrastmiddel zijn vorm behouden, doordat de elastomeer en/of de weekblijvende pasta een voldoende 10 vormvastheid bezit. De elastomeer kan bijvoorbeeld een rubber zoals siliconenrubber, omvatten, waarbij tijdens het vervaardigen van de doorsneden het rubber tegen het onderdeel uit zacht materiaal dient te worden gedrongen, voor het behouden van de vorm van het rubber aan de zijde van het onderdeel uit zacht materiaal. Indien een weekblijvende pasta wordt toegepast, kan de pasta met het contrastmiddel op het 15 onderdeel uit zacht materiaal worden aangebracht, waarbij de pasta zijn vorm behoudt tijdens het vervaardigen van de doorsneden.

[3] Het contrastmiddel kan diverse materialen omvatten. Het gaat erom dat het contrastmiddel met een van de zachte delen substantieel afwijkende absorptiecoëfficiënt 20 voor de straling heeft. Zo kan het contrastmiddel bijvoorbeeld jodium omvatten. In het bijzonder is het contrastmiddel geselecteerd uit de groep bestaande uit: bariumsulfaat, maghemiet (Fe203) en titaandioxide. Bariumsulfaat heeft een substantieel van zacht materiaal afwijkende absorptiecoëfficiënt voor de straling, is gebruiksvriendelijk, onder meer omdat het een voor de mens niet giftig materiaal is.

25 [4] Het contrastmiddel kan rechtstreeks op het onderdeel uit zacht materiaal worden aangebracht, bijvoorbeeld door het met een kwast over een oppervlak van het onderdeel verdelen van het contrastmiddel. In het bijzonder is het contrastmiddel aangebracht op een drager en wordt het contrastmiddel op de zachte delen aangebracht met behulp van 30 de van het contrastmiddel voorziene drager. Dit vereenvoudigt het op het onderdeel uit een zacht materiaal aanbrengen van de laag contrastmiddel. Bij voorkeur is voorafgaand aan het op de drager aanbrengen van het contrastmiddel, het contrastmiddel gemengd met een materiaal gekozen uit groep bestaande uit: een elastomeer, een weekblijvende pasta en een voor het zachte materiaal geschikt adhesief.

4 [5] De drager kan divers zijn uitgevoerd. Zo kan de drager zijn opgebouwd uit onderdelen met een standaard geometrie, zoals een bol, kubus of een cilinder. In het bijzonder is de drager een ten minste een deel van de structuur representerend model.

5 Hierdoor kan een gebruiker eenvoudig de drager op de gewenste positie ten opzichte van de structuur plaatsen waarbij het contrastmiddel eenduidig op de gewenste oppervlakken van het onderdeel uit zacht materiaal wordt aangebracht. Dit verbetert het gebruiksgemak van de werkwijze. Tevens is het risico dat op ongewenste locaties contrastmiddel wordt aangebracht verminderd, hetgeen de nauwkeurigheid van het 10 opbouwen van het numerieke drie-dimensionale model verbetert.

[6] De drager kan uit diverse materialen zijn vervaardigd. Zo kan de drager uit een vormvast materiaal zijn vervaardigd, waardoor de drager meerdere keren te gebruiken is en de herhaalbaarheid ervan goed is. Ook kan de drager uit kneedbaar materiaal worden 15 vervaardigd. Hierdoor kan de drager structuur-specifiek worden gevormd, waardoor het aanbrengen van een laag contrastmiddel met verhoogde nauwkeurigheid, dat wil zeggen over in hoofdzaak het gehele gewenste oppervlak, wordt aangebracht. Doordat de drager uit kneedbaar materiaal is vervaardig kan een gebruiker de drager tijdens het op een oppervlak aanbrengen van het contrastmiddel een druk op de drager richting het van 20 het contrastmiddel te voorziene oppervlak van het onderdeel uit zacht materiaal uitoefenen waardoor de drager een vervorming kan ondergaan en waarbij de drager verbeterd aansluit op het van het contrastmiddel te voorziene oppervlak en dit oppervlak met verbeterde nauwkeurigheid van het contrastmiddel voorziet.

25 [7] In nog een uitvoeringsvorm is de drager een röntgensjabloon. Dit is een eenvoudig hupmiddel met een voor de gebruiker bekende geometrie. De röntgensjabloon is gebruikelijk vervaardigd uit een zacht materiaal en kan zijn voorzien van uitlijnmiddelen, zoals een staafje uit een hard materiaal, zoals een metaal, voor het in de doorsnede zichtbaar maken van de oriëntatie van de röntgensjabloon ten opzichte van 30 de structuur. Hierdoor kan met goede nauwkeurigheid contrastmiddel op een gewenst oppervlak worden aangebracht.

[8] In nog een uitvoeringsvorm is de structuur een kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen. De werkwijze volgens onderhavige uitvinding is voordelig voor 5 toepassing voor een kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen. Juist bij het opbouwen van een numeriek model van een kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen is een grote nauwkeurig gewenst. Indien bijvoorbeeld een deel van het kauwstelsel of het gehele kauwstelsel van een mens of dier dient te worden 5 vervangen dient de geometrie van het kauwstelsel goed in kaart gebracht te worden. Een te vervangen tand, bijvoorbeeld door een tandprothese, welke op een ongewenste positie is geplaatst kan tijdens het kauwen zeer hinderlijk zijn en zelfs tot schade aan de de tand omringende delen zoals andere tanden en in het bijzonder tegenoverliggende tanden leiden. Doordat het kauwstelsel onderdelen uit zowel harde materialen omvat, zoals bot, 10 tanden en zo voorts, en delen uit zachte delen, zoals tandvlees, de tong, lippen, het luchtledige, het gehemelte, vervangen tanden vervaardigd uit een kunsthars en zo voorts is de werkwijze volgens onderhavige voordelig toe te passen bij een kauwstelsel. Dit wordt nog versterkt doordat het kauwstelsel slechts beperkt toegankelijk is en het opbouwen van een numeriek drie-dimensionaal model door middel van het door 15 doordringbare straling vervaardigen van meerdere op onderlinge afstand gelegen de absorptie voor de straling representerende numerieke doorsneden niet wordt beïnvloedt door de mate van toegankelijkheid van de structuur waarvan het numerieke driedimensionale model dient te worden opgebouwd.

20 [9] Bij het opbouwen van een numerieke driedimensionale model van het kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen is het voordelig indien de drager is geselecteerd uit de groep bestaande uit: gebitsprothese, boormal, scanprothese, afdruklepel en een specifiek voor de structuur vervaardigde drager. Door gebruik van dergelijke dragers kan nauwkeurig contrastmiddel op een gewenst oppervlak van het kauwstelsel, zoals het 25 tandvlees, worden aangebracht. De gebitsprothese kan bijvoorbeeld een reeds bestaande patient-specifieke gebitsprothese zijn, waarvan de geometrie goed aansluit op de geometrie van het kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen van de patiënt. Ook kan de drager een boormal zijn. Een boormal wordt toegepast indien bijvoorbeeld één of meerdere tanden worden vervangen. De boormal wordt op een gewenste positie 30 ten opzichte van het kaakbeen geplaatst voor het vervaardigen van een boorgat. In het boorgat kan een basis voor een tandprothese worden gefixeerd, zoals een basis welke vergroeit met het kaakbot of een basis welke in het kaakbot kan worden geschroefd. Door de eenduidige positionering van de boormal kan de boormal voordelig als drager voor het contrastmiddel worden gebruikt.

6 [10] Hoewel diverse typen straling kunnen worden gebruikt voor het vervaardigen van de doorsneden, is de straling bij voorkeur elektromagnetische straling zoals röntgenstraling, of ultrasone straling. Dergelijke straling laat voor vele materialen een 5 goede werking zien. In het geval de structuur een kauwstelsel is van een mens of dier, is de genoemde type straling een goede compromis van een voldoende doordringbaarheid en een beperkte schade aan de weefsels van de mens of het dier.

[11] De uitvinding verschaft ook een driedimensionaal numeriek model verkregen 10 volgens een werkwijze volgens onderhavige uitvinding, met het kenmerk dat het driedimensionaal numeriek model contouren van buitenvlakken van delen van de structuur uit zachte materiaal omvat. Voor de voordelen van het aldus verkregen driedimensionaal numeriek model wordt verwezen naar de hierboven reeds besproken voordelen van de werkwijze voor het maken van een numeriek drie-dimensionaal model 15 van een structuur uit zachte en relatief harde delen.

De uitvinding verschaft voorts een drager voor gebruik in een werkwijze volgens onderhavige uitvinding. Voor de voordelen van het gebruik van de drager voor de werkwijze volgens onderhavige uitvinding wordt verwezen naar de voordelen van de 20 werkwijze waarin het gebruik van de drager is besproken.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in de navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: 25 figuur la: een perspectivisch aanzicht op een eindgedeelte van een ligger van een vliegtuigvleugel; figuur lb: een doorsnede van de ligger uit figuur la; figuur 2a: een doorsnede van een vooraanzicht van een detail van de boven- en onderkaak van een mens, voorzien van een volledige gebitsprothese; 30 figuur 2b: een doorsnede van een zijaanzicht van een detail van de boven- en onderkaak uit figuur 2a; figuur 3 a: de doorsnede van de boven- en onderkaak uit figuur 2a, waarbij de contouren van de gebitsprothese zijn weergegeven; 7 figuur 3b: een doorsnede van een zijaanzicht van het detail van de boven- en onderkaak uit figuur 3a; figuur 4: een doorsnede van een vooraanzicht van een detail van een onderkaak van een mens, voorzien van een röntgensjabloon; en 5 figuur 5: een doorsnede van een zijaanzicht van het detail van het kauwstelsel uit figuur 4.

Onder verwijzing naar figuur la wordt een eindgedeelte van een als een 1-profiel gevormde ligger 1 van een vliegtuigvleugel getoond. De ligger omvat een opstaande 10 wand la en aan weerszijde van de opstaande gelegen flenzen lb. De ligger 1 is vervaardigd uit een composiet, welke composiet carbon vezels 2 omvat, ingebed in een epoxy matrix. De vezels 2 welke in de opstaand wand la zijn gelegen strekken zich in hoofdzaak uit onder een hoek van +45° en -45° ten opzichte van de langsrichting van de ligger 1, hetgeen de ligger 1 een goede buigstij flieid verschaft. Dwars op de ligger 1 is 15 met de ligger 1 een profiel 3 verbonden, voor het verbinden van de ligger 1 met een andere structuur van de vleugel, zoals een tweede (niet weergegeven) ligger. Het profiel 3 strekt zich hierbij tussen de flenzen lb van het als I-profiel gevormde ligger 1 uit. Het profiel 3 omvat een omgezet stuk 3a, voor het met de opstaande wand la verbinden van het profiel 3. Hiertoe is de ligger 1 en het omgezette stuk 3 a van het profiel 3 voorzien 20 van overeenkomstige doorgaande openingen. Vanaf een eerste zijde 3b van het omgezette stuk 3 a strekken zich door de openingen in het omgezette stuk 3 a en de opstaande wand 1 a bouten 4 uit. Met de bouten 4 zijn moeren 5 verbonden (zie figuur lb), voor het onderling klemmend verbinden van de ligger 1 en het profiel 3. Het profiel 3 en de bouten zijn vervaardigd uit de aluminiumlegering 2024. Het kan gewenst zijn 25 een numeriek drie-dimensionaal model van de in dit figuur getoonde structuur op te bouwen, ten einde de structuur te onderzoeken op eventuele schade alsmede voor het produceren van een op de hier getoonde structuur aansluitende structuur. Hiertoe wordt de werkwijze volgens onderhavige uitvinding toegepast.

30 Onder verwijzing naar figuur lb wordt een doorsnede langs de lijn I-I uit figuur la getoond. De doorsnede is vervaardigd door het door de structuur zenden en opvangen van doordringbare straling. De doorsnede toont slechts de gearceerde oppervlakken. Dit zijn de oppervlakken van het profiel 3 en zijn omgezette stuk 3 a, de bouten 4 en de moeren 5. De ligger 1 is niet zichtbaar op de doorsnede doordat de epoxy matrix en de 8 vezels waaruit de ligger 1 is opgebouwd uit zacht materiaal zijn vervaardigd. Echter doordat de ligger 1 voorafgaande aan het vervaardigen van de doorsnede over in hoofdzaak zijn gehele oppervlak is voorzien van een laag contrastmiddel is de contour lc van de buitenoppervlakken van de ligger 1 zichtbaar. Het gebruikte contrastmiddel is 5 bariumsulfaat (BaS04). Met behulp van de contour lc is zowel het profiel 3 als de ligger te herkennen in de doorsnede. Door het maken van meerdere op onderlingen afstand gelegen doorsnede van de structuur uit figuur la kan een numeriek driedimensionaal model van de in figuur la getoonde structuur worden vervaardigd.

10 Onder verwijzing naar figuur 2a wordt een detail van een in zijn geheel met 10 aangeduide boven- en onderkaak van een mens getoond. De boven- en onderkaak 10 omvat botdelen 11, waaromheen zich tandvlees 12 bevindt. De boven- en onderkaak is voorzien van een volledige gebitsprothese welke in deze figuur 2a niet goed zichtbaar is, aangezien het materiaal van de prothese uit relatief zacht materiaal is vervaardigd.

15 De gebitsprothese is voorzien van een laag van een contrastmiddel voorzien elastomeer. Het contrastmiddel is bijvoorbeeld bariumsulfaat en het elastomeer is bijvoorbeeld siliconenrubber. Het contrastmiddel is zichtbaar als contouren 13. Door toepassing van het contrastmiddel zijn de contouren 13 van de gebitsprothese en het tandvlees zichtbaar gemaakt. Figuur 2b toont de doorsnede van een zijaanzicht van het in zijn geheel met 10 20 aangeduide boven- en onderkaak uit figuur 2a. Onder verwijzing naar figuren 3a en 3b wordt de boven- en onderkaak 10 uit figuren 2a en 2b getoond, waarin de contouren van de gebitsprothese 14 zichtbaar zijn gemaakt.

Figuur 4 en 5 tonen een in zijn geheel met 20 aangeduid detail van een vooraanzicht 25 respectievelijk zijaanzicht van een onderkaak. In deze figuren is te zien dat gebruik is gemaakt van een röntgensjabloon. Het röntgensjabloon omvat een uit een kunsthars vervaardigd plaatje, wat niet zichtbaar is aangezien kunsthars een relatief zacht materiaal is, waarmee een staafje 15 uit titanium is verbonden. Dit staafje 15 is wel zichtbaar, omdat titanium een hard materiaal is. Doordat een oppervlak van het deel van 30 het röntgensjabloon dat is vervaardigd uit kunsthars is voorzien van contrastmiddel is de contour 13 van het röntgensjabloon en de contour van het tandvlees zichtbaar. De oriëntatie van het staafje 15 en de contour van het röntgensjabloon geven de gewenste richting van het in de onderkaak 20 te plaatsen implantaat weer. Door toepassing van het contrastmiddel en het gebruik van het staafje 15 wordt het opbouwen van een drie- 9 dimensionaal model van de onderkaak 20 alsmede het plaatsen van een implantaat nauwkeuriger.

Claims (12)

1. Werkwijze voor het maken van een numeriek drie-dimensionaal model van een structuur uit zachte en harde delen, omvattende: 5. het door middel van doordringbare straling vervaardigen van tenminste twee op afstand gelegen, de absorptie voor de straling numeriek representerende doorsneden van de structuur; het in een geheugen opslaan van de de absorptie nummeriek representerende doorsneden; en 10. het aan de hand van de in het geheugen opgeslagen doorsneden construeren van een numeriek drie-dimensionaal model van de structuur, met het kenmerk dat ten minste tijdens het vervaardigen van de doorsneden ten minste een deel van het buitenvlak van de zachte delen van de is voorzien van een laag contrastmiddel met een van de zachte delen substantieel afwijkende absorptiecoëfficiënt 15 voor de straling.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het contrastmiddel is gemengd met een materiaal gekozen uit groep bestaande uit: elastomeer, weekblijvende pasta en voor het zachte materiaal geschikt adhesief. 20

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het contrastmiddel is geselecteerd uit de groep bestaande uit: bariumsulfaat, maghemiet (FC2O3) en titaandioxide.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het contrastmiddel is aangebracht op een drager en dat het contrastmiddel op het buitenvlak van de zachte delen wordt aangebracht met behulp van de van het contrastmiddel voorziene drager.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de drager een ten minste een deel van de structuur representerend model is.

6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk dat de drager uit kneedbaar materiaal is vervaardigd.

7. Werkwijze volgens conclusies 4 of 5, met het kenmerk dat de drager een röntgensjabloon is.

8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de structuur een kauwstelsel en de het kauwstelsel omringende delen is.

9. Werkwijze volgens conclusies 8, met het kenmerk dat de drager is geselecteerd uit de groep bestaande uit: gebitssprothese, boormal, scanprothese, afdruklepel en 10 specifiek voor de structuur vervaardigde drager.

10. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de straling röntgenstraling of ultrasone straling is.

11. Driedimensionaal numeriek model verkregen volgens een werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het drie-dimensionaal numeriek model ten minste een deel van een contour van een buitenvlak van een deel van de structuur uit zachte materiaal omvat.

12. Drager voor gebruik in een werkwijze volgens een conclusies 4 - 9.