KR100419380B1 - 컴퓨터를 이용한 치열 교정기의 제조 방법 - Google Patents

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KR100419380B1 KR20010012088A KR20010012088A KR100419380B1 KR 100419380 B1 KR100419380 B1 KR 100419380B1 KR 20010012088 A KR20010012088 A KR 20010012088A KR 20010012088 A KR20010012088 A KR 20010012088A KR 100419380 B1 KR100419380 B1 KR 100419380B1
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Abstract

본 발명은 치열 교정기의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. 환자의 진단 정보를 입력 장치를 통해 데이터로 변환하여 컴퓨터에 입력 저장한다. 두부 방사선 규격 사진과 수(근)골(손가락뼈) 방사선 사진을 이용하여 환자의 성장방향과 잔여 성장량을 결정한다. 이러한, 성장방향과 잔여 성장량을 반영하여 교정치료 후 환자의 안모 형태를 시뮬레이션하여, 치료 후의 최적의 안모 형태를 얻어낸다. 이 안모형태가 되도록 치열궁 형태를 디자인하고 치아배열 및 위치를 결정한다. 각 치아의 상악과 하악 교합 접촉관계는 하악 치아를 포함한 하악골의 운동을 3차원적으로 재현할 수 있는 교합기 프로그램을 이용하여 최적화 한다. 치료 후의 치열이 최종 완성되면, 아치와이어 플랜 위치를 선택한다. 그리고, 이 아치와이어와 치면 사이의 공간에 브라켓이 들어 갈 수 있도록 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작할 수 있는 데이터를 출력하고, 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작한다. 아치와이어와 스프링, 고무줄, 자석 등에 의해 치면에 가해지는 압력(힘)을 시뮬레이션하여 최적의 압력으로 교정치료를 하도록 아치와이어와 탄성부재 등 치열 교정기들을 선택한다.

Description

컴퓨터를 이용한 치열 교정기의 제조 방법 {METHOD FOR FORMING ORTHODONTIC BRACE}

본 발명은 치열 교정기의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 최종적인 안모의 형태, 교합 상태 등을 고려하여 브라켓, 브라켓 포지셔너 또는 아치 와이어 등의 치열 교정기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

치아 교정을 위해서는 통상 교정용 브라켓과 탄성을 갖는 아치와이어 등의 구조물들로 이루어진 치열교정기를 사용한다. 브라켓을 교정대상 치아에 붙이고, 이들에 와이어를 고정하면 치아가 와이어의 힘에 의해 이동하면서 교정이 이루어진다. 종래에 이러한 치아교정용 구조물들은 치과의사가 자신의 경험을 바탕으로 제조하여 사용하는 것이 보통이었다.

따라서, 성장방향이나 잔여 성장량을 정확하게 반영한 교정 치료 후의 안모 형태의 변화를 충분히 고려하지는 못했다. 교합기를 이용하고는 있지만 이것이 교합관계가 교정과정에 정밀하게 반영되지는 못했다. 또한, 치과 의사가 아치 와이어와 스프링, 고무줄, 자석 등 탄성부재를 실제 적용했을 때 예상되는 치아에 가해지는 힘의 크기와 방향도 알 수 없어 최종적인 교정에 대한 불확실한 결과를 낳을 수도 있었다.

치과의사들이 치열 교정기를 직접 제작하는 문제점들을 고려하여 컴퓨터를 이용하여 치열 교정기를 형성하도록 도움을 주는 프로그램들이 제시되고 있다. 예를 들면, 두부 방사선 규격 사진의 계측점을 수동으로 지정하여 분석하는 진단 프로그램과 대표되는 계측점을 수동으로 입력하면 나머지는 평균치로 알려주는 진단 프로그램 등이다. 치료 후 2차원적인 안모 형태의 변화를 예측할 수 있는 진단 프로그램도 제시되고 있다. 그러나, 이들로부터는 개별화된 정보만을 얻을 수 있어 정보가 충분치 않거나 정확한 교정결과를 예측하기 어렵다. 결과적으로 적합한 치열 교정기를 얻기가 어려운 것이다.

한편, 미국특허 6,015,289와 같이 하악 기저골의 중앙에 하악 치아가 놓이도록 치열궁 형태를 디자인하여 맞춤 브라켓과 지그(브라켓 포지셔너) 및 맞춤 아치와이어를 생산하는 방법도 제시되고 있다. 그러나, 치아와 관련된 일부 정보만을 기초로 치열 교정기를 제조하므로 한계가 있다.

위와 같은 종래의 문제점을 고려한 본 발명의 과제는 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 반영하여 치료 후의 3차원적인 안모(얼굴 모습)의 변화 정보를 이용한 치열 교정기 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 교합 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 교정치료 후 환자의 교합 상태를 최적화할 수 있도록 한 치열 교정기 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 아치와이어와 스프링, 고무줄 등 탄성부재가 설치된 상태를 미리 시뮬레이션 하여 최적의 교정력을 적용할 수 있도록 아치와이어, 스프링, 고무줄 등 탄성부재를 선택하도록 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 교정과정에서도 사용할 수 있고 그 외 악관절 질환의 진단, 치아 보전 및 보철물 제작, 악골 수술 시의 시뮬레이션 등 치과 치료 전반의 과정에서 환자의 교합 상태를 최적화할 수 있는 컴퓨터 교합기 프로그램을 제공하는 것이다.

도1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 치열 교정기의 형성 방법의 과정을 수행하는 시스템의 구성을 도시한 도면

도1B는 본 발명의 일 실시예에 따른 치열 교정기의 형성 방법의 과정을 도시한 흐름도

도2 내지 도14는 상기 도1B에 도시한 과정의 세부적인 단계를 도시한 흐름도

도15는 브라켓의 사시도

도16은 치아에 부착한 브라켓과 와이어를 도시한 도면

도17은 치열궁에 브라켓과 와이어를 부착한 것을 도시한 도면

도18은 컴퓨터 교합기에서 디스플레이되는 교합기의 단면을 도시한 도면

본 명세서 상에서 사용하는 '치열 교정기'는 좁게는 치아에 직접 적용하는 브라켓, 아치와이어를 말하지만, 넓게 브라켓 부착 시 사용하는 브라켓 포지셔너등의 지그도 포함하는 것이다. 또한, 본 발명의 제조 방법은 실제 브라켓의 가공과 같은 제작 공정을 거치는 것을 포함하기도 하지만, 아치 와이어의 경우와 같이 가장 적합한 사양의 와이어를 선택하는 것도 포함할 수 있다. 결국, 치아 교정에 필요한 모든 구조물, 지그의 선정, 가공이 모두 본 발명의 제조 방법에 포함될 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 치열 교정기의 제조 방법이 제공된다. 환자의 진단 정보를 3차원 스캐너를 포함한 입력 장치를 통해 컴퓨터에 데이터로 변환하여 저장한다. 이 자료 중 두부 방사선 규격 사진은 컴퓨터에 내장된 패턴인식 프로그램에 의해 각 계측점을 자동으로 찾아낸다. 각 계측점의 분석에 의해 환자의 성장 방향을 알아낸다. 또한, 수(근)골(손가락뼈) 방사선 사진을 패턴인식 프로그램을 이용하여 환자의 잔여 성장량을 결정한다. 이러한, 성장방향과 잔여 성장량을 반영하여 교정치료 후 환자의 안모(얼굴 모양) 형태를 3차원적으로 시뮬레이션하여, 치료 후의 최적의 안모 형태를 얻어낸다. 그 후 이 안모형태가 되도록 치열궁 형태를 디자인하고 이로부터 최종적인 치료후의 상하악 치아 배열을 구한다. 교합을 고려하여 치아 배열을 수정한다. 이 때, 각 치아의 상악과 하악 교합 접촉관계는 하악 치아를 포함한 하악골의 운동을 3차원적으로 재현할 수 있는 교합기 프로그램을 이용하여 최적화 한다. 치료 후의 가상 치아 배열이 최종 완성되면, 이에 맞추어 아치 와이어 플랜 위치를 선택한다. 그리고, 이 아치와이어 플랜과 치면 사이의 공간에 브라켓이 들어 갈 수 있도록, 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작할 수 있는 데이터를 출력한다. 이 출력에 따라, 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작한다. 바람직하기로는아치 와이어(또는 스프링, 고무줄, 자석 등의 탄성부재)에 의해 치면에 가해지는 힘을 시뮬레이션하여 최적의 압력으로 교정치료를 하도록 상기 치열 교정기의 구조물(아치 와이어, 스프링, 고무줄, 자석 등의 탄성부재)들을 수정 선택한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,

환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,

상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,

상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,

상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,

상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 최종적인 위치를 결정하는 단계와,

상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어 플랜 위치를 선택하는 단계와,

상기 아치 와이어와 치료 후 최종 치아 위치 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 치열 교정기의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 치열 교정기를 제작하기 위한 데이터를 생성하는 컴퓨터로서,

프로세서와,

상기 프로세서와 연결된 저장장치를 포함하되,

상기 저장장치에는 치열교정기를 제작하기 위한 데이터를 생성하는 프로그램이 저장되어 있고 상기 프로그램은 상기 프로세서를

환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 입력받도록 구동하고,

상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 결정하도록 구동하며,

상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하고, 상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하도록 구동하며,

상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 최종적인 위치를 결정하도록 구동하고,

상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어 플랜 위치를 선택하고, 상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하도록 구동하는 단계를 포함하는 컴퓨터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상부부재(편평한 윗면을 가짐)와 하부부재(편평한 밑면을 가짐)를 구비하는 교합기의 형상 데이터가 저장된 컴퓨터를 이용하여 상하악 치아의 교합 정보를 제공하는 방법으로서,

환자 치아의 위치, 형상, 방향 등 각 치아의 데이터를 입력하는 단계와,

환자 두개골의 특정 위치 데이터를 입력하여 환자의 두개골의 해부학적 수평면을 기준으로 설정하는 단계와,

환자의 상악 치아의 특정부위의 위치 데이터로부터 두개골의 해부학적 수평면과 상악치열 사이의 상대적인 위치 관계를 계산하는 단계와,

상기 해부학적 수평면과 일치하거나 평행을 이루도록 상기 컴퓨터에 저장된 상부부재의 윗면을 설정하는 단계와,

상기 상부부재에 상악 치열의 데이터를 중첩시키는 단계와,

상하악 치열 사이의 교합압흔채득물로부터 얻은 교합 데이터를 입력하는 단계와,

상기 상부부재의 윗면과 상기 하부부재의 밑면 사이를 대체로 평행인 상태로 유지하는 상태에서 상기 상부부재에 부착된 상악치열과 상기 교합데이터를 적용하여 교합된 상태의 하악치열 데이터를 상기 하부부재의 데이터에 중첩시키는 단계를

포함하는 컴퓨터를 이용한 상하악 치아의 교합 정보 제공 방법이 제공된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1A를 참조하면, 치열교정기 제작 시스템(70)은 컴퓨터와 이 컴퓨터에 연결된 각종 장치를 구비한다. 컴퓨터는 CPU(72)와, ROM(74) RAM(76) 등의 메모리와, 저장장치(78)를 구비한다. 저장 장치(78)에는 상기 제조 방법에 따른 과정을 수행하는 데에 필요한 각종 데이터베이스(예를 들면, 각종 와이어, 브라켓, 지그장치들의 사양 등)와 환자의 정보를 담은 데이터베이스 등이 기억된다. 또한, 저장장치에는 프로그램들이 저장되어 있다. OS(80) 위에 얹어지는 프로그램으로는 예를 들면, 진단 정보 입력 프로그램. 방사선 사진 패턴 분석 프로그램, 안모 시뮬레이션 프로그램, 치아 배열 프로그램, 교합최적화 프로그램, 와이어선택 프로그램, 브라켓 및 포지셔너 제작 데이터 생성 프로그램, 치아이동 시뮬레이션 프로그램 등의 각종 프로그램(82)이 있다. 이러한 프로그램들이 가동되도록 하며, 각종 주변장치와 연결될 수 있는 컴퓨터로는 펜티엄프로세서와 같은 프로세서를 장착한 윈도우즈, 리눅스 서버, PC 또는 유닉스 운영체제(OS)를 장착한 각종 서버, 매킨토시용 PC 등이 있다.

CPU는 외부장치들과 인터페이스(77)를 통해 연결된다. 디스플레이 모니터(84), 키보드 마우스 등의 기본 입력장치(86), 2차원 스캐너(88), 3차원 스캐너(90), 교합 최적화용 위치 및 운동정보 획득 장치(92), 프린터(94) 등의 장치가 연결된다. 도시하지는 않았지만, 브라켓과 브라켓포지셔너(지그)의 가공장치(예를 들면 CNC 절삭기계)도 연결된다.

도1B에는 본 발명의 실시예에 따른 전반적인 제조 과정이 도시되어 있다. 도1B를 참조하면, 먼저 환자의 이름, 인종, 성별, 연령, 여자의 경우 초경 시기 등의 환자의 정보를 컴퓨터에 입력한다. 교정 치료를 받을 환자의 안모 형태와 CT(컴퓨터단층촬영) 사진을 입력 장치(예를 들면, 3차원 레이저 스캐너)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 컴퓨터에 저장한다. 또, 두부 방사선 규격 사진을 스캐너를 이용하여 컴퓨터 디지털 데이터로 변환하여 입력한다. 수(근)골 방사선 사진이나, 치근단 방사선 사진 등도 스캔하여 입력한다. 이와 같은 과정을 거쳐 환자의 개인 정보 및 진단용 사진 등의 각종 진단 정보가 입력(101)된다.

컴퓨터는 스캔한 데이터로부터 준비된 패턴 인식 프로그램에 의해 각종 방사선 규격 사진의 패턴을 분석한다(103). 예를 들면, 성장방향을 알기 위해 두부 방사선 규격 사진의 계측점들을 자동 인식한다. 그 인식한 좌표들을 바탕으로 현재의 안모에 대한 데이터의 입력이 완성된다. 상기 측면 두부 방사선 규격 사진으로부터 얻은 데이터와, 수(근)골 방사선 사진의 무지척측 종자골의 석회화 정도를 분석하여 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 알아낸다(105). 컴퓨터에 데이터로 만들어서 저장한 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영하여 교정치료 후의 2차원 또는 3차원의 안모 형태를 시뮬레이션(107)하여 최적의 안모 형태를 결정한다.

다음으로, 이 안모 형태에 알맞은 상악골 및 하악골의 전방 돌출도를 결정한다. 이 때 골격의 정형적 치료 유무를 판단하여 필요한 경우 정형적 치료(109)를 하는 것이 좋다. 또한, 필요한 경우 가철식 교정장치를 제작한다(111). 치료 후의 안모를 기준으로 하악 치열궁과 상악 치열궁의 최적 형태를 디자인(113,115)한다. 그 치열궁 형태 내에서 각 치아의 3차원적인 위치를 교합을 고려하여 최종 결정한다. 이 때, 환자의 두개골에 대한 하악골 운동을 교합기 프로그램을 이용하여 교합을 고려한 최적의 위치로 각 치아를 배열(117)한다.

이렇게 최종 완성된 상하악 치열궁의 순측 혹은 설측 형태에 알맞은 아치와이어를 선택(119)한다. 순측 혹은 설측 아치와이어와 순측 혹은 설측 브라켓이 부착될 치아면 사이의 공간에 선택된 브라켓 슬롯의 가로와 세로가 같은 각진 아치와이어를 해당 위치에서 브라켓 슬롯에 완전히 그리고 힘이 가해지지 않은 상태로 들어갈 수 있도록 브라켓 베이스나 브라켓 슬롯을 수정하여 순측 또는 설측 브라켓을 만들 수 있는 데이터를 출력한다. 선택된 치아면에 브라켓을 부착하기 위해 사용하는 브라켓 포지셔너를 생산할 수 있는 데이터도 출력한다. 이 두 가지 데이터를 CNC 공작기계에 전달하여 순측 또는 설측 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작(121)하게 된다.

바람직하기로는 아치와이어 등 탄성부재를 브라켓에 결찰하기 전에, 아치와이어 등 탄성부재가 브라켓에 결찰 되었을 때 치아면에 미치는 힘을 시뮬레이션하는 것이 바람직하다. 아치와이어의 둥글거나 각진 형태, 재료의 종류, 열처리의 유무, 길이의 차이 등에 따른 물리적 특성과 스프링, 고무줄 등의 탄성부재와 자석 등의 물리적 특성을 데이터베이스화한다. 이 데이터베이스를 이용하여, 아치와이어와 스프링, 고무줄, 자석 등이 적용되었을 때 각 치아에 가해지는 3차원적인 힘의 크기와 방향을 X, Y, Z 방향으로 구분하여 나타내준다. 이 때 예상되는 각 치아의 이동을 3차원으로 동적 시뮬레이션(123)하여 나타내준다. 이를 피드백하여 최적의 교정력이 작용되는 아치와이어(둥글거나 각진 형태, 굵기, 재료의 종류, 열처리 방법, 루프(LOOP)의 길이, 활성화 정도)와 스프링(철사의 재료. 굵기. 스프링의 지름. 활성화 정도) 고무줄(굵기. 활성화 정도) 자석(자력의 세기) 등의 부재를 선택할 수 있게 해준다.

이하 각각의 단계에 대하여 상세히 설명한다.

도2를 참조하면, 환자의 진단정보 입력과정은 다음과 같다. 먼저, 환자의 이름, 인종, 성별, 연령, 초경시기 등 환자의 개인 정보를 입력(203)한다. 이에 대하여, 컴퓨터에서는 환자에 대한 데이터베이스 파일을 생성한다. 그리고, 이미 촬영해 둔 두부 방사선 규격 사진(치의학적으로 규정된 규격에 따라 머리의 측면 및 정면에서 촬영한 사진을 가리킴)을 스캔하여 입력(205)한다. 촬영해 놓은 수(근)골(손가락뼈) 방사선 규격 사진도 스캔하여 입력(207)한다. 다음에 촬영해 놓은 치열에 대한 파노라마 방사선 사진 및 치근단 방사선 사진(하나 하나의 치아를 촬영한 사진을 가리킴)을 스캔하여 입력(209)한다. 환자 안모의 3차원 이미지를 레이저 스캐너 등의 3차원 스캐너를 이용하여 스캔하고 이를 컴퓨터에 입력(211)한다. 그리고, 안모의 정면 및 측면 사진을 스캔하여 입력(213)한다. 치열궁 형태의 3차원 이미지도 스캔하여 입력(215)한다.

도3을 참조하여 두부 방사선 규격 사진의 패턴 분석 과정을 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이, 두부 방사선 규격 사진을 스캔하여 디지털 영상으로 변환(303)한다. 여기에 이미 데이터화 된 두부방사선 규격 사진의 요소별 해부학적 특성을 가지고 있는 수평, 수직의 엣지정보(골격 상의 엣지부분에 대한 정보를 가리킴)와 최소포함 사각형 데이터를 상기 환자의 두부 방사선 규격 사진의 디지털 영상 정보와 병합한다(305). 엣지정보는 두부 방사선 규격 사진상 해부학적 요소(신체 부위)의 이미지 특성을 반영한 데이터베이스로 해부학적 요소의 위치 및 특징을 추출 입력하는 과정을 통해서 이루어진다. 이러한 엣지정보 및 병합과정에 대해서는 이경희, 변혜란, "얼굴요소의 영역추출 및 SNAKES를 이용한 윤곽선 추출", 한국정보과학회 논문집 제27권 제7호, pp 731-741 에 개시되어 있으며, 상기 문헌에 기재된 내용은 본 명세서의 일부로서 인용한다.

그 후, 두부 방사선 규격 사진으로부터 얻은 이진화 디지털 영상을 엣지정보와 최소포함 사각형의 수평, 수직(X, Y) 좌표 상에 위치시켜 그 영상에 있는 위치들이 수평, 수직(X-Y) 좌표로 나타나게 하고, 엣지정보 데이터를 이용하여 두부방사선 규격 사진의 계측점(landmarks)의 좌표 영역을 추출해 낸다. 먼저, 그나티온(gnathion) 영역(계측점)의 좌표를 추출(307)한다. 그 다음에, 셀라(sella) 영역(계측점)의 좌표를 추출(309)한다. 이와 병행하여 내션(nasion) 영역(계측점)의 좌표를 추출(311)하며, 고니온(gonion)영역(계측점)의 좌표를 추출(313)한다. 계속해서 두부 방사선 규격 사진의 이진화 디지털 영상으로부터 잔여 계측점의 좌표를 추출(315)해 낸다. 이렇게 얻은 계측점의 정보를 이용하여 각 계측점간 길이(length)와 각도(angle)를 측정하여 데이터를 얻는다(317). 이러한 데이터로부터 SUM(Saddle angle + Articular angle + Gonial angle), Groth Type(Posterior Facial Height / Anterior Facial Height), Y-axis angle, FMA(Frankfort-Mandibular plane Angle), FMIA(Frankfort- mandibular incisor angle), IMPA(Incisor- Mandibular Plane Angle) 등을 측정하여 데이터를 얻는다(319). 이들 데이터로부터 환자의 성장 패턴과 안모 패턴을 추출(321)한다. 결국 계측점의 상호관계를 기초로 성장방향을 결정할 수 있다. 당업자라면, 상기와 같은 계측점 데이터로부터 성장방향을 알아내기 위한 과정을 수행하는 소프트웨어를 제작할 수 있을 것이다. 수동적으로 계측점을 입력하여 성장방향으로 알아내는데에 사용할 수 있는 소프트웨어로는 Quick Ceph System 사(웹사이트: www.quickceph.com)에서 제공하는 Quick Ceph 2000을 들 수 있다.

도4를 참조하여, 잔여 성장량 결정과정을 설명한다. 이미 도2에서 설명한 바와 같이, 수(근)골 방사선 사진을 스캔한 데이터는 컴퓨터에 입력(403)되어 있고, 환자의 인종, 연령 및 초경시기 등을 포함한 환자의 개인 정보도 컴퓨터에 입력 저장되어 있어 이를 읽어 온다(405). 상기 입력된 데이터를 토대로 잔여 성장량을 결정(407)한다.

도1B의 과정에서는 상세히 설명하지는 않았지만, 도2의 진단정보 입력과정에서 입력된 환자의 현재 상하악 치열궁, 치아배열을 도9를 참조하여 후술하는 과정에 따른 컴퓨터 교합기 프로그램 상에서 중심교합위 또는 중심위 상태로 미리 입력하여 교합기를 만들어 두는 것이 좋다. 이는 도9에 도시한 과정에서 903 단계에서 923 단계까지 수행하여 이루어지게 된다. 수행 단계 중에서, 913 단계와 923 단계의 치열을 적용하는 단계를 제외한 다른 단계는 도9에 도시한 것과 동일하게 수행되며, 상기 913 단계와 923 단계에서 상부부재와 하부부재에 부착되는 것으로 적용되는 치아들은 현재 상태의 치아들이다.

다음에는 도5를 참조하여 치료 후의 최적 안모의 2차원 또는 3차원적인 형태를 시뮬레이션하는 과정을 설명한다. 도2에서도 설명한 바와 같이, 환자의 현재 안모 형태를 2차원 또는 3차원 데이터로 컴퓨터에 입력(503)한다. 앞서 도출된 성장 방향과 산출된 잔여 성장량에 대한 데이터를 적용(505)한다. 그 후, 치료하지 않은 상태로 성장하였을 경우의 안모를 2D(2차원) 또는 3D(3차원)로 시뮬레이션(507)한다. 이를 바탕으로 성장 후의 최적의 안모를 2D 또는 3D로 시뮬레이션(509)한다. 이를 위하여, 미리 최적 안모의 기준들을 컴퓨터에 입력해 두는 것이 바람직하다. 시뮬레이션 결과로부터 치료 후 최적의 안모 형태가 되도록, 두개골과 상악골 및 하악골의 위치관계를 결정(511)한다. 현재의 안모를 기준으로 골격의 변화가 요구되는지 검토(513)한다. 골격의 변화가 요구되는 경우에는 상태에 따라, (1) 교정 후 수술치료, (2) 리버스 헤드기어(REVERS HEAD GEAR)에 의한 교정(리버스 헤드기어의 디자인 및 장치 제작이 필요함), (3) 헤드기어(HEAD GEAR)에 의한 교정(헤드기어의 디자인 및 장치 제작이 필요함), (4) 친 캡(CHIN CAP)에 의한 교정(CHIN CAP의 디자인 및 장치 제작이 필요함), (5) 기능적 교정장치에 의한 교정 (기능적 교정장치 디자인 및 장치 제작이 필요함)의 방법 중 하나 또는 그 이상을 선택하여 환자를 치료한다.

골격의 변화가 요구되지 않는다고 판단되는 경우, 또는 상기 골격의 변화가 필요할 때에는 완성된 것을 전제로 최적의 치열궁 형태를 결정한다. 먼저, 치료 후 최적의 안모 형태가 되도록 비순각을 결정(515)한다. 이어서, 치료 후 최적의 안모 형태가 되도록 절치간 각도를 결정(517)한다. 치료 후 최적의 안모 형태가 되도록 오버바이트(over bite)와 오버제트(over jet)의 양도 결정(519)한다. 실제로 상기 치열궁 형태 결정 과정은 컴퓨터의 시뮬레이션 과정에서는 상기 비순각, 절치간 각도, 오버바이트, 오버제트 등의 평균치를 바탕으로 치열궁의 형태들을 제시해주면, 전문가가 이렇게 제시된 치열궁의 형태들을 참조하여 상기 비순각, 절치간 각도, 오버바이트, 오버제트 등을 결정해가면서 최종적으로 그러한 조건을 만족하는 치열궁 형태를 전문가가 완성(521)하는 것이다.

도6에는 완성된 치열궁 형태를 가지고 하악 치아를 배열하는 과정이 도시되어 있다. 먼저, 선택된 치열궁 형태로 평균적인 치아 인접면 접촉점을 기준으로 평균적인 경사각(Angulation)과 회전각(Inclination)으로 스피씨(Spee) 만곡이 없는 상태로 1차 자동 배열(603)한다. 이 때에는 이미 앞에서 입력된 치열궁의 파노라마 사진과 치근단 방사선 사진으로부터 얻은 각 치아에 대한 데이터를 이용한다. 1차 자동 배열(603) 과정에서는 환자 치아의 형태변화 없이 그대로 이용한다. 그 후, 구치부(어금니) 치아를 변연 융선 관계(Marginal ridge Relationship)로 맞추어 치열을 수정 배열(605)한다. 환자에게 이 치아배열이 만족스러운지 문의한다(607). 만족스러운 경우 그대로 하악 치아 배열을 완료(609)한다. 그렇지 않은 경우에는 각 치아를 형태의 변화 없이 기능성과 심미성을 기준으로 하여 치과의사가 치아의 3차원적 위치를 수정 입력하여 다시 배열(611)한 후, 다시 판단(613)한다. 그러한 상태에서도 만족하지 않는 경우에는 치아 형태를 수정하여 다시 배열(615)한다. 계속 만족하지 않는 경우에는 치아 형태를 또 다시 수정하여 배열(615)하는 것을 반복할 수도 있다. 여기에서 치아 형태의 수정은 치아의 인접면, 교합면의 법랑질 부분 등을 수정하는 것을 가리킨다. 이러한 과정을 통하여, 하악 치아의 배열이 완료(609)된다.

도7에는 완성된 치열궁 형태와 하악 치아 배열을 가지고 상악 치아를 배열하는 과정이 도시되어 있다. 먼저, 도5의 과정에서 결정된 앞니의 오버제트 및 오버바이트 범위를 읽어온다(702,703). 전치부는 상기 오버제트 및 오버바이트를 고려하고, 구치부는 변연 융선 관계를 고려하여 평균적인 치아의 인접면 접촉점을 기준으로 평균적인 경사각(Angulation)과 회전각(Inclination), 하악 치아와 정상적인 일치 대 일치관계나 일치 대 이치관계로 1차 자동 배열(705)한다.

환자가 이 치아배열이 만족스러운지 판단한다(707). 만족스러운 경우에는 그대로 상악 치아 배열을 완료(709)한다. 그렇지 않은 경우에는 각 치아를 형태의 변화 없이 치열궁 내에서 치아의 3차원적인 위치를 수정하여 다시 배열(711)한 후, 다시 판단(713)한다. 계속 만족스럽지 않은 경우에는 치아 형태를 수정하여 다시 배열(715)한다. 이러한 치아 형태를 수정하여 배열(715)하는 것은 여러 차례 반복할 수도 있다. 이러한 과정을 통하여, 상악 치아의 배열이 완료(709)된다.

그 다음 상하악 치아 교합관계를 부여하여 다시 배열한다. 도8을 참조하여 이를 설명한다. 먼저 위에서 배열된 하악 및 상악 치아 배열 데이터를 읽어온다(803,807). 그리고, 소위 앤드류(Andrew)의 기준을 적용하여 상악 제1 대구치의 근심 협측 교두는 하악 제1 대구치의 협면구와 교합되도록 배열을 수정(815)한다. 그리고, 상악 소구치의 협측 교두는 하악 소구치와 교두-치간공극 관계(cusp-embrasure relationship)가 되도록 배열을 수정(817)한다. 상악 소구치의 설측 교두는 하악 소구치와 교두-와 관계(cusp-fossa relationship)가 되도록 배열을 수정(819)한다. 상악 견치는 하악 견치 및 하악 제1 소구치와 교두-치간공극 관계가 되도록 배열을 수정(821)한다. 상악 견치의 교두정은 하악 소구치 변연 융선으로부터 약간 근심에 위치하도록 배열을 수정(823)한다. 상악 견치는 하악 전치를 피개하고(덮고) 상하악 치열궁의 정 중앙은 일치하도록 배열을 수정(825)하여치열을 완성한다.

상기 도6에서 도8까지의 과정에서는 먼저 치아배열을 하고 이를 환자와 치과의사가 만족하는지 여부를 판단하여 배열을 한 후 교합을 고려하여 배열을 수정하는 것으로 설명하였다. 그러나, 다른 실시예에서는 이와는 달리, 도6의 603 및 605 단계와 같은 과정을 거쳐 하악치아를 배열한 후 다시, 도7의 702, 703 및 705 단계와 같은 과정을 거쳐 상악치아를 배열한다. 그 후 도8의 815, 817, 819, 821, 823, 825 단계와 같은 교합을 고려한 수정과정을 거쳐 치아 배열을 수정한다. 그 후, 환자 또는 치과의사의 만족여부를 판단하고 경우에 따라서는 치아형태를 수정하여 다시 배열한다.

바람직하기로는 상기와 같은 상하악 치열이 완성된 후에 더욱 상세하게 교합접촉점을 고려하는 것이 좋다. 도9에는 교합의 최적화 과정이 도시되어 있다. 이 교합의 최적화는 컴퓨터에 구비된 교합기 프로그램(본 명세서에서는 이를 "컴퓨터 교합기"라는 용어를 사용하여 설명하기도 한다)을 이용한다. 도9는 이 프로그램에서 수행하는 과정을 설명한 것이다. 이 프로그램의 수행을 위해서 먼저, 상하악 각 치아의 이상적인 교합 접촉점을 디지털 데이터화하여 컴퓨터 상의 데이터베이스에 저장(903)한다. 그리고, 위치 및 운동 정보 획득장치(92)를 이용하여 하악운동경로를 알아낸다. 이 위치 및 운동 정보 획득장치는 부착물과 신호발생장치를 구비한다. 부착물(예를 들면 자석으로 된 것임)은 환자의 몸의 특정부위에 부착되고, 신호 발생장치는 상기 부착물로부터 전달되는 어떤 물리적인 변화(예를 들면, 자기장의 변화)를 감지하고 이를 신호로서 외부로 내보낸다. 이 과정을 통하여 부착물이부착된 곳의 좌표 또는 거리, 운동경로 등을 측정한다. 이 재현장치의 예로는 통상 하악 운동경로를 측정하기 위하여 치과의사들이 사용하고 있는 것으로 일본 오사카 대학의 다까오 마루야마 교수가 개발한 SGG/AS(SiroGnathoGraph Analyzing System)을 들 수 있다.

먼저 상기 부착물을 환자의 귀에 넣고 환자의 머리에 신호발생장치를 설치하여 좌우측 과두의 위치 및 과두간 거리를 측정하고 이를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터로 입력(905)한다. 그 후, 환자 두개골의 특정 부위(예를 들면, 오비탈레(Orbitale), 상악 중절치로부터 특정거리에 있는 부위)에 상기 장치의 부착물을 부착하고 환자의 머리에 신호발생장치를 부착하여 위치 신호를 디지털 신호로 변환하여 데이터로 컴퓨터에 입력(907)한다. 입력된 데이터를 처리하여 환자 두개골의 해부학적 수평면(과두에서 오비탈레(Orbitale)를 이어서 형성되는 면으로서 해부학적으로 정해진 수평면임)을 확정(909)하고 이에 대한 과두 사이를 연결한 수평축선(수평축)을 확정한다.

그 다음에, 환자 상악 치아 특정 부위의 적어도 3군데 이상의 데이터를 얻을 수 있도록 상기 장치의 부착물을 치아에 부착하고 환자의 머리에 상기 신호발생부를 부착하여, 발생하는 신호를 디지털 신호로 처리하도록 함으로써, 두개골과 상악치열의 위치 관계를 확정(911)하고 이 데이터를 컴퓨터에 입력한다.

한편, 컴퓨터에는 통상 치과의사들이 사용하는 실물 교합기의 데이터가 입력되어 있다. 통상 실물교합기는 상부부재(upper member)를 구비하는데, 이 상부부재의 형태 또한 컴퓨터에 데이터로서 입력되어 있다. 본 명세서 상에서 설명하는 상부부재는 컴퓨터에 저장된 데이터로서의 상부부재를 가리킨다. 도7과 같은 과정에서 얻은 상악 치열(실제로는 치열의 데이터)을 교합기의 상부 부재와 결합(913)시킨다. 도18은 컴퓨터의 디스플레이 화면상에 나타나도록 구성되는 교합기(50)의 상부부재(52) 및 하부부재(54)를 도시한다.

한편, 환자의 하악 치아의 특정 부위에 적어도 하나 이상의 부착물을 부착하고 환자의 머리에 신호발생장치를 고정하여, 하악 치아의 운동 데이터를 얻는다. 하악치아를 포함한 하악골의 한계 운동 범위를 X, Y, Z 좌표(상하, 앞뒤, 좌우) 상에서 해독(915)하여 데이터를 얻는다. 그리고, 상기 부착물과 신호발생장치를 부착한 상태에서 환자로 하여금 음식물을 씹게 하여 이때 발생되는 운동을 디지털 데이터화하여 습관성 교합운동을 X, Y, Z 좌표 상에서 해독(917)하여 데이터를 얻는다. 이렇게 하여 얻은 하악골의 한계 운동 범위와 습관성 교합운동 데이터를 이용하여 과로 경사와 절치로 경사를 확인하고 컴퓨터 교합기 상에 적용(919)한다.

또한, 환자의 중심위 혹은 중심교합위에서 채득한 교합압흔 채득물(INTER OCCLUSAL REGISTRATION)(통상 파라핀, 왁스 또는 실리콘을 사용함)을 3차원 디지털 입체 영상 데이터로 변환(921)하여 입력한다. 위와 같은 과정을 통하여 얻은 상기 데이터를 이용하여 하악 치열을 컴퓨터 교합기의 상부부재에 부착된 상악 치열과 교합된 상태로 위치시킨 다음, 하악 치열을 컴퓨터 교합기의 하부부재에 부착(923)한다. 이 때, 하부부재의 밑면(54a)이 상부부재의 윗면(52a)(이면은 수평면과 동일면이거나 평행한 면임)과 평행이 되도록 한 상태에서 하악 치열을 하부부재에 부착한다. 그 후, 하악의 운동 데이터를 이용하여 환자의 하악 치아를 포함한 하악골의운동을 재현(925)한다.

이를 기초로 치아형태 수정 없이 최적의 교합 접촉점 관계가 되도록 치열궁을 미세 수정하여 자동 배열한다. 이후 이상적인 상하악 교합접촉점이 될 수 있도록 교합면 삭제량과 인접면 삭제량 및 치열궁 형태 중 어느 하나라도 수정할 것이 있는지 판단(927)한다. 교정 치료 후의 치열궁 상의 각 치아의 교합 양상을 확인 및 수정한다. 선택적 교합조정이 요구될 때, 필요한 교합면 삭제량과 인접면 삭제량(치아 인접면을 삭제하는 스트립핑을 요구할 때에 한함)을 감안하여 최종 치열궁 형태를 완성하며 선택적 교합면 삭제량과 인접면 삭제량을 제시(929)한다. 다시 수정 사항이 있는지 판단(927)하고 없으면, 최종 치열궁 형태 및 치아의 3차원 위치와 교합 접촉점 양상을 완성(931)한다.

상기 실시예에서는 하악 치열과 상악 치열을 배열하고 교합기를 이용하여 최종적인 치아 배열을 얻었으나, 이와는 다른 과정을 거쳐 치열을 얻을 수도 있다. 치료 후의 상하악 치열궁을 도출하기 전에 환자의 현재 상태 치열궁을 컴퓨터 교합기 프로그램 상에서 컴퓨터 교합기에 부착한 다음 상악치열과 하악 치열을 배열하고 최종교합 접촉점 양상을 완성하는 방법이다. 이렇게 하면 환자의 각 치아의 원래상태와 치료목표에 도달한 후의 치아 위치를 비교함으로써 골격의 정형적 수술의 필요성과 치료의 난이도, 치료시간, 고정원의 세기 등도 판단할 수 있다.

한편, 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작하기 전에, 발치 후 치료하는 경우나 고정원 준비(anchorage preparation)를 위하여 브라켓을 의도적으로 경사지게 부착하는 경우나 회귀(relapse) 방지를 위해 과교정(overcorrection)된 상태가 될 수있도록 하는 경우를 고려하여 치열을 수정하는 것이 바람직하다. 도10을 참조하면, 발치가 필요한지 검토(1003)하고, 있으면 발치할 치아의 전방치아 위치를 재지정(1005)하여 입력하고 필요하면 수정한다. 그리고 발치할 치아의 후방치아 위치를 재지정(1007)하여 입력하고 필요하면 수정한다. 그 외 발치할 것이 없으면 작업을 완료한다.

또한, 과교정이 필요한지 검토(1053)하고, 있으면 과교정(over correction)할 치아를 선택하여 입력한다(1055). 그리고, 과 교정량(1057)을 입력하며 이에 따라 치아 위치를 수정(1059)하고 완료한다.

그리고, 고정원 준비가 필요한지 검토(1073)하고, 필요한 경우 고정원 준비를 시행할 치아를 지정(1075)하고, 고정원 준비량(1077)을 입력하여 이에 따라 치아 위치를 수정(1079)하고 완료한다.

위에서 설명한 실시예와 같은 과정을 거치면 최종적인 치료 후의 치열을 얻을 수 있다. 이러한 치열을 갖도록 교정하는 구조물 중의 하나가 브라켓이다. 도15를 참조하면, 브라켓(10)은 베이스(12)와 그 위에 마련된 프레임(14)으로 이루어진다. 프레임에는 슬롯(16)이 마련된다. 베이스(12)는 도16 및 도17에 도시한 바와 같이, 치아에 부착된다.

치아 부착면(12a)은 치아 표면에 맞추어서 가공된다. 이를 위한 브라켓 반제품은 슬롯은 가공되어 있으나 베이스는 미가공된 상태인 것이다. 이 브라켓의 베이스(12) 두께는 통상의 브라켓과는 달리 두꺼운(예를 들면 3 내지 5mm) 것이 바람직하다. 직접 베이스를 가공함으로써 사용가능하기 때문이다. 이와는 달리 별도의 부착부재를 베이스의 바닥에 붙여 이 부착부재의 치아 부착면이 치아 표면에 부착되는 구성일 수도 있다.

또 다른 종류의 브라켓 반제품에서는 브라켓 베이스는 미리 가공되어 있으되 슬롯이 형성되지 않은 상태일 수도 있다. 이 브라켓 반제품을 사용하여 브라켓 슬롯(16)의 좌우가 이루는 각도(도16 참조) 및 입구측과 안쪽이 이루는 각도를 정확하게 계산하고 가공하여 도17에 도시한 바와 같이 아치와이어(18)가 자연스러운 만곡을 갖도록 할 수도 있다.

치열이 완성되면, 이에 맞추어 브라켓(10)을 선택한다. 통상 018 또는 022라고 분류되는 슬롯을 가진 브라켓을 사용한다. 이러한 브라켓은 편의상 018 Slot, O22 Slot 이라고 부르기도 한다. 도10에 도시한 선택과정에서는 먼저, 018 Slot으로 할지를 판단(1101)한다. 그렇지 않은 경우에는 022 Slot으로 선택(1103)한다. 그 후 순측 브라켓으로 할 것인지 판단(1105)한다. 그럴 경우에는 순측 022 Slot으로 확정(1109)한다. 그렇지 않은 경우 설측 022 Slot으로 확정(1107)한다.

이와는 달리, 018 Slot으로 선택(1111)하는 경우에 순측 브라켓으로 할 것인지 판단(1113)한다. 그럴 경우에는 순측 018 Slot으로 확정(1117)한다. 그렇지 않은 경우 설측 018 Slot으로 확정(1115)한다.

이 슬롯의 규격과 순측에 위치할지 또는 설측에 위치할지에 따라 아치 와이어의 사양과 형태가 결정된다. 아치와이어는 일반적으로 판매되고 있는 것들 중에서 위에서 구한 치열궁, 치아배열에 가장 근접하는 것을 선택한다.

그 후 아치와이어(18)의 플랜(plane) 위치(통상 치아의 높이 방향 상의 아치와이어의 위치를 가리킴)를 선택한다. 도12A를 참조하여 컴퓨터의 프로그램에서 먼저 하악용 아치와이어(18)의 플랜 위치를 선택하는 과정을 설명한다. 먼저 좌우측 하악 중절치 치은연과 좌우측 하악 최후방 대구치 치은연을 이은 선을 연결(1203)한다. 그 다음에 중절치 절단연에서 브라켓 슬롯이 위치할 곳까지의 거리를 지정하여 입력(1205)한다. 그리고, 좌우측 최후방 대구치 교두정(CUST TIP)에서 브라켓 슬롯이 위치할 곳까지의 거리를 지정하여 입력(1207)한다. 그러면, 프로그램은 입력된 데이터를 이용하여 상악치아와 교합 시 장애가 없는 위치를 구하는 과정을 거쳐 하악용 아치와이어 플랜 위치가 자동으로 결정된다. 결정된 위치에 대하여 치과의사가 만족하면, 하악용 아치와이어의 플랜 위치 설정이 완료된다. 그렇지 않은 경우 1205단계로 다시 복귀하여 입력 데이터를 변경해가면서 하악용 아치와이어의 플랜 위치 설정을 결정해 간다.

이와 유사하게 상악용 아치와이어(18)의 플랜(plane) 위치를 선택한다. 도12B를 참조하여, 컴퓨터의 프로그램에서 먼저 상악용 아치와이어(18)의 플랜 위치를 선택하는 과정을 설명한다. 먼저 좌우측 상악 중절치 절단연과 좌우측 상악 최후방 대구치 교두정을 이은 선을 연결(1253)한다. 그 다음에 중절치 절단연에서 브라켓 슬롯이 위치할 곳까지의 거리를 지정하여 입력(1255)한다. 그리고, 좌우측 최후방 대구치 교두정(CUST TIP)에서 브라켓 슬롯이 위치할 곳까지의 거리를 지정하여 입력(1257)한다. 그러면 하악 치아에서와 같이 프로그램은 입력된 데이터를 이용하여 상악용 아치와이어 플랜 위치가 자동으로 결정된다. 그 후 하악치아와 동일한 단계를 거쳐 처리가 완료된다.

도13에는 브라켓과 브라켓 포지셔너의 제작과정이 도시되어 있다. 도13을 참조하면, 컴퓨터의 프로그램을 이용하여 브라켓과 브라켓 포지셔너의 가공량을 결정한다. 먼저, 결정된 아치와이어의 적용 위치와 치료 후의 치열 상태에서 치아면 사이의 공간을 계산(1301)한다. 아울러, 가공을 위하여, 브라켓이 부착될 치아면의 3차원 형태를 디지털 데이터화하여 CNC 공작 기계에 전달(1303)한다. 이 치아면 3차원 데이터는 최초의 진단정보 입력 단계에서 입력된 것이다.

그리고, 어떠한 반제품 브라켓을 가공할 것인지 결정(1304)한다. 슬롯이 이미 가공된 반제품 브라켓인 경우, 선택된 브라켓 슬롯에 꽉 맞는 각진 아치와이어가 수동적인 상태로 들어갈 수 있도록 브라켓 베이스 삭제량을 계산(1305)한다. 다른 방법으로는 브라켓 베이스는 완성되었으나 슬롯이 형성되지 않은 반제품 브라켓인 경우, 선택된 브라켓의 베이스가 치아면에 밀착된 상태에서 선택된 와이어가 아치와이어 플랜(plane)에서 각진 와이어를 수동적으로 꽉 맞게 들어갈 수 있도록 브라켓 슬롯의 각도와 깊이 등의 삭제데이터를 계산(1307)한다. 다음으로, 완성된 브라켓이 부착될 수 있도록 치아의 절단면 혹은 교합면의 형태에 들어맞는 브라켓 포지셔너의 가공량을 계산(1309)한다. 모든 치아에 대하여 모두 이러한 계산이 필요하다. 따라서, 계산한 치아가 마지막 치아인지 확인(1311)하여 마지막 치아라면 작업을 종료한다. 그렇지 않으면, 1304의 단계로 되돌아간다. 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 삭제량은 CNC 공작기계에 전달(1313)한다. 공작기계에서 브라켓 및 브라켓 포지셔너를 제작(1315)한다.

한편 바람직하기로는 도14에 도시한 바와 같이 아치와이어 등 탄성부재에 따른 치아 이동을 시뮬레이션하는 것이 바람직하다. 도14를 참조하면, 먼저 환자의 현재 치열궁 내에서 치아에 브라켓이 부착된 상태의 3차원적인 형태와 위치를 데이터로 변환하여 컴퓨터에 입력하고 저장(1403)한다. 둥글거나 각진 아치와이어의 굵기와 재료의 종류 및 길이에 따른 물리적 특징과 스프링, 고무줄, 자석 등 필요한 부재의 물리적 성질을 디지털 데이터로 변환하여 컴퓨터에 입력 및 저장(1405)한다. 앞서의 과정에서 선택된 아치와이어를 입력(1407)한다. 선택된 아치와이어에 의해 각 치아별로 가해지는 압력을 X, Y, Z 방향의 분력으로 나누어 산출하여 출력(1409)한다. 그에 따른 각 치아의 이동경로 및 거리를 X, Y, Z 방향으로 구분하여 3차원적으로 산출하여 시뮬레이션(1411)한다.

이 때 변형량, 와이어의 굵기, 와이어의 길이, 힘의 관계는 다음과 같은 수식에 따라 계산할 수 있다.

F = ( D x R4)/ L3

즉 힘(F)은 변형량(D)에 반지름(R)의 네제곱을 곱하고 이를 와이어의 길이(L)의 세제곱으로 나눈 것과 같다. 이러한 구체적인 계산을 위한 수식은 다른 적절한 수식을 이용할 수도 있으며, 힘을 구하고 그에 따른 변형량을 구하는 단계에서는 CAE 분야에서 통상 사용하는 힘과 변형의 관계를 분석하는 프로그램을 사용할 수 있다.

그 결과 최종적으로 필요한 교정력을 벗어나서 무리하게 힘이 가해질 수 있는지 판단(1413)한다. 무리한 압력이 있는 경우 다른 규격의 아치와이어나 스프링,고무줄, 자석 등을 선택한 후 1407 단계로 되돌아간다. 무리한 압력이 없는 경우, 교정치료를 시행하기에 너무 작은 압력만 적용되는지 판단(1415)한다. 너무 압력이 작으면, 다시 아치와이어나 스프링, 고무줄, 자석 등을 선택한 후 1407 단계로 되돌아간다. 적절한 가압력이 적용된다고 판단되면, 선택된 아치와이어 등 탄성부재로 최종 결정한다.

상기 실시예에서는 도9에 도시한 컴퓨터 교합기 프로그램 수행 과정을 치열 교정기 구조물의 선택 및 제작과정의 일부 단계로서 이용하고 있다. 그렇지만 상기 컴퓨터 교합기 프로그램의 수행과정은 이 용도로만 사용하는 것에 제한되지는 않는다. 이 컴퓨터 교합기 프로그램은 악관절 질환의 진단, 치아 보전 및 보철물 제작, 악골 수술 시 시뮬레이션 등 치과치료 및 진단과정에 응용할 수 있는 결과를 제공할 수 있는 것이다.

그 과정은 상기 실시예에서 도9를 참조하여 설명한 과정과 대체로 유사하다. 컴퓨터에는 상부부재(편평한 윗면을 가짐)와 하부부재(편평한 밑면을 가짐)를 구비하는 교합기의 형상 데이터가 저장되어 있다. 교정이 아닌 다른 치과치료에 이용할 때에는 도9에서 적용되는 교정 후의 치아 데이터 대신에 직접 입력되는 치아 데이터를 이용하는 것이다. 구체적으로는 먼저, 환자 치아의 위치, 형상, 방향 등 각 치아의 데이터를 입력한다.

위치 및 운동데이터 생성 장치(위의 도9를 참조한 설명에서 이용했던 장치임)로부터 환자 두개골의 특정 위치 데이터를 입력하여 환자의 두개골의 해부학적 수평면을 기준으로 컴퓨터 상의 데이터로서 설정한다. 그리고는, 환자의 상악 치아의 특정부위의 위치 데이터로부터 두개골의 해부학적 수평면과 상악치열 사이의 상대적인 위치 관계를 계산한다.

한편, 이 컴퓨터 교합 프로그램의 사용자는 상기 해부학적 수평면과 일치하거나 평행을 이루도록 상기 컴퓨터에 저장된 상부부재의 윗면을 설정한다. 해부학적 수평면과 상부부재의 윗면을 일치시키는 것이 좋다. 그리고는, 상부부재에 상악 치열의 데이터를 중첩 배열한다. 이는 각 치아 데이터를 상부부재 데이터와 결합하여 계산함으로써 이루어질 수 있다.

그리고는 하악골 및 하악치아에 대한 데이터를 입력한다. 구체적으로는 하악골의 한계 운동 범위 데이터를 획득하여 입력하고, 습관성 교합운동 데이터를 입력한다. 한계 운동범위 데이터와 습관성 교합위의 데이터로부터 과로 경사와 절치로 경사 데이터를 계산한다. 아울러, 중심위 또는 중심교합위에서 상하악 치열 사이의 교합압흔채득물로부터 얻은 교합 데이터를 입력한다.

하악골 및 치아에 대한 데이터가 입력된 후 상부부재의 윗면과 하부부재의 밑면 사이를 대체로 평행인 상태로 유지하는 상태에서, 상기 상부부재에 부착된 상악치열과 상기 교합데이터를 적용하여 교합된 상태의 하악치열 데이터를 상기 하부부재의 데이터에 결합시키면 치아가 적용된 하부부재의 데이터가 얻어진다.

치아가 결합된 상부부재와 하부부재의 데이터를 디스플레이하면, 컴퓨터 모니터 상에서 교합된 상태를 볼 수 있다. 아울러, 하악골의 운동을 재현하기 위하여 하부부재의 운동을 계산하고, 그 결과를 디스플레이하면, 하악골의 운동이 하부부재의 운동으로 디스플레이된다. 하악골의 수술 등 치료를 거칠 때에 그 치료 후 예측 결과를 입력해 두면 치료 후의 하악골 운동 및 치아 교합 상태를 미리 알아 볼 수 있다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 상기 실시예에 수정, 변경 등을 가할 수 있다. 그러나 당업자라면, 상기 실시예의 수정 또는 변경 또한 본 발명의 범위에 속한다는 것을 알 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 구성에 따르면, 치아교정 치료를 위한 치열 교정기를 제조하는 경우, 환자의 성장방향과 잔여 성장량을 고려하여 치료 후 최적의 안모 형태가 되도록 각 치열궁의 형태를 만들 수 있는 맞춤 브라켓을 만들 수 있다. 브라켓 부착시 최종 치아배열을 기준으로 브라켓 포지셔너를 만들기 때문에 브라켓 부착시 오류를 차단하여 교정치료기간을 단축시킬 수 있고, 통상의 아치와이어를 사용하여 치료기간을 단축시키면서도 환자마다 맞춤 브라켓을 사용하므로 각 환자에 알맞은 치열궁을 만들 수 있다.

또한, 환자의 하악치아를 포함한 하악골의 운동을 재현할 수 있는 컴퓨터 교합기를 사용하여 교정 치료 후 각 치아의 교합 접촉점을 최적화시켜 저작기능을 향상시킬 수 있으며 치과의사가 적용하려는 아치와이어와 스프링, 고무줄, 자석 등을 시뮬레이션하여 무리한 교정력에 의한 치근 흡수와 불필요한 치아 이동을 사전에 차단하여 치료시간을 단축하고 양질의 치아교정 치료를 할 수 있다.

데이터 입력과정에서 두부 방사선 규격 사진의 계측점을 패턴인식 프로그램으로 자동 설정하므로 사람의 감각에 의존해서 계측점을 찾던 방법에 비해 오차를 줄일 수 있고 두부계측 방사선 사진 분석 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 아치와이어가 브라켓을 통하여 상기 치아에 가하는 힘의 크기 및 방향을 시뮬레이션하는 단계를 더 포함하여, 상기 아치와이어의 사양을 수정할 수 있도록 하는 치열 교정기의 제조 방법.
  5. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 성장 방향을 구하는 단계는
    두부 방사선 규격 사진을 스캔하여 디지털 영상으로 변환하여 입력된 데이터를 읽어오는 단계와,
    상기 컴퓨터에 저장된 디지털 영상의 방사선 사진과 해부학적인 엣지정보를 병합하는 단계와,
    엣지정보 데이터를 이용하여 두부 방사선 규격 사진에서 다수의 계측점(landmarks)의 좌표를 구하는 단계와,
    이 좌표 정보로부터 계측점 사이의 관계에 대한 플랜(plane), 길이(length), 각도(angle)의 데이터를 구하는 단계와,
    상기 데이터로부터 성장방향을 예측하는 단계를 구비하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    교정치료 후의 안모의 형태를 구하는 단계는
    입력된 환자의 현재 안모 형태 데이터를 읽어오는 단계와,
    성장 방향과 산출된 잔여 성장량에 대한 데이터를 상기 데이터에 적용하여 현재 안모를 변화시키는 단계와,
    상기 안모의 변화 데이터를 이용하여 두개골과 상악골 및 하악골의 위치관계를 결정하는 단계를 구비하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  8. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 치열궁의 형태를 결정하는 단계는
    치료 후 상기 안모 형태에 맞도록 비순각을 구하는 단계와,
    치료 후 상기 안모 형태에 맞도록 절치간 각도를 구하는 단계와,
    치료 후 상기 안모 형태에 맞도록 오버바이트(over bite)와 오버제트(over jet)의 양을 구하는 단계와,
    상기 비순각, 절치간 각도, 오버바이트 및 오버제트의 데이터를 만족하는 치열궁을 구하는 단계를 구비하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계는 치아 배열을 한 후, 이를 상악 및 하악의 각 치아의 교합관계를 맞추어 상기 치아 배열을 수정하는 단계를 구비하며, 상기 교합을 고려하여 치열을 수정하는 단계는
    상악 제1 대구치의 근심 협측 교두는 하악 제1 대구치의 협면구와 교합되도록 배열을 수정하는 단계와,
    상악 소구치의 협측 교두는 하악 소구치와 교두-치간공극 관계(cusp-embrasure relationship)가 되도록 배열을 수정하는 단계와,
    상악 소구치의 설측 교두는 하악 소구치와 교두-와 관계(cusp-fossa relationship)가 되도록 배열을 수정하는 단계와,
    상악 견치는 하악 견치 및 하악 제1 소구치와 교두-치간공극 관계가 되도록 배열을 수정하는 단계와,
    상악 견치의 교두정은 하악 소구치 변연 융선으로부터 약간 근심에 위치하도록 배열을 수정하는 단계와,
    상악 견치는 하악 전치를 피개하고(덮고) 상하악 치열궁의 정 중앙은 일치하도록 배열을 수정하는 단계를 포함하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  11. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계는 치아 배열을 한 후, 이를 상악 및 하악의 각 치아의 교합관계를 맞추어 상기 치아 배열을 수정하는 단계를 구비하며, 상기 교합관계를 맞추어 치아 배열을 수정하는 단계는
    컴퓨터상에서 환자 두개골의 특정 위치 좌표를 입력하여 해부학적 수평면을 설정하는 단계와,
    환자의 상악 치아의 특정부위의 위치데이터로부터 두개골과 상악치열의 관계를 확정하는 단계와,
    상기 수평면과 일치하거나 평행인 윗면을 가진 것으로서 컴퓨터의 데이터로서 저장된 상부부재를 설정하는 단계와,
    상기 상부부재에 상악치열을 부착하는 단계와,
    하악골의 운동 데이터를 입력하는 단계와,
    상기 상부부재와 대체로 평행을 유지하는 상태의 하부부재에 상기 상부부재에 부착된 상악치열과 교합된 상태의 하악치열을 부착하는 단계를 구비하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  12. 컴퓨터를 이용하여 다수의 브라켓과 아치와이어를 포함하는 치아 교정을 위한 치열 교정기를 제조하는 방법에 있어서,
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 컴퓨터에 입력하는 단계와,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 구하는 단계와,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하는 단계와,
    상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하는 단계와,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계와,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하는 단계와,
    상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 각 치아의 치료 후 위치를 결정하는 단계는 발치 후 교정, 과교정 또는 고정원 준비를 고려하여 치열을 수정하는 단계를 더 구비하되, 상기 치열 수정단계는
    발치 후 교정의 경우에는
    발치할 치아의 전방치아 위치를 재지정하는 단계와,
    발치할 치아의 후방치아 위치를 재지정하는 단계를 구비하며,
    과교정을 하는 경우에는,
    과교정할 치아를 선택하여 입력하는 단계와,
    과교정량을 입력하는 단계와,
    치아 위치를 수정하는 단계를 구비하며,
    고정원 준비가 필요한 경우에는
    고정원 준비를 시행할 치아를 지정하는 단계와,
    고정원 준비량을 입력하는 단계와,
    치아 위치를 수정하는 단계를 구비하는
    치열 교정기의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 치열 교정기를 제조하기 위한 것으로서
    프로세서와
    저장장치를 포함하되,
    상기 저장장치에는 치열교정기를 제작하기 위한 데이터를 생성하는 프로그램이 저장되어 있고 상기 프로그램은 상기 프로세서를
    환자에 대한 개인 정보 및 환자의 안모형태, 머리뼈, 손가락뼈, 치아의 정보를 데이터화한 환자의 진단 정보를 환자 정보를 입력받도록 구동하고,
    상기 환자의 성장 방향과 잔여 성장량을 결정하도록 구동하며,
    상기 환자의 안모 형태로부터 성장 방향과 잔여 성장량을 반영한 교정치료 후의 환자의 안모 형태를 결정하고, 상기 안모 형태의 데이터로부터 치열궁의 형태를 결정하도록 구동하며,
    상기 치열궁의 형태 데이터로부터 각 치아의 최종적인 위치를 결정하도록 구동하고,
    상기 각 치아의 최종적인 위치에 맞추어 아치와이어의 사양 및 플랜 위치를 선택하고, 상기 아치 와이어와 현재 상태의 치아 사이의 거리 및 치아 표면의 형상을 기초로 브라켓 및 브라켓 포지셔너의 가공 데이터를 출력하도록 구동하는 단계를 포함하는 컴퓨터.
  16. 상부부재(편평한 윗면을 가짐)와 하부부재(편평한 밑면을 가짐)를 구비하는 교합기의 형상 데이터가 저장된 컴퓨터를 이용하여 상하악 치아의 교합 정보를 제공하는 방법으로서,
    환자 치아의 위치, 형상, 방향 등 각 치아의 데이터를 입력하거나, 사전 입력된 데이터로부터 계산된 특정 치료 후의 치아 위치, 형상, 방향 등의 치아데이터를 읽어오는 단계와,
    환자 두개골의 특정 위치 데이터를 입력하여 환자의 두개골의 해부학적 수평면을 기준으로 설정하는 단계와,
    환자의 상악 치아의 특정부위의 위치 데이터로부터 두개골의 해부학적 수평면과 상악치열 사이의 상대적인 위치 관계를 계산하는 단계와,
    상기 해부학적 수평면과 일치하거나 평행을 이루도록 상기 컴퓨터에 저장된 상부부재의 윗면을 설정하는 단계와,
    상기 상부부재에 상악 치열의 데이터를 중첩시키는 단계와,
    상하악 치열 사이의 교합압흔채득물로부터 얻은 교합 데이터를 입력하는 단계와,
    상기 상부부재의 윗면과 상기 하부부재의 밑면 사이를 대체로 평행인 상태로 유지하는 상태에서 상기 상부부재에 부착된 상악치열과 상기 교합데이터를 적용하여 교합된 상태의 하악치열 데이터를 상기 하부부재의 데이터에 중첩시키는 단계를
    포함하는 컴퓨터를 이용한 상하악 치아의 교합 정보 제공 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    하악골의 한계 운동 범위 데이터를 획득하여 입력하는 단계와,
    습관성 교합운동 데이터를 입력하는 단계와,
    습관성 교합위의 데이터로부터 과로 경사와 절치로 경사 데이터를 계산하는 단계와,
    하악골의 운동을 재현하기 위하여 하부부재의 운동을 계산하는 단계와,
    상기 교합 정보 및 상기 하부부재의 운동을 컴퓨터 디스플레이 장치에서 디스플레이하는 단계를 더 포함하는
    컴퓨터를 이용한 상하악 치아의 교합 정보 제공 방법.
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