Online Bohrtiefenbestimmung für zahnärztliche Bohrantriebe

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung der Bohrtiefe einer Pilotbohrung, um ein Zahnimplantat problemlos setzen zu können. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von drei Messverfahren, die es erlauben, online die Tiefe des Bohrers mit einem Fehler von maximal 0,3 mm zu bestimmen. Beim ersten Verfahren wird die Laufzeit von Schallwellen zwischen einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger ermittelt. Die Wandler arbeiten im CW-Betrieb. Die zu detektierende Reflexionsstelle besteht vorwiegend aus der Oberfläche des Alveolarknochenkammes. Unerwünschte Grenzflächen bilden sich auf Grund der 0,9 % NaCl Kühlflüssigkeit sowie durch das Vorhandensein diverser Grenzflächen in der Mundhöhle. Der maximale absolute Bohrtiefenfehler war 0.525 mm und der minimale absolute Fehler war 0.215 mm. Beim zweiten Verfahren wird die Änderung der magnetischen Flussdichte entlang der z-Achse ausgenützt. Ein Dauermagnet bzw. eine mit Gleichstrom durchflossene Spule sorgt für das notwendige magnetische Feld. Der Dauermagnet muss unter dem Unterkiefer fixiert werden. Im zweiten Fall wird der Kopf des Patienten in einer hinreichend großen alternativen Spule positioniert. Dadurch können auch im Oberkieferbereich Messungen durchgeführt werden. Die Erfassung erfolgt mit einem Hallsensor. Kühlflüssigkeit sowie diverse Gewebestrukturen beeinflussen die Messung nicht, wobei hoch magnetisch permeable Metalle gemieden werden sollten. Es ergab sich ein maximaler Bohrtiefenfehler von 0,91 mm. Das dritte Verfahren wurde mit Hilfe eines kapazitiven Sensorchips durchgeführt. An diesem wurde eine kreisringförmige Elektrode angeschlossen. Positioniert wurde diese am Bohrkopf, konzentrisch um den Bohrer. Der mit Kühlflüssigkeit bedeckte Alveolarknochenkamm bildet die zweite Elektrode. Eine zuverlässige Bohrtiefenmessung konnte mit diesem Verfahren auf Grund zu starker Störungen nicht erreicht werden.<br />

The main goal of the presented work is the determination of the drilling depth for placing a dental implant into the jaw bone without any problem. The focus is set on the development of three measurement methods allowing an online detection for the drilling depth. The error of the measurement was required to be less than 0.3 mm. The first method determines the delay time of a signal between an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver. Both converters are working in CW- operation. The reflexion area for the detection consists mainly of the surface of the alveolar bone. Disturbing additional interfaces were generated by a 0.9 % NaCl cooling liquid and other surfaces within the oral cavity. The maximum absolute drilling depth error was 0.525 mm and the minimum absolut error was 0.215 mm. The second method detects the flux density along the z-axis of a permanent magnet or a coil carrying an electric current. The permanent magnet must be fixed under the lower jaw. In the second case the head of the patient has to be inside of a coil. By this, measurements within the area of the upper jaw can be performed. A magnetic sensor detects the signal of interest. Cooling liquid and different tissue structures did not affect the measurement, but all types of highly magnetically permeable metals had to be avoided. The maximum drilling depth error was 0.91 mm. The third method was based on a capacitive sensor chip. A ring shaped electrode was soldered to this chip and mounted concentrically around the rotating instrument. The backplate electrode of the capacitor was formed by the 0.9 % NaCl cooling liquid on the alveolar bone. A reliable detection of the drilling depth was not possible with this method because of too many interference signals.<br />