Verfahren für die Diagnostik in der Kieferorthopädie

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Diagnostik in der Kieferorthopädie, wobei mindestens eine initiale zwei ^¬ dimensionale Röntgenaufnahme eines Kopfes aufgenommen wird.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Diagnostik in der Kieferorthopädie bekannt. Bei einer cephalometrischen Analyse wird eine seitliche cephalometrische Röntgenaufnahme durchgeführt und charakte ^¬ ristische Strukturen in dieser cephalometrische Röntgenauf ^¬ nahme vermessen. Dabei werden unterschiedliche kieferortho ^¬ pädische Messgrößen ermittelt, wie beispielsweise eine Frankfurter Horizontale, ein Abstand zwischen dem Kinn und dem Kiefergelenk oder ein Abstand zwischen der Schädelbasis und dem Kiefergelenk.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die kie ^¬ ferorthopädischen Messgrößen bei hohem Zeitaufwand manuell in der seitlichen cephalometrischen Röntgenaufnahme ausgemessen werden.

Bei einer Verlaufsdiagnostik werden in regelmäßigen Zeitabständen mehrere cephalometrische Röntgenaufnahmen durchge ^¬ führt, wobei in jeder der zweidimensionalen cephalometri- sehen Röntgenaufnahmen die wesentlichen kieferorthopädischen Messgrößen ausgemessen werden und die zeitabhängige Veränderung dieser Messgrößen abhängig von der Behandlung beurteilt werden kann.

Ein weiterer Nachteil der klassischen cephalometrischen A- nalyse besteht darin, dass die ausgemessenen kieferorthopä- dischen Messgrößen abhängig von der Positionierung und der Ausrichtung des Patientenkopfes sind. Eine fehlerhafte Po ^¬ sitionierung des Patientenkopfes kann also zu Messfehlern führen . Die Aufgabe der völligen Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Diagnostik in der Kieferorthopädie bereit zu stellen, das eine sichere, fehlerfreie und Zeit sparende Analyse und Ermittlung der kieferorthopädischen Messgrößen ermöglicht .

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Diagnostik in der Kieferorthopädie, wobei mindestens eine initiale zwei ^¬ dimensionale Röntgenaufnahme eines ersten Bereichs eines Kopfes aufgenommen wird. Anschließend wird mindestens eine dreidimensionale Röntgenaufnahme eines zweiten Bereichs ei ^¬ ner Zahnsituation aufgenommen, wobei die dreidimensionale Röntgenaufnahme mit der initialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme mittels eines Registrierungsverfahrens zu einer Gesamtaufnahme kombiniert wird. Die initiale zweidimensionale Röntgenaufnahme kann eine seitliche cephalometrische zweidimensionale Röntgenaufnahme sein, die zumindest einen Teilbereich des Kopfes eines Pa ^¬ tienten aufnimmt. Der aufgenommene erste Bereich kann bei ^¬ spielsweise charakteristische Fixpunkte, wie das Kieferge- lenk oder charakteristische Punkte der Schädelbasis enthal ^¬ ten. Die bekannten Fixpunkte können dann für eine komparative Überlagerung bei der Registrierung verwendet werden. Die dreidimensionale Röntgenaufnahme kann eine DVT-Aufnahme sein, die den zweiten Bereich aufnimmt, der beispielsweise den Unterkiefer umfasst. Es können zusätzlich zu der ersten dreidimensionalen Röntgenaufnahme auch weitere dreidimensi ^¬ onale Röntgenaufnahmen in regelmäßigen zeitlichen Abständen aufgenommen werden, um eine Verlaufsdiagnostik durchzuführen. Das Registrierungsverfahren kann mittels eines Computers automatisch erfolgen, wobei die zweidimensionale Rönt ^¬ genaufnahme mit der dreidimensionalen Röntgenaufnahme kom- biniert wird. Dabei können charakteristische Strukturen in den beiden Aufnahmen, wie eine charakteristische Form des Unterkiefers, die Form des Oberkiefers, das Kiefergelenk oder das Kinn, verwendet werden. Beim Registrierungsverfahren kann ein Optimierungsalgorithmus verwendet werden, der die Methode der kleinsten Quadrate anwendet, wobei die zu optimierenden in der Regel transitorischen und rotatorischen Parameter schrittweise verändert werden, um zu einer optimalen Lösung zu gelangen. Zur Beschleunigung dieses Optimierungsalgorithmus kann der Suchraum verkleinert werden, wobei Informationen über die Positionierung des Kopfes relativ zum verwendeten Röntgengerät berücksichtigt werden.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass zur Dia ^¬ gnostik lediglich ein kleiner zweiter Bereich der Zahnsituation aufgenommen wird, wobei die dreidimensionale Röntgen- aufnähme mit der initialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme eines deutlich größeren Bereichs des Kopfes registriert wird. Bei einer Reihe von dreidimensionalen Röntgenaufnahmen wird jede der dreidimensionalen Röntgenaufnahmen mit derselben initialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme re- gistriert. Dadurch wird also im Vergleich zu einer Reihe von dreidimensionalen Röntgenaufnahmen des gesamten Kopfes die Gesamtdosis minimiert.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass im Vergleich zu der klassischen cephalometrischen Analyse eine fehlerhafte Positionierung des Patienten unproblematisch ist, da die Abstände in der dreidimensionalen Röntgenauf ^¬ nahme zwischen relevanten Messpunkten im Vergleich zu einer projizierten zweidimensionalen Aufnahme unverändert bleiben. Denn bei einer leichten Drehung des Patientenkopfes werden die Projektion des Patientenkopfes auf der zweidi ^¬ mensionalen Röntgenaufnahme und damit auch die Abstände zwischen den relevanten Messpunkte verändert.

Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die kieferorthopädischen Messgrößen anhand der kombinierten Gesamtaufnahme mittels eines Computers automatisch ermit ^¬ telt werden können. Im Vergleich zum manuellen Ausmessen bei der klassischen cephalometrischen Analyse wird also der Zeitaufwand vermindert und mögliche Fehler beim manuellen Ausmessen verhindert.

Vorteilhafterweise können nacheinander in regelmäßigen zeitlichen Abständen mehrere dreidimensionale Röntgenauf- nahmen des zweiten Bereichs der Zahnsituation aufgenommen werden .

Dadurch wird also eine Verlaufsdiagnostik in Abhängigkeit von der Zeit ermöglicht. Bei bestimmten kieferorthopädi ^¬ schen Behandlungen kann dadurch also der Heilungsprozess oder der Verlauf einer Zahnkorrektur mittels einer Zahnspange überprüft werden.

Vorteilhafterweise kann die initiale zweidimensionale Rönt ^¬ genaufnahme eine seitliche cephalometrische Aufnahme sein.

Die seitliche cephalometrische Aufnahme enthält also den größeren ersten Bereich, der die Schädelbasis, das Kiefergelenk, das Kinn, den Oberkiefer und den Unterkiefer um- fasst .

Vorteilhafterweise kann die dreidimensionale Röntgenaufnah ^¬ me eine DVT-Aufnähme sein. Die DVT-Aufnähme enthält also einen kleineren Bereich, der beispielsweise den Unterkiefer, den Oberkiefer oder auch eine Gruppe von Zähnen umfasst.

Vorteilhafterweise kann der zweite Bereich einen Oberkie- fers und/oder einen Unterkiefers umfassen.

Dadurch wird also die gesamte Zahnsituation vermessen.

Vorteilhafterweise kann der erste Bereich des Kopfes den zweiten Bereich der Zahnsituation umfassen, wobei der erste Bereich des Kopfes bestimmte Fixpunkte, wie einen Schädel- basispunkt oder einen Kiefergelenk, enthält.

Die Fixpunkte sind also anatomische stabile Strukturen, die bei einer kieferorthopädischen Behandlung unverändert relativ zum Schädel bleiben und dadurch als Bezugspunkte beim Ausmessen bestimmter charakteristischer Abstände bezie- hungsweise kieferorthopädischer Messgrößen dienen können.

Vorteilhafterweise kann mindestens eine orthopädische Mess ^¬ größe eines Kiefers, eines Zahns und/oder mehrerer Zähne relativ zu einem Fixpunkt ermittelt werden.

Dadurch kann also bei einer Zahnkorrektur die zeitliche La- geänderung eines einzelnen Zahns oder mehrerer Zähne relativ zum Schädel ermittelt und dargestellt werden. Diese Verlaufsdiagnostik ermöglicht dann dem behandelnden Arzt die kieferorthopädische Behandlung anzupassen.

Vorteilhafterweise kann zur Ermittlung der orthopädischen Messgröße anhand der kombinierten Gesamtaufnahme eine Seg ^¬ mentierung und/oder eine Klassifizierung von kieferorthopädischen Strukturen, wie eines Oberkiefers, eines Unterkie ^¬ fers, einer Schädelbasis, ein Gaumendach oder eines Kiefergelenks, mittels eines Computers automatisch durchgeführt werden. Durch die Segmentierung werden also die genannten Strukturen automatisch gegenüber ihrem Umgebungsgewebe abgegrenzt und anschließend anhand ihrer charakteristischen Form klassifiziert. Die segmentierten charakteristischen Strukturen können in der grafischen Darstellung auch farblich hervorgehoben werden.

Die segmentierten kieferorthopädischen Strukturen, die sowohl in der zweidimensionalen Röntgenaufnahme als auch in der dreidimensionalen Röntgenaufnahme vorhanden sind, kön- nen zur Registrierung verwendet werden, indem diese Strukturen in beiden zu registrierenden Röntgenaufnahmen überlagert werden.

Die Segmentierung kann auch teilweise automatisch erfolgen, wobei der Benutzer manuell einen Punkt oder mehrere Punkte auf einer Grenze der Struktur auswählt und anschließend un ^¬ ter Berücksichtigung der ausgewählten Punkte die vollständige Segmentierung dieser Struktur automatisch mittels des Computers erfolgt.

Vorteilhafterweise kann ein zeitlicher Verlauf einer seg- mentieren kieferorthopädischen Struktur anhand der nacheinander aufgenommenen dreidimensionalen Röntgenaufnahmen ermittelt werden.

Dadurch kann also eine Verlaufsdiagnostik für eine bestimmte kieferorthopädische Struktur, wie den Oberkiefer, den Unterkiefer, ein einzelnen Zahn oder auch eine Gruppe von Zähnen durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise kann zur Verlaufsdiagnostik der Verlauf der kieferorthopädischen Struktur in Abhängigkeit von der Zeit graphisch dargestellt werden. Dadurch ermöglicht die grafische Darstellung der Verlaufs ^¬ diagnostik dem behandelnden Arzt den Verlauf der Behandlung zu beurteilen und die Behandlung gegebenenfalls anzupassen.

Vorteilhafterweise kann die Registrierung zwischen der ini- tialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme und der mindestens einen dreidimensionalen Röntgenaufnahme unter Verwendung bekannter Geometriemaße eines verwendeten Röntgengeräts durchgeführt werden, wobei eine perspektivische Verzerrung eines aufgenommenen Objekts in der zweidimensionalen Rönt- genaufnahme berücksichtigt wird.

Bei der seitlichen cephalometrischen Aufnahme kann die perspektivische Verzerrung anhand der bekannten geometrischen Größen des Röntgengeräts ermittelt werden. Diese Größen sind der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt, wie dem Patientenkopf, der Abstand zwischen Objekt und der

Röntgenquelle, die Einstellung der Aktuatoren und die Einstellung der Blenden. Bei der Registrierung kann ein Optimierungsalgorithmus angewendet werden, wobei bekannte Tole ^¬ ranzen der mechanischen Elemente, wie der Aktuatoren und der Blenden, den Parameterraum eines Suchraumes stark einschränken .

Vorteilhafterweise kann bei der Registrierung zwischen der initialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme und der mindestens einen dreidimensionalen Röntgenaufnahme eine bekannte Position und/oder Ausrichtung eines aufzunehmenden Objekts, wie eines Unterkiefer und/oder eines Oberkiefer, relativ zu einem aufzunehmenden Röntgengerät verwendet wird.

Die Positionierung des Patienten und damit des aufzunehmenden Objekts wird also bei der Registrierung berücksichtigt. Die Position und die Ausrichtung des Patientenkopfes können mittels bestimmter Positionierungsmittel, wie einer Stirn ^¬ stütze und einer Kinnauflage, am Röntgengerät eingestellt werden. Die Informationen über die Position und die Ausrichtung des Patientenkopfes verkleinert also deutlich den Lösungsraum bei der Anwendung des Optimierungsalgorithmus.

Vorteilhafterweise kann die bekannte Position und/oder die bekannte Ausrichtung des aufzunehmenden Objekts relativ zum Röntgengerät beim Initiieren eines Suchraumes und/oder ei ^¬ ner Startlösung bei einem Optimierungsalgorithmus berück ^¬ sichtigt werden.

Dadurch wird also die Rechenzeit für die Registrierung ver- mindert und mögliche Registrierungsfehler verhindert. Eine Startlösung für den Optimierungsalgorithmus kann also auf wenige Zentimeter genau im Vergleich zur tatsächlichen Position und Ausrichtung des Patientenkopfes gewählt werden. Der verkleinerte Suchraum führt dazu, dass das Risiko ver- mindert wird nach dem Durchlauf des automatisierten Opti ^¬ mierungsalgorithmus im falschen lokalen Minimum zu landen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert.

zeigt, die

Fig. 1 eine Skizze zur Verdeutlichung des vorliegen den Verfahrens mit einer kombinierten Gesamt ^¬ aufnahme; die

Fig. 2 eine Skizze eines zeitabhängigen Verlaufs der

Zähne und der Zahnwurzel bei einer Zahnkorrek- tur; die

Fig. 3 eine Skizze eines zeitabhängigen Verlaufs der

Zähne und der Zahnwurzel bei einer alternati ^¬ ven Zahnkorrektur. Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung des vorlie ^¬ genden Verfahrens der Diagnostik in der Kieferorthopädie. Im ersten Verfahrensschritt wird eine initiale zweidimensi- onale Röntgenaufnahme 1 eines ersten Bereichs 2 aufgenom ^¬ men, wobei der erste Bereich 2 zumindest teilweise einen Kopf 3 eines Patienten umfasst. Die zweidimensionale Rönt ^¬ genaufnahme ist im vorliegenden Fall eine seitliche cepha- lometrische Röntgenaufnahme. Anschließend wird mindestens eine dreidimensionale Röntgenaufnahme 4 eines zweiten Be ^¬ reichs 5, der gestrichelt dargestellt ist, aufgenommen, wo ^¬ bei der zweite Bereich 5 in folgendem Fall einen Oberkiefer 6 und einen Unterkiefer 7 umfasst. Die Begrenzung des ersten Bereichs 2 ist durch eine Strichpunktlinie dargestellt. Im weiteren Verfahrensschritt wird die zweidimensionale

Röntgenaufnahme 1 mit der dreidimensionalen Röntgenaufnahme 4 unter Verwendung eines Registrierungsverfahrens zu einer Gesamtaufnahme 8 kombiniert. Die kombinierte Gesamtaufnähme 8 wird mittels einer Anzeigevorrichtung 9, wie eines Moni- tors grafisch dargestellt. Das Kombinieren der initialen zweidimensionalen Röntgenaufnahme 1 und der dreidimensiona ^¬ len Röntgenaufnahme 4 erfolgt mittels eines Computers 10, wobei ein Optimierungsalgorithmus angewendet wird. Dabei werden charakteristische Strukturen, die einzelne Zähne 11, Zahnwurzeln 12 oder charakteristische Verläufe eines Kie ^¬ ferknochens 13 in den beiden Röntgenaufnahmen 1 und 4 in Überlagerung gebracht. Der Optimierungsalgorithmus kann beispielsweise auf ein Verfahren der kleinsten Quadrate be ^¬ ruhen . Zusätzlich zu der ersten dreidimensionalen Röntgenaufnahme 4 können weitere dreidimensionale Röntgenaufnahmen des Be ^¬ reichs 5 in regelmäßigen zeitlichen Abständen aufgenommen werden, sodass eine Verlaufsdiagnostik ermöglicht wird. Da ^¬ bei können beispielsweise die Änderungen der Lage und der Ausrichtung der Zähne 11, sowie der Zahnwurzel 12 bei einer Zahnkorrekturbehandlung mittels einer Zahnspange durchge- führt werden. Der erste Bereich 2 kann bestimmte Fixpunkte enthalten, die einen ersten Fixpunkt 14 an der Stirnseite der Schädelbasis 15 und einen zweiten Fixpunkt 16 am Kie ^¬ fergelenk 17. Anhand der kombinierten Gesamtaufnahme 8 können bestimmte kieferorthopädische Abstände ermittelt wer- den, wie beispielsweise ein Abstand zwischen dem zweiten Fixpunkt 16 am Kiefergelenk 17 und einer Spitze 18 des Kinns 19. Anhand der Gesamtaufnahme 8 kann auch die Lage und die Ausrichtung der einzelnen Zähne 11 und der Zahnwurzeln 12 relativ zu den Fixpunkten 14 und 16 ermittelt wer- den. An dem Computer 10 sind herkömmliche Bedienungsmittel, wie eine Tastatur 20 und eine Maus 21 angeschlossen, sodass der Benutzer mittels eines Cursors 22 bestimmte Bereiche oder Strukturen in der Gesamtaufnahme 8 auswählen kann. Die ausgewählte Struktur kann farblich hervorgehoben werden. Die Ermittlung der kieferorthopädischen Abstände beziehungsweise Messgrößen kann mittels des Computers 10 automa ^¬ tisch erfolgen, wobei eine Segmentierung und/oder eine Klassifizierung der kieferorthopädischen Strukturen, wie der Oberkiefer 6, der Unterkiefer 7, die Schädelbasis 15 oder das Kiefergelenk 17 automatisch erfolgen kann. Das Ergebnis des automatischen Verfahrens kann also eine Tabelle mit den wesentlichen kieferorthopädischen Messgrößen sein.

Die Fig. 2 zeigt eine Skizze der Zähne 11 und der Zahnwur ^¬ zel 12 bei einer Zahnkorrektur. Ein erster Zahn 30 mit ei- ner ersten Zahnwurzel 31 wird im Verlauf der Zahnkorrekturbehandlung aus einer Anfangsposition in eine Endposition 32 gebracht, die gestrichelt dargestellt ist, wobei die Lage- änderung durch den Pfeil 33 angedeutet ist. Ein zweiter Zahn 34 mit einer zweiten Zahnwurzel 35 wird aus einer Anfangsposition 36 in eine Endposition 37, die gestrichelt dargestellt ist, am Ende der Zahnkorrekturbehandlung ge- bracht, wobei die Lageänderung durch einen Pfeil 38 ange ^¬ deutet ist. Der zweite Zahn 34 und die zweite Zahnwurzel ist also in der Anfangsposition 36 in einer ersten dreidimensionalen Röntgenaufnahme einer Aufnahmereihe am Anfang der Zahnkorrekturbehandlung und der Endposition 37 in einer letzten dreidimensionalen Aufnahme am Ende dieser Aufnahmereihe abgebildet. Der Verlauf der Lageänderung lässt sich also grafisch in Abhängigkeit von der Zeit mitverfolgen.

Die Fig. 3 zeigt eine Skizze der Zähne 11 und der Zahnwur ^¬ zel 12, wobei ein dritter Zahn 40 mit einer dritten Zahn- wurzel 41 aus einer Anfangsposition 42, die durch eine volle Linie dargestellt ist, in eine Endposition 43, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, während der Zahn ^¬ korrekturbehandlung mittels einer Zahnspange gebracht ist, wobei die Lageänderung durch den Pfeil 44 angedeutet ist. Darüber hinaus wird ein vierter Zahn 45 mit einer vierten Zahnwurzel 46 aus einer Anfangsposition 47 in eine Endposi ^¬ tion 48 nach der Zahnkorrektur bewegt, die gestrichelt dargestellt ist. Die Lageänderung des vierten Zahns 45 ist da ^¬ bei durch den Pfeil 49 angedeutet. Die Lageänderung bzw. Korrektur der einzelnen Zähne 11, 40 und 45 kann dabei mit ^¬ tels einer Zahnspange 50 mit den an den Zähnen angebrachten Brackets 51 erfolgen. Bezugs zeichen

1 Initiale zweidimensionale Röntgenaufnahme

2 Erster Bereich

3 Kopf

4 Dreidimensionale Röntgenaufnahme

5 Zweiter Bereich

6 Oberkiefer

7 Unterkiefer

8 Gesamtaufnahme

9 Anzeigevorrichtung

10 Computer

11 Zähne

12 Zahnwurzel

13 Kieferknochen

14 Erster Fixpunkt

15 Schädelbasis

16 Zweiter Fixpunkt

17 Kiefergelenk

18 Spitze

19 Kinn

20 Tastatur

21 Maus

22 Cursor

30 Erster Zahn

31 Erste Zahnwurzel Endposition

Pfeil

Zweiter Zahn Zweite Zahnwurzel Anfangsposition Endposition

Pfeil

dritter Zahn Anfangsposition Endposition

Pfeil

vierter Zahn vierte Zahnwurzel Anfangsposition Enposition

Lageänderung Zahnspange

Brackets