KR101057762B1 - 보철을 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체 - Google Patents

보철을 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보철을 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 제1 치아가 손상되지 않은 구강 모델로부터 획득된 제1 이미지와 손상된 제1 치아를 포함하는 제2 이미지를 획득하는 단계; (b) 제1 이미지와 제2 이미지를 비교하며, 이 비교로부터 손상된 제1 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 단계; (c) 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 제1 치아에서 손상된 영역을 복구시킨 치아 복구 영상을 생성하는 단계; 및 (d) 생성된 치아 복구 영상을 기반으로 손상된 제1 치아를 치료하려는 환자의 요청을 반영하여 가상의 치아 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 고속으로 3차원 치아 모델을 생성할 수 있다. 또한, 인공 치아가 구강 내에서 쉽게 파절되거나, 치아 파절에 기인한 구강질환을 방지할 수 있다.
치아 영상, 치아 모델, 인공 치아, 보철, CNC 가공, 브리지, CAD/CAM, 폴리곤, 넙스, 파절 강도

Description

보철을 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체 {Apparatus and method for processing dental model for restoration, and the recording media storing the program performing the said method}
본 발명은 보철을 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 손상된 치아를 삭제한 위치에 부착되는 인공치아를 제조하기 위한 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.
인체의 치열 구조에 알맞게 인공 치아를 제조할 수 있으며, 수치제어 기법을 이용하여 정교하게 형상을 만들 수 있다는 장점이 있어, 오늘날 인공 치아 제조에 CNC(Computerized Numerical Control) 가공 장치가 많이 이용되고 있다.
CNC 가공 장치는 스캔을 통해서 획득한 치아 모형의 표면 좌표를 CAD/CAM 데이터로 변환한 후, 이 데이터를 이용하여 인공 치아를 제조한다. 보다 자세하게 설명하면, CNC 가공 장치를 이용하여 인공 치아를 제조하는 종래의 방법은 다음과 같다.
브리지(bridge) 형상의 인공 치아를 제조하는 경우, 먼저, 가공될 지대치에 대하여 변연(margin) 정리를 수행한다. 이후, 스캔을 통해 인공 치아에 대한 3차원 모델을 생성한다. 이후, CAD(Computer Aided Design) S/W를 이용하여 인공 치아를 디자인하며, CAM(Computer Aided Manufacturing) S/W를 이용하여 NC 코드를 생성한다. 이후, 생성된 NC 코드를 고려하여 CNC 가공을 수행한다.
그런데, 종래 CNC 가공 장치의 경우, 스캔을 구현하기 위한 스캐너 프로그램, CAD 프로그램, CAM 프로그램 등이 별개로 구비된다. 따라서, 인공 치아를 제조할 때에 이러한 프로그램들이 동시 구동됨으로써 치아 영상 생성을 위한 데이터 처리 속도가 매우 느려지며, 종종 시스템 과부하 현상을 발생시킨다. 또한, 상기 프로그램 모두를 구비해야만 인공 치아를 제조하는 것이 가능하므로, 인공 치아를 제조하는 업체는 시스템을 갖추는 데에 많은 비용을 지출해야 한다.
또한, 종래 CAD/CAM 프로그램은 시뮬레이션을 통해 인공 치아의 교합(occlusion) 상태를 점검하지 않는다. 이 경우, 인공 치아가 구강 내에서 파절되거나, 인공 치아로 인해 유발될 수 있는 부정교합, 치아우식증, 치주질환 등 구강질환을 미연에 방지하는 것이 불가능하다.
또한, 종래에는 정밀감과 현실감을 높이기 위해 폴리곤(polygon) 방식을 이용하여 3차원 모델을 생성한다. 그러나, 이러한 방법은 빠른 속도로 렌더링하는 것이 불가능하여 데이터 처리 속도를 더욱 느리게 하며, 비정형적인 치아 외형을 디자인하는 것이 매우 어렵다.
또한, 종래 CAD/CAM 프로그램은 인공 치아를 이용한 적이 있는 사용자에 대 해 이력을 관리하지 않는다. 따라서, 사용자가 동일 위치에 새 치아를 보철하려는 경우, 사용자의 치아 구조를 다시 스캔해야 하는 불편이 따른다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스캔 이미지와 실사 이미지의 비교를 통해 구체적인 3차원 치아 영상을 생성하는 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생성된 3차원 치아 영상을 통하여 인공 치아와 이 치아에 인접하거나 교합되는 치아 간의 임계강도를 계산하는 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인공 치아의 표면을 폴리곤(polygon) 기반으로 모델링하고 나머지 외형에 대해서는 넙스(NURBS; Non-Uniform Rational B-Spline) 기반으로 모델링하는 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 인공 치아를 이용하는 자에 대한 이력을 관리하는 치아 모델 처리 장치와 그 방법 및 상기 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, (a) 제1 치아가 손상되지 않은 구강 모델로부터 획득된 제1 이미지와 손상된 상기 제1 치아를 포함 하는 제2 이미지를 획득하는 단계; (b) 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하며, 상기 비교로부터 상기 손상된 제1 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 단계; (c) 상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역을 복구시킨 치아 복구 영상을 생성하는 단계; 및 (d) 상기 생성된 치아 복구 영상을 기반으로 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 환자의 요청을 반영하여 가상의 치아 모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (d) 단계의 이후 단계는 (e) 상기 생성된 치아 모델이 상기 손상된 제1 치아 자리에 위치된 상기 구강 모델을 이용하여 상기 치아 모델의 파절 강도를 계산하는 단계; 및 (f) 상기 계산된 파절 강도가 미리 정해진 임계값 이하인지 여부를 판별하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 (f) 단계의 이후 단계는 (g) 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값보다 크면 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키는 단계를 포함한다. 더욱더 바람직하게는, 상기 (g) 단계는 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값 이하가 될 때까지 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키거나, 상기 치아 모델의 표면 좌표값으로 설측면 좌표값과 교합면 좌표값을 이용한다.
바람직하게는, 상기 (b) 단계에서 생성되는 치아 복구 정보는 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 간의 접점 정보, 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아의 대합치 간의 교합 정보, 상기 손상된 제1 치아의 표면 좌표 정보, 및 동일성을 가지는 다른 치아의 치형 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계는 (ca) 상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역에 대한 손상 영역 영상을 생성하는 단계; 및 (cb) 상기 생성된 손상 영역 영상에 상기 제2 이미지를 합성시켜 상기 치아 복구 영상을 생성하는 단계를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 (ca) 단계는 적어도 두개의 다각형을 이용한 모델링을 통해 상기 손상 영역 영상을 생성하거나, 상기 (cb) 단계는 적어도 하나의 곡면을 이용한 모델링을 통해 상기 손상된 제1 치아에서 손상 영역을 제외한 나머지 영역에 대한 영상을 생성한다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서의 제1 이미지는 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 자로부터 상기 제1 치아가 손상되기 전에 획득되거나, 상기 (b) 단계에서 획득된 제2 이미지는 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 또는 상기 손상된 제1 치아의 대합치를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계의 중간 단계는 상기 환자의 개인 정보와 함께 상기 생성된 치아 복구 영상을 등록시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (d) 단계는 상기 요청으로 상기 인공 치아 제조에 사용될 소재, 상기 인공 치아의 색상, 및 보철 방법 중에서 적어도 하나를 상기 환자로부터 입력받는다.
또한, 본 발명은 제1 치아가 손상되지 않은 구강 모델로부터 획득된 제1 이미지와 손상된 상기 제1 치아를 포함하는 제2 이미지를 획득하는 치아 이미지 획득부; 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하며, 상기 비교로부터 상기 손상된 제1 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 치아 복구 정보 생성부; 상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역을 복구시킨 치아 복구 영상을 생성하는 치아 영상 생성부; 및 상기 생성된 치아 복구 영상을 기반으로 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 환자의 요청을 반영하여 가상의 치아 모델을 생성하는 치아 모델 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 치아 모델 처리 장치는 상기 생성된 치아 모델이 상기 손상된 제1 치아 자리에 위치된 상기 구강 모델을 이용하여 상기 치아 모델의 파절 강도를 계산하며, 상기 계산된 파절 강도가 미리 정해진 임계값 이하인지 여부를 판별하는 치아 모델 성능 테스트부를 더 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 치아 모델 처리 장치는 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값보다 크면 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키는 치아 모델 수정부를 더 포함한다. 더욱더 바람직하게는, 상기 치아 모델 수정부는 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값 이하가 될 때까지 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키거나, 상기 치아 모델의 표면 좌표값으로 설측면 좌표값과 교합면 좌표값을 이용한다.
바람직하게는, 상기 치아 복구 정보 생성부는 상기 치아 복구 정보로 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 간의 접점 정보, 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아의 대합치 간의 교합 정보, 상기 손상된 제1 치아의 표면 좌표 정보, 및 동일성을 가지는 다른 치아의 치형 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 생성한다.
바람직하게는, 상기 치아 영상 생성부는 적어도 두개의 다각형을 이용한 모델링을 통해 상기 제1 치아에서 손상된 영역에 대한 손상 영역 영상을 생성하며, 적어도 하나의 곡면을 이용한 모델링을 통해 상기 손상된 제1 치아에서 상기 손상된 영역을 제외한 나머지 영역에 대한 영상을 생성한다.
본 발명에 따르면 다음 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 본 발명은 스캔 이미지와 실사 이미지의 비교를 통해 3차원 치아 영상을 생성한다. 이를 위해, 본 발명은 스캐너 프로그램, CAD 프로그램, CAM 프로그램 등을 단일 프로그램으로 구현하며, 이 프로그램들을 순차적으로 구동시킨다. 이에 따르면, 본 발명은 스캔을 통해 획득된 점 데이터와 실사 이미지를 영역 매칭시킴으로써 고속으로 3차원 치아 영상을 생성할 수 있다. 또한, 과부하를 미연에 방지하여 안정적으로 시스템을 구축할 수 있으며, 시스템 구축 비용을 절감할 수 있어 매우 경제적이다.
둘째, 본 발명은 생성된 3차원 치아 영상을 통하여 인공 치아와 이 치아에 인접하거나 교합되는 치아 간의 임계강도를 계산한다. 이와 같이, 인공 치아의 교합 상태를 점검하기 위해 본 발명은 시뮬레이션을 구현한다. 이에 따르면, 본 발명은 인공 치아가 구강 내에서 쉽게 파절되거나, 치아 파절에 기인한 구강질환을 방지할 수 있다.
세째, 본 발명은 주요부에 해당하는 인공 치아의 표면을 폴리곤(polygon) 기반으로 모델링하고, 나머지 외형에 대해서는 넙스(NURBS; Non-Uniform Rational B-Spline) 기반으로 모델링한다. 이에 따르면, 본 발명은 빠른 속도로 렌더링을 구현 할 수 있어 고속으로 3차원 치아 모델을 생성할 수 있으며, 비정형적인 치아 외형을 쉽게 디자인할 수가 있다.
네째, 본 발명은 인공 치아를 이용하는 자에 대한 이력을 관리한다. 이에 따르면, 본 발명은 사용자가 동일 위치에 새 치아를 보철하려는 경우, 사용자의 치아 구조를 다시 스캔하지 않아도 되는 편리성을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 업체가 사용자를 지속적으로 관리하면서 관련된 여러 서비스를 제공할 수 있게 함으로써 업체의 매출 증진에도 이바지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 따르면, 본 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치(100)는 치아 이미지 획득부(110), 치아 복구 정보 생성부(120), 치아 영상 생성부(130), 이력 관리부(140), 치아 모델 생성부(150), 파절 강도 계산부(160), 치아 모델 수정부(170), 데이터베이스부(180), 제어부(185) 및 전원부(190)를 포함한다. 이하 설명은 도 1을 참조한다.
본 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치(100)의 특징을 요약하면 다음과 같다. 첫째, 스캔 이미지와 실사 이미지의 비교를 통해 구체적인 3차원 치아 영상을 생성한다. 이를 위해, 스캐너 프로그램, CAD 프로그램, CAM 프로그램 등을 단일 프로그램으로 구현하며, 이 프로그램들을 순차적으로 구동시킨다. 본 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치(100)는 이러한 구성을 통해 스캔을 통해 획득된 점 데이터와 실사 이미지를 영역 매칭시킴으로써 고속으로 3차원 치아 영상을 생성할 수 있다. 또한, 과부하를 미연에 방지하여 안정적으로 시스템을 구축할 수 있으며, 시스템 구축 비용을 절감할 수 있어 매우 경제적이다.
둘째, 생성된 3차원 치아 영상을 통하여 인공 치아와 이 치아에 인접하거나 교합되는 치아 간의 임계강도를 계산한다. 본 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치(100)는 시뮬레이션을 통해 인공 치아의 교합 상태를 점검한다. 이에 따라, 인공 치아가 구강 내에서 쉽게 파절되거나, 치아 파절에 기인한 구강질환을 방지할 수 있다.
세째, 주요부에 해당하는 인공 치아의 표면을 폴리곤(polygon) 기반으로 모델링하고, 나머지 외형에 대해서는 넙스(NURBS; Non-Uniform Rational B-Spline) 기반으로 모델링한다. 이에 따르면, 빠른 속도로 렌더링을 구현할 수 있어 고속으로 3차원 치아 영상을 생성할 수 있으며, 비정형적인 치아 외형을 쉽게 디자인할 수가 있다.
네째, 인공 치아를 이용하는 자에 대한 이력을 관리한다. 이에 따르면, 사용자가 동일 위치에 새 치아를 보철하려는 경우, 사용자의 치아 구조를 다시 스캔하지 않아도 되는 편리성을 제공할 수 있다. 또한, 업체가 사용자를 지속적으로 관리하면서 관련된 여러 서비스를 제공할 수 있게 함으로써 업체의 매출 증진에도 이바지할 수 있다.
이하에서는 치아 모델 처리 장치(100)를 구성하는 각 구성요소에 대해 설명한다.
치아 이미지 획득부(110)는 상악 치아와 하악 치아를 포함하는 구강 모델로부터 실사 이미지와 함께 스캔 이미지를 획득하는 기능을 수행한다. 예컨대, 구강 모델에 구비되는 치아들 중에서 구치(어금니; molar)를 기준으로 할 때, 실사 이미지는 구치가 훼손되기 전 구치를 포함하는 구강 모델의 이미지이고, 스캔 이미지는 구치가 훼손된 후 구치를 포함하는 구강 모델의 이미지이다. 한편, 실사 이미지는 데이터베이스부(180)에 저장되어 있는 임의의 구강 모델 이미지인 것도 가능하다. 또한, 스캔 이미지는 훼손된 구치에 인접하는 치아 또는 훼손된 구치의 대합치만을 포함하는 것도 가능하다.
치아 이미지 획득부(110)는 실사 이미지를 획득하기 위한 실사 이미지 획득 모듈(111) 및 스캔 이미지를 획득하기 위한 스캔 이미지 획득 모듈(112)을 포함한다. 실사 이미지 획득 모듈(111)은 예컨대 카메라와 같은 촬영 장치로 구현될 수 있으며, 스캔 이미지 획득 모듈(112)은 예컨대 스캐너와 같은 스캐닝 장치로 구현될 수 있다.
스캔 이미지 획득 모듈(112)은 3차원 스캐닝을 통해 스캔 이미지를 획득한다. 스캔 이미지 획득 모듈(112)의 구체적인 작동은 다음과 같다. 먼저, 3차원 스캐닝을 통해 대상 치아 표면으로부터 얻어진 데이터를 이용하여 3차원 위치값(x, y, z)을 가지는 점군 데이터(point clouds data)를 생성한다. 이후, 생성된 점군 데이터로부터 특징점에 해당하지 않는 데이터를 제거한다(scatter 제거). 이후, 제거되지 않은 점군 데이터를 기반으로 위치(view point)별로 점군 데이터를 정합(registration)시켜 하나의 개체(object)로 형성(merging)한다. 이때의 개체는 점군 데이터로부터 형성된 폴리곤 데이터에 치수값을 반영하여 실상과 동일한 외형을 가지는 입체 모델을 말한다.
한편, 스캔 이미지 획득 모듈(112)은 환자의 구강 내 치아 정보를 획득하기 위해 구강 내에서 직접 스캔하는 직접 스캔 방법 또는 석고 모형(바이트 인덱스)을 통해 간접 스캔하는 간접 스캔 방법을 이용할 수 있다.
치아 복구 정보 생성부(120)는 실사 이미지와 스캔 이미지를 비교하는 기능을 수행한다. 또한, 치아 복구 정보 생성부(120)는 두 이미지 비교를 통해 치아에서 훼손된 부분 또는 훼손된 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 기능을 수행한다.
치아 복구 정보 생성부(120)는 두 이미지 비교를 위한 이미지 비교 모듈(121)과 치아 복구 정보 생성을 위한 치아 복구 정보 생성 모듈(122)을 포함한다. 본 실시예에서 치아 복구 정보 생성 모듈(122)은 치아 복구 정보로 훼손된 치아와 그 치아에 인접하는 치아 간의 접점 정보, 훼손된 치아와 그 치아의 대합 치(antagonist) 간의 교합 정보, 훼손된 치아의 표면 정보, 동일성을 가지는 다른 치아의 치형 정보 등을 생성한다. 한편, 브릿지(bridge)를 이용하여 훼손된 치아를 복구시키고자 할 경우, 치아 복구 정보 생성 모듈(122)은 치아 복구 정보로 훼손된 치아의 지대치(abutment)의 치형 정보를 더욱 생성한다.
치아 영상 생성부(130)는 치아 복구 정보를 기반으로 훼손된 치아에 대한 영상을 생성하는 기능을 수행한다. 치아 영상 생성부(130)는 이를 위해 먼저 치아에서 훼손된 영역에 대한 영상을 생성하며, 이후 스캔 이미지와 훼손 영역에 대한 영상을 결합시켜 훼손된 치아를 대신할 훼손 치아 영상을 생성한다. 상기는 훼손 영역이 치아 일부일 경우를 고려한 것이다. 이와 달리, 훼손 영역이 치아 전체일 경우에는, 훼손 영역에 대한 영상을 훼손 치아 영상으로 생성한다.
치아 영상 생성부(130)는 훼손 영역 영상을 생성하기 위해 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)을 구비하며, 훼손된 치아를 대신할 훼손 치아 영상을 생성하기 위해 훼손 치아 영상 생성 모듈(132)을 구비한다.
훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 실사 이미지와 스캔 이미지의 비교를 통해 유실 영역을 검출하는 단계, 검출된 유실 영역에 대한 훼손 영역 영상을 생성하는 단계 등을 거쳐 훼손 영역 영상을 생성한다. 훼손 영역이 명확하게 분별되지 않는 경우, 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 스캔 이미지 획득 모듈(112)에 스캔 이미지를 다시 획득할 것을 요청할 수 있다. 또는, 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 스캔 이미지 획득 모듈(112)과 연동하여 패치 정렬, scatter 제거 등을 거쳐 훼손 영역 영상의 선명도를 개선시킬 수 있다.
치아 복구 정보로 교합 정보가 생성되는 경우, 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 플레이스 교합기(place articulator)을 포함할 수 있다. 플레이스 교합기는 훼손된 치아와 그 대합치 간의 교합 상태를 확인하기 위한 것이다.
치아 복구 정보로 훼손된 치아의 지대치의 치형 정보가 생성되는 경우, 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 입력된 지대치 데이터의 변연 부위(margin)을 설정하기 위해 자동 마진 검출 기능(auto margin detection), 자동 디칭 기능(auto ditching) 등을 수행한다. 자동 마진 검출 기능은 자동으로 3차원 지대치 데이터에 변연 부위를 자동으로 설정하는 기능이다. 또한, 자동 디칭 기능은 변연 부위의 시인성을 확보하기 위한 기능이다.
훼손 치아 영상 생성 모듈(132)은 스캔 이미지와 훼손 영역 영상을 결합시켜 훼손된 치아를 대신할 훼손 치아 영상을 생성한다.
한편, 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)은 치아 영상을 생성할 때에 훼손 영역을 폴리곤 기반으로 모델링한다. 반면, 훼손 치아 영상 생성 모듈(132)은 그 외 영역에 대해서는 넙스 기반으로 모델링한다. 치아 영상 생성부(130)는 보다 빠르게 렌더링을 구현하기 위해 데이터베이스화되어 있는 치아 영상을 활용할 수 있다.
이력 관리부(140)는 훼손된 치아를 치료하려는 사용자로부터 얻은 훼손 치아 영상과 함께 사용자의 개인 정보를 관리하는 기능을 수행한다. 이력 관리부(140)는 이를 위해 다음 기능들을 차례대로 수행한다. 먼저, 입력 모듈이 사용자로부터 개인 정보를 입력받는다. 입력 모듈은 개인 정보로 이름, 생년월일, 성별, 주소나 전화번호를 포함하는 연락처, 아이디와 비밀번호를 포함하는 식별 정보 등을 입력받 는다. 이후, 등록 모듈이 입력된 개인 정보와 함께 생성된 훼손 치아 영상을 등록시킨다.
이력 관리부(140)는 사용자의 요청에 따라 보철물 치료를 완료한 자에 대한 치아 보철물(dental restoration) 정보를 디스플레이시킬 수 있다. 또한, 이력 관리부(140)는 모든 사용자에 대한 정보를 데이터베이스화시켜 항상 검색과 편집이 쉽게 이루어질 수 있도록 한다.
치아 모델 생성부(150)는 생성된 훼손 치아 영상을 기반으로 사용자의 요청을 반영하여 치아 모델을 생성하는 기능을 수행한다. 치아 모델은 가상 모델로서, 사용자의 훼손 치아 복구에 이용될 실물 형태의 인공 치아와 동일하게 입체 영상으로 구현된다. 이러한 치아 모델은 임계강도 계산을 위해 시뮬레이션에 이용된다. 한편, 치아 모델 생성시 반영되는 사용자의 요청으로는 인공 치아 제조에 사용될 소재, 인공 치아의 색상, 브릿지나 임플란트를 포함하는 보철 방법 등이 있다.
치아 모델 생성부(150)는 파라미터 설정 모듈, 라이브러리 추출 모듈, 모델링 모듈 등을 순차적으로 구동시켜 치아 모델을 생성할 수 있다. 각 모듈의 구체적 작동은 다음과 같다. 파라미터 설정 모듈은 생성될 치아 모델링을 위한 각종 파라미터를 설정한다. 라이브러리 추출 모듈은 데이터베이스에서 평균 치아 라이브러리를 추출한다. 모델링 모듈은 보철물을 모델링한다. 한편, 브릿지를 이용하여 훼손된 치아를 복구시키고자 할 경우, 치아 모델 생성부(150)는 지대치 데이터와 변연 부위에 대한 데이터를 기준으로 최종 치아 보철물을 디자인한다.
치아 모델 성능 테스트부(160)는 구강 모델에 치아 모델을 적용시킨 후 시뮬 레이션을 통해 치아 모델의 파절 강도(strength)를 계산하며, 이 값이 미리 정해진 임계값(critical value) 이상인지 여부를 판별하는 기능을 수행한다. 치아 모델 성능 테스트부(160)는 이를 위해 합성 모듈(161), 시뮬레이션 모듈(162), 파절 강도 계산 모듈(163), 치아 모델 성능 판별 모듈(164) 등을 포함할 수 있으며, 각 모듈의 기능은 다음과 같다. 합성 모듈(161)은 구강 모델에 치아 모델을 적용시키기 위해 치아 모델을 구강 모델에서 훼손 치아 자리에 위치시킨다. 시뮬레이션 모듈(162)은 사람이 음식물을 씹는 장면을 재현하기 위해 상악 치아군과 하악 치아군을 미리 정해진 속도로 마찰시킨다. 파절 강도 계산 모듈(163)은 시뮬레이션이 수행될 때에 파절 강도값을 계산한다. 치아 모델 성능 판별 모듈(164)은 계산된 파절 강도값이 미리 정해진 임계값을 초과하는지를 판별한다.
치아 모델 성능 테스트시 파절 강도값이 미리 정해진 임계값을 초과한다면 치아 모델이 실제 사용자에게 적용될 경우 치아 파절이 발생할 수 있다. 이 점을 고려하여 치아 모델 처리 장치(100)는 치아 모델 수정부(170)를 구비한다. 치아 모델 수정부(170)는 치아 모델에서 더이상 치아 파절이 발생하지 않도록 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키는 기능을 수행한다. 치아 모델 수정부(170)는 치아 모델의 표면 좌표값으로 설측면 좌표값과 교합면 좌표값을 변경시킨다. 예컨대, 치아 모델이 하악에 구비되는 경우, 치아 모델 수정부(170)는 설측면 좌표값을 하방으로 이동시키고 교합면 좌표값을 상방으로 이동시킨다.
데이터베이스부(180)는 치아 모델 처리 장치(100)의 구동에 따라 생성된 각종 데이터를 저장한다. 본 실시예에서 데이터베이스부(180)는 훼손 치아 영상, 사 용자의 개인 정보, 더이상 수정 사항이 없는 최종 치아 모델에 대한 정보 등을 저장한다. 바람직하게는, 데이터베이스부(180)는 상기 정보들을 연합시켜 저장한다.
제어부(185)는 치아 모델 처리 장치(100)를 구성하는 모든 구성부의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 전원부(190)는 치아 모델 처리 장치(100)를 구성하는 모든 구성부에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.
다음으로, 치아 모델 처리 방법에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치아 모델 처리 방법을 도시한 순서도이다. 이하 설명은 도 2를 참조한다. 또한, 이하에서는 훼손된 치아를 치료하려는 자를 사용자로 약칭한다.
먼저, 치아 이미지 획득부(110)가 구강 모델로부터 실사 이미지와 스캔 이미지를 획득한다(S200). 실사 이미지는 치아가 훼손되기 전 구강 모델에 대한 이미지이며, 스캔 이미지는 치아가 훼손된 후 구강 모델에 대한 이미지이다. 도 3은 본 실시예에 따라 스캔 이미지를 획득하는 화면의 일실시예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자로부터 획득한 석고 모델이나 사용자의 구강 형상으로부터 3D 데이터를 취득할 수 있다.
이후, 치아 복구 정보 생성부(120)가 실사 이미지와 스캔 이미지를 비교하며, 두 이미지 비교를 통해 치아에서 훼손된 부분 또는 훼손된 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성한다(S210).
이후, 치아 영상 생성부(130)가 치아 복구 정보를 기반으로 훼손된 치아에 대한 영상을 생성한다(S220). 도 4는 본 실시예에 따라 훼손 영역 영상 생성 모듈(131)의 자동 마진 검출 기능을 보여주는 화면의 일실시예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 변연 부위(삭제된 치아의 종단면)(400)는 자동으로 검출되며, 검출된 마진이 부정확할 경우 툴(tool)을 이용하여 수정 가능하다.
이후, 이력 관리부(140)가 생성된 훼손 치아 영상과 함께 사용자의 개인 정보를 등록시킨다. 그러나, 이 단계는 본 실시예에서 실시되지 않아도 무방하다. 도 5는 본 실시예에 따라 훼손된 치아를 치료하려는 자를 사용자로 등록하는 화면의 일실시예이다. 도 5에서 서치부(500)를 이용하면 기존 등록된 사용자 정보를 검색하는 것도 가능하다.
이후, 훼손 치아 영상을 기반으로 사용자의 요청을 반영하여 가상 치아 모델을 생성한다(S230). 도 6은 본 실시예에 따라 사용차의 요청을 입력받는 화면의 일실시예이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 선택 박스(600)를 이용하여 스캔 모드를 결정하거나, 제2 선택 박스(610) 또는 제3 선택 박스(620)를 이용하여 이용할 보철물의 종류나 재질을 선택하거나, 제4 선택 박스(630)를 이용하여 수복될 지대치 등을 선택할 수 있다. 도 7은 본 실시예에 따라 파라미터 설정 모듈의 파라미터 설정을 보여주는 화면의 일실시예이다. 도 7에 도시된 바와 같이, set parameter 박스(700)를 통하여 디폴트로 설정된 파라미터 값을 수정할 수 있다. 파라미터는 임상에서 요구하는 제작 프로세스를 반영한 것으로서, 예컨대, 보철물의 두께, 변연부 형상, 시멘트 공간 등이 있다. 도 8은 본 실시예에 따라 모델링 모듈의 보철물 모델링을 보여주는 화면의 일실시예이다. 보철물 모델링 과정에서는 코핑 형상으로 보철물을 디자인하거나, 크라운 형상으로 보철물을 디자인한다. 코핑 형상으로 보철물을 디자인할 때에는 파라미터로 치아 라이브러리에서 보철물 형상을 익스 포트(export)할 수 있으며, 에디트 툴(edit tool)을 통해 형태를 수정할 수 있다. 또한, 크라운 형상으로 보철물을 디자인할 때에는 도 8에 도시된 바와 같이 tooth diagram 선택 박스(800)를 통하여 치식을 이용한 치아 라이브러리 검색이 가능하며, 선택한 치아 넘버를 클릭하여 라이브러리에서 해부학적 형태의 보철물 형상을 로드할 수 있다. 한편, 도 9는 본 실시예에 따라 구현된 브릿지 디자인을 보여주는 화면의 일실시예이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 치아 사이에 커넥터를 연결하여 브릿지 형태 또는 스프린트 형태로 보철물을 디자인할 수 있다. 커넥터의 형태나 단면적은 에디트 툴을 이용하여 수정 가능하다.
이후, 치아 모델 성능 테스트부(160)가 구강 모델에 치아 모델을 적용시킨 후 시뮬레이션을 통해 치아 모델의 파절 강도(strength)를 계산하며, 이 값이 미리 정해진 임계값(critical value)을 초과하는지 여부를 판별한다(S240).
치아 모델 성능 테스트시 파절 강도값이 미리 정해진 임계값을 초과하면 치아 파절이 발생할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 치아 모델 수정부(170)가 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시킨다(S250). 본 실시예에서 치아 모델의 표면 좌표값 변경은 치아 모델의 파절 강도가 미리 정해진 임계값 이하일 때까지 계속된다. 도 10은 본 실시예에 따라 수정 완료된 치아 모델을 보여주는 화면의 일실시예이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 설계가 완료된 브릿지 형상은 CNC 가공을 위해 NC 코드로 변환할 수 있다. 본 발명을 소프트웨어로 구현할 경우, CAD S/W와 CAM S/W를 분리시키지 않고 연동된 하나의 S/W로 구현할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으 로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, CD-ROM, DVD, 광데이터 저장장치 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 손상된 치아를 삭제한 위치에 부착될 인공 치아를 제조하기 위한 치아 모델 처리 방법에 관한 것으로서, 스캐너 프로그램, CAD 프로그램, CAM 프로그램 등을 단일화시킨 통상의 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다.
현재 상용되고 있는 치아 디자인 프로그램은 공업용 캐드의 개발 플랫폼을 사용하여 개발한 것으로, 대부분 외국으로부터 수입되고 있다. 본 발명은 이러한 치아 디자인 프로그램을 기반으로 하면서 전술한 바와 같이 종래 프로그램이 가지 고 있던 문제점을 해결할 수 있으므로, 매우 경제적이며 국내 산업 발전에도 크게 이바지할 것으로 예측된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치아 모델 처리 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치아 모델 처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 스캔 이미지를 획득하는 화면의 일실시 예시도이다.
도 4는 훼손 영역 영상 생성 모듈의 자동 마진 검출 기능을 보여주는 화면의 일실시 예시도이다.
도 5는 훼손된 치아를 치료하려는 자를 사용자로 등록하는 화면의 일실시 예시도이다.
도 6은 훼손된 치아를 치료하려는 자의 요청을 입력받는 화면의 일실시 예시도이다.
도 7은 파라미터 설정 모듈의 파라미터 설정을 보여주는 화면의 일실시 예시도이다.
도 8은 모델링 모듈의 보철물 모델링을 보여주는 화면의 일실시 예시도이다.
도 9는 브릿지 디자인을 보여주는 화면의 일실시 예시도이다.
도 10은 수정 완료된 치아 모델을 보여주는 화면의 일실시 예시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 치아 모델 처리 장치 110 : 치아 이미지 획득부
111 : 실사 이미지 획득 모듈 112 : 스캔 이미지 획득 모듈
120 : 치아 복구 정보 생성부 121 : 이미지 비교 모듈
122 : 치아 복구 정보 생성 모듈 130 : 치아 영상 생성부
131 : 훼손 영역 영상 생성 모듈 132 : 훼손 치아 영상 생성 모듈
140 : 이력 관리부 150 : 치아 모델 생성부
160 : 파절 강도 계산부 161 : 합성 모듈
162 : 시뮬레이션 모듈 163 : 임계값 계산 모듈
170 : 치아 모델 수정부 180 : 데이터베이스부
185 : 제어부 190 : 전원부

Claims (17)

  1. (a) 제1 치아가 손상되지 않은 구강 모델로부터 획득된 제1 이미지와 손상된 상기 제1 치아를 포함하는 제2 이미지를 획득하는 단계;
    (b) 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하며, 상기 비교로부터 상기 손상된 제1 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 단계;
    (c) 상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역을 복구시킨 치아 복구 영상을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 생성된 치아 복구 영상을 기반으로 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 환자의 요청을 반영하여 가상의 치아 모델을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계의 이후 단계는,
    (e) 상기 손상된 제1 치아 자리에 상기 생성된 치아 모델을 위치시킨 상기 구강 모델을 이용하여 상기 치아 모델의 파절 강도를 계산하는 단계; 및
    (f) 상기 계산된 파절 강도가 미리 정해진 임계값 이하인지 여부를 판별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (f) 단계의 이후 단계는,
    (g) 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값보다 크면 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (g) 단계는 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값 이하가 될 때까지 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키거나, 상기 치아 모델의 표면 좌표값으로 설측면 좌표값과 교합면 좌표값을 이용하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 생성되는 치아 복구 정보는 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 간의 접점 정보, 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아의 대합치 간의 교합 정보, 상기 손상된 제1 치아의 표면 좌표 정보, 및 동일성을 가지는 다른 치아의 치형 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (ca) 상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역에 대한 손상 영역 영상을 생성하는 단계; 및
    (cb) 상기 생성된 손상 영역 영상에 상기 제2 이미지를 합성시켜 상기 치아 복구 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (ca) 단계는 적어도 두개의 다각형을 이용한 모델링을 통해 상기 손상 영역 영상을 생성하거나, 상기 (cb) 단계는 적어도 하나의 곡면을 이용한 모델링을 통해 상기 손상된 제1 치아에서 손상 영역을 제외한 나머지 영역에 대한 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서의 제1 이미지는 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 자로부터 상기 제1 치아가 손상되기 전에 획득되거나, 상기 (b) 단계에서 획득된 제2 이미지는 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 또는 상기 손상된 제1 치아의 대합치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계의 중간 단계는 상기 환자의 개인 정보와 함께 상기 생성된 치아 복구 영상을 등록시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 요청으로 상기 인공 치아 제조에 사용될 소재, 상기 인공 치아의 색상, 및 보철 방법 중에서 적어도 하나를 상기 환자로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 방법.
  11. 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 있어서,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 프로그램이 기록된 기록매체.
  12. 제1 치아가 손상되지 않은 구강 모델로부터 획득된 제1 이미지와 손상된 상기 제1 치아를 포함하는 제2 이미지를 획득하는 치아 이미지 획득부;
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 비교하며, 상기 비교로부터 상기 손상된 제1 치아를 대신할 인공 치아를 제조하기 위한 치아 복구 정보를 생성하는 치아 복구 정보 생성부;
    상기 생성된 치아 복구 정보를 이용하여 상기 제1 치아에서 손상된 영역을 복구시킨 치아 복구 영상을 생성하는 치아 영상 생성부; 및
    상기 생성된 치아 복구 영상을 기반으로 상기 손상된 제1 치아를 치료하려는 환자의 요청을 반영하여 가상의 치아 모델을 생성하는 치아 모델 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 손상된 제1 치아 자리에 상기 생성된 치아 모델을 위치시킨 상기 구강 모델을 이용하여 상기 치아 모델의 파절 강도를 계산하며, 상기 계산된 파절 강도가 미리 정해진 임계값 이하인지 여부를 판별하는 치아 모델 성능 테스트부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값보다 크면 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키는 치아 모델 수정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 치아 모델 수정부는 상기 계산된 파절 강도가 상기 임계값 이하가 될 때까지 상기 치아 모델의 표면 좌표값을 변경시키거나, 상기 치아 모델의 표면 좌표값으로 설측면 좌표값과 교합면 좌표값을 이용하는 것을 특징으로 하는 치아 모 델 처리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 치아 복구 정보 생성부는 상기 치아 복구 정보로 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아에 인접하는 인접 치아 간의 접점 정보, 상기 손상된 제1 치아와 상기 손상된 제1 치아의 대합치 간의 교합 정보, 상기 손상된 제1 치아의 표면 좌표 정보, 및 동일성을 가지는 다른 치아의 치형 정보 중에서 적어도 하나의 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 치아 영상 생성부는 적어도 두개의 다각형을 이용한 모델링을 통해 상기 제1 치아에서 손상된 영역에 대한 손상 영역 영상을 생성하며, 적어도 하나의 곡면을 이용한 모델링을 통해 상기 손상된 제1 치아에서 상기 손상된 영역을 제외한 나머지 영역에 대한 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 치아 모델 처리 장치.
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