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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001269-2

Konzeption, Entwicklung und Bewertung von Komponenten eines Systems zur CAD unterstützten Aufstellung virtueller Zähne bei totaler Zahnlosigkeit

  • Die vorliegende Arbeit verfolgte das Ziel der Einführung von neuen Konzepten für eine computerunterstützte virtuelle Totalprothetik. Dabei werden zwei Themen adressiert: Die Entwicklung (i) einer Software für die Konstruktion dentaler Totalprothesen, sowie (ii) eines Low-Cost Scanverfahrens zur Digitalisierung von Kieferabformungen. Eine digitale Totalprothetik verändert insbesondere klassische Arbeitsabläufe. Handwerkliche Regeln können nur bedingt Anwendung finden. Um dem Rechnung zu tragen wurden Szenarien für neue Arbeitsabläufe zwischen Patient, Zahnarzt, Zahnlabor und der Industrie entworfen und neue Techniken für einzelne Arbeitsschritte erarbeitet. Es wurden Lösungen für die Übertragung dentaler Referenzpunkte auf die virtuellen Modelle sowie für die Herstellung der räumlichen Kieferrelation umgesetzt. Kern der Software sind jedoch die automatisierte Modellanalyse (die Kieferkammerkennung) sowie die virtuelle Zahnaufstellung. Hier wurden Algorithmen entwickelt, die es ermöglichen, den Kieferkamm auch unter schwierigen Voraussetzungen automatisiert und ohne Eingreifen des Anwenders zu erkennen. Für die Zahnaufstellung wurde ein völlig neues Konzept vorgestellt. Auf einem aus beiden Kieferkämmen bestimmten Zahnbogen werden die Zähne hierbei perlenschnurartig aufgefädelt. Diese Techniken wurden in dem Prototyp eines umfassenden Systems für eine CAD-basierte Konstruktion von preiswerten Totalprothesen zusammengeführt. Für das Erreichen des zweiten Ziels dieser Arbeit - der Entwicklung eines Low-Cost Scanners - bieten sich einzig die Rekonstruktionsverfahren des Stereo Vision an. Es wurde das Verfahren des Adaptive-Stereo-Matching entwickelt und umgesetzt. Mit einem eigens entworfenen Versuchsaufbau ist es gelungen die hierfür notwendigen sehr präzisen und reproduzierbaren optische Rohdaten zu erfassen. Um die Eignung dieses 3D Scanverfahrens zu beurteilen wurden zwei Studien durchgeführt und deren Daten ausgewertet. Mittels einer Vielzahl statistischer Untersuchungen wurde die Abhängigkeit der Rekonstruktionsqualität von der Wahl der möglichen Parameter untersucht und abschließend das Verfahren beurteilt. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass es möglich ist 90% eines Oberkiefers mit einem Fehler kleiner als 500µm zu rekonstruieren. Unterkiefer fallen etwas schlechter aus. Erwartungsgemäß ist damit dieses Verfahren denen der Laserscanner hinsichtlich der Datenqualität deutlich unterlegen. Das Ergebnis legt jedoch trotzdem den Schluss nahe das es für die Totalprothetik verwendbar ist. In jedem Fall wird die CAD-basierte Prothesenkonstruktion völlig neue Dimensionen beim Design der Prothese ermöglichen. Kräfte die auf die Prothese beim Kauen wirken können in Zukunft simuliert werden, die okklusalen Beziehungen können optimiert werden, die Individualisierung kann automatisiert werden und in Kombination mit DVT-Daten könnte sogar eine Implantate Positionierung optimiert werden.
  • The presented works main objective is to introduce concepts of a computer aided complete dentures construction. Two topics will be addressed: The development of (i) a prototypical software for designing complete dentures, and (ii) a low-cost scanning method for digitizing jaw casts. Digital construction of total denture prosthesis is in particular changing current standard working practices. Handcrafted rules can only limited be applied. To take this into account, different workflow scenarios between patient, dentist, dental laboratory and the industry were designed and new prosthesis construction techniques have been developed. Solutions for transferring the jaw models spatial relation as well as dental reference points into a computer model have been realized within the Software. However, core components of the software are the automated model analysis (ridge detection) and the virtual tooth arrangement. A robust algorithm, making it possible to identify the alveolar ridge even under difficult conditions and without user intervention, was developed. For the tooth arrangement a completely new concept was introduced. A virtual teeth arc is computed from both alveolar ridges and the virtual teeth are strung like pearls on a necklace. These techniques were combined within the prototype of a comprehensive system for a CAD-based design of inexpensive dentures. For achieving the second objective of this work - the development of a low-cost scanner - solely stereo vision reconstruction technics are suitable. The Adaptive-Stereo-Matching algorithm has been developed and implement. Together with a specifically constructed experimental setup, it was possible to collect the needed very precise and reproducible optical scan data. In order to assess the 3D reconstruction algorithm accuracy two studies were conducted and evaluated. Using multiple statistical analysis the reconstruction quality dependency on possible process parameters where investigated and finally the whole algorithm was rated. Overall, the results show that 90% of an upper jaw reconstruction is possible with an error of at most 500µm. Lower jaws are somewhat worse. This technique is therefore (as expected) inferior in terms of quality when compared to laser scanner data. However the results allow the conclusion that this scanning method is still usable for complete dentures tooth arrangement construction. In any case, the CAD-based prosthesis design will enable completely new dimensions in the design of complete dentures. Forces which may act on the prosthesis during mastication could be simulated in the future, the occlusal relationships can be optimized, the individual design can be automated and even in combination with DVT-Data implants could positioned optimally.

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Metadaten
Author: Matthias Busch
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001269-2
Title Additional (English):Concept, development and evaluation of system components for CAD supported virtual tooth arrangement in case of total edentulism
Advisor:Prof. Dr. rer. nat. Christoph Bandt, Prof. Bernd Wöstmann, Prof. Dr. med. dent. Bernd Kordaß
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/07/11
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/05/24
Release Date:2012/07/11
Tag:Kieferkamm, Kieferkammbestimmung, Stereo Matching, Stereo Vision, Zahnlosigkeit, adaptive Fenster, virtuelle Totalprothetik, virtuelle Zahnaufstellung
3D vision, adaptive window, alveolar ridge, edentulism, stereo matching, stereo vision, virtual dental prosthodontics, virtual total prosthesis
GND Keyword:Abnehmbarer Zahnersatz, Alveolarkamm, Totale Zahnprothese, Zahnloser Kiefer
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie/Plastische Operationen
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit