Mertens , Frank: Entwicklung eines Computerprogramms zur Durchführung elektronischer Setups

Aus der Abteilung für Kieferorthopädie und Orthodontie des Zentrums für Zahnmedizin
des Universitätsklinikums Charité der Medizinischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin
Leiter: Prof. Dr. R.-R. Miethke


DISSERTATION
Entwicklung eines Computerprogramms zur Durchführung elektronischer Setups

zur Erlangung des akademischen Grades
doctor medicinae dentariae (Dr. med. dent.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Zahnarzt Frank Mertens ,
geboren am 5.10.1965 in Berlin

Dekan: Prof. Dr. M. Dietel

Gutachter:
Prof. Dr. R.-R. Miethke
Prof. Dr. R. J. Radlanski
Prof. Dr. T. C. Lueth

Datum der Promotion: 4.1.2000

Zusammenfassung

Es wird ein selbst entwickeltes Programm für Personalcomputer zur Simulation eines kieferorthopädischen Setups vorgestellt. Das Programm arbeitet mit einem Beispieldatensatz, der mikroskopisch gewonnen wurde. Mit dem Programm ”VirtSet“ lassen sich Zähne unabhängig voneinander positionieren, da sie sich auf eigene Koordinatensysteme beziehen. Die Ausrichtungen dieser Koordinatensysteme entsprechen den zahnärztlichen Richtungsbezeichnungen. Das Programm bietet eine halbautomatische Positionierung zu den mesialen und distalen Nachbarzähnen und zu den Antagonisten an. Das Programm erlaubt es, eine Zahnstellung mit mindestens vier antagonistischen Kontaktpunkten zu berechnen. Befinden sich beim Positionieren der Zähne Wurzelanteile außerhalb der Alveolarknochen, so wird dies dargestellt. Ferner wird ein Werkzeug zur exakten Positionierung der Zähne angeboten. Man kann die Zähne derart positionieren, daß sich Zahnanteile überlappen, und diese dann in einem speziellen Programmteil strippen. Zähne lassen sich extrahieren. Alle Änderungen an den Zähnen und deren Stellungen lassen sich rückgängig machen. Es wird ein halbindividueller Artikulator simuliert, mit dem man Protrusions-, Laterotrusions- und Okklusionsbewegungen realitätsnah darstellen kann. Mit virtuellem Kontaktpapier verschiedener Stärke lassen sich unterschiedliche Kontaktsituationen darstellen. Die Ausgabe erfolgt am Bildschirm in photorealistischer Darstellung. Es lassen sich diverse Einstellungen vornehmen, so daß man verschiedene Flächenarten wie zum Beispiel Zahnkronen-, Wurzel-, Kontaktpunkt- oder Artikulationsflächen differenzieren kann. Der Artikulator läßt sich von verschiedenen Seiten betrachten. Es lassen sich Bereiche unbegrenzt vergrößern und verkleinern. Die Darstellung auf dem Bildschirm läßt sich auf einem Drucker ausgeben, ebenso die Maße der durchgeführten Rotationen und Verschiebungen bezogen auf die zahn- und kieferspezifischen Achsen. Die Genauigkeit der Berechnungen liegt bei einem Mikrometer.

Keywords:
Setup, Virtuell, Kieferorthopädie, Computersimulation

Abstract

A computer program for simulating an orthodontic set up is presented. It seeks to offer a precise and practical contribution to computer-animated tools for orthodontics. The program is based on an exemplary set of data which was obtained microscopically. As a special feature, the teeth can be positioned independently as they refer to their own coordinate system. The alignments correspond to the dental nomenclature, for instance mesial, oral, apical. Moreover, antagonists and neighbouring teeth can be positioned semi-automatically. It is possible to calculate and present a minimum of four antagonistic contact points for each pair of teeth. If parts of the roots are outside the alveolar bone these are illustrated graphically. As another feature, the program offers a tool for an exact positioning of the teeth. Teeth can be positioned in an overlapping arrangement and subsequently can be stripped interdentally. The user can also extract teeth. Any changes of teeth and their positions can be reversed. Moreover the program allows to simulate a semi-individual articulator depicting protrusive, laterotrusive and occlusive movements authentically. The user can identify different contact points with the aid of virtual articulation foil. Besides, the program offers several application-oriented features: All computer-animated pictures have photographic qualities. That allows differentiations between various surface areas, such as crown, root, occlusal contact and articulation surfaces. The articulator can be looked at from different points of view. All areas can be zoomed in and out without limitations. Both the depictions and the measures of taken rotations related to the axes of individual teeth can be printed in full. The precision of all calculations is about one micrometer.

Keywords:
setup, Virtuell, Computer simulation , orthodontic


Seiten: [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteEntwicklung eines Computerprogramms zur Durchführung elektronischer Setups
Widmung
1 Einleitung
2 Programmentwicklung zur Durchführung elektronischer Setups
2.1.Zum Programm ”VirtSet“
2.1.1.Die Programmiersprache C++
2.1.2.Anforderungen an Hard- und Software
2.1.3.Programmerstellung
2.1.4.Logik des Programms ”VirtSet“
2.1.5.Datenformate des Programmes ”VirtSet“
2.1.5.1.Datenformat der Patientendatei
2.1.5.2.Datenformat der Objektdatei
2.2.Beispieldaten
2.2.1.Datenerfassung
2.2.1.1.Datenerfassung mit dem Meßmikroskop
2.2.1.2.Messen der Daten
2.2.2.Datenformate
2.2.2.1.Datenformate der Meßapparatur
2.2.2.2.Abgeleitete Datenformate
2.2.3.Logik des Programmteils ”Objekt erstellen“
2.3.Mathematische Problemlösungen
2.3.1.Transformation
2.3.2.Kommutativgesetz bei Matrixrechnung
2.3.3.Rückberechnung aller Stellungsänderungen aus der Anfangs- und Endposition der Objekte
2.3.4.Schnittberechnung
2.3.5.Berechnungen bei der Artikulation
2.3.6.Kontaktpunktberechnung
2.3.7.Berechnungen im Programmteil ”Objekt erstellen“
2.3.8.Schnittpunktberechnung
2.3.9.Berechnung der Achsen
2.3.10.Berechnungen bei der Zuordnung der Spezialpunkte
2.4.Bedienungsanleitung
2.4.1.Grundsätzliche Bedienungshinweise
2.4.2.Bedienungsanleitung Hauptmenü
2.4.2.1.Menüpunkt: Datei
2.4.2.1.1.Unterpunkt: Öffnen
2.4.2.1.2.Unterpunkt: Drucke aktive Ansicht
2.4.2.1.3.Unterpunkt: Drucke alle Veränderungen
2.4.2.1.4.Unterpunkt: Ende
2.4.2.2.Menüpunkt: Ansicht
2.4.2.2.1.Unterpunkte: Ausgabe 1, Ausgabe 2, Ausgabe 3
2.4.2.2.2.Unterpunkt: Zahnschema
2.4.2.2.3.Unterpunkt: Rotieren
2.4.2.2.4.Unterpunkt: Verschieben
2.4.2.2.5.Unterpunkt: Kontakt
2.4.2.2.6.Untermenü: Hauptebenen
2.4.2.2.6.1.Unterpunkt: Sagittalebene
2.4.2.2.6.2.Unterpunkt: Frontalebene
2.4.2.2.6.3.Unterpunkt: Horizontalebene
2.4.2.2.7.Unterpunkt: Kauebene
2.4.2.2.8.Unterpunkt: Originalposition dazu
2.4.2.2.9.Unterpunkt: Achsen
2.4.2.2.10.Unterpunkt: Oberkiefer
2.4.2.2.11.Unterpunkt: Unterkiefer
2.4.2.3.Menüpunkt: Zahn
2.4.2.3.1.Unterpunkt: Aktiver Zahn
2.4.2.3.2.Unterpunkt: Extrahieren
2.4.2.3.3.Unterpunkt: Veränderung Ausgabe
2.4.2.3.4.Unterpunkt: Prüfe Überschneidungen
2.4.2.3.5.Unterpunkt: Bemaßung
2.4.2.4.Menüpunkt: Extras
2.4.2.5.Menüpunkt: Parameter
2.4.2.5.1.Unterpunkt: Ausschnitt verkleinern
2.4.2.5.2.Unterpunkt: Ausschnitt vergrößern
2.4.2.5.3.Unterpunkt: Fenster, Parameter
2.4.2.5.4.Unterpunkt: Material, Farben
2.4.2.5.5.Unterpunkt: Material, Eigenschaften
2.4.2.5.6.Unterpunkt: Licht
2.4.2.5.7.Unterpunkt: Ebenen, Farben
2.4.2.5.8.Unterpunkt: Kauebene, Parameter
2.4.2.5.9.Unterpunkt: Bemaßung
2.4.2.5.10.Unterpunkt: Abstandswerte
2.4.2.6.Menüpunkt: Rückgängig
2.4.2.7.Menüpunkt: ?
2.4.3.Bedienungsanleitung Programmteil ”Artikulation“
2.4.3.1.Menüpunkt: Ende
2.4.3.1.1.Unterpunkt: Zurück
2.4.3.2.Menüpunkt: Artikulation
2.4.3.3.Menüpunkt: Parameter
2.4.3.3.1.Unterpunkt: Artikulation anzeigen
2.4.3.3.2.Unterpunkt: Artikulation berechnen
2.4.3.3.3.Unterpunkt: Artikulation Optionen
2.4.4.Bedienungsanleitung Programmteil ”Strippen“
2.4.4.1.Menüpunkt: Ende
2.4.4.1.1.Unterpunkt: Zurück
2.4.4.2.Menüpunkt: Aktion
2.4.4.2.1.Unterpunkt: Bereichsprüfung
2.4.4.2.2.Unterpunkt: Zahnpaar
2.4.4.2.3.Unterpunkt: Nächstes Paar
2.4.4.2.4.Unterpunkt: Vorheriges Paar
2.4.4.2.5.Unterpunkt: Strippen
2.4.4.2.6.Unterpunkt: Drucken
2.4.4.3.Menüpunkt: Parameter
2.4.4.3.1.Unterpunkt: Ansicht vestibulär
2.4.4.3.2.Unterpunkt: Ansicht okklusal
2.4.4.3.3.Unterpunkt: Ansicht oral
2.4.4.3.4.Unterpunkt: Zentriere Zahn 1
2.4.4.3.5.Unterpunkt: Zentriere Zahn 2
2.4.4.3.6.Unterpunkt: Zentriere Schnittebene
2.4.4.4.Menüpunkt: Rückgängig
2.4.5.Bedienungsanleitung Programmteil ”Objekt erstellen“
2.4.5.1.Bedienungshinweise
2.4.5.2.Menüpunkt Ende
2.4.5.2.1.Unterpunkt: Zurück
2.4.5.3.Menüpunkt: Datei
2.4.5.3.1.Unterpunkt: Öffnen Punktedatei
2.4.5.3.2.Unterpunkt: Sichern Punktedatei
2.4.5.3.3.Unterpunkt: Öffnen Objektdatei
2.4.5.3.4.Unterpunkt: Sichern Objektdatei
2.4.5.3.5.Unterpunkt: Sichern Miniobjektdatei
2.4.5.3.6.Unterpunkt: Erstelle Parameterdatei neu
2.4.5.4.Menüpunkt: Punkteobjekt
2.4.5.4.1.Unterpunkt: Symmetrieren
2.4.5.4.2.Unterpunkt: Punktreduktion
2.4.5.4.3.Unterpunkt: Punkt einfangen
2.4.5.4.4.Unterpunkt: Punkt einfügen
2.4.5.4.5.Unterpunkt: Punkt berechnen
2.4.5.5.Menüpunkt: Konstruktion
2.4.5.5.1.Unterpunkt: Wurzelansatz
2.4.5.5.2.Unterpunkt: Zahnkrone erstellen
2.4.5.5.3.Unterpunkt: Zahnwurzel zufügen
2.4.5.5.4.Unterpunkt: Zahn Spezialpunkte einfügen
2.4.5.5.4.1.Drucktaste: Datei laden
2.4.5.5.4.2.Drucktaste: neuen Spezialpunkt eingeben
2.4.5.5.4.3.Drucktaste: Spezialpunkt kopieren
2.4.5.5.4.4.Drucktaste: alten Spezialpunkt verändern
2.4.5.5.5.Unterpunkt: Zahn Achszuordnung
2.4.5.5.6.Unterpunkt: Zahn Y-Achse spiegeln
2.4.5.5.7.Unterpunkt: Normalvektoren berechnen
2.4.5.5.8.Unterpunkt: Kiefer erstellen
2.4.5.5.9.Unterpunkt: Kiefer Spezialpunkte einfügen
2.4.5.5.10.Unterpunkt: Kiefer Achszuordnung
2.4.5.5.11.Unterpunkt: Spezialpunkte zuordnen
2.4.5.6.Menüpunkt: Parameter
2.4.5.6.1.Unterpunkt: Beleuchtet
3 Diskussion
3.1.Genauigkeit
3.1.1.Genauigkeit bei der Oberflächenberechnung
3.1.2.Rundungsfehler
3.1.3.Interne Rechengenauigkeit
3.1.4.Genauigkeit der Beispieldaten
3.2.Geschwindigkeit
3.3.Handhabbarkeit
3.4.Ungelöste Probleme
3.5.Praxisreife
4 Zusammenfassungen
4.1.Zusammenfassung
4.2.Summary
Bibliographie Literaturverzeichnis
Danksagung
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung
Anhang A

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Thu Feb 10 16:13:59 2000