In der zahnärztlichen Implantologie geht es darum, körper- fremde Passstücke, sogenannte Implantate in den Knochen einzugliedern, um auf diesem Weg eine substanzschonende, prothetische Versorgung von Zahnlücken und eine Versorgung von zahnlosen Kiefern mit festsitzendem Zahnersatz zu er- möglichen.

Bei der Implantation dieser Passstücke müssen verschiedene zahnärztliche und anatomische Randbedingungen eingehalten werden, um einen langfristigen Behandlungserfolg zu erzie- len. Die Übertragung der Kaukräfte in den Kieferknochen muss so geschehen, dass die anerkannten Regeln der Biome- chanik und der zahnärztlichen Prothetik Beachtung finden.

Körperhöhlen dürfen nicht eröffnet und Nervenbahnen dürfen nicht verletzt werden. Schließlich muss auf ein quantitativ und qualitativ ausreichendes Angebot an Knochensubstanz ge- achtet werden.

Diese Randbedingungen erfordern es, eine umfassende Dia- gnostik vor dem Eingriff und eine angemessene Planung des Eingriffs selbst durchzuführen. Schlussendlich gilt es eine

gute Umsetzung der Planung während der Operation zu errei- chen.

Stand der Technik Im Regelfall kann der Implantologe mit den heute schon ver- fügbaren technischen Hilfsmitteln wie Computertomographie (CT), Orthopantomographie (OPG), Messung der Knochendichte und-dicke eine ausreichende Diagnostik und damit eine gute Planung von Implantatversorgungen durchführen.

Im Bereich der Umsetzung dieser Planung in die Realität er- geben sich jedoch erhebliche Defizite.

In den letzten Jahren wurde der Versuch unternommen, diese Lücke zu schließen. Dabei kamen Verfahren der Neurochirur- gie und der Orthopädie zum Einsatz. An dem Patienten und an den Operationsinstrumenten werden Markierungen angebracht, die mit Hilfe zweier Kameras beobachtet werden. Aus der be- kannten Geometrie der Operationsinstrumente und der Markie- rungen lässt sich die relative Position z. B. eines Bohrin- strumentes ermitteln. Nach diesem Prinzip kann man dann ei- ne effektive Umsetzung der Implantatplanung bewerkstelli- gen. Dabei erlaubten es solche Verfahren, Genauigkeiten von 1 mm zu erzielen, d. h. es können Abweichungen zwischen der geplanten und der realisierten Position in der Größe von 1 mm auftreten.

Der Nachteil dieser Geräte ist allerdings ihr vergleichs- weise hoher Preis. Damit sind diese Geräte nur dann wirt- schaftlich sinnvoll einsetzbar, wenn eine Vielzahl von Imp- lantaten gesetzt wird.

Das Ziel der Erfindung ist es nun, eine kostengünstigere Lösung für das oben beschriebene Problem anzugeben, um da-

mit bereits den wirtschaftlichen Einsatz bei nur wenigen Implantaten zu erreichen.

Darstellung der Erfindung Der hier beschriebenen Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass geeignete Oberflächenmerkmale, wie beispielsweise die Horizontlinie einer topographischen Oberfläche in kodierter Form auch die Position des Beobachters enthält.

Ausgehend von dieser Tatsache wird ein Verfahren zur lage- richtigen Herstellung einer Kavität an einer Präparations- stelle vorgeschlagen, bei dem unter Verwendung eines Hand- instruments eine Berechnung positionsabhängigen Oberflä- chenmerkmalen aus einem dreidimensionalen Datensatz der 0- berfläche der Präparationsstelle zu einer gewünschten Posi- tion eines in die Kavität einzubringenden Implantats er- folgt, wobei der Bereich, in dem die Kavität erstellt und anschließend das Implantat eingebracht werden soll, als dreidimensionaler Datensatzes von Volumendaten vorliegt.

Mittels einer am Handinstrument angeordneten Kamera mit vorgegebenem Abstand zu einem Bearbeitungswerkzeug wird mindestens ein ein tatsächlich sichtbares positionsabhängi- gen Oberflächenmerkmal aufweisender Teilausschnitt der Prä- parationsstelle erfasst und als Videobild angezeigt. In das Videobild wird das berechnete positionsabhängige Oberflä- chenmerkmal für die Sollposition des Handinstruments einge- blendet, wobei sich durch Veränderung der Position und der Neigung des Handinstruments das eingeblendete positionsab- hängige Oberflächenmerkmal bezüglich seiner Lage zu dem tatsächlich sichtbaren positionsabhängigen Oberflächenmerk- mal verändert und insbesondere zur Deckung gebracht werden kann.

Unter der Bezeichnung"Kamera"werden alle Messeinheiten, Abbildungseinheiten oder Bilderfassungseinheiten verstan- den, die dazu in der Lage sind, einen Teilausschnitt der Präparationsstelle so zu erfassen, dass eine Anzeige als Videobild möglich ist.

Dadurch ist es möglich, dem Benutzer anzuzeigen, ob die 0- rientierung seines Handinstruments derart ist, dass der ge- wünschte Verlauf der Kavität erzeugt das Implantat an der geplanten Stelle inseriert werden kann.

Über spezielle Markierungen, sogenannte röntgenopake Mar- ker, die sowohl in den Volumendaten des Röntgenbilds als auch im 3D-Datensatz der Oberfläche sichtbar sind, ist die Relativlage von Röntgenaufnahme und 3D-Datensatz bekannt.

Die Einbaulage des Implantats wird anhand der Röntgenauf- nahme durch den Implantologen festgelegt. Damit ist ihre Lage auch relativ zum 3D-Datensatz bekannt und von dieser Position wird mittels des 3D-Datensatzes das positionsab- hängige Oberflächenmerkmal berechnet, das sich ergäbe, wenn man das Bohrinstrument an die durch die Planung definierte Position bringt und es entsprechend der geplanten Bohrachse ausrichtet.

Als Oberflächenmerkmal kann jedes geeignete visuell dar- stellbare Merkmal eines Zahns oder der Präparationsumgebung verwendet werden, welches aus den Oberflächendaten berech- net werden kann und eine Positionsbestimmung erlaubt, ins- besondere eine Horizontlinie.

Vorteilhafterweise wird während der Bearbeitung stets das für die jeweilige Position des Handinstruments berechnete positionsabhängige Oberflächenmerkmal in das Videobild ein- geblendet, wobei die jeweilige Position des Handinstruments

einer Positionen des Implantats innerhalb der Kavität ent- spricht. Dadurch ist sichergestellt, dass auch nach einem anfänglich korrekten Aufsetzen des Handinstruments eine Kontrolle möglich ist.

Vorteilhafterweise erstreckt sich die Kontrollmöglichkeit auch auf die Endposition, indem ein positionsabhängiges O- berflächenmerkmal für eine Endposition des Bearbeitungs- werkzeugs in der herzustellenden Kavität angezeigt wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Handinstru- ment zur Herstellung oder Bearbeitung von Kavitäten, insbe- sondere von Knochenkavitäten, welches ein Bearbeitungswerk- zeug umfasst. Am Handinstrument ist eine Kamera vorgesehen, deren Abstand zur Spitze des Bearbeitungswerkzeuges bekannt ist.

Mit einem derartigen Handinstrument ist die Erfassung der Präparationsstelle und der Vergleich mit einem dreidimensi- onalen Datensatz von Volumendaten oder von Oberflächendaten möglich.

Vorteilhafterweise besitzt die Kamera eine Schärfentiefe von 5 bis 30 mm und erfasst eine Rundumsicht. Dadurch ist eine Orientierung nach der Seite mit den am stärksten aus- geprägten Orientierungsmerkmalen des 3D-Datensatzes mög- lich.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Videokamera in das dem Bearbeitungswerkzeug zugewandte Ende des Instruments integ- riert. Dadurch ist die genaue Erfassung der tatsächlichen Horizontlinie des Vergleichsbildes an der Präparationsstel- le möglich.

Schließlich können Leuchtmittel vorgesehen sein, welche den für die Erfassung und Darstellung der Horizontlinie rele-

vanten Teil oder andere markante Oberflächenmerkmale der Oberfläche ausleuchten.

Das Handinstrument kann mit einer Anzeige für das mit der Kamera aufgenommene Bild verbunden sein, in welcher darüber hinaus aus einer Auswerteeinheit bereitgestellte Daten in Form einer Horizontlinie oder anderen markanten Oberflä- chenmerkmalen angezeigt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen : Fig. 1 Darstellung einer Horizontlinie in einer ersten An- sicht, Fig. 2 Darstellung einer Horizontlinie in einer zweiten Ansicht, Fig. 3 Anzeige eines Zahns und einer Soll-Horizontlinie mit Überdeckung, Fig. 4 korrekte Platzierung des Bearbeitungswerkzeugs des Handinstruments, Fig. 5 Anzeige eines Zahns und einer Soll-Horizontlinie ohne Überdeckung, Fig. 6 abweichende Platzierung des Bearbeitungswerkzeugs des Handinstruments, Fig. 7 korrekte Platzierung des Bearbeitungswerkzeugs des Handinstruments während der Bearbeitung, Fig. 8-11 die Veränderung der Horizontlinie während der Be- arbeitung bis zu einer Endposition, Fig. 12 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als Schema.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Der Begriff der Horizontlinie als Beispiel eines positions- abhängigen Oberflächenmerkmals ist anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Eine Horizontlinie ist durch die nachfolgende Abbildungsvorschrift gekennzeichnet. Ein Beobachter an ei- nem Ort A baut um sich herum einen z. B. kreisförmigen Pro- jektionsschirm P auf, der mit einer transparenten Folie be- spannt ist und dessen Radius r bekannt ist. Nun wird für jedes Winkelelement alpha des gesamten Panoramas die Stelle B auf dem Schirm P markiert, an der Horizont C für den im Zentrum A befindlichen Beobachter zu liegen scheint. Die sich so ergebende Abbildung wird als Horizontlinie H be- zeichnet. Kennzeichen der Horizontlinie H ist, dass in ih- rer Form implizit auch der Standort des Beobachters kodiert wird. Umkehrt kann man in Kenntnis einer bestimmten hinrei- chend eigenartigen Horizontlinie den Ort wiederfinden, von dem aus sie beobachtet wurde.

Ob es zwischen der Horizontlinie und den abgebildeten Ob- jekten eine eindeutige Beziehung gibt, hängt von den abge- bildeten Objekten ab. Je komplexer die Objekte sind, um so eindeutiger ist die Beziehung. Folgendes Beispiel verdeut- licht diesen Sachverhalt : Aus einem Bild, das eine Bergket- te zeigt, kann zusammen mit der Information, welcher Weg im Gebirge abgeschritten wurde, auf den Ort geschlossen wer- den, an dem dieses Bild aufgenommen wurde.

Die Ortsbeziehung zwischen den Messdaten einer Oberflächen- vermessung und den per Röntgen hergestellten Volumendaten ist beispielsweise über röntgenopake Marker bekannt. Die Einbaulage des Implantats wird anhand einer Röntgenaufnahme (OPG, CT) ermittelt. Die dazu bekannte Lage der Oberflä- chendaten wird während der Herstellung der Kavität zur Kon- trolle der lagerichtigen Ausrichtung des Werkzeugs benutzt.

Dabei werden die Horizontlinien der Nachbarzähne 1, 2 oder sonstige geeignete und positionsabhängige Oberflächenmerk- male berücksichtigt.

Längs der Einschubrichtung des Implantat werden die zu er- wartenden Horizontlinien mit Hilfe des 3D-Datensatzes be- rechnet. Dabei liegen alle Orte A auf einer Achse E paral- lel, insbesondere aber deckungsgleich mit der Einschubach- se.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Zahn 1, wie er durch die Op- tik des Bearbeitungsinstruments erfasst wird und auf einer Anzeige erscheint. Bei der fett markierten Linie handelt es sich um die Horizontlinie H, die an der durch die Planung definierten Solllage der Implantatachse sichtbar wäre.

Wirklicher Horizont und Horizontlinie sind hier deckungs- gleich. Die augenblicklich eingenommene Position des Boh- rers ist daher korrekt.

Fig. 4 zeigt ein Bearbeitungsinstrument 3 mit einem Werk- zeug 4, der sich an der vorausbestimmten Stelle befindet.

Das Bearbeitungsinstrument 3 weist an seinem dem Bearbei- tungswerkzeug 4 zugewandten Ende 5 eine in einem kleinen zylindrischen Aufsatz 6 untergebracht Optik zur Erfassung der Umgebung auf, etwa eine integrierte intraorale Videoka- mera. Die Relativlage zwischen der Spitze 7 des Werkzeugs und der Position der Optik ist bekannt. Der Aufsatz 6 be- findet sich oberhalb des Werkzeugs 4 und enthält die Optik und ein Faserbündel zur Beleuchtung der Zähne.

Die Optik sollte einen Schärfentiefebereich zwischen 5 mm und 30 mm aufweisen. Sie darf nicht telezentrisch sein, d. h. Objekte in verschiedenen Entfernungen müssen unter- schiedlich groß abgebildet werden. Es kann sich um eine 360

Grad Panoramaoptik handeln, wie es in der Fig. 6 angedeutet ist. Es ist jedoch ausreichend, wenn ein Bildfeld verwendet wird in einer Größe, dass ein Zahn erfasst wird. Die Kamera erfasst dann den Zahn 1, 2 also nur aus einer Richtung.

Dabei werden die Nachbarzähne 1 und 2 im Aufpunkt des her- zustellenden Implantatbohrlochs 8 vollständig abgebildet.

Wichtig bei dem Verfahren ist, dass sich ähnlich wie bei Bergkuppen die Höcker der Zähne hervorheben. Andere markan- te Oberflächenmerkmale können beispielsweise durch Füllun- gen bereitgestellt werden. Auch hier sind grundsätzlich al- le sichtbaren, positionsabhängigen Oberflächenmerkmale um- fasst.

An die Verzeichnung der Optik sind keine besonderen Anfor- derungen zu stellen. Ein Schwarzweiß-Bild ist grundsätzlich ausreichend.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anzeige, bei der der wirkli- che Horizont W und die Horizontlinie H nicht deckungsgleich sind. Die augenblicklich eingenommene Position des Bohrers ist nicht korrekt, siehe Fig. 6. Der Bohrer befindet sich noch nicht an der vorausbestimmten Stelle.

Bei der in Fig. 7 dargestellten richtigen Positionierung des Bohrers beginnt der Anwender, in den Knochen zu bohren.

Das System zeigt nun diejenige Horizontlinie an, bis zu der der Anwender bohren darf.

Fig. 8 zeigt das lagerichtig aufgesetzte Werkzeug 4 des Be- arbeitungsinstruments 3. Fig. 9 zeigt die zugehörige Hori- zontlinie. Die hintere passende Horizontlinie H zeigt, dass der Aufpunkt der Bohrung lagerichtig gefunden wurde. Eine zweite, vordere, nicht passende Horizontlinie H'wird nach dem Start des Bohrvorgangs sichtbar. Erreicht der Bohrer

seine berechnete Endposition gemäß Fig. 10, passt diese Ho- rizontlinie H'dann zu dem sich zeigenden Bild des Zahns, Fig. 11. Die von der Kamera aufgenommene Szene verändert sich während des Bohrens so, dass nun die Horizontlinie H' mit dem sichtbaren Horizont deckungsgleich ist.

Insgesamt läuft das Verfahren wie folgt ab : Die Zahn-bzw.

Kieferoberfläche wird mit röntgenopaken Markierungen verse- hen, die eine Korrelation von 3D-Messdaten eines Volumens aus Röntgenbildern mit 3D-Meßdaten der Oberfläche erlauben.

Die röntgenopaken Marker sind sowohl im Röntgenbild wie auch im Oberflächenbild sichtbar. Sie erlauben es, die Re- lativlage der beiden Aufnahmen zueinander zu bestimmen.

Anhand der Röntgenbilder wird eine Planung der Implantate durchgeführt. Dabei wird die Einsetztiefe und die Winkella- ge des Bohrkanals bestimmt.

Für alle Positionen des Bearbeitungswerkzeugs entlang des Bohrkanals wird aus den 3D-Messdaten der Oberfläche die zu- gehörige Horizontlinie berechnet.

Das Instrument zur Herstellung der Implantatbohrung besitzt eine intraorale Videokamera, deren Entfernung zu der Spitze des Bohrinstrumentes bekannt ist. In das Videobild dieser Kamera wird unter Berücksichtigung aller optischen Verzer- rungen die berechnete Horizontlinie für die Sollposition eingeblendet. Durch Veränderung der Position und der Nei- gung des Bohrinstrumentes kann die eingeblendete Horizont- linie mit dem tatsächlich sichtbaren Horizont zur Deckung gebracht werden.

Während der Erstellung des Bohrkanals erfolgt ständig eine Visualisierung der dabei auftretenden Horizontlinien um si-

cherzustellen, dass der Bohrkanal in der richtigen Richtung vorangetrieben wird.

In Fig. 12 ist ein Aufbau schematisch dargestellt. Die Ein- heit 11 umfasst eine Anzeige 12, auf dem Handinstrument 3 aufgenommenen Bilder dargestellt werden können. Gleichzei- tig dient eine Auswerteeinheit 13 der Steuerung des Bohran- triebs und der Berechnung des Oberflächenmerkmals, hier der Horizontlinie. Die Steuerung des Instruments kann so erfol- gen, dass dann, wenn eine Abweichung von der vorgegebenen Position festgestellt wird, der Antrieb für das Bearbei- tungswerkzeug abgeschaltet wird und erst dann wieder frei- gegeben wird, wenn die richtige Position wieder erreicht wird.

Bezugszeichenliste 1 Zahn 2 Zahn 3 Handinstrument 4 Werkzeug 5 Ende des Handinstruments 6 Aufsatz 7 Spitze des Werkzeugs 4 8 Bohrloch 9 10 11 Einheit 12 Anzeige 13 Auswerteeinheit A Ort/Zentrum des Beobachters B Stelle C Horizont E Achse H Horizontlinie H'Horizontlinie P Projektionsschirm r Radius W