Verfahren zur generativen Herstellung von individuellen, dentalen Formteilen für Artikulatoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur generativen Herstellung von individuellen, dentalen Formteilen für Artikulatoren, die die Biometrie des Patienten im Vergleich zur Stand der Technik in vorteilhafter Weise abbilden.

Stand der Technik

Bisher wird beim Herstellen einer Arbeitsgrundlage wie folgt vorgegangen. Der Zahnarzt nimmt eine Silikonabformung vom bezahnten oder unbezahnten Ober- und Unterkiefer. Die Abformungen werden mit Gips ausgegossen. Je nach Anwendungsfall wird auf den erstellten Modellen eine Bissnahme angefertigt, die zur Lagebestimmung des Unterkiefers zum Oberkiefer genutzt wird. Durch die Bissnahme kann in Kombination mit dem Gesichtsbogen die räumliche Lage der Kiefer in den Artikulator übertragen werden.

In [1] wird „die heute (2005) gebräuchliche Vorgehensweise (Gesichtsbogen und

Mittelwertartikulator) nach wissenschaftlichen Kriterien zur Herstellung einer individuellen Okklusion als nicht ausreichend" bezeichnet. Das

Ergebnis wird in der Praxis akzeptiert [1] . Individuelle Parameter wie der Kondylenabstand werden dabei vernachlässigt. In [4] wird eine Bewertung der individuellen Parameter vorgenommen. Dabei besitzen fünf Parameter einen großen Einfluss auf die Kieferbewegung. Diese Parameter fließen jedoch nur gemittelt in die Simulation, die durch einen Mittelwertartikulator realisiert werden kann, ein. Dies führt zu einer unzureichenden Okklusion und zu statischen Probleme der Prothesen. Es können z.B. Frühkontakte entstehen, welche die Prothese vom Kiefer lösen können. Bei falscher Aufstellung der Zähne kann es zum Bruch der Prothese kommen. Ferner wird in [5] angegeben, dass bereits geringe Maßabweichungen über die Akzeptanz eines Zahnersatzes oder einer Füllung entscheiden. Werden diese Genauigkeiten nicht erfüllt, so kann es z.B. zur Kieferfehlstellungen kommen, die weitere Schäden indiziert.

Es gibt neben den Mittelwertartikulatoren auch Vollwertartikulatoren an denen alle Parameter eingestellt werden. Diese Artikulatoren sind mit hohen Kosten verbunden und werden in der Praxis kaum genutzt .

Um die eben beschriebenen Probleme zu lösen, wurden weitere Systeme für die professionelle Diagnostik entwickelt. In [5] wird gefordert, dass die Ansprüche aus der Feinmechanik

(Genauigkeiten von 10μm) auch für die Zahnmedizin gelten sollen. Hierzu gibt es verschiedene Ansätze, um dies zu realisieren.

Ein Ansatz ist das CompuGnath System der Fa. Girrbach, mit dem die Unterkieferbewegung in räumlicher und zeitlicher Koordinierung elektronisch erfasst werden kann. In Kombination mit dem eben beschriebenen System können in CNC- gesteuerten Fräseinheiten individuell gefräste Artikulatoreinsätze für die diagnostische und therapeutische Bewegungssimulation im Artikulator gefertigt werden. Die so generierten physikalischen Modelle müssen auch hier in eine entsprechende Aufnahme einartikuliert werden. Diese Vorgang ist zum einen mit hohen Zeitaufwand und zum anderen mit einem handwerklichen Aufwand verbunden. Daraus resultieren zusätzliche, mögliche Fehlerquellen, wie z.B. fehlerhafte

Abbildungstreue infolge von Volumenänderung des Gipsmodells während der Abbindephase oder fehlerhafter Transfer der Modelle in den Artikulator. Als Ergebnis der o.g. Punkte folgt, dass die Patientensituation nicht mit

Modellsituation übereinstimmt. Schon Gärtner (2003) beschreibt in seiner Arbeit die Aufgabe von Artikulatoren. Artikulatoren stellen in der Zahnmedizin die statische und dynamische Okklusion dar, also die Kontakte zwischen den

Kauflächen und die zahngeführten Bewegungsabläufe entlang der Kaufläche dar. Gegenüber der

tatsächlichen Situation in der Mundhöhle gibt es eine Reihe von Werkstoff- und verfahrenstechnisch Imponderabilien, die die Ergebnisse der Bewegungssimulation im mechanischen Artikulator ungünstig beeinflussen können (z.B. das spal.tfreie Fügen von Registraten auf Gipsmodellen. Das räumlich korrekte schädel- bzw. gelenkbezügliche Montieren der Modelle, die Expansion des Montage- und Modellgipses, die

Verformung von Registriermaterialien, usw.) [2] . Weitere Methoden dienen dazu, eine so genannte Artikulatorprogammierung vorzunehmen. Szentpetery [4] stellte 2000 eine Software vor, welche die Bewegung eines Artikulators unter

Berücksichtigung der resultierenden Okklusion dreidimensional berechnen und visualisieren kann. Anhand typischer Parameter, wie z.B. die Kondylenbahnneigung, wird die Bewegungsfreiheit einer Artikulators in allen sechs Freiheitsgraden mathematisch ermittelt und dargestellt. So kann die individuelle Bewegung des Unterkiefers simuliert werden. Auf dieser Idee basierend wird auch Software (z.B. Condylocomp, Fa. Dentron) angeboten, welche die oben beschriebene mögliche

Einstellung an Mittel- oder Vollwertartikulatoren in einem virtuellen Artikulator berechnet und vorgeben. Diese Vorgaben muss dann der Zahnarzt bzw. Zahntechniker direkt am Artikulator einstellen. Diese Einstellung sind mit einem hohen Zeit- und dementsprechendem Kostenaufwand verbunden. Ferner bleiben individuelle Parameter wie der Kondylenabstand bei mittelwertigen

Artikulatoren unberücksichtigt und führen so zu einer nicht optimalen Abbildung der Patientenbiometrik .

Wie bereits beschrieben ist die bisherige Vorgehensweise mit Mittelwertartikulator und Gesichtsbogen nichtzufrieden stellend. Auch alternative Methoden, die einen präziseren Transfer der Mundsituation in den Artikulator beanspruchen, konnten sich bis jetzt noch nicht im Praxisalltag durchsetzen. Der Hauptgrund hierfür ist darin zu sehen, dass die vorgestellten Methoden, einen zeitlichen, arbeitstechnischen und folglich finanziellen Mehraufwand für Zahnarzt und Zahntechniker bedeuten. Darüber hinaus bleiben die Fehlerquellen, die mit der Verarbeitung der benötigten Materialien auf der Basis von Silikonen und Gipsen (Expansion etc.) verbunden sind.

Es bedarf also eines robusten Verfahrens, mittels dessen bei möglichst geringem zeitlichen und demzufolge finanziellem Aufwand die Biometrik des Patienten im Vergleich zum Stand der Technik möglichst präzise abgebildet wird. Das alternative Verfahren soll ferner der Forderung nach einer individuellen Arbeitsgrundlage entsprechen.

Aufgabe der Erdfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von dentalen Formteilen, bevorzugt Kiefermodellen oder aber auch Funktionsteilen, anzugeben. Diese soll eine kostengünstige präzise funktionelle und einwandfreie Herstellung von Zahnersatz ermöglichen. Ferner soll mit der Erfindung ein

Verfahren realisiert werden, dass die übertragung der Mundsituation in den Artikulator qualitativ absichert. In einer besonderen Ausführungsform soll es möglich sein, dass die Patienten- und Konstruktionsdaten in einer Datenbank archiviert werden. Dadurch entfällt eine Lagerung der Modelle und Funktionsteile. Da diese bei Bedarf ohne große Aufwand wiederholt erstellt werden kann.

Lösung der Aufgabe

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, dass bestehende Methoden zur Aufzeichnung der Mundsituation nutzt. Mittels generativen Fertigungsverfahren werden neben den Funktionsteilen für den Artikulator auch dentale Formteile wie die Unter- und Oberkiefermodelle hergestellt. Hierdurch entfallen sämtliche Zwischenschritte, wie die Abformung der beiden

Kiefer, die Modellherstellung, die Lagebestimmung der Kiefer und das Einrichten der Modelle in den

Artikulator . Jeder Zwischenschritt stellt neben der Materialeigenschaften (Expansionsverhalten von Silikon und Gips) ein Fehlerpotential dar.

Das Verfahren gemäß Erfindung ist in den Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Simulation der Mundsituation auf deren Basis dentale Formteile erstellt werden können.

Die Idee basiert auf mechanischen Artikulatoren, die neben den Unter- und Oberkiefermodellen, die Arbeitsgrundlage für die Herstellung von

Zahnersatz darstellen. Mittels RP-Verfahren (Rapid Prototyping- Verfahren) werden die Ober- und Unterkiefermodelle sowie die individuellen Funktionsteile, wie z.B. Kondylen und Gelenkführung, hergestellt. Als Grundlage für die o.g. Bauteile werden Patientendaten genutzt, die durch Virtualisieren der Mundsituation im Rechner und nachfolgende Berechnung generiert werden. Die Modelle und die Funktionsteile werden in einen für diese Anwendung entwickelten Artikulator eingebracht.

Durch die Erfindung wird eine Arbeitsgrundlage geschaffen, welche die Lagebeziehung der Kiefer zueinander und zum Schädel, die räumliche Lage der Kondylen und die Unterkieferbewegung präziser

als der Stand der Technik widerspiegelt. Damit wird dem Zahntechniker die Möglichkeit gegeben, dentale Formteile, die auf den individuellen Patientendaten basieren, herzustellen.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine individuelle Arbeitsgrundlage erstellt werden, da die Mundsituation des Patienten durch Virtualisierung und Berechnung der

Patienteninformationen individuelle Kiefermodelle und Funktionsteilen für den Artikulator liefert.

Es wird angestrebt, dass der Zahnarzt die individuellen Daten des Patienten digital erfasst, bearbeitet und eine Datei erstellt, die ein RP-Verfahren für den notwendigen Bauprozess lesen kann. Mittels RP-Verfahren werden die individuellen Modelle und die individuellen Funktionsteile für einen speziellen Artikulator angefertigt. Der Zahnarzt sendet entweder die Daten oder die Modelle und Funktionsteile an das zahntechnische Labor. Hier gliedert der Zahntechniker die Modelle und die Funktionsteile in den Artikulator ein. Basierend auf dieser Arbeitsgrundlage kann der Zahntechniker eine zahntechnische Arbeit erstellen, die individuell in Bezug auf Okklusion und Funktion auf den Patienten eingestellt ist. Durch diese Vorgehensweise erübrigt sich eine

Silikonabformung, das Erstellen der Kiefermodelle aus Gips, die Anfertigung der Bissnahme, das

Einrichten der Modelle in den Artikulator und der Transfer der Patientendaten in den Artikulator. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der gesamte Prozess qualitativ dokumentiert und abgesichert wird.

Die Erfindung kann in zwei Teile gegliedert werden. So werden zum einen die mit einer Aufnahme für den Artikulator versehenen

Kiefermodelle mittels RP-Verfahren gefertigt.

Der zweite Teil der Erfindung beinhaltet die generative Herstellung der mit einer Aufnahme für den Artikulator versehenen Funktionsteile, um die Biometrik des Patienten abzubilden. Die

Funktionsteile geben die individuelle und im Vergleich zum Stand der Technik nicht mittelwertige Bewegung des Unterkiefers vor. Zu den Funktionsteilen gehören die kondylären und inzisale Führungsbahnen (Abbildung 3 und 4) und die Kondylen. Die Dimensionierung, die räumliche Lage und Ausrichtung der Funktionsteile wird dementsprechend individualisiert auf die Mundsituation des Patienten abgestellt. Damit kann die vorliegende Erfindung alle

Justiereinstellungen eines volljustierbaren Artikulator (z.B. Stuart-Artikulator) mit wesentlich geringeren Zeitaufwand präziser realisieren.

Die Modelle und die Funktionsteile werden an

einem dafür vorgesehenen Artikulator befestigt. Die dabei genutzten Verbindungselemente können kraft- oder formschlüssig sein. Eine Schrauben- und Zapfenverbindung ist in Abbildung 5 dargestellt .

In Abbildung 1 ist ein Artikulator gezeigt. In Abbildung 2 bis 5 sind Details davon gezeigt.

Das Verfahren gliedert sich wie folgt:

Aufnehmen der Patientendaten zum Beispiel mittels 3 -D Röntgens, Digitalisierung der Daten und digitales Erfassen der Unterkieferbewegung sowie Ablegen der Daten in einem Speicher eines elektronischen Rechners zur Weiterbearbeitung am

Rechner,

Einpflegen der aufbereiteten Patientendaten in einen virtuellen Artikulator der im Speicher des Rechners vorgehalten wird, und Generieren der individuellen Artikulatorformteile und Konstruieren der dentalen Formkörper unter Berücksichtigung der aufgenommenen Patientendaten Herstellen der Formkörper mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Dazu können Verfahren wie die Stereolithographie, das 3D- Printen, der Direkt Light Process (DLP) , das Lasersintern und das Lasercusing (in Abbildung 1 und 2) eingesetzt werden.

Eingliedern der Formkörper mit einen

standardisierten Artikulatorgerüst (Abbildung 1 und 2) . Als Verbindung können verschiedene Elemente wie Schrauben, Magnete, Geschiebe etc. (Abbildung 5) verwendet werden.

Als weitere Möglichkeit wird die generative Fertigung des Artikulators mit individualisierten Formkörpern beansprucht .

Für die Anwendung wird ein Artikulator bzw. Vorrichtung genutzt, die in (Abbildung 1 und 2) schematisch dargestellt wird.

Für die Durchführung des Verfahrens wird entsprechende Software benötigt, nämlich

Software zur Bearbeitung der Patientendaten, um die Bauteile zu konstruieren;

Software zur Ansteuerung der RP-Maschine,- Software zur Dokumentation des

Herstellungsprozesses ,-

Software zur Archivierung der Patenten- und

Bauteildaten;

Software zur Kombination der vorgenannten Funktionen.

Die Zeichnungsfiguren zeigen:

Figur 1 einen Artikulator in Ansicht;

Figur 2 desgleichen in anderer Blickrichtung; Figur 3 eine Detailansicht mit Kondyle und Kondylenführung;

Figur 4 eine Detailansicht mit Inzisalstiftführung;

Figur 5 eine Detailansicht eines Verbindungsbereiches .

Quellen: [1] www.zahnwissen.de

[2] Gärtner, Der virtuelle Artikulator „DentCAM", Diss., Universität Greifswald, 2003 [3] www.picodent . de

[4] Szentpetery, Dreidimensionale mathematische Bewegungssimulation von Artikulatoren und deren Anwendung bei der Entwicklung eines „Software Artikulator", Diss., Universität Halle-Wittenberg, Halle (Saale) , 1999

[5] www.nifix.com