La presente invenzione descrive un sistema per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione di impianti nel cavo orale.
Attualmente il posizionamento degli impianti è fatto manualmente dal medico e richiede molta perizia, necessitando di tener conto sia della posizione in cui sarebbe necessario porre l’impianto per il supportoottimale della protesi, ma anche, e soprattutto, della quantità di osso disponibile per l’infissione dell’impianto stesso nelle varie posizioni.
Scopo della presente invenzione è quello di fornire una guida che permetta il posizionamento di precisione in punti predeterminati sulla base di rilievi TAC, in modo da assicurarsi l’ottenimento di dueobiettivi di fondo, precisione e tempi ridotti.
L’apparecchiatura, che si integra con un sistema ottico di rilievo del calco orale, basato sull’uso di un sistema a luce strutturata,anche descritto nel testo, consiste in un sistema di orientamento a due gradi di libertà di rotazione che guida una slitta che permette l’avanzamento del micromotore implantologiconella direzione dovuta, il tutto posto su di un sistema a due gradi di libertà nel piano dell’arcata dentale, in grado di essere guidato dal medico ma anche di muoversi autonomamente, reso solidale alla dentatura del paziente tramite un sistema a 6 GDL autobilanciante passivo.
Tale sistema di orientamento può essere considerato un robot adue gradi di libertà rotoidali ed uno prismatico, e può essere sia del tipo robot seriale, che di tipo parallelo, e viene anche descritto un sistema che combina i due approcci.
Vieneanche descritta una nuova versione del sistema a luce strutturata per il rilievo del calco orale.
Descrizione generale del campo di intervento dell’invenzione.
Al momento il rilievo del calco orale viene fatto principalmente prendendo l’impronta dello stesso tramite speciali paste che, poste su apposite mascherine, vengono pressate sulladentatura fino a solidificazione.
L’impronta poi viene inviata ad uno studio tecnico ove, riempita di uno speciale gesso, fornisce il positivo della forma dell’arcata dentale.Principale problema di questa tecnologia, i tempi di realizzazione dei calchi.
Ultimamente Siemens (Cerec) e 3M hanno però proposto metodi per il rilievo del calco intraorale tramiteun sistema a telecamera, che viene retto manualmente dal medico.
Ora, unico difetto di questi metodi, peraltro avanzatissimi, è la necessità di unire le varie porzioni di dati,derivanti dalle molteplici diverse immagini, necessarie per ottenere l’immagine globale della bocca del paziente, che può essere facilmente affetto da errore per il cumulo deglierrori di ogni immagine, se la zona scannerizzata è di dimensioni rilevanti.Quanto al posizionamento degli impianti è fatto manualmente dal medico e richiede molta perizia e lunghi tempi di attuazione, necessitando di tener conto sia della posizione in cuisarebbe necessario porre l’impianto per il supporto ottimale della protesi, ma anche, e soprattutto, della quantità di osso disponibile per l’infissione dello impianto stesso, sullabase dell’esame di una TAC.
Da questa poi, quando si procede ai massimi livelli tecnologici attuali, viene ricavata una mascherina dotata di fori in corrispondenza dei puntiin cui si è deciso di posizionare gli impianti.
Anche così, l’operazione risulta comunque difficoltosa e non sempre di successo, dato che una volta completata la fase di impianto, ilche ha comunque richiesto lunghi tempi di attesa, le difficoltà sorgono al momento di definire la forma delle protesi.
La procedura attuale impone infatti l’installazione dei cosìdetti abutments, che sono una prima sovrastruttura di collegamento all’impianto, quindi il rilievo di una nuova impronta, la creazione del nuovo modello in gesso, lascannerizzazione dello stesso onde generare il modello CAD, e quindi la generazione virtuale della protesi, la realizzazione ed installazione sul paziente di protesi provvisorie inresina ed infine, una volta realizzate le protesi, l’installazione dei nuovi denti definitivi.Come si comprende i tempi e quindi i costi diventano estremamente lunghi.La presente invenzione tende invece a fornire al medico un sistema integrato che permetta, in una sola giornata, di far entrare nello studio dentistico alla mattina e farlouscire alla sera con i suoi denti di resina, in attesa comunque delle protesi definitive, annullando contemporaneamente il cumulo degli errori derivanti dall’utilizzo di moltepliciimmagini caratteristico dei sistemi Cerec e 3M.A tal fine vengono integrate e profondamente modificate due tecnologie di cui sono già state presentate domande di Brevetto Europeo, EP07849724.5 e EP07849718.7, consistemi di prototipazione rapida e relativi metodi di modellazione CAD della bocca del paziente.
In particolare la catena cinematica del sistema autobilanciato a 6 GDL vienemodificata nella posizione delle due cerniere finali, e viene reso regolabile l’attacco tra mascherina ed apparecchiatura, modificando profondamente anche questa.
Anche lastruttura mobile, posta sul settimo membro della catena cinematica auto-bilanciata, viene modificata aggiungendo contrappesi che si muovono in verso contrario al movimento delleslitte, in modo da garantire che il baricentro del sistema resti sempre in posizione stazionaria, al centro del polso sferico rappresentato dal punto di incontro degli ultimi treassi.
Descrizione della realizzazione preferita
In particolare, il sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione di impianti nel cavo orale sarà composto, nella realizzazione preferita, da unsistema auto-bilanciante passivo formato da una struttura mista parallela seriale (Tavola 1) che sia composta con una sequenza vincolare in cui la prima cerniera ad asse orizzontale(1) sia parte di un quadrilatero piano (cerniere da 1’ a 1’’’) in cui il membro superiore sia prolungato dalla parte opposta al quadrilatero per reggere tramite la cerniera 1”” unopportuno contrappeso (11), mentre i secondi (2), terzo (3) e quarto (4) vincolo siamo cerniere ad asse verticale.
Alla quarta cerniera viene poi connessa, tramite un quintomembro di forma particolare, che potremmo definire ad S, un’ulteriore cerniera (la quinta), ad asse orizzontale, da cui si dipartono due bracci che sorreggono da ambo i lati, dueulteriori cerniere (6) ad assi coincidenti che sorreggono il piatto (settimo membro della catena cinematica) che sorregge la parte finale che deve poi essere fissata alla bocca delpaziente.
In tal modo si realizza una cerniera sferica (i tre ultimi assi si incontrano in ununico punto).
Tuttavia la presenza di un tale sistema non è vincolante dal punto di vistadella realizzazione dell’apparecchiatura, ma nello stesso tempo si rivendica che unsistema auto bilanciato che permetta ad una cerniera sferica di muoversi nello spazio perreggere un’apparecchiatura collegata rigidamente alla bocca è in violazione del presentebrevetto.
Sul settimo membro, sono poi poste due slitte motorizzate (7 ed 8) edeventualmente dotate di encoder di controllo i cui assi sono perpendicolari tra loro,essendo uno anche parallelo all’asse della sesta cerniera.
Poiché poi le slitte hanno unloro peso, e soprattutto ha un peso ciò che vi viene posto sopra, sono stati aggiunti dueopportuni contrappesi mobili (13 e 14), montati su guida fissa, e collegati all’elementomobile da cavi con due carrucole di rinvio, in modo da mantenere fissa la posizione delbaricentro del sistema, che anzi, deve essere posto in corrispondenza del centro dellacerniera sferica.
Ovviamente anche in questo caso lo spostamento del contrappesopotrebbe essere realizzato anche in altro modo.
Ciò sia perché in questo modo il sistemaè completamente neutro sulla bocca del paziente, sia perché possa essere ruotato di 180°intorno alla cerniera 5, in modo da essere utilizzato sull’arcata superiore.Quanto al sistema di ancoraggio all’arcata dentale (superiore o inferiore), esso ècomposto da una mascherina radio-trasparente a forma di ferro di cavallo, ma sviluppatain altezza per conferirle rigidità, ed al cui interno vi siano annegati elementi radio-opachima non metallici (vedi Tavola 2) ad appoggio vestibolare, e bloccata il più rigidamentepossibile al capo o al mento, e che sia fornita di quattro piccole pernetti sul bordosuperiore in modo da alloggiare in modo univoco una eventuale mascherina anatomicache riproduca esattamente la forma dei denti, che potrebbe essere realizzatasuccessivamente sulla base dei dati rilevati dalla scansione del cavo orale, per uneventuale riposizionamento della mascherina vestibolare, qualora si decidesse di toglierlaper poi rimetterla successivamente.
Tale mascherina dovrebbe poi essere anchecollegata all’esterno della bocca con una ulteriore struttura a ferro di cavallo per ilbloccaggio inferiore o a copricapo per quello superiore, che permetta un bloccaggioesterno ad un’altra struttura che dovrebbe avere appoggio esterno, sul mento o sul capo,in modo da rendere la struttura fissata o alla mandibola o al capo, a seconda della partesu cui lavorare.
Ad esempio nel caso del mento, si potrebbe organizzare una contromascherina esterna da fissare a quella ad appoggio vestibolare con opportune viti anchein materiale radio-trasparente (Tavola 3), mentre nel case dell’arcata superiore, sipotrebbe fare una struttura a “cappellino” da fissare esternamente alla mascherinavestibolare tramite le sue appendici esterne (Tavola 4).
La parte anteriore dellamascherina viene collegata rigidamente al 7° membro della struttura auto-bilanciata, inmodo univoco ad un ulteriore elemento (15 di Tavola 1) la cui posizione è regolata sia inaltezza che in inclinazione da due motori (9 e 10 sempre di Tavola 1), in modo dacontrollare che la movimentazione delle slitte avvenga in un piano parallelo al pianodentale.Quanto al sistema di rilievo della forma dei denti, esso è costituito da un proiettore tipoLCD privato della sua ottica usuale (16 di Tavola 5), la cui proiezione è limitata ad un’areadell’ordine di 1,5 cm2 tramite una lente (17) che proietta lungo l’asse ottico (18) verso unamascherina (19) che contiene al suo interno due telecamere ad asse orizzontale (20) euno sistema basculante (21) di specchi posti su di un unico supporto ma mutuamenteinclinati, il cui moto è trasmesso tramite l’astina (22) da uno step-motor, (23), essendo poiil tutto montato su di un piatto basculante azionato da un motore (24) tramite unaopportuna camma lungo un asse più basso di quello ottico (25) modo da poter essereinclinato lateralmente.
In questo caso le due micro-telecamere avranno direzione diosservazione orizzontale, essendo il loro fascio ottico deviato dal sistema di specchibasculante già citato, in due direzioni inclinate di circa ± 10° rispetto alla direzioneperpendicolare al piano dentale, in modo da osservare la zona della radice dei denti.
Ciò èillustrato in Tavola 5.
Rispetto a quanto contenuto nella precedente domanda di brevetto,EP07849724.5, si è ridotto il numero di telecamere e introdotto lo specchietto orientabileche permette di variare la zona di osservazione.
In alternativa le due telecamere (27 e 28)fissate ad una diversa mascherina (29) potrebbero anche essere poste con l’assegiacente sul piano perpendicolare all’asse ottico del proiettore ma inclinato in direzione deldente da osservare, mentre lo specchio riflettente (26) sarà comunque inclinabile tramitel’asta (30) in modo da permettere l’osservazione nelle zone radicali.
La Tavola 6 mostrauna sezione trasversale di quest’ultima mascherina porta-telecamere.Ultimo fondamentale elemento del sistema, il robot di guida per gli impianti che consentedi variare l’inclinazione dello stesso in due direzioni, oltre che la penetrazione nel tessutoosseo, in modo da ottimizzare l’utilizzo dei tessuti ossei da una parte, e dall’altra di teneranche conto delle direzioni prevalenti del carico, essendo il tutto montato sulle stesse slittex, y che caratterizzano il sistema di rilievo di forma, per cui si ottiene un sistema a 5 GDLfissato alla bocca del paziente.
Tale Robot sarà realizzato in modo che possa essereagevolmente sostituito al gruppo di rilevazione delle forme.Molte sono le possibili configurazioni di un sistema a 5 GDL: ci limiteremo a mostrarneuna, ma è chiaro che è facile proporne altri.
Tuttavia si rivendica che qualsiasi sistemarobotico applicato al posizionamento di impianti e supportato da un sistema interamenteautobilanciato e reso solidale al capo del paziente, deriva da questa invenzione.
Entrandonel dettaglio della configurazione preferita, il sistema si pone innanzi tutto l’obiettivo diridurre al minimo ciò che deve essere introdotto nella bocca del paziente, limitandosisostanzialmente al micromotore, che in ogni caso deve esservi introdotto.
A tal fine ilsistema è essenzialmente un compromesso tra i due primi meccanismi proposti nelbrevetto EP07849718.7 in quanto il meccanismo di base è un quadrilatero, ma che vieneattivato come un robot parallelo anziché seriale.
In particolare (Tavola 7) il motore (31) fagirare una madrevite che tramite un’astina che presenta due cerniere sferiche alleestremità agisce sulla deformazione del quadrilatero, mentre l’encoder assoluto (34)registra l’angolo prodotto.
In maniera analoga il motore (32) agisce ancora su unamadrevite che, sempre tramite un’astina simile alla precedente, produce l’inclinazionelaterale del quadrilatero, registrata dall’encoder (33).
La slitta (35) poi permettel’avanzamento del micromotore (6) nella direzione prestabilita, mentre il bottone (37)consente di bloccare la slitta in posizione verticale nel caso si ponga sulla slitta non unmicromotore, ma un sistema per il rilievo del calco orale come il CEREC della SIEMENS oquello della 3M, permettendo di dare un riferimento esterno a questi sistemi.La procedura di utilizzo è quindi la seguente: inizialmente si parte dalla TAC e si decideoperando in realtà virtuale la posizione ottima degli impianti.
Una volta stabilito ciò, siinstalla la mascherina sulla dentatura del paziente, la si assicura con gli strap o con viti inmateriale radio-opaco, e si connette l’apparecchiatura.A questo punto con il doppio quadrilatero bloccato in verticale, il medico, montando untastatore al posto del micromotore, guida la slitte x,y con il mouse per andare a toccare deipunti particolari della dentatura (punte e fosse) identificandoli sulla rappresentazione 3Ddella TAC.
Da questo il sistema stabilisce la corrispondenza tra la TAC e la bocca delpaziente, ed il sistema, passando in modo Robot, guida appunto l’infissione degli impiantinelle posizioni predeterminate.In alternativa, una volta inserita la mascherina e fissata alla bocca del paziente, si puòprocedere al rilievo del calco utilizzando il sistema descritto precedentemente, e da questoè possibile realizzare una seconda mascherina anatomica dotata di punti di fissaggio allamascherina base.
Dopo di che si può inviare il paziente a fare la TAC con una delle duemascherine in bocca, e si decide come prima ove posizionare gli impianti.
Naturalmentel’utilizzo di questa seconda mascherina consente di togliere e rimettere facilmente lemascherine senza problemi nel riposizionamento, cosa che diverrebbe difficile in caso dimascherina puramente vestibolare.1.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, composta da un sistema di movimentazione attivo nelpiano dell’arcata dentale, lungo due assi, su cui sono posti in modo univoco, ma inalternativa, sia un sistema di rilievo della forma del cavo orale, sia un micro-robotcapace di cambiare in modo controllato l’inclinazione di una slitta su cui è montatoun micromotore implantare onde guidare la preparazione del foro da parte delmedico e la successiva infissione dell’impianto dentale esattamente nella posizioneprestabilita, essendo il tutto posto su di un braccio reso solidale al capo delpaziente tramite una mascherina di fissaggio alla bocca dello stesso la cuiposizione può essere regolata in altezza ed inclinazione, in modo che gli strumentipossano essere mossi sul piano dentale rimanendo ad una distanza prefissata daidenti, essendo il braccio di supporto auto – bilanciato ed in grado di seguire imovimenti dello stesso senza esercitare forza alcuna sul capo del paziente stesso.2.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1, movimentato, rispetto allabocca del paziente, tramite un doppio sistema di slitte comandate da accoppiamentivite – madrevite comandati da motori ed in grado di fornire anche con precisione laposizione delle slitte rispetto al piano, in modo da consentire la movimentazionedella slitta di guida sul piano dell’arcata dentale lungo due assi ortogonali, guidatoda opportuni vincoli prismatici, o da qualsiasi altro sistema di movimentazione chesia però sufficientemente rigido.3.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1, movimentato sul settimomembro di un sistema a sei gradi di libertà auto-bilanciato con il baricentro delsistema completo montato sul settimo membro coincidente con il centro del polsosferico formato dall’incontro degli assi degli ultimi tre giunti, essendo le slitte forniteanche da contrappeso mobile in modo che il movimento di quanto posto sulle slittestesse non produca spostamento del baricentro stesso del sistema.4.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1, fornito di un sistema chepermetta di regolare l’inclinazione della slitta di guida del micromotore implantare sudue direzioni perpendicolari, onde assumere l’inclinazione prevista dal medico econsistente sia in un robot di tipo parallelo, che in un robot di tipo seriale, o ancormeglio in un sistema misto che possa accoppiarne i pregi.5.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1 che, nella sua versione peril rilievo del calco orale sarà costituito da un gruppo proiettore e telecamere, in cuile telecamere sono due e poste in orizzontale con un sistema di tre specchi montatisu un unico supporto rotante e reciprocamente inclinati, di cui uno dedicato ariflettere la proiezione sul piano orizzontale, e gli altri due che permettono alletelecamere di inquadrare la zona di proiezione, essendo gli specchi orientabili inmodo da riflettere i pattern proiettati con piccole angolazioni sia in avanti cheindietro, in modo da permettere l’osservazione della zona gengivale, essendo poitutto il sistema di proiettore e telecamere incernierato su di un asse parallelo allaproiezione ma più basso dell’asse di proiezione, in modo da essere inclinato suidue lati permettendo anche l’osservazione laterale della zona gengivale.6.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1, che nella sua versione peril rilievo del calco orale sarà costituito in alternativa allla precedente rivendicazione,da un gruppo proiettore e telecamere, in cui le telecamere sono due con gli assiottici giacenti in un piano perpendicolare a quello di proiezione, ed un unicospecchietto montato su supporto rotante, in modo da riflettere i pattern proiettati conpiccole angolazioni sia in avanti che indietro, permettendo così l’osservazione dellazona gengivale, essendo poi tutto il sistema di proiettore e telecamere incernieratosu di un asse parallelo alla proiezione ma più basso dell’asse di proiezione, inmodo da essere inclinato sui due lati permettendo anche l’osservazione lateraledella zona gengivale.7.
Sistema integrato per il rilievo del calco orale ed il posizionamento di precisione diimpianti dentali nello stesso, di cui alla rivendicazione 1, che sarà completato dauna mascherina vestibolare in materiale radiotrasparente ma contenente dei markerradiopachi non metallici che sia abbastanza spessa e con bordi arrotondati sulfondo in modo da distribuire il carico di bloccaggio nel modo più uniforme possibile,e che presenti sulla superficie superiore almeno tre o più pernetti su cui possaessere posizionata successivamente una eventuale mascherina anatomica chepresenti l’impronta dentale del paziente rilevata col sistema intraorale, in modo dapermettere un eventuale successivo riposizionamento di precisione dellamascherina vestibolare, essendo tale mascherina ad appoggio vestibolarecollegata rigidamente ad una struttura ad U esterna alla bocca che debba esserecollegata tramite opportuni sistemi sufficientemente rigidi (anche viti, purchéradiopache) ad una ulteriore struttura esterna similare ma che nella parte interna siappoggi o sotto il mento o sulla testa.
Claims.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants composed by a 2 DOF prismatic active system able tomove in two directions, on which may be placed uniquely either a system to detectthe shape of the oral cavity or a micro-robot able to change in a controlled way theinclination of a slide on which an implant micro-motor may be mounted, in order toguide the hole preparation and following implant embedding in the preset position,being the whole device placed on a link fixed to the patient mouth through a specialmask whose position may be controlled in height and angulation, so that theinstruments may be moved within the mouth keeping a constant distance from thetip of the teeth, being the supporting link possibly self balanced, and able to followhead motion without exerting any force on the patient’s head.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 moved with respect to the mouththrough a twin system of prismatic joints activated by motors acting on wormscrews, and able to supply also with precision its position with respect to the plane,in order to allow moving the instruments along the dental arch plane in twoperpendicular directions, or driven by any other system of suitable rigidity.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 mounted on the seventh link of a6 DOF self-balanced system, with the center of gravity of the entire seventh link,included the equipment mounted on it sitting on the center, being also the slidesequipped with a moving counterweight in order to keep constant the position of theglobal center of mass.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 bearing a system that allows tovary the inclination of the slide driving the micro-motor implant in two perpendiculardirections, in order to assume the inclination preset by the doctor and might consistin a parallel robot, or in a serial robot, or, even better in a mixed system that couldcouple their advantages.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 in its version for the intraoraldetection of the dental dye will consist in a projector camera system, in which thecameras are two, positioned horizontally, in front of a system of three mirrors,reciprocally inclined and fixed on a rotating frame, of which one is dedicated toreflect the image projected on the horizontal plane, while the other two allow thecameras to see the projection zone, being the mirror’s frame rotated by smallamounts in order to change the projection inclination to observe the gum’s region,being also the entire system hinged on an axis parallel to the projection but lowerthan this, so as to allow observing also the gum’s lateral region.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 in its version for the intraoraldetection of the dental dye alternatively will consist in a projector camera system, inwhich the cameras are two with the axes laying on a plane perpendicular to theprojection direction, and a single mirror mounted in a rotating frame, in order tochange the projection inclination to observe the gum’s region, being also the entiresystem hinged on an axis parallel to the projection but lower than this, so as toallow observing also the gum’s lateral region.
Integrated system for the intraoral detection of the dental arch and precisionpositioning of dental implants described in claim 1 completed by a vestibular maskin radio-transparent material, but containing non metallic radio-opaque markers,thick enough and with rounded edges in the bottom in order to distribute theblocking load evenly, presenting also on the upper surface at least three or moresmall pins on which a possible second anatomical mask may be univocallypositioned, bearing the patient dental embossing detected by the intraoral system,in order to allow a possible second precision positioning of the vestibular mask,being such mask rigidly fixed to a U shaped external structure that must be lockedthrough suitable means (even radio-opaque screws) to a further external structurebut that in its inner portion should sit either under the jaw or on the head.
Inventori: Guido A. Danieli e Paola Nudo – Università della Calabria, – Francesco Inchingolo – Università di Bari, Massimo Marrelli – Tecnologica Srl – Crotone, Francesco
Giuzio e Francesco Rizzuto – Studi Dentistici in Cosenza
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