KR101621156B1

KR101621156B1 - 3차원 구강 스캐너

Info

Publication number: KR101621156B1
Application number: KR1020140105371A
Authority: KR
Inventors: 석재승; 김상민
Original assignee: 석재승; 김상민
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2014-08-13
Publication date: 2016-05-13
Also published as: KR20160020268A

Abstract

본 발명은 3차원 구강 스캐너에 관한 것으로서, 패턴광을 구강 내 피사체에 조사하는 광출력소자(100)와; 상기 패턴광에 의해 피사체에서 반사되는 반사광을 센싱하는 광센싱소자(110)와; 상기 패턴광 및 상기 반사광의 광반사각을 제어하는 광학계(120)와; 상기 광출력소자(100) 및 광센싱소자(110)를 제어하며, 영상 정보를 수신하는 영상처리부(130)와; 상기 광출력소자(100), 광센싱소자(110), 광학계(120) 및 영상처리부(130)를 수용하는 하우징(140)과; 상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 모델링처리부(150)와; 상기 하우징(140)의 헤드(141) 하단부에 설치되어 압축공기를 분사하는 분사노즐(160)과; 상기 분사노즐(160)과 에어호스로 연결되어 압축공기를 공급하는 에어공급수단(170)를 구비함으로써 치은 압배를 하지 않거나, 최소한의 치은 압배만으로도 지대치 마무리선의 확보가 용이하게 하여 선명한 스캐닝 이미지를 얻을 수 있도록 함으로써 정확한 인상을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

3차원 구강 스캐너{Oral 3-D scanner}

본 발명은 3차원 구강 스캐너에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 구강 내에 삽입하여 대상 치아를 스캔하는 과정에서 헤드에 설치된 분사노즐을 이용해 압축공기를 지대치 주변에 분사하여 지대치 주변의 치은을 지대치 마무리선으로부터 이격시키고, 지대치 표면과 마무리선 주변의 삼출물을 제거함으로써 정확한 인상을 획득할 수 있게 한 3차원 구강 스캐너에 관한 것이다.

일반적으로 치과 병원에서는 치아 보철 치료에 있어서 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상채득을 통해 치아 보철 치료를 수행하고 있다. 그러나 석고 모형을 이용하는 인상채득 과정에서 재료에 의한 감염이 발생할 수 있고, 보철물의 제작이 어려우며, 보철물과 종래 치아와의 형상의 차이가 크다는 문제점이 있었다.

한편, 종래에는 환자의 손상된 치아를 복원하기 위한 기공물을 제조해야 할 경우 우선 치과 병원에서 환자의 손상된 치아에 대해 인상채득과정을 통해 석고 모형을 제작한 후 이에 따른 기공물 제조를 치과 기공사에게 의뢰하였다.

그러나 이와 같은 종래의 기공물 제조 방법에 따르면, 환자 치아의 현 상태를 진단 및 측정을 위해서 치아 석고 모형으로부터 간접적으로 치료 데이터를 획득하였기 때문에 많은 시간과 노력이 요구되었다.

상술한 바와 같이 종래의 인상채득과정(impression taking)의 문제점을 해소하기 위하여 개발된 것이 바로 3차원 구강 스캐너이다.

3차원 구강 스캐너는 치과 환자의 구강 내에 삽입되어 비접촉식으로 치아를 스캐닝하여 2차원 영상 데이터를 촬영하고, 상기 2차원 영상데이터를 참고하여 3차원 스캐닝 모델을 생성함으로써 쉽고 간편하며 짧은 시간 내에 환자의 인상 채득이 가능할 뿐만 아니라, 3차원 스캐닝 모델 생성을 통해서 더욱 정확한 인상 채득이 가능케 되어 치료 및 진료에 있어서 더욱 만족스런 임상결과를 얻을 수 있다.

등록특허공보 제10-1371211호 공개특허공보 제10-2014-0077380호

상술한 바와 같은 종래의 3차원 구강 스캐너는 보철 치료를 하기 위하여 보철이 들어갈 공간만큼 삭제한 치아, 즉 지대치(이하 '지대치'라 함) 마무리선의 확실히 보인다는 가정 하에 작동하며 지대치 마무리선이 확보된 상황에서의 디지털 인상의 정확도는 우수한 편이나, 지대치 마무리선의 확보를 위해서는 확실한 치은 압배를 통해서 지대치 마무리선을 확보해야 하는 어려움이 있다.

즉, 빛을 이용하여 인상으로 채득하는 3차원 구강 스캐너는 눈으로 마무리선이 확인이 되지 않으면 아무리 치은 압배가 잘 되어 있어도 정확한 인상이 나올 수 없다.

따라서 구강 스캐너의 정확도와 정밀도는 점점 발전해 가고 있음에도, 실제 임상에서는 지대치 마무리선의 확보를 위해서 3차원 스캐닝 촬영 전에 치은 압배 등 준비 작업에 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 치은 압배를 통해서 지대치 마무리선을 확보하였다 하더라도 치은 압배 과정에서 구강 내에서 발생하는 침, 치은열구액, 혈액 등의 구강 내 삼출물 등이 스캔을 방해하는 요소로 작용하여 스캐닝을 통해 채득된 3차원 인상의 정확도가 저하됨으로써, 결과적으로 보철물의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 첨부도면 도 4와 같이 지대치 마무리선의 확보를 위해서 이루어지는 치은 압배는 일반적으로 지대치(A)와 치은(B) 사이에 치은 압배사(Gingi cord)(C)를 밀어 넣어 치아와 치은을 이격시켜 지대치 마무리선(D)을 노출시키고 침, 치은열구액, 혈액 등의 구강 내 삼출물이 지대치 마무리선을 오염시키지 않도록 하는 작업으로써, 시술 과정에서 치은 통증을 유발하기 때문에 마취를 필요로 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 잘못 시술되거나 시술된 시간이 장시간 지속될 경우에는 치은퇴축이나 염증 발생과 같은 부작용 위험이 증가하기 때문에 시술 과정에서 많은 주의를 요함으로써 환자나 의사로서는 구강 스캐닝을 치은 압배 시술이 여러모로 불편한 문제점이 있었다.

본 발명의 3차원 구강 스캐너는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서, 광출력부에서 출력되는 패턴광을 구강 내 피사체에 조사하는 광출력소자(100)와; 상기 패턴광에 의해 구강 내 피사체에서 반사되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 영상을 센싱하는 광센싱소자(110)와; 상기 광출력소자(100)로부터 구강 내 피사체에 출력되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 구강 내 피사체에 반사되는 반사광의 광반사각을 제어하는 광학계(120)와; 상기 광출력소자(100)에 소정의 패턴 정보를 전송하고, 광출력소자(100) 및 광센싱소자(110)를 제어하며, 상기 광센싱소자(110)에 센싱된 2차원 영상 정보를 수신하는 영상처리부(130)와; 상기 광출력소자(100), 광센싱소자(110), 광학계(120) 및 영상처리부(130)를 수용하는 하우징(140)과; 상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 모델링처리부(150)를 포함하는 3차원 구강 스캐너에 있어서,

상기 하우징(140)의 선단부에 형성된 패턴광이 출사되는 헤드(141)부의 하단부에 설치되어 지대치 주변으로 압축공기를 분사하는 분사노즐(160)과; 상기 분사노즐(160)과 압축공기를 공급하는 에어공급수단(170)을 에어호스로 연결하여 구강 스캔을 실시하는 순간에 상기 분사노즐(160)로 압축공기의 공급이 이루어지도록 구성함으로써 치은 압배를 하지 않거나, 최소한의 치은 압배 만으로도 지대치 마무리선의 확보가 용이하고, 지대치 표면 및 지대치 마무리선 주변의 타액, 혈액 등의 구강내 삼출물을 압축공기를 이용해 제거하여 선명한 스캐닝 이미지를 얻을 수 있도록 함으로써 정확한 인상을 획득할 수 있게 한 목적을 달성할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 3차원 구강 스캐너는 치과 환자의 구강 내에 삽입하여 비접촉식으로 치아를 스캐닝하는 과정에서 압축공기를 지대치 주변에 분사하여 지대치 주변의 치은을 지대치 마무리선으로부터 이격시키고, 지대치 표면과 마무리선 주변의 삼출물을 제거함으로써 대상 치아의 스캐닝이 보다 선명하게 이루어지고, 그로 인해 보다 정확한 3차원 스캐닝 모델 생성이 가능케 됨으로써 우수한 정확도와 정밀도를 가진 인상 채득이 가능케 되는 효과가 있다.

또한, 환자에게 치은 통증을 유발함으로써 마취 등의 사전 준비를 필요로 하는 치은 압배를 하지 않거나, 최소한의 치은 압배만으로도 우수한 정밀도를 가진 인상 채득이 가능하기 때문에 환자는 더욱 편안하게 치과 치료를 받을 수 있게 되고, 의사는 준비나 시술 과정이 번거로운 치은 압배를 하지 않거나, 최소한의 치은 압배만으로도 만족스런 임상 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 헤드의 주요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 압축공기의 공급 과정을 나타낸 블럭도이다.
도 4는 종래의 치은 압배 시술을 나타낸 예시도이다.
도 5는 일반적인 치아 보철물의 시술 상태를 나타낸 예시도이다.

이하, 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 헤드(141)의 주요부 단면도이며, 도 3은 본 발명의 3차원 구강 스캐너의 실시 예에 따른 압축공기의 공급 과정을 나타낸 블럭도이다.

상기 도면과 같이 본 발명의 3차원 구강 스캐너는 패턴광을 구강 내 피사체에 조사하는 광출력소자(100)와; 상기 패턴광에 의해 피사체에서 반사되는 반사광을 센싱하는 광센싱소자(110)와; 상기 패턴광 및 상기 반사광의 광반사각을 제어하는 광학계(120)와; 상기 광출력소자(100) 및 광센싱소자(110)를 제어하며, 영상 정보를 수신하는 영상처리부(130)와; 상기 광출력소자(100), 광센싱소자(110), 광학계(120) 및 영상처리부(130)를 수용하는 하우징(140)과; 상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 모델링처리부(150)와; 상기 하우징(140)의 헤드(141) 하단부에 설치되어 압축공기를 분사하는 분사노즐(160)과; 상기 분사노즐(160)과 에어호스로 연결되어 압축공기를 공급하는 에어공급수단(170)를 구비한다.

상기 광출력소자(100)는 광출력부에서 출력되는 광원을 이용해 소정의 패턴이 형성된 유리판을 통해 투과시켜 형성한 소정의 패턴광을 구강 내 피사체에 조사하는 것으로서, 광원은 통상의 레이저나, 발광 다이오드(LED) 또는 할로겐 램프 중 어느 한 가지를 선택적으로 사용하는데 바람직하게는 레이저를 광원으로 사용하며, 상기 패턴광의 패턴 형상은 일정 간격의 줄무늬형 패턴을 이용한다.

상기 광센싱소자(110)는 상기 광출력소자(100)에서 조사되는 패턴광에 의해 구강 내 피사체에서 반사되는 반사광을 2차원 영상으로 센싱하는 것으로서, 광다이오드를 수광소자로 하고 전하연계소자(CCD: Charged Coupled Device)를 전하전송소자로 한 고체촬상소자 또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 구조를 가진 저소비 전력형의 촬상 소자인 CMOS 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 광학계(120)는 상기 광출력소자(100)에서 출력된 레이저광을 지대치로 반사하고, 상기 지대치에서 다시 반사되는 반사광을 광센싱소자(110)로 반사하는 기능을 수행하는 렌즈 등의 집합체로, 회절에 의한 상붕괴를 방지하여 반사광에 의해 형성된 2차원 영상의 해상도를 향상시킬 수 있는 콜리메이팅 렌즈나 프리즘 또는 거울을 포함할 수 있으나, 이에 한정하지는 않으며, 각도 조절을 통해 패턴광과 반사광의 반사 각도 조절이 가능하도록 광학계(120)구동수단(미도시)을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 영상처리부(130)는 상기 광출력소자(100)에 소정의 패턴 정보를 전송하고, 광출력소자(100) 및 광센싱소자(110)를 제어하며, 상기 광센싱소자(110)로부터 반사광의 패턴 정보를 제공받아 이를 2차원 영상 정보로 처리한 후 저장하고, 그 저장된 데이터 값을 모델링처리부(150)로 전송한다.

상기 하우징(140)은 광출력소자(100), 광센싱소자(110), 광학계(120) 및 영상처리부(130)를 수용하는것으로서, 선단부에는 구강 내 삽입이 용이하도록 가늘고 긴 형태의 헤드(141)부를 형성하고, 일측 하단부에는 안정적인 그립이 가능하도록 건(Gun) 타입의 손잡이(142)부를 형성하는 것이 바람직할 것이나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀두는 바이다. 아울러, 상기 손잡이(142)부 일측에는 스캐닝을 실시하기 위한 작동레버(143)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상 데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 모델링처리부(150)는 상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하기 위한 프로그램과, 상기 프로그램의 구동을 저장장치나 메모리와, 상기 처리된 3차원 스캐닝 모델의 이미지 영상을 출력하기 위한 디스플레이를 구비한 컴퓨터를 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 모델링처리부(150)로 컴퓨터를 이용하는 경우, 상기 컴퓨터는 처리된 3차원 스캐닝 모델의 이미지 파일이나 관련 데이터 파일을 유·무선으로 원격 전송할 수 있는 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 하우징(140)의 선단부에 형성된 헤드(141)부의 하단부에 설치되는 분사노즐(160)은 저면에 적어도 하나 이상의 분사구(161)를 형성하고, 일측에는 압축공기를 공급하는 에어공급수단(170)과 에어호스로 연결되는 연결부(162)를 형성하여 에어공급수단(170)에서 공급되는 압축공기를 스캐닝 시행 직전에 지대치 주변에 분사하여 지대치 주변의 삼출물을 제거함으로써 지대치 마무리선의 선명한 확보를 가능케 한다.

상기 분사노즐(160)은 원형 또는 다각형 형태의 링 형상으로 되며, 구강 내 삽입되는 사용 특성상 인체에 무해하고, 견고한 내구성을 가지는 스테인리스 스틸과 같은 금속재로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 분사구(161)는 상기 분사노즐(160)의 일측에 하나만을 형성하거나, 일정 간격으로 다수를 형성할 수 있으며, 다수를 형성하는 경우에 각 분사구(161) 간의 간격은 한정하지 아니한다. 또한, 분사구(161)에서 분사되는 압축공기의 분사 압력은 지대치 주변의 치은을 지대치 마무리선으로부터 이격시킬 수 있을 정도의 압력을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 링 형상으로 된 상기 분사노즐(160)의 중앙부에는 패턴광과 반사광의 상붕괴를 방지하면서 패턴광과 반사광의 투과가 가능하고, 헤드 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 투명렌즈(163)를 더 구비할 수 있다.

상기 에어공급수단(170)은 공기를 공급하는 에어공급부(171)와; 모터(172)에 의해 구동되어 에어공급부(171)에서 공급되는 공기를 고압으로 압축하여 분사노즐(160)로 공급하는 펌프(173)와; 펌프(173)에서 생산된 압축공기의 압력을 특정하는 압력센서(174)와; 상기 압력센서(174)의 측정값을 제공받고, 상기 하우징(140)에 설치된 작동레버(143)에 의해 상기 모터(172)의 구동을 제어하는 제어장치(175)를 구비한다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 기술이 적용된 3차원 구강 스캐너의 구강 내 치아 스캐닝 과정을 설명하면 다음과 같다.

시술자(치과 의사)는 크라운, 브릿지, 온레이, 인레이 등과 같은 환자의 치아 보철 치료를 위하여 기본적인 치료를 마친 후, 구강 내 치아 스캐닝을 위하여 하우징(140) 손잡이(142)를 잡고 하우징(140)의 헤드(141) 부분을 환자의 구강 내로 삽입하여 지대치를 눈으로 확인하면서 헤드(141) 하단부에 설치된 분사노즐(160)을 지대치에 근접 위치시킨 후 하우징(140)의 손잡이(142)부 일측에 설치된 작동레버(143)를 누르면 에어공급수단(170)의 모터(172)가 구동하여 압축공기를 생산한 후 이를 에어호스를 통해 분사노즐(160)로 공급함으로써 분사노즐(160)의 저면에 형성된 분사구(161)를 통해 압축공기가 분사된다.

상기 분사노즐(160)의 분사구(161)를 통해 압축공기가 분사되면, 압축공기의 분사 압력에 의하여 지대치(A) 주변의 치은(B)이 지대치 마무리선(D)으로부터 이격되어 지대치 마무리선이 선명하게 노출될 뿐만 아니라, 지대치 표면의 묻은 침, 치은열구액, 혈액 등의 구강 내 각종 삼출물이 상기 분사노즐(160)의 분사구(161)에서 분사되는 압축공기의 압력에 의해 지대치 표면에서 이탈하여 제거됨으로써 지대치가 이물질에 의한 오염 없는 깨끗한 상태가 된다.

그리하여 압축공기가 일정량 분사된 상태에서 시술자가 손잡이(142)부 일측에 설치된 작동레버(143)를 누르면 힘을 제거하면(작동레버(143)를 놓으면) 압축공기의 분사가 멈춤과 동시에 영상처리부(130)가 광출력소자(100)에 소정의 패턴 정보를 전송하면 광출력소자(100)는 전송받은 소정의 패턴 영상 정보를 이용해 패턴광을 생성하여 광학계(120)로 조사한다.

상기 광학계(120)는 상기 광출력소자(100)에서 조사되는 패턴광을 일정 각도로 반사시켜 구강 내에 위치하는 지대치로 조사한다.

지대치에 조사된 패턴광은 대상 치아의 형상에 따라서 줄무늬의 강도가 서로 다른 형태로 된 반사광으로 생성되어 상기 광학계(120)를 통해 반사된 후 광센싱소자(110)에서 2차원 영상으로 센싱된다.

광센싱소자(110)는 2차원 영상을 센싱하여 그 신호를 영상처리부(130)로 전송함으로써 영상처리부(130)는 광센싱소자(110)에서 제공받은 신호를 바탕으로 2차원 영상 코딩을 수행한 후, 그 데이터 값을 모델링처리부(150)로 전송한다.

영상처리부(130)로부터 2차원 영상 데이터를 전송받은 모델링처리부(150)는 3차원 모델링 프로그램을 이용해 상기 2차원 영상 데이터를 처리하여 3차원 스캐닝 모델을 생성한 후 저장함으로써 저장된 3차원 스캐닝 모델을 이용해 정확한 인상을 획득할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시나 응용이 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시나 응용 예는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

10: 3차원 구강 스캐너 100: 광출력소자
110: 광센싱소자 120: 광학계
130: 영상처리부 140: 하우징
141: 헤드 142: 손잡이
143: 작동레버 150: 모델링처리부
160: 분사노즐 161: 분사구
162: 연결부 163: 투명렌즈
170: 에어공급수단 171: 에어공급부
172: 모터 173: 펌프
174: 압력센서 175: 제어장치
A: 지대치 B: 치은
C: 치은 압배사 D: 지대치 마무리선
E: 보철물

Claims

광출력부에서 출력되는 패턴광을 구강 내 피사체에 조사하는 광출력소자(100)와;
상기 패턴광에 의해 구강 내 피사체에서 반사되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 영상을 센싱하는 광센싱소자(110)와;
상기 광출력소자(100)로부터 구강 내 피사체에 출력되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 구강 내 피사체에 반사되는 반사광의 광반사각을 제어하는 광학계(120)와;
상기 광출력소자(100)에 소정의 패턴 정보를 전송하고, 광출력소자(100) 및 광센싱소자(110)를 제어하며, 상기 광센싱소자(110)에 센싱된 2차원 영상 정보를 수신하는 영상처리부(130)와;
상기 광출력소자(100), 광센싱소자(110), 광학계(120) 및 영상처리부(130)를 수용하는 하우징(140)과;
상기 영상처리부(130)에서 처리된 2차원 영상데이터를 이용해 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 모델링처리부(150)를 포함하고,
상기 하우징(140)의 선단부에 형성된 패턴광이 출사되는 헤드(141)부의 하단부에 설치되어 지대치 주변으로 압축공기를 분사하는 분사노즐(160)과;
상기 분사노즐(160)과 에어호스로 연결되어 상기 분사노즐(160)에 압축공기를 공급하는 에어공급수단(170)을 포함하며,
상기 분사노즐(160)은 링 형상으로 되어 저면에 적어도 하나 이상의 분사구(161)를 형성하고, 일측에는 상기 에어공급수단(170)과 에어호스로 연결되는 연결부(162)를 형성한 것을 특징으로 하는 3차원 구강 스캐너.
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