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Künstlicher Backenzahn sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen künstlichen Backenzahn für künstliche Gebissteile sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Herstellung.
Kinematische Untersuchungen der räumlichen Bewegungen des Unterkiefers bei feststehendem Oberkiefer haben ergeben, dass die durch die Muskulatur und das Reflexgeschehen geführten natürlichen Be-
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einen grundsätzlich andern Verlauf als den, der im Verein mit dem Rückbiss und Vorbiss zur Grundlage bekannter Zahnkonstruktionen gemacht wurde.
Zahnkonstruktionen müssen wenigstens so weit der Natur angepasst sein, dass sie die natürlichen Bewegungen der Kiefer berücksichtigen ; andernfalls hindern die Zahnhöcker eine Bewegung und es kommt zu Kippungen der relativ locker befestigten Prothesen. Um dies zu vermeiden, waren bei den nach bekanntem Verfahren hergestellten und mit Zähnen versehenen Prothesen stets erhebliche Nacharbeiten in der Mundhöhle notwendig, um sie dort der natürlichen Bewegung anzupassen. Die vorgebildeten Höcker gingen dabei meist verloren, was den Wert der Prothese hinsichtlich des Kaueffektes herabsetzte und die Vorarbeit zur Herstellung solcher Zähne zunichte machte. Dieses Einschleifen der bekannten Zähne in der fertigen Prothese wurde aber in der Zahnheilkunde als unumgänglich notwendig angesehen und stets durchgeführt.
Die bei der natürlichen Bewegung der Kiefer als reflektorisch gesteuerte Regelleistung stattfindende Seitenbissbewegung erfolgt nach den bisherigen Vorstellungen durch wechselweise Drehung des Unterkiefers um zwei definierte Achsen im Raume, die schräg hinter den beiden Gelenkkörpern liegen. Dementsprechend sind Artikulatoren zur Herstellung künstlicher Backenzähne bekannt, in denen die Bewegungen nach links und rechts jeweils durch Drehung des dem Unterkiefer entsprechenden mechanischen Teiles um zwei Achsen erfolgen. Diese Annahme hat sich aber auf Grund von neueren Versuchen am natürlichen Kieferapparat als unrichtig erwiesen.
Der Verlauf der Unterkieferbewegung im Raume - bei feststehendem Oberkiefer-ist vielmehr als eine fast reine Translation zur Seite, nach vorn und nach unten aufzufassen, der sich durch eine geringe Verschiedenartigkeit in der Bewegung der beiden Gelenkköpfe eine leichte Drehung des Unterkiefers hinzugesellt. Unter "Translation" wird'dabei eine Verschiebung parallel zu. sich selbst verstanden.
Um zu einer bewegungsgerechten Konstruktion künstlicher Backenzähne zu gelangen, ist es notwendig, diese neu erkannten natürlichen Kieferbewegungen, die als Motor des Gebisses unabänderlich oder fast unabänderlich vorliegen, genauer zu studeren. Fig. l der Zeichnung zeigt die Bewegungen des Unterkiefers im Raume bei einer Kaubewegung, nach links und nach rechts, wobei die eingezeichneten räumlichen Bewegungsdiagramme in der Gegend der mit a bezeichneten Schneidkantenmitte, des mit b bezeichneten linken unteren Mahlzahnes und der mit c und d bezeichneten beiden Gelenkköpfe diese Bewegung im einzelnen wiedergeben.
Vergrössert ist in den Fig. 2a und 2b entsprechend Fig. l, Stelle b die Bewegung der vorderen äusseren Höckerspitze des ersten Mahlzahnes der rechten (Fig. 2a) bzw. der linken (Fig. 2b) Kieferseite bei einer Kaubewegung nach links im Raumdiagramm wiedergegeben. Von der Start-
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position 0 (Fig. 2a und 2b) ausgehend bewegt sich der Unterkiefer in Höhe des ersten Mahlzahnes über die Bewegungspunkte 1, 2, 3 und 4 zurück zur Ausgangsposition 0 in fast reiner Translation, was aus der relativen Gleichheit der beiden Kurvonbilder im Raumdiagramm deutlich zu erkennen ist. Die Bewegung auf der bei diesem Vorgang nicht zum Kauen benutzten rechten-Seite ist in der Komponente y nach dem unten liegenden Punkt 3 etwas grösser als auf der linken Kauseite.
Entsprechend Fig. l, Stellen c und d, geben die Fig. 3a und 3b ebenfalls vergrössert die Bewegung der beiden Gelenkköpfe rechts und links bei der gleichen Kaubewegung nach links wieder. Aus diesen Figuren ist die auch in Fig. l durch Angabe der Winkelgrade deutlich gemachte, sehr starke Komponente nach seitwärts ablesbar, wobei die Bewegungsverläufe des rechten Gelenkkopfes (Fig. 3a) und des linken Gelenkkopfes stärker verschieden sind als die Bewegungsverläufe in der Gegend der beiden ersten Mahlzähne rechts und links (Fig. 2a und 2b). Es sei hervorgehoben, dass insbesondere auch der Unterschied des Wertes y des Raumdiagramms rechts und links noch grösser ist als in den Fig. 2a und 2b. Der rechte Gelenkkopf kehrt vom Messpunkt 4 (Fig. 3a) steil nach oben und seitwärts in seine Ausgangsposition zurück.
Schliesslich ist der Vollständigkeit halber in Fig. 4 das vergrösserte, der Fig. l,, Stelle a, entnommene Raumdiagramm der Bewegung der unteren Schneidezähne bei dieser Kaubewegung des Unterkiefers nach links wiedergegeben. Erst im Verlauf des Teilabschnittes 4 - 0 der durch die Messpunkte 0, 1, 2,3 und 4 angegebenen Gesamtbewegung nach den Fig. 2 - 4 kommt es zur entscheidenden Berührung der Zähne des Unterkiefers mit denen des Oberkiefers unter Entstehung einer Schneid- und Quetschwirkung auf das Kaugut zwischen den beiden Zahnreihen, wogegen die übrigen Teilabschnitte dieser Bewegung ohne Berührung der Zähne untereinander stattfinden ; allerdings stehen die Zähne auf der in diesem Fall linken Kauseite meist bereits in Berührung mit dem Kaugut.
Im Gegensatz zu diesen Messungen der Kieferbewegung wurde bisher, wie schon erwähnt, statt der translativenSeitenbewegung eine Rotation des Unterkiefers um eine Achse angenommen. Dabei sollte der linke Gelenkkopf eine im Ausmass nur geringgradige Bewegung nach seitwärts machen, während der rechte Gelenkkopf hauptsächlich nach vorn wandern sollte und seine Seitwärtskomponente durch den Winkel der Abweichung von einer das Gebiss in zwei Hälften trennenden Medianebene definiert sein sollte. Dieser Winkel zur Medianebene wurde zwischen 50 und 300 liegend angegeben.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Messungen zeigen nun aber, dass die Winkelgrade zur Medianebene (in den Raumdiagrammen y-z-Ebene) zwischen 430 und 900 (vgl. Fig. 1) liegen und im Mittel 650 betragen. Sie liegen also wesentlich höher als das bisher angenommene Mittel vonetwa 150. Stellt. man auch die im natürlichen Gebiss durch längeres Verweilen des rechten Gelenkkopfes inder x-y-Ebene (vgl. Fig. 3a) ausser der Translation erfolgende Rotation des Unterkiefers im Gegensatz zu den bisherigen Auffassungen (deutsche Patentschrift Nr. 421688), so erfolgt bei der Kaubewegung nach links nach der bisherigen Auffassung die Rotation um eine Achse in der Nähe des linken Gelenkkopfes, im natürlichen Gebiss dagegen (Fig. 3) um Punkte in der unmittelbaren Nähe des rechten Gelenkkopfes.
Die bei den bekannten Artikulatoranordnungen ablaufende Bewegung entspricht deshalb auch nicht annähernd den natürlichen Kieferbewegungen und die hiemit konstruierten Zähne müssen daher bei der Eingliederung in die Mundhöhle wegen der hier stets fast gegensinnig zu den gemachten Angaben verlaufenden Kieferbewegungen ein unüberwindliches Hindernis abgeben, was zum Abkippen und Herunterfallen der Prothese führt und den erwünschten Kaueffekt unmöglich macht. Die bekannte Konstruktion geht also von einer Rotation um Achsen aus. Die Rotation erfolgt jeweils um die Achse jener Seite, zu der hin der Unterkiefer schwenkt. Die natürliche Gebissbewegung erfolgt dagegen weitgehend als Translation zur Kauseite hin.
Soweit von einer Rotation gesprochen werden kann, liegen Achse und Pol dieser Bewegung in der Nähe des Gelenkkopfes, also entgegengesetzt der Seite, die bei den bekannten Artikulatoren angenommen worden ist. Um die stets wiederkehrende relative Gleichförmigkeit und Regelmässigkeit der in den Fig. 1-4 nur für eine Bewegungsphase wiedergegebenen Raumdiagramme zu zeigen, sind in Fig. 5 die x-, y-und z-Werte mehrerer hintereinander erfolgender Bewegungsphasen eines Messpunktes des Unterkiefers im Kurvenlauf wiedergegeben.
Um ausser der behinderungsfreien Bewegung und damit guter Kauleistung auch den übrigen bekannten Leistungen des Gebisses, nämlich Abfluss des Zermahlungsgutes und Speichels nach der Zerkleinerung, Sprachleistung, Berührungsempfinden der umgebenden Muskulatur mit den Zähnen, zu genügen, ist es notwendig, eine über die technische Konstruktion hinausgehende, dem natürlichen Zahn ähnliche Zahnform zu gestalten.
Das Ziel der Erfindung ist es demnach, die Leistungsfähigkeit künstlicher Zähne hinsichtlich ihrer Zerkleinerungswirkung dadurch zu steigern, dass auf der Kaufläche der künstlichen Zähne durch Zahnhök- ker scharfe, definiert gestaltete, bei Translationsbewegungen wirksam werdende Schneidflächen ausge-
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bildet werden, durch welche der Wirkungsgrad natürlicher oder der Natur nachgeformter Zähne noch überschritten wird, und Form und Anordnung der Höcker auf der Kaufläche so zu wählen, dass nach Eingliederung der Prothese in die Mundhöhle ein gleichmässiges, trotz der Höcker von Behinderungen freies Bewegungsspiel während des Kauvorganges möglich ist.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildeter künstlicher Backenzahn, der in bekannter Weise mehrere pyramidenförmige Kauflächenhöcker mit viereckigen Basisflächen ohne einspringende Ecken aufweist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Pyramiden sich teilweise körperlich durchdringen, indem sie in Richtung ihrer gemeinsamen Basisdiagonalen so weit ineinandergeschoben sind, dass ihre Seitenflächen im wesentlichen Parallelogramme sind, und dass die Diagonalen in Richtung der beim Kauen auftretenden annähernd reinen Translationsbewegungen orientiert sind, wobei die zwischen je zwei benachbarten parallelen Diagonallinien liegenden Pyramidenseitenflächen je eine Fissur begrenzen, durch die beim Kauen gleicherweise ausgebildete Höcker der Gegenzahnreihe geführt werden können.
Bei der Erfindung handelt es sich also um künstliche, mit Höckern und Ausnehmungen versehene Backen- und Mahlzähne, die nicht einfach der Natur nachgeahmt wurden, sondern deren Kauflächen besonders konstruiert sind. Im Moment der ersten Berührung der Zähne der unteren Zahnreihe mit den korrespondierenden Zähnen der oberen Zahnreihe treffen definierte Höckerkanten und-spitzen der unteren Zahnreihe auf ihnen entsprechende, ebenso definierte Kanten und Spitzen der oberen Zahnreihe. Fig. 6 zeigt in dieser Situation einen Zahnreihenausschnitt von der Seite, Fig. 7 von vorn, wobei im Verlauf der weiteren Bewegung entsprechende Flächen (vgl. die Pfeile in Fig. 7) dicht aneinander vorbeigleiten, so dass eine maximale Schneid- und in den übrigen Räumen Quatschwirkung zwischen den Zähnen auf das Kaugut 20 entsteht.
Durch die Anpassung an die natürliche Bewegung aber sind Kanten und Höcker so angeordnet, dass ein hinderungsfreies Bewegungsspiel der Höcker der einen Zahnreihe durch die Ausnehmungen der gegenüberliegenden Zahnreihe erfolgt.
Erfindungsgemäss stellen demnach die in den Fig. 9 und 10 als vierseitige Pyramiden dargestellten Höcker die wichtigste Teilform der Kaufläche dar. Gemäss der Erfindung haben also diese Pyramiden vier Seitenflächen (Fig. 9), wogegen die bisher bekannten Höcker nur deren drei hatten.
Zur Herstellung von künstlichen Backenzähnen gemäss der Erfindung wird ein Artikulator verwendet, dessen Oberteil gegenüber einem Unterteil Translationsbewegungen ausführen kann, und der an einem seiner beiden Teile Messer trägt, wobei nach der erfindungsgemässen Verfahrensweise durch zwei Translationsbewegungen des Oberteils des Artikulators mittels der in einem der beiden Teile angeordneten Messer im andern Teil Pyramidenhöcker mit viereckigen Basisflächen geschnitten werden, deren Diagonalen in Richtung der beiden Translationsbewegungen verlaufen.
Vorzugsweise ist bei dem Artikulator der Kreuzungswinkel der Flächen der im Unter- oder Oberteil des Artikulators angeordneten Messer veränderbar. Zu diesem Zweck können die Messer, wie später noch genauer erläutert wird, gegeneinander derart verstellbar sein, dass die Messerspitzen wahlweise in einer Ebene oder auf der Oberfläche einer Kugel oder einer sonstigen krummen Fläche angeordnet werden können.
Die Grundform des Artikulators nach der Erfindung ist in Fig. 11 dargestellt. Es besteht aus zwei als Unterteil 1 und Oberteil 2 bezeichneten, gegeneinander beweglichen, durch Schienen, Gleitflächen oder Gelenke geführten Teilen. Gemäss Fig. 11 sind am Unterteil 1 rinnenförmige Gleitflächen 3,4, 5 vorgesehen, in die durch Gravierungen 11 Bewegungsbahnen eingearbeitet sind. In diese greifen am Oberteil 2 angebrachte Spitzen 6,7 und 8 ein, welche dem Oberteil gegenüber dem Unterteil eine der natürlichen Bewegung entsprechende, definierte Führung erteilen. Am Oberteil 2 wird ein dem Oberkiefer entspre- chender Gipsklotz 9, am Unterteil ein dem. Unterkiefer entsprechender Gipsklotz 10 befestigt.
Im Oberkiefer-Gipsklotz sind drei Messer 13 eingelassen, die im Unterkiefer-Gipsklotz 10 entsprechend der Bewegung des Oberteils zum Unterteil Bahnen bzw. Höcker und Kerben bzw. Fissuren 14 schneiden.
Statt der beschriebenen Führung durch Gleitbahnen 11 und Stifte 6,7, 8 kann gemäss den Fig. 12 und 13 auch ein Gleitgelenk dienen, das durch den Verlauf von Kugeln 15 in der Rinne 16 definiert ist. Fig. 12 gibt die Lage dieser Kugel-Gleitgelenke mit einer Schwenkung nach links in der Aufsicht wieder und Fig. 13 stellt ein einzelnes Gelenk in Seitenansicht dar. Jedes dieser Gelenke ist mit dem Unterteil 1 durch ein vertikal gestelltes arretierbares Drehgelenk 17 verbunden (Fig. 13), welches die Schwenkung der beiden Gelenke nach links und rechts (Fig. 12) ermöglicht. Durch die Kugel 15 wird ein Stab geführt (Fig. 12), der mit dem Oberteil 2 des Artikulators fest verbunden ist.
Durch Verstellen der Gleitrinne 16 in die Horizontale im arretierbaren, horizontal gestellten Drehgelenk 18 und durch Drehung der Gelenke im arretierbaren Drehgelenk 17 und das Gleiten der Kugel 15 in der Rinne 16 entstehen Bewegungsbahnen ähnlich denen, die die Gravierungen nach Fig. 11 hervorrufen. Durch diesen so ausgebildeten Artikulator
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ist es möglich, die Messer 13 über den Gipsblock 10 in reiner Translationsbewegung oder einer von der Translation in vorbestimmter Weise abweichenden Bewegung zu steuern. Durch das Drehgelenk 18 (Fig. 13) kann der Führungsrinne 16 auf einer Seite eine andere Neigung zur Horizontalen im Vergleich zur andern Seite gegeben werden, wie das den Messungen der natürlichen Bewegung (Fig. 3) entspricht.
Diese Bewegungen lassen sich aber auch mit jeder andern Artikulatorkonstruktion, welche die gleiche Translation oder eine der Translation ähnliche Bewegung zum Ziele hat, in entsprechender Weise erzeugen.
Zur Herstellung der künstlichen Zähne in diesem Artikulator sind im Ober- oder Unterteil Messer entsprechend der Urform (Höcker) der Kaufläche eines Einzelzahnes angeordnet. Wegen der erforderlichen vierflächigen Höcker stehen die Schneiden der Messer derart, dass sie die vier Kanten 21,22, 23,24 einer Pyramide bilden (Fig. 14a).
Da die Kauf1 che der Mahlzähne aus drei, vier und mehr Höckern gebildet wird, die Kaufläche der Backenzähne hingegen zumeist nur aus zwei Höckern, und da in einem Arbeitsgang eine ganze Zahnreihe des Oberkiefers oder Unterkiefers gleichzeitig geschnitten werden soll, sind die in Fig. 14b perspektivisch gezeigten Einzelmesser so zu einer Gruppe geordnet, dass die durch die Schneiden der Messer zur Ausbildung kommenden Kanten der Einzelhöcker eine bestimmte, den natürlichen Gegebenheiten entsprechende Beziehung zueinander haben. Der unterste Berührungspunkt der in Fig. 14b da'rgesteUten benachbarten Messer entspricht einer Pyramidenspitze. Beim benachbarten Schnittpunkt der Messerkanten erfolgt der Übergang auf die Kanten der nächsten Pyramide. Die Einzelmesser in ihrer Grundstellung gibt die Fig. 16 im Aufriss wieder.
Die Grundfläche der vierseitigen Höckerpyramide braucht kein Quadrat zu sein ; auch ein Parallelogramm, ein Trapez oder ein sonstiges Viereck kann brauchbar sein. Dementsprechend sind bei dem in Fig. 15 dargestellten Artikulator nach der Erfindung die untereinander beweglichen und in bestimmter Lage zueinander eingestellten Messer z. B. so eingerichtet, dass die Grundform eines Parallelogramms entsteht, wie sie übrigens auch in der Natur häufig zu beob achten ist.
Eine weitere im Aufriss gemäss Fig. 16 sichtbar werdende Verstellbarkeit der Messer lässt es zu, eine oder mehrere der von links nach rechts verlaufenden Messerreihen in ihrer Höhenlage zu verstellen, wobei alle Höckerspitzen auf einer Ebene oder einer Kugelfläche oder sonstwie gekrümmten Fläche liegen, oder auch im vorderen Teil anders als im rückwärtigen Teil, wie es etwa im Interesse einer besseren Stabilisierung der Prothese erforderlich sein kann.
Bei der Einstellung der Messer (Fig. 15) und der Gelenke (Fig. 13) zur Einleitung des Vorganges des Schneidens wird-wenn z. B. alle Pyramidenspitzen auf einer Ebene liegen-der Winkel der zur Seite zeigenden Messerreihen zur Frontalebene gleich dem Winkel der beiden Gelenkrinnen 16 in Fig. 12 zur Frontalebene gewählt. Somit schneiden bei reiner seitwärtsgerichteter Translation des Oberteiles 2 zum Unterteil 1 (Fig. 12) die im Oberteil oder Unterteil angeordneten Messer Rinnen in den Gipsklotz (oder anderes Material) des andern Kiefers derart, dass bei jeder späteren, gleichgerichteten Bewegung ein ungehindertes Hindurchgleiten zunächst der Messerspitzen, später der Pyramidenspitzen möglich ist.
Daraufhin werden die beiden Gelenkrinnen 16 durch Drehung im vertikalen Drehgelenk 17(Fig. 13) so gestellt, dass sie der Richtung der nach vorn zeigenden Messergruppe entsprechen. In dieser Lage werden durch translative Verschiebung von Oberteil 2 zum Unterteil 1 der Fig. 11 die beiden andern Flächen der dann entstehenden Pyramiden geschnitten. Somit ist auch eine mit den so entstehenden Zähnen versehene Prothese später imstande, eine reine Translationsbewegung ohne Behinderung auszuführen. Die Einstellung der Rinnen 16 der Gelenke (Fig. 13) in ihrer Winkelstellung zur Horizontalebene durch Drehung im Gelenk 18 um die horizontal stehende Achse erfolgt derart, dass der Winkel der Rinne 16 zur Horizontalebene mit dem Winkel der Schneiden 21,24 (Fig. 14a) zur Horizontalebene übereinstimmt.
Durch diese Massnahme gleiten die Flächen der oberen und unteren Zähne von der Kantenstellung in die Grundstellung in enger Berührung miteinander. Nach dem Schneiden der Höcker einer Kieferseite des Ober- oder Unterkiefers werden die Messer im betreffenden Kiefer entfernt und sodann werden durch Ausgiessen mit Gips oder anderem Material die Pyramiden im andern Kiefer erzeugt. Bei Verwendung eines härteren Gipses für den geschnittenen Teil im Gegensatz zum ausgegossenen Teil lassen sich durch Aneinanderschleifen die Flächen weiter bearbeiten, um entstandene geringgradige Fehler zu korrigieren. Der gleiche Vorgang erfolgt dann auch auf der entgegengesetzten Kieferseite.
Bei gleichzeitigem Schneiden der linken und rechten Kieferseite ist es notwendig, die nach vorn gerichteten Messerreihen in die für das Schneiden der andern Kieferseite massgebliche, durch die Winkelstellung der beiden Rinnen 16 zur Frontalebene bestimmte Bewegungsrichtung zu bringen. Dadurch entstehen auf beiden Seiten Zähne, die bei gleicher Neigung der Rinne 16 zur Horizontalebene im linken und rechten Gelenk ein gleichmässiges Durchleiten aller Höcker zulassen. In diesem Fall fällt jedoch die Möglichkeit des unbehinderten Vor- und Zurückgleitens des Unterkiefers zum Oberkiefer weg. Es ist anderseits zur Erreichung auch des unbehinderten Vor- und Zurückgleitens und des Schneidens der linken
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