Die Erfindung betrifft Brackets zur Befestigung an Zahninnen- oder Zahnaußenseiten mit einem Slot zur Aufnahme eines Drahtbogens, wobei der Drahtbogen die Zähne über die Brackets verbindet und Kräfte und Drehmomente ausübt, um die Zähne in eine vom Kieferorthopäden vorgesehene Endposition zu bringen, die der Idealposition möglichst nahekommt.

Bei vielen Menschen weicht die Stellung der Zähne von der Idealposition ab. Eine Optimierung der Zahnstellung ist für die betroffenen Personen nicht nur aus ästhetischen Gründen wünschenswert, sondern auch aus medizinischen. So kann eine falsche Zahnstellung zu einer Vielzahl von Problemen im Bereich des stomatognathen Systems führen. Insbesondere bei zu starken Abweichungen der Zähne von der Idealstellung ist eine kieferorthopädische Behandlung nahezu unumgänglich, um Folgeschäden zu verhindern.

Neben herausnehmbaren Zahnspangen kommen dabei festsitzende Apparaturen zur Anwendung. Derartige festsitzende kieferorthopädische Apparaturen umfassen meist sogenannte Brackets, die sowohl bukkal an der Zahnaußenseite als auch lingual an der Zahninnenseite für die Zeit der Behandlung dauerhaft angebracht werden können. Sie dienen der Fixierung von Drahtbögen, die korrigierende Kräfte und Drehmomente auf die Zähne ausüben, um sie letztlich in ihre Endposition zu bringen. Die Kräfte basieren auf einer elastischen Verformung. Idealerweise ist diese elastische Verformung aufgehoben, wenn sich die Zähne in ihrer Endposition befinden, so daß keine weiteren Kräfte auf sie einwirken. Der Drahtbogen weist üblicherweise einen rechteckigen oder runden Querschnitt auf, und verläuft durch in den Brackets vorgesehene Schlitze, die als „Slots" bezeichnet werden. Der Querschnitt der Slots ist an den der zur Aufnahme vorgesehenen Drahtbögen angepaßt, d. h. rechteckig. Über den in den Slots festgelegten Drahtbogen sind die Zähne miteinander verbunden. Die Verwendung derartiger Brackets als Teil einer festsitzenden Apparatur spielt gerade auch in der Erwachsenenbehandlung, die zunehmend an Bedeutung gewinnt, eine große Rolle.

Herkömmliche Brackets aus dem Stand der Technik sind im wesentlichen rechteckig und weisen insgesamt vier Vorsprünge auf, wobei jeweils zwei dieser Vorsprünge so gegenüberliegend angeordnet sind, daß sich zwischen ihnen eine Lücke befindet, durch die der Drahtbogen verlaufen kann. Die beiden zwischen den beschriebenen Vorsprungspaaren befindlichen Lücken bilden zusammen den Slot. Entsprechend verläuft der Slot im Mund des Patienten im wesentlichen waagerecht. Um den durch den Slot verlaufenden Drahtbogen dauerhaft festzulegen, benötigt man daher zusätzliche Mittel. Klassischerweise handelt es sich hierbei um elastische Bänder oder Drähte, die an den genannten Vorsprüngen befestigt werden. Mittlerweile sind jedoch auch Brackets mit diversen Klappmechanismen zur Festlegung der Drahtbögen bekannt.

Nachteilig macht sich bei diesem Stand der Technik zum einen bemerkbar, daß die Slots waagerecht verlaufen, so daß die durch die Slots verlaufenden vorgeformten Drahtbögen in der Lingualtechnik die Tendenz haben, aus den Slots herauszurutschen. Entsprechend ist eine besonders große Sorgfalt bei der Fixierung der Drahtbögen in den Slots notwendig. Zum anderen ist aufgrund der vergleichsweise kantigen Gestalt der Brackets mit insgesamt vier Vorsprüngen, die zusätzliche Ecken zur Befestigung eines elastischen Bands aufweisen können, der Tragekomfort für den Patienten nicht unerheblich eingeschränkt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich daher die Aufgabe, Brackets sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Brackets zur Verfügung zu stellen, bei denen der Tragekomfort im Vergleich zu Brackets aus dem Stand der Technik deutlich erhöht ist und auch in der Lingualtechnik eine sichere Festlegung der Drahtbögen möglich ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bracket zur Befestigung an einer Zahninnen- oder Zahnaußenseite mit einem Slot zur Aufnahme eines Drahtbogens und einer an der Zahninnen- oder Zahnaußenseite anliegenden Basis, wobei der Slot in die Basis eingelassen ist und im Mundraum im wesentlichen senkrecht verläuft.

Im wesentlichen senkrecht bedeutet hierbei im wesentlichen senkrecht zur Raumachse, d. h. der Slot verläuft nahezu parallel zur Zahnoberfläche. Der Winkel zwischen der vertikalen Raumachse und dem Slot kann - 20 bis + 20° betragen.

Da die durch den Drahtbogen hervorgerufenen Kräfte im wesentlichen horizontal wirken, hat der durch die Slots verlaufende Drahtbogen keine Tendenz mehr, aus den Slots herauszurutschen. Entsprechend ist auch die Festlegung des Drahtbogens in den Slots weniger aufwendig und erfordert nur leichte elastische Bänder. Durch den Verzicht auf zusätzliche Festlegungsmittel wird auch der Tragekomfort weiter erhöht.

Das erfindungsgemäße Bracket weist eine im ganzen deutlich rundere Form mit weniger Kanten als ein Bracket aus dem Stand der Technik, da hier auf die Ausbildung von insgesamt vier Vorsprüngen, zwischen denen der Slot verläuft, verzichtet werden kann. Diese verbesserte Form wird für den Patienten insbesondere bei Berührung der Brackets mit seiner Zunge deutlich spürbar, so daß der Tragekomfort erhöht wird.

Das erfindungsgemäße Bracket verzichtet nicht nur auf die bei herkömmlichen Brackets aufgrund der hervortretenden Vorsprünge entstehenden Ecken und Kanten, sondern hat vorteilhafterweise auch eine Basis mit abgerundeter Oberfläche. Insbesondere kann die Basis die Form eines die Zahninnen- oder Zahnaußenfläche bedeckenden Tropfens haben. Im Gegensatz dazu ist die Grundfläche bei Brackets aus dem Stand der Technik im wesentlichen rechteckig. Die Basis des erfindungsgemäßen Brackets mit abgerundeter Oberfläche umgreift große Bereiche der Zahninnen- oder Zahnaußenseite, an der die Brackets befestigt sind, was nicht nur den Tragekomfort aufgrund der Abrundung erhöht, sondern zusätzlich auch noch die Haftung des Brackets auf den Zähnen verbessert. Typischerweise bedeckt die Basis einen Großteil der Fläche (z. B. ≥ 60 %) der Zahninnen- oder Zahnaußenseite. Die Gefahr des Haurausbrechens eines Brackets und die damit verbundenen Komplikationen werden so im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem Brackets nur vergleichsweise kleine Bereiche der Zahnoberfläche bedecken, erfindungsgemäß deutlich vermindert.

Der Slot ist sinnvollerweise in die zur Krone weisende Seite des Brackets eingelassen, die bei tropfenförmiger Ausgestaltung im Vergleich zur der Wurzel zugewandten Seite breiter ist. Für den Slot verbleibt somit ausreichender Raum, ohne daß die angrenzenden Bereiche des Brackets zu schmal werden, als daß sie noch eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen die auftretenden Belastungen hätten. Eine zu schmale Ausbildung der an den Slot und damit auch den eingesetzten Drahtbogen angrenzenden Bereiche des Brackets würde ansonsten die Gefahr bergen, daß der Bereich des Brackets aufgrund der auftretenden Kräfte abbricht und sich der Drahtbogen löst. Die kronenseitige Ausbildung des Slots im Bracket weist darüber hinaus den Vorteil einer einfacheren Zugänglichkeit für den behandelnden Kieferorthopäden auf, was das Einsetzen des Drahtbogens, das im Laufe einer kieferorthopädischen Behandlung gegebenenfalls wiederholt erfolgen muß, vereinfacht.

Desweiteren ist ein Slot auf der zur Krone weisenden Seite des Brackets auch deshalb vorteilhaft, weil so aufgrund der Hebelwirkung höhere Drehmomente durch den Drahtbogen auf den mit dem Bracket verbundenen Zahn ausgeübt werden können. Da die erfindungsgemäßen Brackets sinnvollerweise große Bereiche der Zahnoberfläche bedecken, besteht auch für die Positionierung des Slots ein besonders großer Spielraum, so daß sich höhere Drehmomente erzielen lassen als bei herkömmlichen Brackets mit kleiner Grundfläche und einem Slot, der sich in der Mitte des Brackets befindet.

Besondere Vorteile weisen die erfindungsgemäßen Brackets in der sogenannten Lingualtechnik auf, bei der die Brackets lingual, d. h. zungenseitig an der Zahninnenfläche, befestigt werden. Die Lingualtechnik ist insbesondere in ästhetischer Hinsicht vorteilhaft, da lingual angebrachte Brackets von außen nicht sichtbar sind. Gerade in der Erwachsenenbehandlung wird dies von vielen Patienten als großer Vorteil angesehen, da das Tragen kieferorthopädischer Vorrichtungen hier weit weniger gesellschaftlich akzeptiert ist als bei Jugendlichen. Dies hindert Erwachsene häufig daran, die aus medizinischer Sicht wünschenswerte Korrektur der Zahnstellung vornehmen zu lassen.

Das erfindungsgemäße Bracket bietet sich gerade für die Lingualtechnik besonders an, da lingual angebrachte Brackets stärker als bukkal angebrachte zur Berührung mit der Zunge freigestellt sind. Entsprechend wird die Form der Brackets auch stärker mit der Zunge „erfühlt", so daß die Abrundungen des Brackets und damit die Erhöhung des Tragekomforts hier eine besonders hohe Bedeutung haben.

Es ist vorgesehen, die Form der Brackets und damit auch die Form der Basis den Zähnen individuell anzupassen, so daß die Brackets an jedem Zahn eindeutig positionierbar werden. Dies ermöglicht es, auf die zur Positionierung von Brackets aus dem Stand der Technik üblicherweise verwendeten Übertragungshilfen zu verzichten. Letztere sind notwendig, da die Bracketform, insbesondere die Grundfläche, standardisiert und nicht an die individuelle Zahnform des Patienten angepaßt ist bzw. in den üblichen Brackets wegen der kleinen Fläche der Basis keine eindeutige Positionierung zu erzielen ist.

Neben der individuellen Anpassung der Form der Brackets an die Zahninnen- oder Zahnaußenfläche sollen auch die Lage, der Neigungswinkel und die Tiefe der Slots für jeden Zahn individuell angepaßt werden, wobei der Verlauf der Slots in den einzelnen Brackets und somit auch der Verlauf des durch die Slots verlegten Drahtbogens der optimierten Form des Zahnbogens nach der Behandlung angepaßt ist.

Insbesondere sollen die erfindungsgemäßen Brackets auch die Ausübung möglichst optimaler Drehmomente auf den mit dem Bracket verbundenen Zahn erlauben. Da bei herkömmlichen Brackets der Slot als Zwischenraum zwischen den am Bracket befindlichen Vorsprüngen gebildet wird, der sich in der Mitte des Brackets befindet, und die Brackets eine standardisierte Grundform haben, kann der Slot und damit auch der Drahtbogen am Zahn nicht in jeder beliebigen Position festgelegt werden, so daß der wirksame Hebelarm u. U. nicht optimal ist. Im Gegensatz dazu erlauben es die erfindungsgemäßen, individuell angepaßten Brackets, die Oberfläche der Basis und die Lage des Slots so zu wählen, daß ein optimales Drehmoment auf den Zahn ausgeübt wird. Bei großem Abstand des Slots und damit auch des hindurchgelegten Drahtbogens vom Kiefer ist das ausgeübte Drehmoment beispielsweise besonders hoch.

Da es vorgesehen ist, die erfindungsgemäßen Brackets individuell an jeden einzelnen Zahn des Patienten anzupassen, ist es sinnvoll, die Brackets computergesteuert zu fräsen, was naturgemäß auch die Verwendung eines fräsbaren Materials bedingt. Besonders vorteilhaft ist hier Zirkonoxid als keramisches Material, da Zirkonoxid zahnfarben und entsprechend unauffällig ist. Derartige zahnfarbene, unauffällige Brackets sind aus ästhetischen Gründen für viele Menschen wünschenswert. Keramische Materialien werden zwar bereits in der Kieferorthopädie verwendet, zumeist jedoch gegossen und nicht gefräst. Alternativ können die erfindungsgemäßen Brackets aber auch aus einem metallischen Werkstoff wie Titan oder einem Kunststoff hergestellt werden.

In letzterem Fall können die Brackets beispielsweise durch Polymerisation, etwa mit Hilfe von Strahlung, aus einem Monomerbad gewonnen werden. Auch kann eine keramische Masse (mit härtbarem Kunststoff als Bindemittel) mittels Strahlung in der gewünschten Form verfestigt werden.

Die erfindungsgemäßen Brackets können einen von der Basis ausgehenden Hook aufweisen, der als Ansatzpunkt für Ligaturen oder zusätzliche Elemente zur Abgabe von Kräften und Drehmomenten dient. Insbesondere kann der Hook in Verbindung mit einer daran angesetzten Ligatur die Retention des Drahtbogens im Slot bewirken. Hierbei kann zwischen Hook und Basis ein zusätzlicher Schlitz zur Festlegung der Ligatur liegen. Vorteilhafterweise ist auch der Hook abgerundet ausgebildet.

Für den Fall, daß bei der kieferorthopädischen Behandlung eine intrusive Zahnbewegung, d. h. ein tieferes Eintreiben des Zahnes in den Kiefer, gewünscht ist, kann das Bracket mit einem Aufbißplateau versehen sein. Dieses Aufbißplateau stellt eine Abflachung des Brackets auf der Kronenseite dar, die zum Kontakt mit den entsprechenden Zähnen des Gegenkiefers oder aber mit an diesen Zähnen angebrachten Hilfsmitteln freigestellt ist. Im Rahmen der normalen Kau- und Mundschließbewegungen wird damit von den Zähnen des Gegenkiefers eine Kraft auf das Bracket und damit auch auf den hiermit verbundenen Zahn ausgeübt, der auf die Dauer intrusiv tiefer in den Kiefer hineinbewegt wird. Bei lingualer Befestigung der Brackets kommen derartige Aufbißplateaus insbesondere bei maxillaren Frontzähnen in Frage.

Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, die kieferorthopädische Behandlung für einzelne Patienten zu individualisieren. Dabei sollen die individuellen Brackets so geformt werden, daß in ihnen bereits sämtliche Informationen enthalten sind, um die Zähne in die vorgesehene Endposition zu bringen. In der klassischen Kieferorthopädie werden üblicherweise standardisierte Brackets verwendet, die lediglich Unterschiede für die einzelnen Zahnarten aufweisen, nicht jedoch die speziellen Gegebenheiten des Zahnes jedes einzelnen Patienten berücksichtigen. Die Halterung des Drahtbogens und somit die auf die Zahnbögen wirkenden Kräfte und Drehmomente sind somit nicht optimiert, sondern bedürfen der ständigen Kontrolle und ggf. der Korrektur durch den behandelnden Kieferorthopäden. Die Behandlung wird dadurch aufwendiger, da der Kieferorthopäde in vergleichsweise kurzen Zeitabständen den Fortgang der Behandlung überprüfen muß, und häufig auch insgesamt langwieriger.

Ein Verfahren zur Herstellung individualisierter Brackets ist bereits in der EP 0 667 753 B1 offenbart, in der die anatomischen Formen im Mund des Patienten vermessen werden und eine ideale Zahnbogenform abgeleitet wird, auf deren Basis die Form der Brackets und des Drahtbogens festgelegt werden. Anschließend wird der individuelle kieferorthopädische Apparat mit der zuvor konstruierten Konfiguration hergestellt, wobei insbesondere ein CNC- maschinenlesbarer Code zur Steuerung der Fertigungsanlage eingesetzt wird.

Hierbei werden jedoch hinsichtlich der Grundform herkömmliche Brackets verwendet und mit Hilfe der Apparatur Slots im berechneten Winkel und in berechneter Tiefe in schlitzlose Standardbrackets gefräst. Die so hergestellten Brackets weisen die oben bereits aufgeführten Nachteile aus dem Stand der Technik auf, insbesondere den mäßigen Tragekomfort und die Tendenz des Drahtbogens, aus den Slots herauszurutschen, und können darüber hinaus aufgrund ihrer nicht vollständig individualisierten Basis nicht ohne Übertragungshilfe am Zahn positioniert werden.

Die erfindungsgemäßen Brackets haben hingegen eine deutlich andere Gestalt als die im genannten Stand der Technik und sollen darüber hinaus insbesondere auch eine individualisierte Basis aufweisen, so daß eine Positionierung am Zahn ohne Übertragungshilfe möglich wird. Das Verfahren zur Herstellung der Brackets weist daher vorteilhafterweise folgende Schritte auf:

Zunächst wird die Form des Zahnbogens vor der Behandlung eingescannt, was sowohl im Mund des Patienten als auch anhand eines vom Zahnbogen angefertigten Modells erfolgen kann. Anschließend wird eine Simulation des Behandlungszieles in bezug auf funktionelle Aspekte des stomatognathen Systems durchgeführt. Dies bedeutet letztlich die virtuelle Optimierung der Zahnbogenstellung mit den Zähnen des Patienten in der Endposition, was dem manuellen Erstellen eines Setups nach dem Stand der Technik entspricht. Hierbei wird ein Computer mit einer dafür vorgesehenen Software verwendet. Im Vergleich zur manuellen Erstellung eines Setups können jedoch bei der Simulation am Computer mehr Aspekte berücksichtigt werden, wodurch die Behandlung insgesamt auf eine breitere wissenschaftlichere Grundlage gestellt wird, während die herkömmliche Behandlung deutlich stärker vom Erfahrungsschatz des behandelnden Kieferorthopäden geprägt ist.

Anhand der durchgeführten Simulation des Behandlungszieles wird anschließend die Form der Brackets sowie des Drahtbogens wiederum mit einer geeigneten Software errechnet und festgelegt. Dabei werden insbesondere die auf die Zähne einwirkenden Kräfte und Drehmomente berücksichtigt. Die so generierten Daten dienen dem computergesteuerten Fräsen der Brackets.

Alternativ kann auch das Setup zunächst manuell in konventioneller Weise hergestellt werden, bevor das so hergestellte Setup gescannt wird, um die notwendigen Daten zur Simulation der Bracket- und Drahtbogenform zu generieren und anschließend die computergesteuerte Fräsung der Brackets durchzuführen.

Die weitere kieferorthopädische Behandlung sieht vor, die erfindungsgemäßen Brackets an den Zahninnen- bzw. Zahnaußenseiten über eine herkömmliche 5 Säure-Ätztechnik oder auch durch Verwendung eines Glas-Ionomer-Zements zu befestigen, wobei eine Lichthärtung durchgeführt wird, und den Drahtbogen durch die Slots zu führen. Der Drahtbogen wird in den einzelnen Slots durch eine Ligatur festgelegt. Im übrigen erfolgt die Behandlung klassisch kieferorthopädisch.

o Die entsprechende Software zur Durchführung eines virtuellen Setups und zur Simulation der optimalen Bracket- und Drahtbogenform entspricht im wesentlichen Software, wie sie für CAD- und CAM-Verfahren verwendet wird. Aus den Berechnungen erzeugt der Computer einen CNC-maschinenlesbaren Code zur Steuerung der Fertigungsanlage.

5 Zum Scannen wird vorzugsweise ein Laser verwendet, möglich ist aber auch die Verwendung von Ultraschallscanner, Videoimaging, mechanischer Abtastung oder anderer Bilderzeugungsapparaturen. Der Scanner, insbesondere der Laser, sollte dabei so beschaffen sein, daß er die Struktur der Zähne möglichst genau erfassen kann, wobei insbesondere auch Hinterschneidungen etc. o bedeutsam sind, um die Form der Basis des Brackets zwecks optimaler Positionierbarkeit möglichst exakt an die Zahnoberfläche anzupassen.

Neben der Optimierung der Haftung der Brackets an der Zahnoberfläche dient die Simulation der Bracketform auch der Festlegung von Winkeln und Tiefe der in die Brackets eingelassenen Slots. Diese Slots werden an die ebenfalls 5 simulierte optimale Form des Zahnbogens nach der Behandlung angepaßt. Eine kieferorthopädische Behandlung, die auf den erfindungsgemäß hergestellten Brackets basiert, führt somit deutlich zielgerichteter zur optimalen Zahnbogenform als dies bislang möglich war. Dies gilt um so mehr, als es mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens möglich ist, die Form der Brackets für jeden o einzelnen Zahn individuell festzulegen. Die Erfindung wird verdeutlicht anhand der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 : Zeigt ein erfindungsgemäßes Bracket, das an einem Zahn befestigt ist in der Seitenansicht.

Das erfindungsgemäße Bracket, daß in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist, ist lingual an der Zahninnenseite des Zahns 2 befestigt, bei dem es sich um einen Oberkieferfrontzahn handelt. Die Befestigung des Brackets 1 an einem Zahn 2 kann über eine herkömmliche Säure-Ätztechnik erfolgen. Das Bracket 1 setzt sich aus einer Basis 3 und einem von der Basis 3 ausgehenden Hook 4 zusammen, wobei zur Krone 5 hin ein Slot 6 in die Basis 3 eingelassen ist. Der Slot 6 dient der Aufnahme des Drahtbogens und hat wie dieser einen rechteckigen Querschnitt. Die Basis 3 hat insgesamt eine Tropfenform und ist kronenseitig breiter als am der Wurzel zugewandten Ende. Zur Wurzel hin läuft die Basis 3 im Querschnitt sich verjüngend aus. Auf der Seite der Krone 5 hingegen ist die Basis 3 im Querschnitt breit genug, um problemlos einen Slot 6 aufzunehmen, ohne daß die an den Slot 6 angrenzenden Bereiche aufgrund des geringen Materialquerschnitts zu fragil werden. Wurzelseitig geht von der Basis ein Hook 4 aus, so daß sich ein zusätzlicher Schlitz 7 bildet, der der Festlegung der Ligatur zur Sicherung des Drahtbogens im Slot 6 dient.

Das Bracket 1 weist darüber hinaus auf der Seite der Krone 5 des Zahnes 2 eine Abflachung auf, die ein Aufbißplateau 8 darstellt. Dieses dient dem Kontakt mit den entsprechenden Zähnen des Gegenkiefers oder aber mit an diesen Zähnen angebrachten Hilfsmitteln. Auf diese Weise entsteht eine Kraft in Richtung des Pfeiles 9, die auf die Dauer den Zahn 2 intrusiv tiefer in den Kiefer hineinbewegt.