Das Kiefergelenk ist eines der wichtigsten Gelenke des menschlichen oder tierischen Körpers, da sowohl die Nahrungsaufnahme als auch die Artikulation eng mit der Funktion dieses Ge- lenkes verbunden ist. Beim Menschen wird jedes Wort durch das Zusammenspiel von Kiefergelenk, Zunge, Zahnstellung, Kehlkopf und Lunge bestimmt.

Störungen in Teilfunktionen haben meist große Auswirkungen auf das Gesamtsystem, wobei den strukturellen, funktionellen, biochemischen und psychischen Fehlregulationen der Muskel- oder Gelenkfunktion der Kiefergelenke eine besondere Bedeutung zukommt. Fehlregula- tionen im Kieferbereich werden unter dem Begriff Craniomandibuläre Dysfunktion (CMD) zusammengefasst. Als Sammelbegriff wird CMD für eine Reihe an klinischen Symptomen der Kaumuskulatur und und/oder des Kiefergelenks sowie der dazugehörenden Strukturen im Mund- und Kopfbereich angewendet. Für eine solide Diagnose ist es daher unerlässlich die Bereiche der Myopathie, der Arthopathie und der Okklusopathie im Kieferbereich gesondert zu betrachten.

Okklusionsstörungen sind dabei häufig anzutreffende Probleme. Mit Okklusion werden in diesem Zusammenhang alle Kontakte zwischen den Zähnen des Ober- und Unterkiefers bezeichnet. Die Kontaktpunkte liegen auf der Okklusionsebene, die nicht planar, sondern in Sa- gittalen und der Transversalen gekrümmt ist. Man unterscheidet weiterhin die statische Okk- lusion von der dynamischen Okklusion. Während bei der statischen Okklusion die Zahnkontakte ohne Bewegung des Unterkiefers in Interkuspidation erfasst werden, spricht man von dynamischer Okklusion der Zahnkontakte infolge der Unterkieferbewegung. Die dynamische Okklusion lässt sich wiederrum- je nachdem welche Zähne betrachtet werden- in die dynami- sehe Okklusion der Frontzahnführung, Eckzahnführung oder- bei mehreren Zähnen- Grup- penzahnführung unterteilen. Ein weiterer Aspekt ist der Vorkontakt der Zähne, d.h. der vorzeitiger Kontakt eines Zahnes oder einer Zahngruppe beim Zusammenbiss oder bei Unterkieferbewegungen aus der Okklusion heraus, wodurch erhebliche Schädigungen am gesamten Zahnhalteapparat entstehen können.

Während man bei der statischen Okklusion mit einem einfachen Gipsmodell von Ober-und Unterkiefer auskommt, bedient man sich zur Feststellung der dynamischen Okklusion der Axiographie, einer kinematischen Methode zum Aufzeichnen von Bewegungsspuren des Unterkiefers. Mit Hilfe der Aufzeichnungen wird eine individuelle Scharnierachse für die Kie- fergelenke bestimmt. Zudem werden die Grenzbewegungen der Unterkiefer registriert. Hierzu sind verschiedene elektronische oder mechanische Aufzeichnungsgeräte bekannt, mit deren Hilfe eine exakte Modellübertragung in einen Artikulator möglich wird.

Artikulatoren sind Geräte zur Simulation der Kieferbewegung. Dazu werden die Gipsmodelle der Zahnbögen des Ober- und Unterkiefer in Okklusion in den Artikulator montiert. An- schließend kann die Bewegung der Kiefer zueinander simuliert werden, was als Grundlage zur Anfertigung von Zahnersatz, Teil- und Totalprothesen oder Schienen dient. Die Übertragung der gesammelten Axiographiedaten in einen Artikulator einerseits und die Herstellung von Gipsmodellen von Ober- und Unterkiefer zur Befestigung in einem Artikulator andererseits ist jedoch zeitaufwendig, fehlerbehaftet und im Hinblick auf Zahnbögenmodelle und die Artikulatoren materialintensiv und teuer.

Bisher wurden einige Verfahren und Geräte eingesetzt um die Bewegung des menschlichen Kiefers zu messen und aufzeichnen, darunter: mechanische, elektronische, Ultraschall, und elektromagnetische Techniken. Diese Systeme haben in der Regel eine physikalische Struktur ("Rahmen"), die an jedem der Ober-und Unterkiefer befestigt sind, wobei die relative Bewe- gung zwischen den Rahmen gemessen und aufgezeichnet.

Diese sogenannten Rahmen-basierten Kiefer Tracking-Systeme sind umständlich, zeitaufwendig um richtig am Patienten positioniert zu werden, haben eine begrenzte Genauigkeit, und ihre Anwesenheit stört naturgemäß eine individuelle natürliche Kieferbewegung.

Darüber hinaus weisen diese Systeme erhebliche praktische Einschränkung auf, da die Daten, die von den Rahmen erhalten werden untereinander synchronisiert werden müssen und zudem eine direkte dreidimensionale ("3D") Modell-Darstellung des Gebisses nicht direkt möglich ist sondern ein Umweg über Artikulatoren gegangen werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren bereit zu stellen, das die beschriebenen Nachteile vermeidet. Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, in dem auf Artikulatoren verzichtet werden kann. Daher stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls diagnostische Verfahren bereit, die objektive Einblicke in die verschiedenen Komponenten des Kauorgans erlauben und zudem die Bewertung von funktionellen Gesamtabläufen ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Simulation der dynamischen Okk- lusion zwischen Ober- und Unterkiefer, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:

I) Bereitstellen von 3D-Scan-Daten vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefers eines Patienten zur Berechnung eines virtuellen Gebissmodells aus Ober- und Unterkiefer,

II) Bereitstellen von axiographischen Daten zur Unterkieferbewegung des Patien- ten,

III) Überführen der Daten aus I) in ein virtuelles Gebissmodell aus Ober- und Unterkiefer und Überführen der Daten aus II) in einen virtuellen anatomischen Artikulator zur Simulation der Kieferbewegung,

IV) Herstellen einer Kombination aus dem virtuellen Gebissmodell und dem virtu- eilen Artikulator,

V) Simulation der Kieferbewegung zum Verifizieren der dynamischen Okklusion anhand der Kombination aus dem virtuellen Gebissmodell und dem virtuellen Artikulator.

VI) Berechnen und Modifizieren der simulierten Kieferbewegung im Hinblick auf den angestrebten Soll-Zustand der dynamischen Okklusion.

Mit dem Verfahren ist es erstmals gelungen die realen Artikulatoren zur Verdeutlichung der dynamischen Okklusion komplett durch ein digitales Bildgebungsverfahren virtuell zu ersetzen. Die damit verbunden Vorteile liegen damit auf der Hand: Da das Verfahren datenbasiert ist, entfallen Kosten und Material für einen aufwendigen Artikulator. Daneben entfallen zu- sätzlich die Kosten für die Herstellung individueller Zahnbogengipsmodelle zur Montage im Artikulator, was wiederrum zu einer enormen Zeitersparnis führt. Ein weiterer Vorteil liegt in der rein digitalen Handhabung, die weniger fehlerbehaftet und leichter in der Anwendung ist, da das rechnergestützte Verfahren schneller erlernt werden kann als der Umgang mit den bestehenden realen Artikulatorgeräten. Lediglich die Aufnahme der Daten, d.h. die Herstellung von Gebissabdrücken einerseits und die axiographische Vermessung des Kiefergelenks andererseits erfordert zahnmedizinisches Fachwissen. Auf der Grundlage dieser Datenaufnahme werden dann gemäß Schritt I) des Verfahrens 3D-Scan-Daten vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefers eines Patienten bereitgestellt, so dass ein virtuelles Gebissmodell aus Ober- und Unterkiefer berechnet werden kann.

In einer Ausführungsform des Verfahrens, basiert das Bereitstellen der 3D-Scan-Daten in Schritt I) auf der Aufnahme von Daten mittels interoralem Scan oder anhand eines mittels Abdruck hergestellten positiven Zahnmodells. Beim Abdruck- Verfahren nimmt das zahnmedizinische Fachpersonal zunächst einen Abdruck vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefer- bogens. Von diesem Abdruck wird anschließend ein Modell, vorzugsweise aus Gips, angefertigt. Anhand des Modells können mittels 3D-Scan Daten ermittelt und für die weitere Verarbeitung in dem hierin beschriebenen Verfahren bereitgestellt werden.

Weiterhin werden gemäß Schritt II) des Verfahrens axiographische Daten zur Unterkieferbe- wegung von Patienten bereitgestellt. Dazu werden Bewegungsspuren des Unterkiefers aufgezeichnet, so dass anschließend die individuelle Scharnierachse für die Kiefergelenke bestimmt werden kann. Zudem werden die Grenzbewegungen der Unterkiefer registriert. Bei der Erfassung der Daten werden somit kinematische Methoden angewendet. Zur Erfassung dieser Daten sind in der Praxis unterschiedliche Axiographiesysteme bekannt. In einer Ausführungsform des Verfahrens basiert das Bereitstellen der axiographischen Daten in Schritt II) auf elektromechanisch, optoelektronisch und/oder mittels Ultraschall ermittelten Daten. Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die am häufigsten verwendeten elektronischen Axiographiesysteme und die damit verbundene Art der Messung:

Tabelle 1 :

Hersteller System Ort der Messung Art der Messung Gamma CADIAX Compact II gelenknah elektromechanisch

Gamma CADIAX Diagnostic gelenknah elektromechanisch

Dentron Freecorder BlueFox gelenknah opto elektronisch

SAM AXIOGRAPH gelenknah elektromechanisch

SAM Axio quick Recorder gelenkfern Ultraschall

KaVo ARCUSdigma gelenkfern Ultraschall

Zebris Jaw Motion Analyzer gelenkfern Ultraschall

Die durch die Axiographiemessung gesammelten Daten werden gemäß Schritt II) des Verfahrens für die weitere Verwendung in dem Verfahren bereit gestellt.

Im Schritt III) des Verfahrens werden die in Schritt I) bereit gestellten Daten in ein virtuelles Gebissmodell überführt. Dazu werden die 3D-Scan-Daten der Ober- und Unterkieferzahnbö- gen, die z.B. als CAD-Dateien vorliegen, in einen Rechner eingelesen und in ein virtuelles Ober- und Unterkiefermodell übertragen. Entsprechend wird mit den Axiographiedaten ver- fahren, die in einen virtuellen anatomischen Artikulator zur Simulation der Kieferbewegung überführt werden. Durch das Zusammenführen der Datensätze aus dem virtuellen Gebissmodell und dem virtuellen Artikulator in Schritt IV) des Verfahrens entsteht ein virtuelles digitales Modell aus einem Gebissmodell und einem Artikulator, mit dessen Hilfe alle Arbeiten zur dynamischen Okklusion simuliert werden können, die ansonsten nur mit einem Kiefergips- modell in einem realen Artikulator möglich wären.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der so entstandene virtuelle Artikulator Einstellungsmöglichkeiten ausgewählt aus der Gruppe von: Bennett- Winkel, Gelenkbahnneigung, terminaler Schnarnierachse, Frontzahnführung, immidiate side shift und progressive side shift auf. Somit sind mit dem virtuellen Artikulator alle Einstellungsmöglichkeiten simulierbar, die denen eines realen Artikulators entsprechen. Dies ist besonders vorteilhaft, da somit der reale Artikulator vollkommen ersetzt werden kann, ohne dass es zu Einschränkungen in der Beurteilung der Okklusion kommt. Mit dem virtuellen Artikulator werden somit Mittelwertartikulatoren, teiljustierbare Artikulatoren als auch Vollwertartikulatoren gleichermaßen ersetzt. Eine Simulation der Kieferbewegung zum Verifizieren der dynamischen Okklusion gemäß Schritt V) des Verfahrens ist damit virtuell durchführbar. Wie bereits erwähnt wird dabei besonderes Augenmerk auf die dynamische Okklusi- on gelegt, da zu deren Beurteilung ein realer Artikulator bislang unumgänglich war, während für die Beurteilung der statischen Okklusion ein Gebissmodell ausreichend war.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der ist der virtuelle Artikulator ein non- Arcon oder Arcon-Artikulator. Bei dem non-Arcon-Artikulator ist der Aufbau des virtuellen Gerätes umgekehrt wie b eim mens chlichen Kiefer, so dass die Kondylen im Artikulatoroberteil platziert sind. Bei dem Arcon-Artikulator entspricht der virtuelle Aufbau den menschlichen anatomischen Gegebenheiten des Kiefergelenks. Die Anordnung hat jedoch keine Auswirkung auf die Funktionen des virtuellen Artikulators, da die Relativbewegung des Unterkiefers zum Oberkiefer bei beiden technischen Ansätzen gleich ist.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Überführen der Daten in Schritt III) und die Kombination in Schritt IV) über geeignete programmgesteuerte Daten- Schnittstellen. Insbesondere zum Einlesen der axiographischen Daten werden entsprechend den gängigsten Axiographiesysteme geeignete Schnittstellen vorgehalten um den Transfer der Daten so einfach wie möglich zu gestalten. Gleiches gilt für die 3D-Scan-Daten der Kieferbo- genmodelle. Je nach bereitgestelltem Datenformat erkennt das rechnergesteuerte System, das im vorliegenden Verfahren zum Einsatz kommt, die einzelnen Formate und fügt sie zu einem digitalen Datensatz aus Gebissmodell und Artikulator zusammen. Die so entstehende digitale Kombination aus Gebissmodell und Artikulator wird somit digital abgebildet, so dass man bei dem vorliegenden Verfahren auch von einem digitalen Bildgebungsverfahren sprechen kann.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird mit dem Berechnen und Modifizieren in Schritt VI) der iterative Okklusionsverlauf vom Ist- zum Soll-Zustand dargestellt. Die iterative Näherung vom Ist- zum Soll-Zustand ist insbesondere für therapeutische Anwendungen von Vorteil, da so bei Funktionsstörungen des Kiefergelenkes die einzelnen Zwischenschritte auf dem Weg zum Soll-Zustand für das behandelnde medizinische Fachpersonal optimal abgebildet werden können. Entsprechend der Anzahl der iterativen Schritte lassen sich somit z.B. okklusale Schienentherapien besser planen und in entsprechende kieferorthopädi- sehe Schienen umsetzen.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden daher in einem zusätzlichen Schritt VII) die in Schritt VI) berechneten und modifizierten simulierten Kieferbewegung zur Berechnung und Herstellung eines realen Zahnersatzes, einer Teilprothese, einer Totalprothese oder einer kieferorthopädischen Apparatur bereitgestellt. Die durch die Simulation der Kie- ferbewegung errechneten Daten zur dynamischen Okklusion lassen sich somit eins zu eins in gängige generative Herstellungsverfahren zum Erstellen realer Gebissmodelle als Grundlage zur Anfertigung von Zahnersatz und kieferorthopädischen Korrekturapparaturen einbinden. Mit diesem weiteren Schritt schließt sich somit der Kreis zwischen dem vorliegenden digita- len Bildgebungsverfahren und den Fertigungstechniken für Zahnersatz oder Hilfsmitteln zu Korrektur aufgrund einer unzureichenden dynamischen Okklusion. Davon losgelöst findet das Verfahren jedoch generell in allen Bereichen der Diagnostik und Therapie von Kraniomandibulären Dysfunktionen Anwendung.

In einem besonderen Aspekt wird jedoch ein Verfahren zur generativen Herstellung eines Zahnersatzes, einer Teilprothese, einer Totalprothese oder einer kieferorthopädischen Apparatur bereit gestellt, bei dem die Herstellung auf dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Simulation der dynamischen Okklusion basiert. Weitere Anwendungen für das vorliegende Verfahren ergeben sich- neben der Kieferorthopädie- im Bereich der Forensik und natürlich im Bereich Forschung und Entwicklung.

Besonders bevorzugt zu dem oben gesagten stellt die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt weitere Verfahren bereit, die insbesondere die Erfassung und Vermessung der Bewegungen des Kiefers erlauben und somit auch zur Diagnose der Craniomandibuläre Dysfunktion (CMD) geeignet sind als auch zur Herstellung entsprechender Behandlungshilfen um Fehlstellung der Kieferbögen oder Fehlfunktionen des Kiefergelenks zu behandeln.

Im Besonderen wird erstmals ein Verfahren bereitgestellt, das in Echtzeit die Bewegung des Kiefers sowie Kiefergelenks ohne virtuelle Artikulatoren darstellt und ggf. weitere relevante Messdaten bereitstellt. Ebenfalls lassen sich mit den erfindungsgemäßen Verfahren Dysfunk- tionen und Myoathropathien im Kausystem, Okklusionsstörungen, Parafunktionen des Kauapparates und/oder chronische Kiefergelenkserkrankungen diagnostizieren.

Erfindungsgemäß wird sogar nur ein Scan-Gerät zur Erstellung der virtuellen Gebissmodelelle sowie der Aufzeichnung der Unterkieferbewegung verwendet. Dies wird mit Hilfe eines sogenannten visuellen 3D Tracking- Verfahrens, wie weiter unten aufgeführt, erreicht. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin begründet, dass während der Behandlung des Patienten die Bewegung seines Unterkiefers aufgezeichnet wird und sogar direkt im An- schluss an die Aufnahme zusammen mit dem Patienten die Computer-gestützte Diagnose stattfinden kann, ohne teure und zeitaufwändige Verwendung von virtuellen Artikulatoren. Ein großer Vorteil des vorliegenden Verfahren ist es, dass nur eine Messung am Patienten durchgeführt werden muss und nicht wie sonst üblich mindestens 2 oder mehrere um eine verlässliche Messung zu erhalten.

Für die Diagnose können zusätzlich so-genannte haptische Feedback Computerprogramme eingesetzt werden, die die anatomischen Besonderheiten des Gelenkkopfs des Kiefergelenkes, der Okklusion des Kiefers darstellen und vermessen können, wodurch erstmals eine virtuelle Diagnose bereitgestellt werden kann, ohne dass operative Maßnahmen notwendig sind. Die hier bereitgestellten Verfahren weisen im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik kostengünstigere sowie zeitlich verkürzte Verfahren auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich den Effekt zu Nutze, dass der Oberkiefer, das Kiefergelenk und die Schädelplatte, d.h. die knochigen Strukturen des Schädels starre Gebilde sind, die Ihre Relationen zueinander innerhalb des Raumes auch nicht während einer Bewegungen des z.B. Kauorgans verändern. Diese Patienten-spezifischen Relationen der knöchrigen Strukturen werden einmalig durch eine statische Momentaufnahme, z.B. Gebissabdrücke, ggf. zusätzlich eine Röntgenaufnahme, die auch im Rahmen einer Routineuntersuchung erstellt werden können, generiert.

Mittels einem Trackingverfahren, werden die Kaubewegungen eines Patienten verfolgt, gemessen und aufgezeichnet. Dieser digitale Realtime Datenpfad, der bereits alle Informationen der Kaubewegung des Patienten enthält wird, kann anschließend über das virtuelle Gebissmodels sowie des ggf. Kiefergelenks des Patienten mittels einer geeigneten 3D oder CAD Soft- wäre gelegt werden, wodurch die Kaubewegung auf das virtuelle Gebiss und Gelenk, übertragen wird. Dies ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren, da sonstige im Stand der Technik verwendete Geräte und Programme lediglich ein Datenpaket bereitstellen, die umständlich über Synchronisierungssignale und virtuelle Artikulationssoftware virtuell einen Bewegung des Kauorgans simulieren und berechnen. Eine weitere Analyse auf die kno- chigen Strukturen ist nicht möglich.

Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Trackingdaten die 3D Koordinationsdaten der Unterkieferbewegung im Raum bereitstellt sowie zusätzlich weitere Messdaten generieren kann und diese Informationen direkt mit der digitalen 3D Ansicht der statischen Aufnahmen der knöchernen Strukturen des Patientenschädels überlagert und dargestellt werden können, ohne das weitere Schritte erforderlich sind.

Somit erhält man erstmals innerhalb kürzester Zeit alle erforderlichen Daten um die dynami- sehe Okklusion des Kiefers, den Bewegungsablauf des Unterkiefers, die Auswirkung der Bewegung auf die knöchernen Strukturen, wie beispielsweise des Kiefergelenks darzustellen und zu analysieren.

Ebenfalls entfallen neben der virtuellen Artikulation auch die sonst üblichen Synchronisie- rungsschritte und Signale, die sonst bei den bekannten Verfahren des Standes der Technik notwendigerweise durchgeführt werden müssen. Beispielsweise müssen bei dem Ultraschallsystem von Kordaß, siehe auch die internationale Anmeldung WO2012/016832, das Ultraschallsystem und das optisches Messsystem durch Infrarotlichtimpulse synchronisiert werden. Dadurch werden zusätzliche Beleuchtungseinheiten sowie ein zusätzliches Infrarotsystem benötigt.

Darüber hinaus braucht man bei dem erfindungsgemäßen 3D visuellen Tracking- Verfahren auch keine unnötigen Kabel, die am Patienten befestigt werden müssen, da das Tracking- Verfahren wie ein Filmkamera, die Markierungselemente erkennt, funktioniert.

Daher betriff die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur digitalen Erfassung der Bewegung eines Unterkiefers in Relation zu den knochigen Strukturen des Schädels eines Patienten mittels eines 3D Scan und eines 3D Tracking- Verfahrens, umfassend die Schritte:

I) Bereitstellen von 3D-Scan-Daten vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefers eines Pati- enten zur Berechnung eines virtuellen Gebissmodells aus Ober- und Unterkiefer,

II) Erfassung von Bewegungen des Unterkiefers relativ zu einer knochigen Struktur des Schädels eines Patienten mit Hilfe mindestens einer optischen Markierungsseinheit;

III) Überlagern der digitalen Daten aus Schritt I) mit den Daten aus Schritt II) um die Kieferbewegung des Patienten virtuell darzustellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird hier kein virtueller Artikulator verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden keine Kabel an den Patienten angebracht. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur digitalen Darstellung bzw. Diagnose einer Craniomandibuläre Dysfunktion (CMD), aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:

I) Bereitstellen von 3D-Scan-Daten vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefers eines Pati- enten zur Berechnung eines virtuellen Gebissmodells aus Ober- und Unterkiefer,

II) Erfassung von Bewegungen des Unterkiefers relativ zu einer anderen knochigen Struktur des Schädels eines Patienten mit Hilfe mindestens einer optischen Markierungsseinheit;

III) Überlagern der digitalen Daten aus Schritt I) mit den Daten aus Schritt II) um die Kieferbewegung des Patienten virtuell darzustellen;

wobei eine Fehlregulation des Kiefergelenks und/oder eine Okklusionsstörung indikativ für eine CMD ist.

In einer Ausführungsform ist die knochige Struktur in den beiden oben genannten Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Oberkiefer, Schädelplatte und Kiefergelenk oder einer Kombination davon. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren den zusätzlichen Schritt des V) ggf. modifizieren der digitalen Kieferbewegung. Erfindungsgemäß kann mittels geeigneten Computerprogrammen, wie einer CAD und/oder 3D und/oder haptischer Feedback Software ein Soll-Zustand der Zähne, der Kieferbögen (alleine oder beide) errechnet werden, in dem die zuvor beobachtete Fehlstellung, Funktion oder Bewegung des Kiefergelenks digital korrigiert (simuliert) wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird im Schritt I) ebenfalls eine 3D Aufnahme des Kiefergelenks des Patienten durchgeführt. Geeignete Verfahren zur Analyse des Kiefergelenks sind beispielsweise die 3D Röntgenana- lyse, MRT, CT, Digitale Volumentomographie (DVT), Angiographie, Ultraschall oder andere bildgebende Verfahren, die es ermöglichen Knochenstrukturen, wie das Kiefergelenk sichtbar zu machen.

Ebenfalls kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer 3D Analyse wie der digitalen Vo- lumentomographie (DVT) oder 3 D Röntgenanalyse kombiniert werden, wodurch sich erstmals gleichzeitig zur Bewegung des Unterkiefers auch die Kiefergelenkbewegung sowie die umliegenden Hartgewebsstrukturen 1 : 1 abbilden lassen. Knochendicke und -beschaffenheit können sicher bestimmt und untersucht werden. Dadurch kann in einer einzigen Sitzung eine umfassende Analyse in Echtzeit erstellt werden und Zusammenhänge zwischen der Zahn/Kieferbewegung zueinander und mit den Bewegungen im Kiefer (Zahnwurzeln) und dem Kiefergelenk bei verschiedenartigen Kau-/Knirsch-Bewegungsvorgängen untersucht werden.

In einer alternativen Ausführungsform betriff die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur digitalen Darstellung bzw. Diagnose einer Craniomandibuläre Dysfunktion (CMD), aufweisend die folgenden Schritte:

I) gewinnen von Daten der optischen Digitalisierung von einem Kieferbogen- oder beiden Kieferbögen-Modellen oder Teilmodellen eines Kiefers oder beider Kiefer;

II) gewinnen digitaler Daten mittels 3D Tracking, die eine Kaubewegung eines Patienten in Echtzeit darstellen;

III) nachfolgender CAD-Konstruktion der vorhergenannten digitalen Daten; und

IV) ggf. berechnen einer soll Kieferbogenstellungen bzw. der einzelnen Zähne damit das Kiefergelenk entlastet wird beschreiben.

Zuerst werden die erstellten Positivmodelle des Patienten in ein virtuelles Gebissmodell überführt. Dafür werden die 3D-Scan-Daten der Ober- und Unterkieferzahnbögen, die vorliegen, in einen Rechner eingelesen und in ein virtuelles Ober- und Unterkiefermodell übertragen. Ebenfalls werden routinemäßig Gebissregistrate des Patienten angefertigt, indem der Patient auf ein Wachsplättchen beißt oder es wird etwas aushärtende Masse auf die Zähne gegeben und der Patient beißt solange zu bis die Masse ausgehärtet. Anhand dieser Registrate kann die Verzahnung des Ober- und Unterkiefers zu einander bestimmt werden, diese Verzahnung wird ebenfalls gescannt.

Anhand der eines oder beider Positivmodelle des Unter- und Oberkiefers, wird die optische Markierungseinheit, eine Halterung die mit dem Messsystem zusammenarbeitet, hergestellt. Diese ist derart ausgestaltet, dass diese ohne den Patienten beim Kauen zu behindern, getragen werden kann und im Mundraum dennoch fest verankert vorliegt. Zusätzlich ragt mindestens eine Verlängerung aus dem Mundraum heraus, an dem aktive oder passive Markierungselemente, sogenannte Positionssensorik, die Markierungselemente, angebracht sind.

Solche auch als Paraokklusionslöffel bezeichneten Verlängerungen sind im Stand der Technik bekannt, und können beispielsweise als Kappe, Schiene (Patienten-spezifisch) oder mittels eines Dentalklebstoff oder Gummis an den Zähnen des vorzugsweise Unterkiefers (universal), befestigt werden. Für weitere mögliche Ausgestaltungen siehe die Veröffentlichung von Rüge und Kordaß, 2008, Computergestützte Visualisierung der dynamischen Okklusion, digital dental news, 6 - 12 oder EP 0316297 B 1. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Markierungseinheit keine Patienten-spezifische Vorrichtungen oder ist eine maß- genaue, d.h. Patienten-spezifische Vorrichtungen.

Der Vorteil zunächst Positivmodelle für das digitale Gebissmodell zu verwenden liegt dabei in der Qualität des 3D Scans begründet. Daher ist ebenfalls von der Erfindung umfasst, dass auch ein intraoraler Scan ohne Positivmodelle direkt von dem Unter- und Oberkiefer angefertigt werden könnte. Jedoch birgt eine solche Aufnahme die Gefahr, dass nicht alle Details der Zähne abgebildet werden können oder durch die zusätzlichen Informationen in Form von der Zunge und des Mundraumes und das spätere herausrechnen dieser Information kann es zu Qualitätsverlusten der digitalen Aufnahmen kommen. Natürlich wäre eine solche Ausgestaltung denkbar, wenn u.a. die Rechenleistung der Computer in naher Zukunft deutlich höher ist.

In einer Ausführungsform des Verfahrens basiert das Erfassen und/oder Bereitstellen der digi- talen Daten im Schritt I) auf der Aufnahme mittels eines 3 D Scanners, der in der Lage ist optische Signale digital an eine Software zu senden, die daraus eine 3D Ansicht bzw. ein virtuelles Kieferbogen und/oder Gebissmodell erstellen kann. Diesbezügliche Kameras und Software, d.h. 3 D Scanner sind dem Fachmann bekannt.

Zumeist bestehen 3D Scanner aus einem Sensor, z.B. einer Kamera, die in eine Apparatur eingefasst sein kann und einer Computerarbeitsstation, die die digitalen Aufnahmen visuali- siert und an der die Daten weiter bearbeitet werden können.

Jedes Kamerasystem, dass in der Lage ist 3D Aufnahmen des Unterkieferbogens und/oder des Oberkieferbogens zu erstellen bzw. digital bildlich wieder zugeben, kann verwendet werden.

Bevorzugt ist die Aufnahme der Übergangsstadien ("Ist-Stadien") der simulierten kieferortho- pädischen Korrekturbewegung mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe a) Stereo fotografie bzw. 3D-Fotografie

b) Stereo video grafie bzw. 3D-Videografie

c) 3D-Realtime-Scanning

d) 3D-Tracking e) 3D-Vermessungsverfahren

f) Lichtfeld-Fotografie

Für die Dateneingabe kann ein bildgebendes Verfahren oder ein 3D-Vermessungsverfahren oder eine Kombination der beiden Methoden verwendet werden. 3D-Vermessungsverfahren beruhen auf sogenannten Koordinatenmessarmen, wie dies beispielsweise von der Firma FARO Technologies angeboten werden.

Lichtfeldkameras unterscheiden sich in ihrem Aufbau von anderen Kameras. Eine Lichtfeldkamera verfügt über einen Bildsensor, welcher sich hinter einem speziellen Linsengitter befindet. Dank der zahlreichen Linsen fallen nicht einzelne Lichtpunkte auf den Sensor, viel- mehr wird jeder Lichtpunkt zu einem Kreis erweitert. Die zwischen dem Objektiv sowie dem Sensor angeordneten Mikrolinsen tragen dafür Sorge, dass nicht bloß die Menge des einfallenden Lichts, sondern dazu auch dessen Ausbreitungsrichtung erfasst werden kann. Aus diesen Informationen lassen sich dann wiederrum virtuelle Schärfeebenen berechnen, die es schließlich ermöglichen, nach der Aufnahme eines Bildes noch entscheidende Modifikationen an diesem vorzunehmen. Das mit einer Lichtfeldkamera aufgenommene Lichtfeld enthält eine derart große Zahl an Informationen, dass ohne Probleme zwischen einem dreidimensionalen und einem zweidimensionalen Bild gewechselt und dabei auch problemlos die Schärfentiefe verändert werden kann. Auf diese Weise können auch dreidimensionale Abbildungen, die im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, erzeugt werden. Lichtfeldkameras wer- den beispielsweise von der Firma Raytrix GmbH angeboten.

Bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein hochauflösender optischer Digitalisierer, der auch dreidimensionale Messdaten schnell und präzise liefern kann, der auch als 3D oder visuelles oder 3D visuelles Tracking Verfahren bezeichnet wird, verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform werden vor dem Scan im Schritt II) Markierungselemente an mindestens den Paraokklusionslöffel angebracht. Durch diese Platzierung von Markierungselementen an dem Paraokklusionslöffel der sich im Unterkiefer befindet und optional an dem Oberkiefer/Kopf/Gesicht oder Ähnlichem angebracht wird, kann mit dem 3D Tracking- verfahren die Unterkieferbewegung eines Patienten aufgezeichnet werden und erstmals in Echtzeit, d.h. "Realtime" bereit gestellt werden. 3D Tracking wird ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als visuelles Tracking bezeichnet. Bevorzugt sind die Markierungselemente die als kontrastreiche Gebilde ausgestaltet sind. Besonders bevorzugt sind die Markierungselemente als kleine geometrische Flächen, Punkte, Sterne, Quadrate, reflektierende Flächen oder Leuchtmittel (fluoreszierend, glänzend etc.) ausgestaltet. Jedes Gebilde kann als Markierungselement verwendet werden, solange es genü- gend Kontrast zum Untergrund bietet um von einem Sensor erkannt bzw. erfasst zu werden.

In einer Ausführungsform können 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Markierungselemente oder eine Vielzahl der Markierungselemente auf die Innenseite bzw. Außenseite eines Zahn oder einer anderen Stelle im Mund oder Gesicht des Patienten angebracht werden oder als ein größeres zusammenhängendes Element wie ein Streifen etc. auf die Zähne und/oder den Löffel und/oder das Stirnband und/oder dem Kopfstirnband angebracht werden.

Wichtig ist dabei, dass so viele Markierungselemente aufgebracht werden, bis alle sechs Freiheitsgrade zuverlässig bestimmt werden. Zusätzliche Elemente, beispielsweise auf einem Stirnband des Patienten sind optional und dienen dem Herausrechen von Bewegungen des Kopfs, wenn der Kopf des Patienten sich während der Kaubewegung deutlich bewegt. Da- durch müsste der Patient auch nicht länger in einer sitzenden, d.h. möglichst ruhigen Position verbleiben, sondern könnte auch im Stehen oder gehend die Kaubewegungen aufzeichnen lassen. Dies wäre für Tiere oder kleine Kinder von Vorteil, während bei erwachsenen menschlichen Patienten dies nicht notwendig ist.

Zudem kann mit dem 3D Trackingverfahren nicht nur die horizontalen Koordinaten der Un- terkieferbewegung, sondern zudem auch eine Kaukraftkoordinate zur Beurteilung des "Bisses" in der dritten (vertikalen) Dimension festgestellt werden.

Nach der Platzierung des Löffels im Mund des Patienten, kaut der Patient beispielsweise auf einem Kaugummi und/oder simuliert eine Kaubewegung für eine gewisse Zeit. Dies wird mit einer der oben aufgeführten visuellen Tracking Kameras gefilmt.

Das 3 D/visuelle Tracking -Verfahren basiert auf der Registrierung und Verfolgung bestimmter Punkte, der so genannten "Tracking Points", die durch die Markierungselemente bereitgestellt werden. Die Bewegung eines Objektes im 3-D Raum kann mit diesem Verfahren bei Verwendung von mindestens 3 Tracking Points/Objekt verfolgt werden. Die Software kann die Position dieser Punkte während der Bewegung verfolgen und somit die genaue Position des Objektes nach oder während der Bewegung bestimmen. Diesbezügliche Geräte sind dem Fachmann bekannt; siehe beispielsweise die U.S. Pat. No. 6,608,688, oder US7336375. Jedoch wird in keinem der bisher bekannten Verfahren die direkte Verwendung dieser Daten für die Darstellung eines Kauvorgangs dargestellt beziehungsweise nahegelegt. Somit werden die Unterkieferbewegung erstellt, da während des 3D Trackings über eine gewisse Zeit, beispielsweise 1, 2 ,3 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 Sekunden, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20 Minuten die Veränderung der Markierungspunkte relativ zum Raum d.h. ein Fixpunkt außerhalb des Gesichts (Praokklusionslöffel), und/oder beispielsweise ein Gestell, das nah am Patienten angebracht ist, oder am Patienten- Schädel, -Oberkieferbogen und/oder -Kiefergelenk gemessen.

Da bildgebende Verfahren und tracking-V erfahren einer ständigen Weiterentwicklung mit einer resultierenden Leistungssteigerung unterliegen, kann und muss diesbezüglich keine Minimal Dauer festgelegt werden. Tracking-V erfahren können ebenfalls zu den bildgebenden Verfahren gehören.

In einer Ausführungsform kann die Software gleichzeitig die Bilddaten des 3D Scans sowie die Tracking Points in Echtzeit bzw. Realtime in einem Bild darstellen. Anhand dieser Aufnahmen der Markierungspunkte kann eine aufgezeichnete Kieferbewegung wiederabgespielt und analysiert werden. Ebenfalls kann mittels gängiger Software eine geänderte d.h. Soll- Okklusion erstellt bzw. simuliert werden.

Ebenfalls kann die Auswirkung der Kraft, die durch die Kaubewegung auf das Kiefergelenk wirkt, für jede Sekunde bzw. Bewegungsmoment analysiert werden. Dabei können sogenann- te haptische Feedback Programme helfen. Solche Programme sind im Stand der Technik bekannt und helfen bei der Diagnose. Die haptische 3D Modellierungs-Software Cloud9 von Anarkik3D, bieten neben 3D Modellierung auch eine eigene 3D Maus. Mithilfe solch einer speziellen Maus kann man nicht nur virtuell durch den Raum steuern, sondern erhält auch ein haptisches Feedback zum 3D-Modell. Ebenfalls Labor Virtual Prototyping eingesetzte System der Firma SensAble Technologies, Inc.®. kann verwendet werden.

Basierend auf diesen Daten, kann erstmals ein umfassendes Diagnoseverfahren bereitgestellt werden, dass es dem Fachmann ermöglicht die Bewegung der Zähne im Unter- sowie Oberkiefer relativ zu der Bewegung des Kiefergelenks sowie optional auch der Zahnwurzeln bild- lieh darzustellen und Simulationen der dynamischen Okklusion im Ist- und Soll-Zustand u.v.m. durchzuführen.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren der Kieferbewegung errechneten Daten lassen sich somit eins zu eins in gängige generative Herstellungsverfahren zum Erstellen realer Gebissmodelle als Grundlage zur Anfertigung von Zahnersatz und kieferorthopädischen Korrekturapparaturen einbinden. Für die diesbezügliche Durchführung sind Anleitungen im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können die gescannten Oberflächen in das Vermessungs-Programm zur dreidimensionalen Diagnose und Therapieplanung VoXim® (IVS Solu- tions, Chemnitz, Deutschland) eingelesen und weiter bearbeitet werden. Andernfalls können die simulierten Soll-Daten auch direkt an CAM oder 3D Printer geschickt werden und so der Zahnersatz und/oder kieferorthopädischen Korrekturapparaturen direkt erstellt werden.

In einem weiteren Aspekt betriff die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zahnmedizischen Gerätes oder eines Zahnersatz, wie Inlays, Implantate, Kronen, Teilkronen oder Tabletops, das in der Behandlung von Funktionsstörungen im Kiefergelenk verwendet wird, umfassend die folgenden Schritte:

i) gewinnen von Daten der optischen Digitalisierung von einem Kieferbogen- oder beiden Kieferbögen-Modellen oder Teilmodellen eines Kiefers oder beider Kiefer;

ii) gewinnen digitaler Daten mittels 3D Tracking einer Kaubewegung eines Patienten in Echtzeit;

iii) nachfolgender CAD-Konstruktion der vorhergenannten digitalen Daten

iv) berechnen der Kieferbogenstellungen bzw. der einzelnen Zähne damit das Kiefergelenk entlastet wird

v) bereitstellen eines zahnmedizischen Gerätes.

Das zahnmedizische Gerät kann ein kieferorthopädisches Behandlungsinstrument, wie Brackets, Aligner, Retainer, Nachtschienen, Knirschschienen, Aufbissschinen, oder ein Positiv und/oder Negativmodell mindestens eines Stadiums auf Basis der gewonnenen digitalen Daten des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer CAM-Technik hergestellt wird sein. Weiterführende Anleitung kann der WO0141670 entnommen werden, worin ein Verfahren zur Herstellung von Zahnersatz dargestellt wird. Dabei kann die kieferorthopädische Behandlungshilfe sowohl auf den digitalen Daten bzw. Datensatz basieren, die während des Scans aufgenommen wurden und/oder auf den errechneten Daten bzw. Datensätzen, die eine Simulation einer optimierten (Soll-Zustand/Stadium) Zahnanordung darstellen. Ebenfalls kann jede Momentaufnahme, auch Soll-Stadium genannt, des simulierten Bewegungsablaufs, d.h. eine Vielzahl an Soll-Stadien, beziehungsweise die dies bezüglichen Datensätze, verwendet werden.

Dies kann beispielsweise durch 3D-Plotten oder CNC-Fräsen eines Positiv- und/oder Negativmodells, oder einer kieferorthopädischen Behandlungshilfe basierend auf den Datensätzen erfolgen, die einem Ist- oder Soll-Stadium entnommen wurden.

Darüber hinaus eignet sich das Verfahren auch Knirschschienen, Auf issschinen und der Gleichen herzustellen, ohne das mechanische Artikulatoren oder ähnliche Bewegungsanlysen an physikalischen Positivmodellen mittels anspruchsvoll zu erstellenden Gebissregistraten erstellt werden müssen. Zudem kann mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens erstmals in Echtzeit, in Anwesenheit des Patienten, alle notwendigen Daten generiert werden, die für die Erstellung einer Diagnose und einem Behandlungsplan notwendig sind, wodurch dieser direkt mit dem Patienten abgestimmt werden kann. Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten Figuren erläutert. Die Figuren zeigen konkrete Ausführungsformen und sind nicht dazu gedacht die Erfindung in irgendeiner Form zu beschränken:

Die Figuren zeigen die einzelnen Schritte des Verfahrens schematisch abgebildet. Im Schritt I) werden die 3D-Scan-Daten vom Ist-Zustand des Ober- und Unterkiefers eines Patienten zur Berechnung eines virtuellen Gebissmodells aus Ober- und Unterkiefer bereitgestellt. In Schritt II) werden die axiographischen Daten zur Unterkieferbewegung des Pateinten bereitgestellt. Schritt I) und Schritt II) können zeitlich parallel verlaufen und sind nicht als zeitlich nacheinander angeordnet zu betrachten. Anschließend werden in Schritt III) (Fig. 1) die Daten aus I) und II) in ein virtuelles Gebissmodell aus Ober- und Unterkiefer bzw. in einen virtuellen anatomischen Artikulator zur Simulation der Kieferbewegung überführt. Es folgt die Herstellung einer Kombination aus dem virtuellen Gebissmodell und dem virtuellen Artikulator in Schritt IV) (Fig. 2). Mit der Kombination aus dem Gebissmodell und dem axiographische Daten enthaltenden virtuellen Artikulator kann nun in Schritt V) (Fig. 3) die Simulation der Kieferbewegung zum Verifizieren der dynamischen Okklusion anhand der Kombination erfolgen. Basierend auf der Simulation erfolgt in Schritt VI) (Fig. 4) die Berechnung und Modifizierung der simulierten Kieferbewegung im Hinblick auf den angestrebten So 11- Zustand der dynamischen Okklusion.

In Fig 5. ist ein Patient (1) gezeigt, in dessen Mundraum sich eine mögliche Ausgestaltung eines Paraokklusionslöffels (2) befindet. An dem Paraokklusionslöffel (2) befinden sich die Markierungselemente (3), die von dem 3 D Trackingverfahren detektiert werden können. In Abb. 6 ist der Paraokklusionslöffel (2) in einer weiteren Ausgestaltung dargestellt, in dem der sich im Mund befindende Teil als eine Patienten-spezifische Schiene ausgestaltet ist und an dem Stab, der aus dem Mund herausragt, drei passive Markierungselemente (3) aufgetragen sind. Ein Sensor, kann Markierungselemente (3) detektieren und zeichnet die Bewegung der Markierungselemente (3) über die Zeit auf. Die erhalten Signale (digital) werden an eine Computerarbeitsstation gesendet. Anhand der zuvor bereitgestellten virtuellen Kieferbogen- modell-Daten werden Bewegung der Kieferbögen verrechnet und der aufgezeichnete Bewegungsablauf anhand des Kieferbogenmodells (5) dargestellt. Die Patienten-spezifischen Relationen der knöchrigen Strukturen werden einmalig durch eine statische Momentaufnahme, z.B. Gebissabdrücke sowie ggf. zusätzlich durch eine 3D Röntgenaufnahme erstellt und mit Hilfe eines 3D Scanners, der auch später das 3D Trackingverfahren durchführt eingescannt (siehe Fig. 1 bzw. nicht dargestellt), und als digitales 3D Kieferbogenmodell (5) dargestellt.