Verfahren zur Herstellung einer zahntechnischen Totalprothese

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zahntechnischen Totalprothese, ferner eine Aufstellhilfe zur Positionierung von Zähnen bei der Herstellung einer zahntechnischen Totalprothese und ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Totalprothesen werden derzeit durch eine Folge rein manueller Arbeitsschritte hergestellt. Zunächst werden beim Zahnarzt Abdrücke der zahnlosen Unter- und Oberkiefer genommen, was in der Regel unter Verwendung eines Gesichtsbogens erfolgt, um eine exakte räumliche Modellzuordnung für eine spätere Bearbeitung im Artikulator zu erzielen. Die Abdrücke werden dann zum Zahntechniker geschickt und mit einer Modellmasse, beispielsweise Gips, ausgegossen, um entsprechende Modelle des Ober- und Unterkiefers zu erzeugen. Der Zahntechniker setzt die Kiefermodelle entsprechend der mit Hilfe des Gesichtsbogens beim Zahnarzt erfassten schädelbezüglichen Relationen des Ober- und Unterkiefer des Patienten in räumlicher Zuordnung in einen Artikulator ein, um auf diese Weise das Unterkiefermodell und das Oberkiefermodell relativ zueinander zu positionieren. Daraufhin wählt der Zahntechniker einen Satz künstlicher Zähne aus, welcher der Größe nach zum Patiententypen, den Kiefermodellen und zu ihrer räumlichen Anordnung passt. Anschließend werden die einzelnen Zähne manuell der Reihe nach mit Hilfe eines Haftmittels, wie beispielsweise Wachs, auf die Kiefermodelle eingesetzt und ausgerichtet, woraufhin der Biss der später bei einem Kauvorgang zusammenwirkenden Zähne aufgestellt wird. Das Endergebnis, das durch das Zusammenspiel der Auswahl des Zahnsatzes, der Positionierung und Ausrichtung der Zähne sowie Feineinstellung des Bisses erzielt wird, hängt dabei ausschließlich von den

Fachkenntnissen und der Fingerfertigkeit des Zahntechnikers ab. Nach einer Anprobe dieser Zahnaufstellung beim Patienten in der Zahnarztpraxis kommt die Arbeit wieder zurück zum Zahntechniker. Die mit den Zähnen versehenen Modelle werden aus dem Artikulator entnommen, in einer Küvette in Gips eingebettet und es wird ein Negativmodell des jeweiligen mit Zähnen versehenen Kiefermodeiis erstellt. Nach Aushärten des Modells wird das Haftmittel (Wachs), das zur Fixierung der Zähne beim Positionieren und Ausrichten derselben in dem Kiefermodell diente, entfernt, so dass die Zähne in dem Negativmodell verbleiben. Der durch Entfernen des Haftmittels entstehende Hohlraum wird schließlich mit einem Polymerisat (Kunststoff) ausgegossen. Nach Aushärten des Kunststoffes kann die Totalprothese aus dem Negativmodell entnommen werden, wozu das Negativmodell in der Regel zerstört wird.

Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen Zahnaufstellung in Wachs, also der vorbeschriebenen Vorgehensweise, besteht darin, dass diese sehr zeitaufwändig ist und insbesondere dem Zahntechniker ein hohes Mali an Fachkenntnis und Fingerfertigkeit abverlangt.

Um diese Nachteile zu beheben ist gemäß DE 198 38 238 A1 ein Verfahren zur rechnergesteuerten Herstellung von Zahnersatz zur Restauration von zumindest einem Zahn oder eines Kieferbereichs vorgeschlagen worden, bei dem die herkömmlich hergestellten Ober- und Unterkiefermodelle oder Teile dieser unter Berücksichtigung der virtuellen Drehachse des Artikulators sowie spezifischer Bezugspunkte digitalisiert werden, so dass die Konstruktion des Zahnersatzes mittels CAD und die Fertigung des Zahnersatzes mittels CAM nachfolgend rechnergesteuert durchgeführt werden kann. Nachteiligerweise ist dieses Verfahren außerordentlich aufwändig und ungenau, so dass insbesondere die übertragung der digital vorliegenden räumlichen Geometrien des Zahnersatzes über die virtuelle Konstruktion und die Umsetzung der digitalen Signale mittels CAM zum fertigen realen Zahnersatz nur unzulänglich möglich ist. Vor allem aber lässt sich auch eine Totalprothese nach diesem Verfahren nicht herstellen.

Aus der DE 103 04 757 A1 ist ferner ein ähnliches computergestütztes Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz bekannt, bei dem die von einer Vermessungsvorrichtung erfassten Daten zur Generierung eines medizinischen

Teils, beispielsweise einer Zahnkrone, ausgewertet werden. Bei diesem Verfahren wird auch die Aufstellung der Zähne virtuell am Rechner durchgeführt, wobei die Datensätze konfektionierter Zähne in ein virtuelles Modell der Mundsituation eingepasst werden. Aus den danach vorliegenden Daten kann die Prothesenbasis direkt mittels CAM-Methoden hergestellt werden; oder es erfolgt das Einsetzen der konfektionierten Zähne in das physische Modell. Dabei werden an den Stellen der Prothesenbasis, wo die künstlichen Zähne aufzustellen sind, spezielle Strukturen vorgesehen, die eine definierte räumliche Zuordnung des einzupolymerisierenden, einzuklebenden oder in sonstiger Weise dauerhaft zu befestigenden künstlichen Zahns sicherstellen. Als spezielle Struktur ist die Ausarbeitung eines Plateaus an der Prothesenbasis vorgeschlagen, welches drei halbkugelförmige, im Dreieck angeordnete Erhebungen aufweist, die sich eindeutig in dazu kongruenten Vertiefungen der Zahnbasis positionieren lassen. Eine andere Möglichkeit sieht vor, eine ringähnliche Form herzustellen, die exakt und definiert der Geometrie des jeweiligen künstlichen Zahns angepasst ist. In dieses Attachment kann der künstliche Zahn hineingesteckt werden, so dass die räumliche Orientierung des Zahns bezogen auf das Attachment stets konstant definiert ist. Bei der Herstellung der Prothesenbasis werden entsprechende formkongruente Vertiefungen an der jeweiligen Zahnposition ausgearbeitet oder frei gelassen, die eine wiederum exakte und definierte Positionierung des Attachments gewährleisten. Auch dieses Verfahren ist außerordentlich aufwäπdig und letztlich nicht präzise genug, um in wirtschaftlicher Weise Zahnersatz herzustellen. Vor allem ist aber auch dieses Verfahren nicht geeignet, eine Totalprothese als Zahnersatz für zahnlose Patienten bei geringen Herstellungszeiten zu generieren.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, unter Meidung der genannten Nachteile ein computergesteuertes Verfahren und zugehörige Vorrichtungen für zahnprothetische Arbeiten zu entwickeln, die unter Verkürzung der Herstellungszeiten und Optimierung der Qualität zur Generierung einer zahntechnischen Totalprothese geeignet sind.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen genannten Verfahrensmerkmale und Vorrichtungsmerkmale g e l ö s t . Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass in einem virtuellen Abbild des Artikulators unter Berücksichtigung sämtlicher relevanter Parameter, die als Datensätze einem

Rechner vorliegen, eine virtuelle Aufstellung der rechnergesteuert ausgewählten Zähne zur virtuellen Totalprothese vorgenommen wird und auf dieser Basis eine virtuelle Aufstellhilfe erzeugt wird, in der die Oberkiefer- und/oder Unterkiefer- Zahnaufstellung als Ausnehmungen/Zahnimpressionen ausgebildet sind. Auf der Basis der virtuellen Aufstellhilfe wird sodann eine reale Aufstellhilfe, insbesondere im Rapid-Prototyping-Verfahren generiert und diese dann im Artikulator auf einem Halter angeordnet, so dass eine einfache und präzise Aufstellung der künstlichen Zähne vorgenommen werden kann, die bislang unerreichte Generierungsgeschwindigkeiten und Fehlerfreiheit bei der Herstellung von individuellen Zahn-Totalprothesen begründet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines virtuellen Artikulators, in den ein Oberkiefermodell und ein Unterkiefermodell eingesetzt sind;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines virtuellen Modells mit rechnergesteuert ermittelter Totalaufstellung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines virtuellen Artikulators mit darin gehaltener Aufstellhilfe;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Artikulatorausschnitts mit darin positionierter Aufstellhilfe, in die Zähne eingesetzt sind;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 4 dargestellten Artikulatorausschnitts mit zusätzlich in diesem angeordnetem Oberkiefermodell;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Artikulatorausschnitts mit darin angeordneter Aufstellhilfe, in die Zähne eingesetzt sind, sowie mit darin eingesetztem Unterkiefermodell;

Fig. 7 einen speziellen, mit einem Artikulator zusammenwirkenden Halter für die oben genannte Aufstellhilfe und

Fig. 8 die Aufstellhilfe in einer Gesamtansicht mit Halter und in einer Teilansicht von unten mit Zahnteilimpressioπen für einen Unterkiefer.

Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleichartige Bauteile.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Totalprothese werden die nachfolgend genauer beschriebenen Schritte durchgeführt:

Zunächst werden beim Zahnarzt Abdrücke des Oberkiefers und des Unterkiefers des zahnlosen Patienten erzeugt (Abdrucknahme). Die Abdrucknahme erfolgt bevorzugt unter Verwendung eines Gesichtsbogens, über den die exakte räumliche Zuordnung der Kieferhälften relativ zueinander erfasst werden kann (Relationsbestimmung/Bissnahme). Basierend auf diesen Abdrücken werden ein Oberkiefermodell und ein Unterkiefermodell erzeugt, beispielsweise durch Umgießen der Abdrücke mit einer Gipsmasse. Die Kiefermodelle werden zusammen mit den räumlichen Zuordnungsdaten an ein Dentallabor gesendet. Dort werden das Oberkiefermodell und das Unterkiefermodell basierend auf den räumlichen Zuordnungsdaten in einen herkömmlichen Artikulator derart eingesetzt, dass die räumliche Zuordnung der Modelle der tatsächlichen räumlichen Zuordnung des Oberkiefers und des Unterkiefers des Patienten entspricht. Artikulatoren an sich sind im Stand der Technik bekannt, weshalb der genaue Aufbau nachfolgend nicht näher beschrieben wird.

Daraufhin werden die Kiefermodelle in einer entsprechenden Meßeinrichtung, wie beispielsweise einem Laserscanner, einem Streifenlichtprojektor oder dergleichen, dreidimensional ausgemessen, insbesondere gescannt, und die auf diese Weise generierten dreidimensionalen Kieferdaten unter Verwendung einer geeigneten Rechnereinheit und eines entsprechenden Verarbeitungsprogramms in einen virtuellen Artikulator 10 übertragen, so dass sich die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ergibt.

Fig. 1 zeigt einen virtuellen Artikulator 10, in dem ein virtuelles Oberkiefermodell 12 und ein virtuelles Unterkiefermodell 14 angeordnet sind, wobei die räumliche Zuordnung des virtuellen Oberkiefermodells 12 relativ zum virtuellen Unterkiefermodell 14 derjenigen räumlichen Zuordnung in dem tatsächlichen Artikulator entspricht.

Basierend auf den erfassten Abmessungsdaten des virtuellen Oberkiefermodells 12 und des virtuellen Unterkiefermodells 14 sowie basierend auf den räumlichen Zuordnungsdaten der virtuellen Kiefermodelle 12 und 14 relativ zueinander, wählt das Datenverarbeitungsprogramm nunmehr anhand von in dem Datenverarbeitungsprogramm vordefinierten Kriterien einen Satz von künstlichen Zähnen aus einer Mehrzahl von Zahnsätzen aus, der in Größe und Form der einzelnen Zähne am besten zur Erzeugung der Vollprothese geeignet ist. Nach Auswahl des Zahnsatzes werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die einzelnen virtuellen Zähne 16 des ausgewählten Zahnsatzes anhand definierter Algorithmen in den virtuellen Kiefermodellen 12 und 14 positioniert und entsprechend ausgerichtet, wodurch eine virtuellen Prothese 18 erzeugt wird. Die verwendeten Algorithmen wurden anhand von zahnmedizinischen/zahntechnischen Parametern erstellt und in dem Datenverarbeitungsprogramm hinterlegt.

Basierend auf der virtuellen Prothese 18, genauer gesagt, basierend auf den Positionsdaten der virtuellen Zähne 16, wird nunmehr automatisch anhand entsprechender Algorithmen eine virtuelle Aufstellhilfe 20 generiert, wie in Fig. 3 gezeigt. Die virtuelle Aufstellhilfe 20 ist im wesentlichen plattenartig ausgebildet und weist Zahn-Teilabdrücke der virtuellen Zähne 16 auf. Bei den in Fig. 3 dargestellten virtuellen Zahn-Teilabdrücken 22 handelt es sich um diejenigen der virtuellen Zähne 16 des virtuellen Oberkiefers 12. In der gleichen Platte 20 sind die virtuellen Zahnteilabdrücke 36 des virtuellen Unterkiefers 14 ausgebildet (nicht sichtbar in Fig. 3). Die Impressionen beinhalten die Positionierung der zukünftigen Okklusion. Die virtuelle Aufstellhilfe 20 kann wahlweise sowohl die virtuellen Zahn- Teilabdrücke 22 des virtuellen Oberkiefermodells 12 als auch diejenigen des virtuellen Unterkiefermodells 14 aufweisen. Alternativ können für die virtuellen Zahn-Teilabdrücke 22 des virtuellen Oberkiefermodells 12 und für diejenigen 36 des virtuellen Uπterkiefermodells 14 auch jeweils eine separate Aufstellhilfe generiert werden.

Die dreidimensionalen Daten der auf diese Weise generierten virtuellen Aufstellhilfe 20 werden nunmehr einer dreidimensionalen Druckeinrichtung, vorzugsweise einer Rapid-Prototyping-Eiπrichtung zugeführt, welche aus den Daten der virtuellen Aufstellhilfe 20 im schichtweisen Aufbau eine tatsächliche Aufstellhilfe 24 erzeugt. Die zuvor genannten Einrichtungen zum Erzeugen der tatsächlichen Aufstellhilfe 24 sind im Stand der Technik bekannt und werden daher nachfolgend nicht näher erläutert. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die dreidimensionalen Daten der virtuellen Aufstellhilfe 20 beispielsweise einem Fräszentrum oder dergleichen zuzuführen, das die tatsächliche Aufstellhilfe 24 aus einem Materialblock ausfräst.

Unter übernahme der exakten räumlichen Anordnung der virtuellen Aufstellhilfe 20 in den virtuellen Artikulator 10, die in Fig. 3 gezeigt ist, wird die tatsächliche Aufstellhilfe 24 in einen tatsächlichen Artikulator 26 eingesetzt, was unter Verwendung einer Positioniereinrichtung in Form eines Halters 28 erfolgt, der separat in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt ist. Der Halter 28 weist eine Sockelplatte 38 auf, die mit dem Artikulatorfuß lösbar verbunden werden kann. Auf dem Sockel 38 sitzt ein Teleskopverbinder 40 mit einem Zyliπderstift 42, der in Millimeterabständen mit Ringnuten zur axialen Verstellbarkeit versehen ist. Mit einer Fixierschraube 44 findet die Festlegung der Höhenposition statt. Am oberen Ende des Halters 28 ist ein Sitz für die Befestigung der plattenförmigen Aufstellhilfe 24 vorgesehen, die mittels einer Feststellschraube 46 auf dem Halter in exakter Position fixiert wird, siehe Fig. 8. In den tatsächlichen Zahn- Teilabdrücken für Ober- und Unterkiefer der tatsächlichen Aufstellhilfe 24, die in Fig. 8 oben für die Zähne des Oberkiefers und darunter für die Zähne des Unterkiefers dargestellt sind, werden nunmehr tatsächliche künstliche Zähne 30 angeordnet, wobei die tatsächlichen Zähne 30 durch das Einsetzen in die tatsächlichen Zahn-Teilabdrücke der tatsächlichen Aufstellhilfe 24 automatisch positioniert und ausgerichtet werden, siehe hierzu Fig. 4.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird anschließend ein tatsächliches Oberkiefermodell 32 in den tatsächlichen Artikulator 26 eingesetzt und werden die tatsächliche Aufstellhilfe 24 und das tatsächliche Oberkiefermodell 32 derart aufeinander zu bewegt, dass die tatsächlichen Zähne 30 unter Verwendung eines Haftmaterials am tatsächlichen Oberkiefermodell 32 befestigt werden. Auf die gleiche Art und

Weise wird auch das entsprechende tatsächliche Unterkiefermodell 34 mit tatsächlichen Zähnen versehen, was schematisch in Fig. 6 gezeigt ist.

Ausgehend von den mit tatsächlichen Zähnen versehenen tatsächlichen Kiefermodellen kann nunmehr auf herkömmliche Art und Weise eine Totalprothese erzeugt werden.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Totalprothese besteht darin, dass wesentliche Verfahrensschritte rechnergestützt durchgeführt werden. Insbesondere die zeitaufwändige Positionierung und Ausrichtung der Zähne im Ober- bzw. Unterkiefermodell, die normalerweise manuell durch den Zahntechniker erfolgt, und ohne das Fachwissen und die Fingerfertigkeit desselben kaum möglich ist, wird erfindungsgemäß automatisiert, indem rechnergesteuert eine Aufstellhilfe generiert wird, welche Form und Größe der Zähne, die Positionierung sowie die Ausrichtung der Zähne in den entsprechenden Kiefermodellen vorgibt. Um mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Totalprothese herstellen zu können, muss die entsprechende Person lediglich dazu in der Lage sein, die beim Zahnarzt hergestellten Kiefermodelle ordnungsgemäß im Artikulator zu positionieren und das entsprechende Datenverarbeitungsprogramm zu bedienen. Anders ausgedrückt kann das erfindungsgemäße Verfahren auch von einer Person durchgeführt werden, die nicht über die Fähigkeiten eines Zahntechnikers verfügt.

Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform des erfiπdungsgemäßen Verfahrens in keiner Weise einschränkend ist. Vielmehr sind Modifikationen und änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Bezugszeichenliste

10 virtueller Artikulator

12 virtuelles Oberkiefermodell

14 virtuelles Unterkiefermodell

16 virtuelle Zähne

18 virtuelle Prothese

20 virtuelle Aufstellhilfe

22 virtuelle Zahn-Teilabdrücke

24 tatsächliche Aufstellhilfe

26 tatsächlicher Artikulator

28 Positioniereinrichtung

30 tatsächliche Zähne

32 tatsächliches Oberkiefermodell

34 tatsächliches Unterkiefermodell 6 virtuelle Zahn-Teilabdrücke Unterkiefer 8 Sockelplatte 0 Teleskopverbinder 2 Zylinderstift 4 Fixierschraube 6 Feststellschraube