KR101326471B1 - 임플란트 계획을 위한 파노라마식 단층사진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 신체부위, 특히 턱의 볼륨 데이터(1)의 2차원 표시방법에 관한 것으로, 상기 볼륨 데이터(1)는 단층 영상 장치, 특히 'cone beam CT' 장치를 수단으로 기록되며, 이때 상기 볼륨 데이터에는 특히 삽입되어야 하는 임플란트(8)의 기하학적 데이터를 구비한 3차원 계획 데이터가 할당되어 있고, 투영층(4)이 상기 볼륨 데이터에서 정의되며, 특히 표시 평면에서 파노라마 영상으로서의 전개도에 의해 표시되고 상기 표시되어야 하는 투영층(4)의 진행은 상기 계획 데이터에 배향되며 투영층(4)은 이를 위해 적어도 국부적으로 수평으로 및 수직으로 만곡된다.

Description

임플란트 계획을 위한 파노라마식 단층사진{PANORAMIC TOMOGRAMS FOR IMPLANT PLANNING}

본 발명은 환자의 신체부위, 특히 턱의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법에 관한 것으로 상기 볼륨 데이터는 단층 영상 장치, 특히 'cone beam CT' 장치를 수단으로 기록되며, 상기 볼륨 데이터에는 특히 삽입되어야 하는 임플란트의 기하학적 데이터, 즉 그 위치, 배향(orientation), 길이 및 지름을 구비한 3차원 계획 데이터가 할당되어 있고 투영층이 상기 볼륨 데이터에서 정의되며 상기 투영층은 특히 표시 평면에서 파노라마 영상으로서의 전개도에 의해 표시된다.

치아 임플란트는 공지된 바와 같이 방사선 촬영을 근거로 계획되며 상기 방사상 촬영은 3차원을 통해 특히 cone beam 장치로 기록된다. 이를 위해, 볼륨 데이터로부터 상이하게 방향 설정된 층 조망이 산출되어 표시되고 상기 층 조망에서 가상 임플란트들의 위치가 확정될 수 있다. 명료성을 좋게 하기 위해 볼륨 데이터로부터 파노라마 영상은 치과 의사에 알려져 있는 orthopantomogram(OPG)의 방식으로 만들어진다. 이러한 파노라마 영상은 환자의 모든 치아 상태에 대한 조망을 보장한다. 이때, 커브(파노라마 선)의 형태는 바닥에 대해 평행으로 뻗어 있는 평면의 내부에서 자유로이 정의될 수 있으며 상기 커브를 따라 파노라마 영상이 만들어 내진 다.

파노라마 영상 및 그 표시에 있어서, 파노라마 선의 수직 이동에 의해 만들어진 파노라마층과, 볼륨의 흡수 계수들의 평균값을 형성하는 합계하기(summation)에 의해 파노라마층에 대해 수직으로 생기는 파노라마 투영을 구분할 수 있다. 이러한 파노라마 투영, 즉 많은 파노라마층에 관한 평균화는 OPG의 표시를 시뮬레이션하며 이때 깊이 정보는 모든 층에 관한 합계하기로 인해 없다.

오늘날의 계획 시스템에서는 볼륨 데이터 레코드에 배치된 및 그 안에 그의 계획 데이터에 의해 정의된 임플란트도 파노라마 영상에 표시될 수 있다. 이러한 표시는 환자의 턱에서 임플란트의 수량 및 위치와 관련하여 치과 의사에게 상황의 빠른 평가를 가능하게 한다. 부합하는 파노라마층에 대한 표시의 변화와 함께 파노라마층의 절단면들은 임플란트들과 함께 표시될 수 있다. 게다가 파노라마 투영 및 파노라마층은 임플란트들을 배치하기 위해 사용될 수 있다. 이는 사용자가 파노라마 투영 또는 파노라마층에서의 자리를 클릭하고 그리고 이와 함께 가상의 임플란트를 3D 볼륨 내의 파노라마층의 이 자리에 배치함으로써 수행될 수 있다. 이때, 임플란트축은 지금까지 항상 수직으로 배향된다.

그러나 공지의 파노라마 영상은 뼈에서 가상 임플란트들의 실제의 위치 및 방향 설정을 평가하기 위해 단지 제약적으로 적합한데 왜냐하면 기울어져 놓여 있는 임플란트들은 일그러져 표시되거나 또는 비스듬히 잘라지기 때문이다. 그렇기 때문에 이 표시는 무엇보다도 해부학적 구조의 제 1 조망에 쓰이고 계획된 임플란트에는 쓰이지 않는다. 파노라마층이 반드시 모든 임플란트를 가로지르는 것은 아 니기 때문에 모든 임플란트가 파노라마층에서 보일 수 있는 것은 아니다. 기울기에 의해 임플란트들은 비스듬히 가로질러지고 파노라마층에서 타원으로 나타난다.

DE 44 28 331 A1로부터 이러한 파노라마 층 영상을 만들어내기 위한 빔 진단장치가 공지되어 있으며, 상기 파노라마 층 영상에서 파노라마층들은 어느 정도는 환자의 해부학적 상황에 배향될 수 있다. 즉, 파노라마층들은 특히 치아의 기울기에 배향될 수 있다. 해부학적 구조에 맞춰진 이러한 파노라마층들의 이용도 계획된 임플란트를 표시하는데 있어서의 문제를 해결하지 못한다.

본 발명의 목적은, 간단히 실행될 수 있으며, 에워싸는 해부학적 구조와 관계하여 계획된 임플란트 및 그 수술채널의 완전하고도 신빙성 있는 표시를 보장하는 동종의 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1 항에 따른 방법에 의해 달성된다. 특히 바람직한 실시형태는 종속항에 기술되어 있다.

본 발명의 기본 사상은 기초가 되는 파노라마층을 근거로 파노라마식 표시를 만들어내고 상기 파노라마층은 적어도 국부적으로 계획된 '가상의' 임플란트 및 이 임플란트를 위해 마련된 상응하는 수술 채널의 대칭축에 배향되어(oriented) 있다는 데에 있다. 이와 함께 표시는 더 이상 종래와 같이 어느 정도 무작위적인 기준이나 또는 해부학적 관계에 따르는 것이 아니라 계획된 임플란트의 위치에 따른다. 그러므로 표시되어야 하는 투영층의 진행은 계획 데이터 및 상기 계획 데이터에 맞춰진 구부러진 표면에 맞춰진다. 이때, 파노라마층의 이 배향은 국부적으로 임플란트의 장소에 제한되어 있을 수 있고 이 영역의 외부에서 해부학적 상황에 적응할 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면 파노라마층은 임플란트의 장소에서 어느 정도 '휨'을 구비하며 상기 휨의 이 구역에서 임플란트에 의해 미리 주어진 표면을 통하여 뻗어 있다. 이렇게 임플란트는 완전히 표시될 수 있고 이때 이 방식의 특별한 장점은, 에워싸는 해부학적 구조에 임플란트가 배치되어 있도록 캘리브레이트된 표시가 특히 좋게 여겨질 수 있다는 데에 있다. 이와 함께 임계 영역들 내로의 침투와 같은 계획 오류는 이전보다 훨씬 잘 피해질 수 있다.

치아 임플란트를 계획하는 경우, 나중의 합계하기를 위한 참조로서 쓰일 수 있는 제 1 파노라마층은 계획된 임플란트 내의 정의된 포인트들을 통하여 뻗어 있는 것이 바람직하다. 이러한 포인트들로는 저작면을 향한(교합측) 포인트 및 뿌리를 향한(치근측) 포인트가 제공되며 상기 교합측 포인트 및 치근측 포인트는 특히 임플란트에 의해 형성된 원통 또는 원뿔의 윗면을 통한 대칭축의 관통 포인트들에 의해 정의된다.

방법의 제 1 단계에서, 제 1 파노라마층의 진행은 공지의 방법으로 턱뼈의 진행에 또는 치아들에 맞춰지는 것이 바람직하다. 그런 후, 계획된 임플란트를 완전히 포함하기 위해 해부학적으로 방향 설정된 이 제 1 파노라마층은 계획된 임플란트의 계획 데이터에 일치하여 계산상 상응하는 자리에서 국부적으로 아치형이 된다. 일반적으로 파노라마층으로부터 평행한 여러 개의 층들에 관한 합계하기에 의해 다시 파노라마 투영이 만들어내질 수 있다.

해부학적 구조 및 임플란트들에 의해 형성된 전체 상황에 대해 특히 실제적인 조망을 얻기 위해서는 이 파노라마층은 관찰된 볼륨에 있는 모든 임플란트들의 교합측 및 치근측 포인트들을 통하여 뻗어 있는 것이 특히 바람직하다. 이때 파노라마층은 모든 임플란트들이 상기 파노라마층에 의해 형성된 평면에 놓이도록 휘어진다. 다른 장소들에서는 파노라마층을 해부학적 상황에 특히 치아들의 일종의 대칭축들에 맞추는 것이 바람직하다.

의사가 제 1 파노라마 영상을 근거로 임플란트들이 아직 정확히 배향되어 있음을 확인한 후, 의사는 상기 임플란트들의 위치를 '온라인(online)'으로 모니터 화면에서 예컨대 마우스 클릭에 의해 수정할 수 있는 것이 바람직하다. 의사가 그것을 하면 파노라마 영상의 기초가 되는 파노라마층은 가상으로 이미 삽입된 임플란트의 위치, 기울기, 지름 또는 길이의 변경에 자동으로 맞춰지는 것이 바람직하다. 이렇게 맞춰진 파노라마층으로부터 언제든지 다시 여러 파노라마층에 관한 파노라마 투영이 발생 될 수 있다.

그러므로, '고전적인' 파노라마 투영과는 달리, 본 발명에 따르면 치아 상태의 일반적인 표시가 만들어내질 뿐만 아니라 환자의 턱뼈에서의 계획된 모든 임플란트의 위치를 신뢰도 있게 평가할 수 있다. 고전적인 파노라마층과는 달리 특별히 맞춰진 파노라마층은 이제 추가로 임플란트의 장소에서의 휨을 구비한다. 임플란트가 계획되어 있지 않은 장소들에서는 '부드러운' 이행을 안전하게 하기 위해 파노라마층의 위치를 인터폴레이트(interpolate)하는 것이 바람직하다. 이때, 인터폴레이션 알고리즘은 교환 가능하며 '임플란트가 없는' 장소들에서 예컨대 볼륨 데이터 레코드로부터의 추가 정보에 의해 매개변수화(parametrize)되는 것이 또한 바람직하다. 이로 인해, 파노라마층에서 및 파노라마 투영에서 모든 임플란트는 동시에 및 일그러짐 없이 표시될 수 있다.

새로운 임플란트가 파노라마층 또는 파노라마 투영에 삽입되면 상기 임플란트는 우선 바람직하게는 지금까지 정의된 층에 매개변수화를 통해 적응한다. 이에 따라 임플란트가 예컨대 모니터 화면상의 커서를 클릭함으로써 상악에 있는 2 개의 임플란트 사이에 배치되면 상기 임플란트는 인접한 임플란트들의 인터폴레이트된 위치 및 기울기를 얻는다. 임플란트가 한번 이러한 방식으로 삽입되면 또다시 층은 위치, 기울기, 길이 또는 지름의 매 변경시 임플란트에 적응한다.

이와 같이 임플란트들의 위치에 맞춰진 파노라마 영상은 몇 가지 장점을 갖는다: 우선 모든 임플란트는 동일한 파노라마층의 내부에서 상기 임플란트들에 의해 미리 주어진 축, 특히 그의 주요축을 따라 표시될 수 있다. 특히, 모든 임플란트는 동일한 파노라마층의 내부에서 상기 임플란트들의 가장 큰 횡단면을 따라 표시될 수 있다. 전술한 바와 같이, 모든 임플란트는 동일한 파노라마 투영의 내부에서 일그러짐 없이 표시될 수 있다. 이때, 해부학적 구조는 임플란트들의 가장 큰 횡단면을 따라 층과의 상호 작용 없이 모든 임플란트에서 동시에 평가될 수 있는 것이 바람직하다. 특히 임플란트의 두께에 걸쳐 연장되는 합계 하기 영역의 제한에 의해, 파노라마 투영의 표시는 예측된 임플란트 강도의 평가에 중요한 해부학적 영역들에 제한될 수 있다. 본 발명과 함께 임플란트 근처에 있는 뼈의 질에 대한 목표된 평가가 실행될 수 있다. 파노라마층은 이미 제공된 임플란트들의 위치 및 기울기를 인터폴레이트하기 때문에 추가되어야 하는 그 밖의 임플란트들을 위한 이 파라미터들은 인접한 임플란트들에서 유래할 수 있다.

이하, 본 발명을 도 1 내지 도 4를 근거로 상세히 설명한다.

도 1은 파노라마층의 전개를 위한 도식,

도 2는 임플란트에의 파노라마층의 적응,

도 3은 임플란트에의 파노라마층의 적응,

도 4는 여러 개의 파노라마층에 관한 합계하기이다.

도 1에는 직육면체의 형태로 3차원 볼륨 데이터(1)의 레코드가 도시되어 있다. 볼륨 데이터(1)의 내부에서 x-y 평면(2)이 끄집어 내지고 이 x-y 평면에서 파노라마 선(3)이 확정되며 이 파노라마 선은 여기에서 턱의 굽힘을 이해하고 있다. 여기에서는 편의상 수직 방향에서만 수행되는 z 방향으로의 위치이동에 의해 파노라마층(4)이 생긴다. 이 '얇은' 파노라마층(4)은 상이한 방식으로, 특히 전개도에 의해 평면으로 변환될 수 있고 그런 후 파노라마 영상을 나타낸다. 그런 후, 파노라마 투영은 서로 포개어져 있는 복수의 이와 같은 파노라마층(4)의 합계하기에 의해 생긴다. 이때, 합계되는 층들의 수량을 설치된 임플란트들의 두께에 제한하는 것이 바람직하다.

이 제 1 파노라마층(4)의 초기 배향은 여러 가지 접근법을 갖고 수행될 수 있다. 상기 배향은 도 1에 도시된 바와 같이 절단 평면에 파노라마 선을 손으로 그려 넣음으로써 생기는 '고전적인' 파노라마층에 의해 수행될 수 있고 이때 이 파노라마층은 우선은 수직 만곡(curvature)을 구비하지 않는다. 가상 임플란트들이 삽입된 후에, 만곡은 층에 단계적으로 적응한다. 초기 파노라마층을 악하궁 및 치근 또는 치아를 따라 수직 만곡과 함께 확정하거나, 또는 미리 저장된 '평균 턱'을 근거로 배향을 행하는 것도 가능하다. 초기 층은 예컨대 나이 및 성별과 같은 환자 파라미터를 토대로 추정될 수도 있다. 상기 상술된 방법들의 혼합 형태들도 가능하다. 턱(6) 및 치아(7)의 해부학적 파라미터를 근거로 한 파노라마층(5)의 초기 배향은 도 2a에 도시되어 있다. 여기에서처럼 볼륨 데이터 레코드에 임플란트들이 아직 배치되어 있지 않으면 파노라마층(5)은 사전 정의된 형태를 띠게 된다. 데이터 레코드에 임플란트들이 배치된 후에야 비로소 층(5)은 이것들에 적응한다.

파노라마 데이터를 토대로 이제 임플란트(8)가 계획되고 턱에서 그의 위치가 확정된다(도 2b). 초기 파노라마층(5)으로부터 출발하여 컴퓨터는 임플란트 데이터를 근거로 수정된 파노라마층(9)을 계산하며 이 파노라마층을 컴퓨터는 임플란트(8)의 치근측(apical) 포인트(10) 및 교합측(occlusal) 포인트(11)를 통하여 놓는다. 이 파노라마층(9)은 이제 평면에 투영되고 모니터 화면에 표시된다. 치과 의사는 임플란트 주변의 해부학적 상황으로 인해, 및 여기에서는 또한 파노라마 영상에 나타나 있지 않고 파노라마층(9)의 외부의 영역(A)에 놓여 있는 치아(12)로 인해 임플란트(8)가 비스듬히 놓여 있음을 확인한다. 그런 후, 치과 의사는 계획된 임플란트(8)를 모니터 화면상에서 마우스 클릭에 의해 기울이고 파노라마층(13)(도 2c)이 치아(11)를 통하여 뻗고 임플란트들이 정확히 턱(6)에 배치되기까지 상기 임플란트들의 위치를 바로잡는다.

새로운 임플란트들은 마우스 클릭에 의해, 전개된 파노라마 투영 또는 파노라마층에 놓일 수 있다. 이때, 이렇게 놓인 임플란트들은 이미 다른 임플란트들에 의해 정의된 파노라마층에 배향된다. 이때, 임플란트들의 기울기도 고려된다. 이때, 사용자는 임플란트의 교합측 포인트가 놓여야만 하는 자리에 클릭한다. 임플란트들이 이미 계획수립에 더욱더 위치할수록, 새로이 추가된 임플란트들의 이렇게 실행된 배향은 더욱 정확해진다. 임플란트의 길이가 추후 변경되면 임플란트의 치근측 포인트만이 이동된다; 이때, 교합측 포인트는 그의 위치를 변경하지 않는다.

도 3에는 원통형 임플란트(15)에의 파노라마층(14)의 여러 가지 적응 방식이 나타나 있다. 이 임플란트(15)의 측면도는 왼쪽 난에 나타나 있다. a)의 경우에 임플란트의 교합측 포인트(16) 및 치근측 포인트(17)만이 파노라마층(14)에 의해 통과된다. 도 3c에 따른 평면도 및 도 3b에 따른 측면도에서 완전한 임플란트축은 교합측 포인트와 치근측 포인트 사이에서 통과되며 이때 파노라마층(14)은 임플란트의 내부에서 아직 수평으로 만곡될 수 있다. 도 3d에 따른 평면도에서는 파노라마층(14)은 임플란트(15)를 상기 임플란트의 가장 큰 횡단면을 따라 가로지른다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파노라마 투영, 즉 여러 층에 관한 평균화된 합계를 만들어냄은 파노라마층(13)에 대해 수직으로(도 3c) 영역(16)에 자동으로 제한될 수 있으며 상기 영역은 임플란트들의 바로 근처에 있다. 이와 같이 파노라마 투영은 임플란트 위치를 평가하기 위해 필요한 인접한 해부학적 구조에 관한 정보만 을 얻으며, 중요하지 않은 정보에 의해 간섭받지 않는다. 적절한 안전 영역(17)에 의해 임플란트(18)의 바로 앞 및 뒤에 놓여 있는 영역들이 포함된다. 이는 합계하기 영역의 두께가 임플란트들의 두께에 상응하여 맞춰짐으로써 두께가 서로 다른 임플란트들을 위해서도 실현 가능하다. 임플란트들의 폭에 관한 이러한 합계하기는 바람직한데 왜냐하면 이와 함께, 임플란트들에 관계된 해부학적 구조만이 파노라마 영상에 표시되기 때문이다.

임플란트들의 앞 및 뒤의 뼈를 상세히 평가할 수 있기 위해, 층은 전체로서 임플란트축들에 대해 평행으로 '앞으로 및 뒤로' 옮겨질 수 있다. 이때, 상기 층은 매 포인트에서 동일한 구간만큼 그의 수직선을 따라 옮겨진다. 이로 인해, 층의 전반적인 위치이동에 의해 모든 임플란트들은 얼마나 많은 임플란트가 계획 수립에 있는 지에 상관없이 동시에 평가될 수 있다. 이로 인해, 임플란트 주변 뼈의 현저히 더욱 빠르고 평행한 평가가 수행될 수 있다.

Claims (9)

1. 볼륨 데이터(1)는 단층 영상 장치를 수단으로 기록되며, 이때 상기 볼륨 데이터에는 삽입되어야 하는 임플란트(8)의 기하학적 데이터를 구비한 3차원 계획 데이터가 할당되어 있고 투영층(4)이 상기 볼륨 데이터에서 정의되며 상기 투영층은 표시 평면에서 파노라마 영상으로서의 전개도에 의해 표시되는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터(1)의 2차원 표시방법에 있어서, 상기 표시되어야 하는 투영층(4)의 진행은 상기 계획 데이터에 배향되고, 이때 상기 투영층(4)은 이를 위해 적어도 국부적으로 수평으로 및 수직으로 만곡되고, 상기 표시되어야 하는 투영층(4)의 진행은 상기 계획 데이터에 맞춰진 만곡된 표면에 배향되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 투영층(4)은 데이터 레코드에 있는 모든 가상 임플란트(8)에 배향되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 투영층(4)의 배향은 임플란트(8)의 위치, 기울기, 길이 또는 지름 변경에 컴퓨터상에서 진행되는 알고리즘에 의해 자동으로 맞춰지는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
5. 제 1 항에 있어서, 2개의 임플란트(8) 사이의 상기 투영층(4)의 진행은 매끄럽게 하는 인터폴레이션 알고리즘에 의해 확정되며 상기 인터폴레이션 알고리즘은 볼륨 데이터 레코드(1)로부터의 정보를 갖고 매개변수화되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
6. 제 1 항에 있어서, 새로운 임플란트(8)는 입력에 의해 파노라마층 또는 파노라마 투영에 삽입되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
7. 제 6 항에 있어서, 추가된 임플란트(8)의 위치 및/또는 기울기는 이미 설치된 임플란트(8)에 의해 정의된 파노라마층(4)에 자동으로 배향되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
8. 제 1 항에 있어서, 파노라마 투영을 만들어낼 때, 합계하기 영역의 두께는 배치된 임플란트들의 두께에 맞춰지는 것을 특징으로 하는, 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 합계하기 영역의 두께는 안전 영역(17)만큼 확대되는 것을 특징으로 하는 환자의 신체부위의 볼륨 데이터의 2차원 표시방법.

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