NEUGEBAUER PETER JOHANNES (DE)
WO2011147988A2 | 2011-12-01 | |||
WO2011073436A1 | 2011-06-23 |
US20090136902A1 | 2009-05-28 |
P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Überlagerung von digitalisierten Darstellungen eines menschlichen Körperbereichs, wobei ein digitalisierter dreidimensionaler erster Datensatz eines ersten Körperbereichsmodells und ein digitalisierter dreidimensionaler zweiter Datensatz eines zweiten Körperbereichsmodells auf einer Anzeigeeinrichtung (1) angezeigt werden, und wobei anhand von ersten Kontrollpunkten innerhalb des ersten Datensatzes und anhand von zweiten Kontrollpunkten innerhalb des zweiten Datensatzes ein übereinstimmendes Bezugssystem (5) für die Anzeige des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzmarkereinrichtung (4, 14) in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Körperbereichsmodell und dem zweiten Körperbereichsmodell an den menschlichen Körper angeformt wird, dass ein erster Hilfsdatensatz des ersten Körperbereichsmodells zusammen mit den ersten Hilfsreferenzmarkern von der Referenzmarkereinrichtung (4, 14) und ein zweiter Hilfsdatensatz des zweiten Körperbereichsmodells zusammen mit den zweiten Hilfsreferenzmarkern von der Referenzmarkereinrichtung (4, 14) erzeugt wird, dass durch einen Vergleich der räumlichen Anordnung der ersten Hilfsreferenzmarker und der zweiten Hilfsreferenzmarker ein übereinstimmendes Bezugssystem (5) für den ersten Hilfsdatensatz und den zweiten Hilfsdatensatz erzeugt wird, und dass der erste Datensatz an den ersten Hilfsdatensatz und der zweite Datensatz an den zweiten Hilfsdatensatz angepasst wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Datensatz und der erste Hilfsdatensatz des ersten Körperbereichsmodells mit einer ersten Digitalisierungs- einrichtung erzeugt werden, und dass der zweite Datensatz und der zweite Hilfsdatensatz des zweiten Körperbereichs¬ modells mit einer zweiten Digitalisierungseinrichtung erzeugt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand mehrerer beabstandet zueinander vorgegebener und nicht drehsymmetrisch angeordneter erster und zweiter Hilfsreferenzmarker ein mit den ersten und zweiten Referenzmarkern möglichst gut übereinstimmendes Bezugssystem (5) für den ersten Hilfsdatensatz und für den zweiten Hilfsdatensatz ermittelt wird. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkereinrichtung (4) eine Abformschicht (13) mit einem pastösen aushärtenden Abformmaterial aufweist und vor dem Aushärten an dem Übergangsbereich des mit dem ersten und zweiten Körperbereichsmodell abzubildenden Körperbereichs angeformt wird, und dass der erste Hilfsdatensatz und der zweite Hilfsdatensatz nach dem Aushärten des angeformten Abformmaterials erzeugt werden. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkereinrichtung (14) eine Abformschicht (16) mit einem durch einen Verformdruck plastisch verformbaren Abformmaterial aufweist, die durch Druck verformt und an den Übergangsbereich des mit dem ersten und zweiten Körperbereichsmodell abzubildenden Körperbereichs angeformt wird, und dass der erste Hilfsdatensatz und der zweite Hilfsdatensatz ohne Druckbeaufschlagung oberhalb des Verformdrucks erzeugt werden. 6. Referenzmarkereinrichtung (4, 14) mit einem Trägerelement (9, 15) und mit einer an dem Trägerelement (9, 15) angeordneten Abformschicht (13, 16) mit einem verformbaren Abformmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement (9, 15) mindestens eine photogrammetrische oder oberflächenprofilierte Referenzmarkierung (12, 17) angeordnet ist. 7. Referenzmarkereinrichtung (4, 14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkereinrichtung (4, 14) eine Referenztafel (11) aufweist, auf der die mindestens eine Referenzmarkierung (12, 17) angeordnet ist. 8. Referenzmarkereinrichtung (4, 14) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkereinrichtung (4, 14) mindestens drei symmetrische Referenzmarkierungen (12, 17) aufweist, die asymmetrisch angeordnet sind. 9. Referenzmarkereinrichtung (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkierung (12) ein Punkt oder ein Ring ist. 10. Referenzmarkereinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkierung (12) einen hohen Kontrastumfang aufweist . 11. Referenzmarkereinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarkereinrichtung (17) mehrere beabstandet zueinander angeordnete vorspringende Referenzausformungen aufweist . |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überlagerung von digitalisierten Darstellungen eines menschlichen
Körperbereichs, wobei ein digitalisierter dreidimensionaler erster Datensatz eines ersten Körperbereichsmodells und ein digitalisierter dreidimensionaler zweiter Datensatz eines zweiten Körperbereichsmodells auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, und wobei anhand von ersten
Kontrollpunkten innerhalb des ersten Datensatzes und anhand von zweiten Kontrollpunkten innerhalb des zweiten
Datensatzes ein übereinstimmendes Bezugssystem für die Anzeige des ersten Datensatzes und des zweiten Datensatzes erzeugt wird.
In kosmetischen oder medizinischen Behandlungen, bei denen Körperteile behandelt, verändert oder ersetzt werden, kann eine digitale Modellierung des Behandlungsverfahrens oder aber des veränderten oder zu ersetzenden Körperteils hilfreich sein. Anhand einer Modellierung können der Arzt wie auch der betroffene Patient den Fortschritt und das Ergebnis der Behandlung simulieren, visuell wahrnehmen und überprüfen, bzw. im Hinblick auf den gewünschten
Behandlungserfolg individuell anpassen.
Sofern beispielsweise eine Prothese oder ein Zahnersatz angefertigt, an den Patienten angepasst und mit dem Patienten verbunden werden sollen, können ein
Körperbereichsmodell des betroffenen Körperbereichs und ein Modell der Prothese oder des Zahnersatzes bzw. des Gebisses erzeugt und auf einer Anzeigeeinrichtung überlagert
dargestellt werden, um das Aussehen und die
Funktionsmöglichkeiten der Prothese oder des Zahnersatzes simulieren und visuell darstellen zu können.
Insbesondere bei der Herstellung und Befestigung von festsitzenden Zahnersatzkomponenten und Implantaten kann der angestrebte Behandlungserfolg maßgeblich davon
abhängen, dass eine möglichst präzise und individuelle Anpassung der Formgebung der Zahnersatzkomponenten oder Implantate an noch vorhandene Zähne oder an den Kiefer des Patienten erfolgt und dass die Formgebung und das Aussehen der Zahnersatzkomponente oder des Implantats möglichst gut an benachbarte Mundbereiche und an das Aussehen des
Patienten angepasst sind. Zu diesem Zweck ist es aus der Praxis bekannt, einen digitalisierten dreidimensionalen ersten Datensatz eines ersten Körperbereichsmodells zu erzeugen, der visuell angezeigt werden kann. Zusätzlich wird ein digitalisierter dreidimensionaler zweiter Datensatz eines zweiten
Körperbereichsmodells erzeugt und ebenfalls auf der
Anzeigeeinrichtung angezeigt. Das erste
Körperbereichsmodell kann ein versehrtes Gliedmaß
darstellen, währen das zweite Körperbereichsmodell eine mit dem Versehrten Gliedmaß zu verbindende Prothese darstellt. Im Bereich der Dentalmedizin können das erste
Körperbereichsmodell den Kopf und das zweite Körperbereichsmodell ein Gebiss mit oder ohne rekonstruktive Maßnahmen bzw. Zahnersatz darstellen.
Das erste Körperbereichsmodell wird üblicherweise mit Hilfe einer optischen Scaneinrichtung erstellt, die dazu geeignet ist, von dem betroffenen Körperbereich einen ersten
Datensatz für ein Körperbereichsmodell in ausreichender Auflösung und Genauigkeit zu erzeugen. Das zweite
Körperbereichsmodell kann mit derselben Scaneinrichtung erstellt werden. Falls das zweite Körperbereichsmodell eine Prothese darstellt, ist es denkbar, das zweite
Körperbereichsmodell ausschließlich computergestützt zu generieren. Wenn das zweite Körperbereichsmodell deutlich kleinere Abmessungen als das erste Körperbereichsmodell aufweist und beispielsweise einen Zahnersatz, bzw. ein Gebiss darstellt, ist es oftmals zweckmäßig, das zweite Körperbereichsmodell mit Hilfe einer für Objekte mit kleinen Abmessungen besser geeigneten optischen
Scaneinrichtung zu erfassen. Für Zahnmodelle und Gebisse wurden besonders geeignete Zahnscanner entwickelt, die eine hohe Auflösung und Lagegenauigkeit des digitalisierten Zahnmodells ermöglichen.
Um das erste Körperbereichsmodell und das zweite
Körperbereichsmodell auf der Anzeigeeinrichtung relativ zueinander richtig angeordnet und ausgerichtet darstellen zu können ist es erforderlich, die entsprechenden
Datensätze bzw. Körperbereichsmodelle positionsgenau und mit übereinstimmender Ausrichtung in ein übereinstimmendes Bezugssystem einzubetten. Anschließend kann mit Hilfe des übereinstimmenden Bezugssystems eine gleichzeitige, bzw. überlagerte Darstellung der beiden Körperbereichsmodelle erzeugt werden.
Das übereinstimmende Bezugssystem kann durch einen
Vergleich von ersten Kontrollpunkten innerhalb des ersten Datensatzes und von zweiten Kontrollpunkten innerhalb des zweiten Datensatzes bestimmt werden, sofern die ersten Kontrollpunkte und die zweiten Kontrollpunkte in den verschiedenen Datensätzen jeweils identische Positionen repräsentieren.
Bei einer Einbettung eines Zahnmodells in ein Kopfmodell ist es aus der Praxis bekannt, dass ein erfahrener Bediener in dem ersten Körperbereichsmodell manuell eine Anzahl erster Kontrollpunkte erzeugt, indem einzelne
Datensatzelemente ausgewählt oder Modellpunkte markiert werden. In gleicher Weise wird in dem zweiten
Körperbereichsmodell ebenfalls manuell eine zweite Anzahl von zweiten Kontrollpunkten erzeugt, wobei die ersten
Kontrollpunkte und die zweiten Kontrollpunkte räumlich möglichst präzise übereinstimmen sollen, was je nach
Geschick des Bedieners üblicherweise bis auf etwa 1 mm bis 2 mm genau erfolgen kann. Anschließend werden die beiden Körperbereichsmodelle in ein gemeinsames Bezugssystem überführt und deren jeweilige Position und Ausrichtung so verändert und vorgegeben, dass eine bestmögliche Übereinstimmung bei der Anzeige der beiden Körperbereichsmodelle erzielt werden kann.
Insbesondere in der Zahnmedizin und Zahntechnik wird diese Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Modelle zueinander als Registrierung bezeichnet. Die hierfür erforderlichen mathematischen Verfahren, die räumliche Operationen wie Translation oder Rotation, aber auch lineare oder nichtlineare Optimierungsalgorithmen wie beispielsweise Least- Square-Fits oder andere numerische Optimierungsverfahren beinhalten können, sind in vielfachen Variationen bekannt und können gegebenenfalls als vorgefertigte Module
verwendet und in individuelle Software-Lösungen integriert werden . Es hat sich gezeigt, dass die manuelle Auswahl und digitale Festlegung von ersten und zweiten Kontrollpunkten in den jeweiligen Darstellungen der Körperbereichsmodelle zeit- und arbeitsaufwendig ist. Trotz großer Erfahrung des
Bedieners und sorgfältiger Bedienung lässt sich nur selten ein Fehler bei der Überlagerung der beiden
Körperbereichsmodelle erzeugen, der weniger als 1 mm
Versatz, bzw. weniger als einige Grad fehlerhafte
Ausrichtung zueinander beträgt. Es ist grundsätzlich möglich, zusätzlich zu den manuell vorgegebenen Kontrollpunkten weitere auffallende
Formgebungen oder Muster in den beiden
Körperbereichsmodellen mit Hilfe einer geeigneten Software zu identifizieren und als zusätzliche Kontrollpunkte zu verwenden. Es hat sich gezeigt, dass eine eindeutige
Identifikation weiterer Kontrollpunkte ohne eine
Interaktion mit einem Bediener oftmals problematisch ist, zumal nicht gewährleistet werden kann, dass alle eventuell für einen weiteren Kontrollpunkte geeigneten Bereiche in beiden Körpermodellen sichtbar sind. Ein Vergleich der automatisiert erzeugten weiteren Kontrollpunkte führt oftmals nicht zu einer merklichen Verbesserung der Genauigkeit und sollte auf Grund der vielfältigen
Fehlerquellen durch eine anschließende manuelle Überprüfung der automatisiert erhaltenen Ergebnisse verifiziert werden, wodurch weiterer Aufwand entsteht.
Es ist aus der Praxis bekannt, bei der getrennten
Erstellung der beiden Körperbereichsmodelle eine
übereinstimmend positionierte Bezugspunkt-Hilfsvorrichtung zu verwenden, die mehrere Kontrollpunkte aufweist. Die Kontrollpunkte werden bei der Digitalisierung und der
Erstellung der beiden Datensätze automatisch mit erfasst und können anschließend dazu verwendet werden, die beiden Datensätze in ein gemeinsames Bezugssystem zu überführen. Im Bereich der Dentalmedizin wird hierzu eine Gebissgabel verwendet, die während der Aufnahme eines Kopfmodells in dem Mund positioniert und für die Aufnahme des
Gebissmodells auf dem Gebiss positioniert wird. Ein aus dem Mund herausragender Abschnitt der Gebissgabel weist
geeignete Kontrollpunkte auf, verdeckt jedoch auch
entsprechende Kopf- und Gebissbereiche, so dass die optisch aufgenommenen und anschließend digitalisierten Kopf- und Gebissmodelle auf Grund der verdeckten Bereiche
unvollständig sind und die angestrebte Visualisierung einer geplanten dentalmedizinischen Maßnahme wie beispielsweise einer Zahnkorrektur oder eines Implantats erschweren, bzw. unmöglich werden lassen.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, die Einbettung von zwei verschiedenen
Körperbereichsmodellen in ein gemeinsames übereinstimmendes Bezugssystem zu erleichtern und gleichzeitig eine höhere Genauigkeit zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Referenzmarkereinrichtung in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten Körperbereichsmodell und dem zweiten Körperbereichsmodell an den menschlichen Körper angeformt wird, das ein erster Hilfsdatensatz des ersten
Körperbereichsmodells zusammen mit den ersten
Hilfsreferenzmarkern von der Referenzmarkereinrichtung und ein zweiter Hilfsdatensatz des zweiten
Körperbereichsmodells zusammen mit den zweiten
Hilfsreferenzmarkern von der Referenzmarkereinrichtung erzeugt wird, dass durch einen Vergleich der räumlichen Anordnung der ersten Hilfsreferenzmarker und der zweiten Hilfsreferenzmarker ein übereinstimmendes Bezugssystem für den ersten Hilfsdatensatz und den zweiten Hilfsdatensatz erzeugt wird, und dass der erste Datensatz an den ersten Hilfsdatensatz und der zweite Datensatz an den zweiten Hilfsdatensatz angepasst wird. Durch die Verwendung einer Referenzmarkereinrichtung können die für die Registrierung, bzw. für die Ermittlung eines übereinstimmenden
Bezugssystems erforderlichen ersten und zweiten
Hilfsreferenzmarker ohne manuelle Eingriffe erzeugt werden.
Die Hilfsreferenzmarker werden durch zusätzliche
Scanvorgänge des ersten Körperbereichs und des zweiten
Körperbereichs in einem ersten Hilfsdatensatz und in einem zweiten Hilfsdatensatz erzeugt. In diesen Hilfsdatensätzen sind die durch die Referenzmarkereinrichtung jeweils verdeckten Bereiche nicht digitalisiert, was ebenso wie die zusätzlich erforderlichen Scanvorgänge in Kauf genommen wird. Die Referenzmarkereinrichtung kann durch die
Anformung an den Körperbereich wiederholt und mit großer Genauigkeit an den Übergangsbereich angelegt werden, um die einzelnen Hilfsdatensätze zu erzeugen. Da sich die
Hilfsreferenzmarker in beiden Hilfsdatensätzen räumlich sehr exakt an derselben Stelle befinden, lässt sich mit großer Präzision ein für beide Hilfsdatensätze gemeinsam übereinstimmendes Bezugssystem ermitteln. Anschließend müssen lediglich das erste Körperbereichsmodell und das zweite Körperbereichsmodell, die ohne die Verwendung der Referenzmarkereinrichtung erzeugt wurden, an den jeweils zugeordneten ersten, bzw. zweiten Hilfsdatensatz angepasst werden, um in richtiger Position und Ausrichtung zueinander auf der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden zu können. Dies kann mit einem aus der Praxis bekannten Verfahren zur Anpassung von Körperbereichsmodellen bzw. Modelldaten und unter Verwendung von automatisch erzeugten Kontrollpunkten innerhalb der Körperbereichsmodelle durchgeführt werden, wobei diese Kontrollpunkte nicht mit Hilfe der
Referenzmarkereinrichtung erzeugt wurden, sondern manuell vorgegebene Kontrollpunkte oder vorzugsweise mit Hilfe einer geeigneten Software identifizierte auffallende
Formgebungen oder Muster in den beiden
Körperbereichsmodellen sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Datensatz und der erste Hilfsdatensatz des ersten Körperbereichsmodells mit einer ersten optischen Digitalisierungseinrichtung erzeugt werden, und dass der zweite Datensatz und der zweite Hilfsdatensatz des zweiten Körperbereichsmodells mit einer zweiten optischen Digitalisierungseinrichtung erzeugt werden. Mit Hilfe der Referenzmarkereinrichtung können Datensätze, die in unterschiedlichen
Digitalisierungseinrichtungen erzeugt wurden, in einfacher Weise und automatisiert in ein übereinstimmendes
Bezugssystem überführt werden.
Wenn beispielsweise das erste Körperbereichsmodell ein Kopfmodell ist und das zweite Körperbereichsmodell ein
Zahnmodell ist, kann das Kopfmodell mit einem Körperscanner oder einem für ausreichend große Objekte geeigneten
Objektscanner erzeugt werden, während das Zahnmodell mit einem Zahnscanner, bzw. einem Gebissscanner erzeugt wird. Während der Körperscanner oftmals keine Ausrichtung des Körpers relativ zu der Scaneinrichtung vorgibt, kann das Gebiss in einem Gehäuse des Zahnscanners in einer
vorgegebenen Weise positioniert und ausgerichtet werden. Zudem unterscheiden sich die Auflösungen und Genauigkeiten der verschiedenen Digitalisierungseinrichtungen
voneinander, um jeweils obj ektangepasst möglichst rasch möglichst kleine Datensätze erzeugen zu können, die bei der Visualisierung eine ausreichende Detailtreue und grafische Auflösung erlauben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass anhand mehrerer beabstandet zueinander vorgegebener und nicht
drehsymmetrisch angeordneter erster und zweiter
Hilfsreferenzmarker ein mit den ersten und zweiten
Hilfsreferenzmarkern möglichst gut übereinstimmendes
Bezugssystem für den ersten Hilfsdatensatz und für den zweiten Hilfsdatensatz ermittelt wird. Durch einen großen Abstand der einzelnen Hilfsreferenzmarker voneinander wird eine große Präzision bei dem Vergleich der
Hilfsreferenzmarker in den verschiedenen Hilfsdatensätzen ermöglicht. Durch eine asymmetrische Anordnung kann die Ausrichtung der Körperbereichsmodelle relativ zueinander mit geringem Aufwand eindeutig bestimmt werden, ohne dass zusätzliche Vorgaben eines Bedieners erforderlich werden. Es ist ebenfalls denkbar, eine drehsymmetrische Anordnung der Hilfsreferenzmarker vorzugeben, da in vielen Fällen die grundsätzliche Ausrichtung der Körperbereichsmodelle bereits bekannt ist oder in einfacher Weise vorgegeben werden kann und die Hilfsreferenzmarker vnicht die
Ausrichtung erkennen lassen sollen, sondern lediglich die Genauigkeit bei der relativen Positionierung und
Ausrichtung der Körperbereichsmodelle zueinander verbessern sollen . Um eine fehlerhafte Positionierung der
Referenzmarkereinrichtung bei gegebenenfalls mehrfach erfolgenden Scanvorgängen auszuschließen ist vorgesehen, dass die Referenzmarkereinrichtung eine Abformschicht mit einem pastösen aushärtenden Abformmaterial aufweist und vor dem Aushärten an dem Übergangsbereich des mit dem ersten und zweiten Körperbereichsmodell abzubildenden
Körperbereichs angeformt wird, und dass der erste
Hilfsdatensatz und der zweite Hilfsdatensatz nach dem
Aushärten des angeformten Abformmaterials erzeugt werden. Die in dem Übergangsbereich an die Formgebung des Körpers angepasste Referenzmarkereinrichtung verändert die
Formgebung des ausgehärteten Abformmaterials in dem
relevanten Bereich der Abformschicht nicht mehr. Die
Referenzmarkereinrichtung kann deshalb auch über lange Zeiträume hinweg mehrfach an den Körper oder an eine
Prothese, bzw. an ein Arbeitsmodell für einen Zahnersatz angelegt und dabei präzise positioniert werden, so dass mehrfach Hilfsdatensätze erzeugt und für die Anpassung des ersten Körperbereichsmodells und des zweiten
Körperbereichsmodells miteinander herangezogen werden können .
Gemäß einem besonders einfachen und rasch durchführbaren Verfahren ist vorgesehen, dass die
Referenzmarkereinrichtung eine Abformschicht mit einem durch einen Verformdruck plastisch verformbaren
Abformmaterial aufweist, die durch Druck verformt und an den Übergangsbereich des mit dem ersten und zweiten
Körperbereichsmodell abzubildenden Körperbereichs angeformt wird, und dass der erste Hilfsdatensatz und der zweite Hilfsdatensatz ohne Druckbeaufschlagung oberhalb des
Verformdrucks erzeugt werden. An der Referenzmarkereinrichtung kann beispielsweise durch in den Mund nehmen der Referenzmarkereinrichtung und durch Aufbeißen ein
Zahnabdruck in dem Abformmaterial der Abformschicht erzeugt werden. Anschließend kann die Referenzmarkereinrichtung auf ein Arbeitsmodell für einen Zahnersatz aufgelegt werden, das bereits an den betreffenden Patienten angepasst oder durch einen vorausgegangenen Abformvorgang mit einer
Bissgabel erzeugt wurde. Durch den Zahnabdruck in der
Abformschicht kann sichergestellt werden, dass die
Referenzmarkereinrichtung bei wiederholten Scanvorgängen sowohl auf dem Arbeitsmodell als auch in dem Mundraum des Patienten jeweils übereinstimmend positioniert und
ausgerichtet wird.
Ein für viele Anwendungsbereiche und insbesondere bei
Zahnmodellen geeignetes Abformmaterial ist Wachs. Es sind auch andere Abformmaterialien möglich, die beispielsweise zum Anformen erwärmt oder zum Aushärten chemisch behandelt werden können.
Die Erfindung betrifft auch eine Referenzmarkereinrichtung mit einem Trägerelement und mit einer an dem Trägerelement angeordneten Abformschicht mit einem verformbaren
Abformmaterial .
Ein Trägerelement mit einem Bereich, in dem ein
Abformmaterial angeordnet ist, ist aus der Praxis
beispielsweise als Bissgabel für die Herstellung eines Gebissabdrucks oder eines Arbeitsmodells für die
Herstellung und Anpassung eines Zahnersatzes bekannt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Trägerelement mindestens eine photogrammetrische oder
oberflächenprofilierte Referenzmarkierung angeordnet ist. Die Referenzmarkierung dient dazu, bei einem optischen Scanvorgang, bei dem die Referenzmarkereinrichtung zusammen mit einem Körperbereich oder einem an den Körperbereich angrenzenden oder darin einzubettenden Objekt erfasst wird, Hilfsreferenzmarker zu erzeugen, die eine einfache
Bestimmung der Position und der Ausrichtung des
eingescannten Datensatzes in einem Bezugssystem
ermöglichen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die
Referenzmarkereinrichtung eine Referenztafel aufweist, auf der die mindestens eine Referenzmarkierung angeordnet ist. Die Referenztafel weist zweckmäßigerweise eine vollständig oder bereichsweise ebene Oberfläche auf, auf der die mindestens eine Referenzmarkierung angeordnet ist. Die Referenztafel bildet einen wohldefinierten Untergrund, bzw. Hintergrund für die Referenzmarkierungen, so dass nach einem optischen Scanvorgang die Position und die
Ausrichtung der Referenzmarkereinrichtung rasch und
zuverlässig ermittelt werden können. Die Referenztafel kann auch eine Krümmung oder eine kontinuierliche und
wohldefinierte Oberflächenprofilierung aufweisen, um die Referenztafel näherungsweise an die Körperoberfläche anzupassen und den Abstand der einzelnen Referenz- markierungen zu der Körperoberfläche gering zu halten. Die Referenztafel kann eine gleichmäßig eingefärbte Oberfläche aufweisen, auf der die einzelnen Referenzmarkierungen deutlich auffallen und präzise identifiziert werden können. Die Referenztafel verdeckt dabei einen dahinterliegenden Bereich und bildet unabhängig von dem Objekt, das
eingescannt wird, einen ebenflächigen und gleichmäßigen Hintergrund . Eine eindeutige Bestimmung der Position und Ausrichtung setzt üblicherweise voraus, dass die Referenzmarker ¬ einrichtung mindestens drei symmetrische Referenz ¬ markierungen aufweist, die asymmetrisch angeordnet sind. Durch zusätzliche Referenzmarkierungen kann ein
mathematisch überbestimmtes Gleichungssystem erzeugt und eine numerische Anpassung der gemessenen Werte an die bekannte und vorgegebene Geometrie der Referenzmarkierungen ermöglicht werden, um die Präzision der eingescannten, bzw. optisch erfassten Datensätze sowie deren Einbettung in ein gemeinsames Bezugssystem zu verbessern. Wenn mehr
Referenzmarkierungen verwendet werden, als für die
Bestimmung des gemeinsamen Bezugssystems notwendig sind, kann auch in Kauf genommen werden, dass bei einzelnen
Scanvorgängen eine Referenzmarkierung versehentlich oder unweigerlich verdeckt ist und für die Auswertung nicht berücksichtigt werden kann.
Die Referenzmarkierung kann eine komplexe Formgebung aufweisen, so dass eine einzige Referenzmarkierung für eine Positions- und Ausrichtungsbestimmung ausreichend ist. Eine besonders einfache und zuverlässige Ermittlung des
gemeinsamen Bezugssystems wird dadurch erleichtert, dass die Referenzmarkierung ein farblich abgesetzter Punkt oder ein Ring ist. Der Punkt oder Ring weist zweckmäßigerweise eine von der Oberfläche der Referenztafel oder zumindest von den angrenzenden Bereichen der Referenztafel deutlich abweichende Farbgebung auf. Andere photogrammetrische
Referenzmarkierungen können gleichermaßen geeignet und im Einzelfall für eine entsprechende Anwendung vorteilhaft sein . Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Referenzmarkierung einen hohen Kontrastumfang aufweist. Ein schwarzer Ring auf einem weißen Hintergrund ist für viele Anwendungen
geeignet. Es können auch andere helle Formgebungen auf einem dunklen Untergrund, bzw. dunkle Formgebungen auf einem hellen Untergrund als Referenzmarkierung verwendet werden. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, mehrere
verschiedene Formgebungen für benachbart angeordnete
Referenzmarkierungen zu verwenden, um beispielsweise die Ausrichtung zusätzlich überprüfen und zusätzliche
Plausibilitätskontrollen durchführen zu können. Es ist ebenfalls möglich, an Stelle eines flächigen
Farbkontrasts eine räumlich vorspringende oder als
Vertiefung ausgebildete Formgebung als Referenzmarkierung zu verwenden. Die Referenzmarkierung kann eine nahezu beliebig profilierte Oberfläche sein, deren Formgebung für die nachfolgende Auswertung möglichst präzise bekannt sein sollte. Mit zunehmender Profilierung werden die
Identifikation einzelner Hilfsreferenzmarker erleichtert und die Bestimmung eines gemeinsamen Bezugssystems
verbessert. Es ist ebenfalls möglich, dass die
Referenzmarkierung mehrere beabstandet zueinander
angeordnete vorspringende Referenzausformungen aufweist. Eine geeignete Referenzausformung kann beispielsweise eine im Abstand zu der Referenztafel angeordnet Kugel oder ein Kegel, ein Tetraeder oder eine Pyramide sein.
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt: Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ansicht einer
Anzeigeeinrichtung, auf der ein Kopfmodell und ein
Gebissmodell in einem gemeinsamen Bezugssystem überlagert dargestellt sind, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Verfahrensablaufs, um mit Hilfe einer
Referenzmarkereinrichtung und Hilfsdatensätzen ein
gemeinsames Bezugssystem zu erstellen, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer
Referenzmarkereinrichtung, Fig. 4 eine Seitenansicht einer abweichend ausgestalteten Referenzmarkereinrichtung und
Fig. 5 eine Ansicht der Vorderseite der in Fig. 4
dargestellten Referenzmarkereinrichtung .
Insbesondere im Bereich der kosmetischen oder medizinischen Behandlungen ist es vorteilhaft, wenn mit verschiedenen Erfassungseinrichtungen erzeugte digitale Datensätze für dreidimensionale Objektdarstellungen auf einer
Anzeigeeinrichtung 1 in einem übereinstimmenden
Bezugssystem angezeigt werden können. Auf der in Fig. 1 lediglich schematisch abgebildeten Anzeigeeinrichtung 1 ist ein Kopfmodell 2 mit einem darin eingebetteten Gebissmodell 3 angezeigt. Wenn das Gebissmodell 3 positionsgenau und mit der richtigen Ausrichtung innerhalb des Kopfmodells 2 angezeigt wird, können beispielsweise die Auswirkungen von rekonstruktiven Maßnahmen an einzelnen Zähnen oder von dem Einsatz eines individuell angefertigten und angepassten Zahnersatzes visualisiert werden.
Das Kopfmodell 2 wird aus einem ersten Datensatz erzeugt und stellt ein erstes Körperbereichsmodell dar. Das
Gebissmodell 3 wird aus einem zweiten Datensatz erzeugt und stellt ein zweites Körperbereichsmodell dar. Das Kopfmodell 2 wurde mit einem nicht dargestellten Körperscanner
erzeugt, während das Gebissmodell 3 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Zahnscanner erzeugt wurde. Da die
Anordnung und Ausrichtung des Kopfes des Patienten während der Aufnahme des Kopfmodells 2 nicht präzise vorgegeben war, ist die relative Positionierung und Ausrichtung des Kopfmodells 2 zu dem Gebissmodell 3 zunächst nicht bekannt. Erst durch die Anzeige des Kopfmodells 2 und des
Gebissmodells 3 in einem übereinstimmenden Bezugssystem, das bei der Darstellung durch die Anzeigeeinrichtung 1 verwendet wird, lässt sich eine aussagekräftige und
zutreffende Visualisierung des Gebissmodells 3 innerhalb des Kopfmodells 2 erzeugen, die als Grundlage für
rekonstruktive Maßnahmen des Arztes oder für die
individuelle Anpassung eines Zahnersatzes an den einzelnen Patienten dienen kann.
In Fig. 2 ist schematisch ein Verfahrensablauf dargestellt, bei dem mit Hilfe einer Referenzmarkereinrichtung 4 eine automatische Zuordnung des Kopfmodells 2 und des
Gebissmodells 3 zu einem gemeinsamen, übereinstimmenden Bezugssystem 5 ermittelt wird.
In einem vorbereitenden Verfahrensschritt wird die
Referenzmarkereinrichtung 4 an das Gebiss einer nicht dargestellten Person angeformt, in dem ein Gebissabdruck mit der Referenzmarkereinrichtung 4 abgenommen wird. Mit der Referenzmarkereinrichtung 4 im Mund wird der Kopf der Person mit einem Körperscanner optisch gescannt und ein erster Hilfsdatensatz mit darin enthaltenen ersten
Hilfsreferenzmarkern von der Referenzmarkereinrichtung 4 erfasst. Die Referenzmarkereinrichtung 4 wird dann an ein vorab angefertigtes Arbeitsmodell 6 des Gebisses der Person angelegt, das auch zur Erzeugung des Gebissmodells 3 verwendet wurde. Dabei wird durch den mit der
Referenzmarkereinrichtung 4 abgeformten und darin
enthaltenen Gebissabdruck die zutreffende Position und Ausrichtung der Referenzmarkereinrichtung 4 an dem
Arbeitsmodell 6 sichergestellt. Das Arbeitsmodell 6 und die daran anliegende Referenzmarkereinrichtung 4 werden
ebenfalls mit einem Zahnscanner eingescannt und ein zweiter Hilfsdatensatz mit darin enthaltenen zweiten
Hilfsreferenzmarkern erzeugt. Bei einer Visualisierung würde der erste Hilfsdatensatz ein Hilfskopfmodell 7 und der zweite Hilfsdatensatz ein Hilfsgebissmodell 8
darstellen, wobei in beiden Fällen die
Referenzmarkereinrichtung 4 jeweils einen Bereich des zu Grunde liegenden Kopfmodells 2, bzw. des Gebissmodells 3 verdeckt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt A werden der erste Hilfsdatensatz und der zweite Hilfsdatensatz durch einen Vergleich der jeweiligen ersten, bzw. zweiten
Hilfsreferenzmarker in das gemeinsame und übereinstimmende Bezugssystem 5 überführt.
Anschließend werden in einem Verfahrensschritt B das
Kopfmodell 2 mit dem Hilfskopfmodell 7 und das Gebissmodell 3 mit dem Hilfsgebissmodell 8 verglichen und ebenfalls in das gemeinsame Bezugssystem 5 überführt. Auf diese Weise können das Kopfmodell 2 und das Gebissmodell 3 in das gemeinsame Bezugssystem 5 überführt und relativ zueinander richtig positioniert und ausgerichtet auf der
Anzeigeeinrichtung 1 dargestellt werden, ohne dass eine manuelle Bearbeitung und Anpassung der einzelnen Datensätze notwendig wird.
In Fig. 3 ist die Referenzmarkereinrichtung 4
perspektivisch dargestellt. Die Referenzmarkereinrichtung 4 weist eine Trägereinrichtung 9 in Form einer
Registriergabel auf, die hinsichtlich Formgebung und Funktionalität mit einer Bissgabel vergleichbar ist, der in der rekonstruktiven Dentalmedizin zur Herstellung von
Arbeitsmodellen für die individuelle Anpassung von
Zahnersatz und Implantaten häufig verwendet wird.
An einer Vorderseite 10 der Trägereinrichtung 9 ist eine rechteckige und ebenflächige Referenztafel 11 befestigt. Auf der Referenztafel 11 sind fünf ringförmige
Referenzmarkierungen 12 asymmetrisch angeordnet.
In einer oben angeordneten Vertiefung der Trägereinrichtung 9 ist eine Abformschicht 13 aus einem zunächst pastösen und innerhalb einer kurzen Zeit aushärtenden Abformmaterial angeordnet. Die Abformschicht 13 dient dazu, einen
Gebissabdruck des Oberkiefers der zu behandelnden Person aufzunehmen, um nach dem Herausnehmen der Referenz- markereinrichtung 4 aus dem Mund bzw. Gebiss der Person zu einem späteren Zeitpunkt die Referenzmarkereinrichtung 4 entweder an derselben Stelle im Mund, bzw. im Gebiss der Person wieder anordnen zu können oder aber um die
Referenzmarkereinrichtung 4 auf dem Arbeitsmodell 6 in einer Position und Ausrichtung auflegen zu können, die exakt der ersten Position und Ausrichtung der Referenz- markereinrichtung 4 in dem Mund der Person entspricht.
In den Fig. 4 und 5 ist lediglich beispielhaft eine
abweichend ausgestaltete Referenzmarkereinrichtung 14 gezeigt. Die Referenzmarkereinrichtung 14 weist ebenfalls eine gabelförmige, bzw. hufeisenförmige Trägereinrichtung 15 auf, die an einer Oberseite mit einer Abformschicht 16 aus Wachs, bzw. aus einem unter Druck verformbaren
Abformmaterial beschichtet ist. Auf der an der Vorderseite 10 angeordneten Referenztafel 11 sind acht halbkugelförmige vorspringende Referenzausformungen 17 angeordnet, die jeweils eine Referenzmarkierung bilden. An einer Unterkante der Referenztafel 11 ist ein flacher Haltegriff 18
ausgeformt.
Next Patent: METHOD FOR SELECTIVE PIN-POINTING OF UTILITY GAS LEAKS