KR101630024B1

KR101630024B1 - 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법

Info

Publication number: KR101630024B1
Application number: KR1020137031175A
Authority: KR
Inventors: 파디 글로; 루크 리린크
Original assignee: 덴츠플리 임플란츠 엔.브이.
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2016-06-13
Also published as: JP2009501036A; AU2006271950B2; WO2007009719A1; JP6034852B2; US8170327B2; CA2615241C; US20090162813A1; AU2006271950A1; CA2615241A1; EP1909686B1; RU2008105760A; EP1909686A1; KR20080030016A; BRPI0613406B8; CN101257858A; BRPI0613406A2; GB0514554D0; US20120239364A1; JP5704522B2; KR20140005337A

Abstract

(반)자동 치과용 임플란트 계획(A)을 위한 방법 및 시스템이, (a) 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단, 및/또는 (b) 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단, (c) 임플란트가 배치될 수 있는(또는 선택적으로는 배치될 수 없는) 턱의 구역을 검출하기 위한 수단, (d) 치아 배열 내의 복원 요소를 검출하기 위한 수단, (e) 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단, (f) 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단, (g) 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하기 위한 수단, (h) 임플란트 계획을 선택하거나 또는 개선하기 위한 수단을 포함하는 것으로 기술된다.

Description

자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법 {METHOD FOR AUTOMATED OR SEMI-AUTOMATED DENTAL IMPLANT PLANNING}

본 발명은 예를 들면 생체 역학적, 미적 및/또는 기능적 고려 사항에 기초하는 (반)자동 치과용 임플란트 계획 방법 및 장치와, 이 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 방법, 컴퓨터 시스템 및 소프트웨어에 관한 것이다.

치과용 임플란트는 치주 전문의가 대체 치아를 유지하도록 또는 대체 보철물을 지지하도록 턱 내에 장착하는 인공 치근이다. 치과용 임플란트에 의한 치료는 광범위하게 수용되고 있으며 가철성 부분의치, 가공의치 또는 헐거운 보철물과 같은 다른 기술에 비해 많은 장점을 보유한다. 치과용 임플란트는 건강한 인접 치아를 희생시킬 필요 없이 치열의 재건을 가능하게 한다. 임플란트를 거쳐 전달되는 하중은 골(bone)을 자극하여, 골 흡수(bone resorption)를 방지하고 대체 치아 요소 주위의 치은 퇴축(recession of gum)을 제한하고 더욱 미적인 재건으로 귀결된다. 임플란트에 의한 치료는 또한 통상의 의치보다 더욱 편안하고 안정적인 해결책을 제공하여, 더욱 자연스러운 물기 및 씹기 능력을 보장한다.

치과용 임플란트 배치를 위한 외과적 계획은 전통적으로 골의 양과 질을 확인하기 위해 오소팬토그램(orthopantogram)(즉, 턱 및 치아 골의 영상화를 위한 x-레이 기술) 또는 전산화 단층 촬영술(CT) 스캔과 같은 하나 이상의 의료용 영상 기법을 사용한다. 실제로, 미국 구강 및 악안면 방사선 학회(AAOMR)는 소정 형태의 단면 영상화가 임플란트 치료를 위하여 사용되어야 함을 추천한다. 그러나, 전통적인 운영 방식에 따르면, 임플란트 위치에 대한 최종 결정은 주위 연조직의 개방에 의해 골이 노출되는 외과적 처치 중에 이루어진다. 3 내지 6개월의 골융합(osseointegration) 기간 후에, 2차의 주로 각도적인 교정이 미적 재건을 최적화하기 위해 임플란트의 방향으로 이루어진다. 또한, 최종 임플란트 지지 보철물의 디자인은 최초 임플란트 위치에 의해 큰 정도로 좌우되는데, 이는 미적, 기능적 및 생체 역학적 관점으로부터 차선책이 될 수 있다.

전통적인 해결책은 즉시 임플란트 로딩(immediate loading of implant)을 향해 발전되면서 더 이상 유효하지 않다. 즉시 임플란트 로딩은 완벽한 계획과 정밀한 외과적 이식을 요구한다. 이 계획은 바람직하게는, 전통적인 임플란트학 방식을 사용하는 경우 임플란트 치료의 실제 보철 단계 중에 유일한 주안점이었던 생체 역학적인 완전함 외에도, 미적 및/또는 기능적 고려 사항을 미리 참작한다.

지난 수년 동안, 치주 전문의에게 CT 스캔과 같은 체적 측정 스캔 또는 MRI와 같은 다른 체적 측정 스캔의 다수의 상이하게 배향된 슬라이스(slice)에서의 환자의 골을 평가하고 다양한 길이, 직경 및 상표의 상업적 임플란트(벨기에 루벤 소재의 머티리얼라이즈(Materialise)에 의해 제공되는 심플란트(SimPlant^TM) 참조)의 영상 표현에 도식적으로 중첩시키기 위한 수단을 제공하도록 다수의 도구가 상업적으로 이용될 수 있었다. 벤자민(Benjamin)의 문헌을 인용하면, "다중 평면 재구성 CT는 임플란트 치료 계획에 대한 가장 포괄적이고 정확한 보조 수단이 되고 있다"(벤자민 엘에스(Benjamin LS)의 다중 평면 진단 영상화의 발전: 외과적 처치 부위에 대한 예측 가능한 이식의 수술전 분석(The evoluation of multiplanar diagnostic imaging: predictable transfer of preoperative analysis to the surgical site)(J Oral Implantol. 2002; 28(3):135-44) 참조).

기술 분야의 현 상황에 따르면, 치과용 임플란트에 의한 환자의 치료는 다수의 단계로 이루어진다. 치료 전에, 관절형 스톤 모델(articulated stone model)이 먼저 수직 치수를 평가하도록 사용된다. 그 후, 진단 왁스-업(wax-up)이 원하는 최종 보철 결과를 나타내도록 생성된다(도1 참조). 왁스-업은 적절한 교합, 형태, 미관 및 음성을 달성하도록 최적화된다. 다음 단계에서, 스캐닝 템플릿(scanning template) 또는 스캔 보철물이 제작된다(도2 참조). 이는 일반적으로 소정 비율의 황산바륨과 혼합된 냉간 중합 수지인, 방사선 불투과성 물질로 제조된 왁스-업의 정확한 복제본(replica)이다. 스캔 보철물의 불투명도의 수준은 그 구성 부분에 대해 변경될 수 있는데, 예를 들면 치아는 기저판보다 더 높은 불투명도를 가질 수 있다. 필요한 경우, 일부 부분은 방사선 투과성으로 제조될 수 있다. 환자가 스캔 보철물이 구강 내에 있는 상태에서 스캔될 때, 방사선 불투과성 부분은 CT 영상에서 명백히 가시화될 수 있다(도3 참조). 몇몇 경우에, 예를 들면 치아와 같은 각각의 복원 요소의 주축은 원통형 샤프트를 드릴링함으로써 마킹된다. CT 영상 내의 스캐닝 템플릿의 통합은 원하는 보철 결과의 함수로서 외과 의사의 계획 능력을 향상시킨다.

스캔 템플릿의 형성 후에, 환자는 CT 스캔을 위해 방사선과 전문의에게 보내진다. 스캔 템플릿은 환자의 구강 내에 배치되고 스캔이 이루어진다. 스캔의 출력은 3차원 "데이터 세트"를 형성하는 2D 슬라이스들의 스택(stack)이다.

CT 스캔이 이루어지고 3D 모델이 구성되면(도4 참조), 외과 의사는 컴퓨터 프로그램을 사용하여 임플란트 치료를 계획한다. 일반적으로, 이러한 프로그램은 어떠한 정보의 변경도 없이 방사선 부위에 의해 제공된 데이터 세트를 가져온다. 영상-처리 기술(예를 들면, 영상 분할)을 사용하여, 골의 3차원 모델이 데이터 세트로부터 유도된다. 방사선 불투과성 치열이 2D 축 슬라이스에 양호하게 표현되면, 원하는 보철물 배열의 3D 모델이 또한 구성될 수 있다.

방사선 불투과성 스캔 보철물의 사용 대신에, 때로는 진단 왁스-업 또는 느슨한 보철물이 (CT, 광학적 스캐닝 또는 기계적 스캐닝을 거쳐) 개별적으로 디지털화되고, 그 후에 체적 데이터에서 가시화되는 해부학적 구조에 정합된다. 이 방식으로 원하는 치열에 대한 정보가 턱에 대한 정확한 관계에서 또한 획득된다. 컴퓨터 프로그램(도5 참조)은 각각의 환자의 CT 영상이 3차원 방식으로 평가되고 치과용 임플란트가 이상적으로 배치될 수 있는 위치를 결정할 수 있게 한다. 임플란트는 디지털 임플란트 라이브러리(상이한 임플란트 상표, 길이, 직경 등)로부터 선택될 수 있다.

진료의는 다음으로 축방향 영상에서 파노라마 곡선을 정의한다(도6 참조). 곡선은 일반적으로 턱의 아치를 따른다. 다수의 단면(도7 참조)이 파노라마 곡선 및 축방향 슬라이스 양자 모두에 대해 수직으로 선택될 수 있다. 일반적으로 임플란트 수용기 부위는 이들 단면에서 선택된다. 진료의는 임의의 관점(축방향, 파노라마, 3D 또는 단면)에서 필요로 하는 각각의 임플란트의 위치 및 경사를 수정할 수 있다. 미세 조정이 임플란트 표현의 시프팅(shifting) 및 틸팅(tilting)에 의해 또는 이들의 치수의 변경에 의해 이루어진다. 각각의 개별적인 임플란트 위치는 간츠(Ganz)의 "골의 삼각형(triangle of bone)"[간츠 에스디(Ganz SD), 골의 삼각형 - 성공적인 임플란트 배치 및 복원을 위한 처방, 임플란트 소사이어티, 인크.(The implant society, Inc.), 1995년, Vol. (5); 5 pp2-6]에 설명된, 이용 가능한 골의 체적의 관점에서 평가될 수 있다. 골의 질은, 예를 들면 골 밀도에 대한 척도로서 하운스필드(Hounsfield) 단위를 사용하여 컴퓨터 프로그램에서 가시화된다.

임플란트 계획이 확정되면, 외과 의사는 환자에게 가능한 한 정확하게 이를 전달해야만 한다. 이 전달은 상표명 서지가이드(SurgiGuide^TM)로 벨기에 루벤 소재의 머티리얼라이즈에 의해 공급되는 것과 같은 주문형 안내 템플릿을 사용하거나 또는 대안의 네비게이션 수단을 사용하여 정신적으로(mentally) 이루어질 수 있다.

치과용 임플란트 계획을 위한 현재의 컴퓨터 프로그램은 모두 상이한 임플란트 치료를 시뮬레이팅하는 데 필요한 정보를 가시화하고 또한 모두 범위 평가 도구(range evaluation too)를 제공하지만, 어떠한 것도 생체 역학적, 기능적 또는 미적 관점으로부터 임플란트의 최적의 위치를 결정하는 데 있어서 자동화 또는 반자동화 지원을 제공하지는 않는다.

본 발명의 장점은 종래 기술의 단점의 적어도 일부를 극복하는 것이다.

본 발명의 제1 목적은 예컨대 체적 측정 스캔으로부터 체적 데이터를 사용하여 생체 역학적, 미적 및 기능적 고려 사항에 기초하는 (반)자동 치과용 임플란트 계획을 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 장점은 종래 기술의 단점의 적어도 일부를 극복하는 것이다.

이 제1 목적의 제1 실시예에 따르면, 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 방법은,

(a) 치아 배열의 3D 모델을 생성하는 단계와,

(b) 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하는 단계를 포함한다.

치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하는 것은 치아 배열의 3D 모델의 그레이 스케일 값 기초하는 것과 같은 영상 분석에 기초하여 이루어질 수 있다. 대안적으로, 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동적으로 검출하는 것은 표면 곡률 분석에 기초하는 검출 및 배열의 3D 모델을 사용함으로써 이루어질 수 있다. 복원 요소는 인공 치아 등이다. 용어 "영상 분석(image analysis)"은 영상 처리 기술, 바람직하게는 디지털 영상 처리 기술에 의해 표시될 수 있는 처리 가능 영상으로부터, 바람직하게는 디지털 영상으로부터 유용한 정보를 추출하는 것으로 이해되어야 한다. 대상물의 영상은 그레이 값 정보를 포함하는 대상물의 2D 슬라이스뿐만 아니라 대상물의 공간적 형성의 통찰을 제공하는 임의의 3D 표현을 포함할 수 있다.

이 제1 목적의 제2 실시예에 따르면, 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 방법은,

(a) 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계와,

(b1) 턱뼈의 해부학적 및 인공적 요소를 검출하는 단계와,

(b2) 임플란트가 배치될 수 있거나 배치될 수 없는 턱 내의 구역을 자동으로 선택하는 단계를 포함한다. 선택은 턱의 일부의 3D 모델의 그레이 스케일 값에 기초하는 것과 같은 영상 분석에 의해 이루어질 수 있다. 검출될 해부학적 요소는 신경, 혈관, 포낭, 매복치, 골수, 병든 골 또는 유사한 요소일 수 있다.

인공적 요소는 치아관, 가공의치 임플란트, 충전재, 이식편, 티타늄 멤브레인 등일 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 이 방법은,

(c) 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하는 단계와,

(d) 임플란트 계획을 획득하는 단계와,

(e) 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하는 단계와,

(f) 임플란트 계획을 선택하거나 또는 개선하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 이 방법은,

- 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계와,

- 턱의 일부의 3D 모델에서의 그레이 스케일 값에 기초하여 턱뼈의 해부학적 및 인공적 요소를 검출하고 임플란트가 배치될 수 있거나 배치될 수 없는 턱 내의 구역을 자동으로 선택하는 단계와,

- 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하는 단계와,

- 임플란트 계획을 획득하는 단계와,

- 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하는 단계와,

- 임플란트 계획을 선택하거나 또는 개선하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 치아 배열의 3D 모델을 생성하는 단계는 원하는 치아 배열을 개별적으로 디지털화하고 이를 정합에 의해 턱에 대해 정확하게 위치설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 치아 배열의 3D 모델을 생성하는 단계는 체적 영상 또는 3D에서 환자의 턱에 대한 디지털 라이브러리로부터 치아 또는 치궁을 위치설정하고 스케일링하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계에서, 턱 내의 자연 또는 인공 치아에 대응하는 영상 객체가 검출될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계는,

- 턱의 3D 모델을 다수의 2D 슬라이스 영상으로 슬라이싱하는 단계와,

- 2D 슬라이스 영상의 각각에 대한 파노라마 곡선을 생성하는 단계와,

- 하나 이상의 2D 특징부가 파노라마 곡선을 따라 존재하는지 여부를 각각의 슬라이스 영상에서 평가하는 단계와,

- 치아의 존재를 확인하도록 다수의 슬라이스의 정보를 조합하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 파노라마 곡선을 생성하는 단계에서, 파노라마 곡선은 턱의 슬라이스 내의 윤곽의 중간선으로서 계산될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 평가 단계는 치아 또는 치근의 가능한 단면 형상을 표현하는 2D 매트릭스 또는 특징부와 파노라마 곡선을 따른 2D 슬라이스 영상의 국부 영역에서의 그레이 스케일 사이의 상관값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계는 개별 치아의 위치에 대응하는 턱의 구역을 식별하고 식별된 구역을 평균 치아 폭 값과 턱의 기지의 치수에 기초하여 각각의 치아 번호에 귀속시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 가능하게는, 식별된 구역은 자연 또는 인공 치아의 기지의 위치에 기초하여 보정될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 치아 배열 내의 복원 요소를 검출하는 단계는 치아 배열의 3D 모델의 국부적인 표면 곡률을 계산하고 획득한 곡률값에 기초하여 워터쉐드 알고리즘(watershed algorithm)을 사용하여 덜 복잡한 구역 또는 패치(patch)로 치아 배열을 세분하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 치아 배열 내의 복원 요소를 검출하는 단계는 가능한 치아 형상을 표현하는 3D 매트릭스 또는 특징부와 3D 치아 배열 모델 상의 국부 표면 영역 사이의 상관값을 계산하고 상관값이 주어진 임계값을 초과하는 표면 영역을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하는 단계는,

- 복원 요소의 절치/교합 및 치근첨단측 각각의 상에 점 그리드를 형성하는 단계와,

- 각각의 요소에 있어서 절치/교합 그리드의 모든 점과 치근첨단 그리드의 모든 점을 연결하는 단계와,

- 골의 3D 모델과 획득한 축의 교점을 결정하는 단계와,

- 골의 축의 입구점으로부터 주어진 거리에 임플란트 숄더를 갖는 각각의 축을 따라 디지털 임플란트 라이브러리로부터 임플란트를 배치하는 단계와,

- 전체 치아 배열에 대한 단일 임플란트의 대체물의 일 세트의 최소값으로부터 치아 배열 내의 각각의 복원 요소에 대한 임플란트의 모든 대체물의 최대값으로의 모든 가능한 조합을 열거하는 단계를 포함할 수 있다.

가능하게는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 점 그리드를 형성하는 단계에서, 중공화 작업이 원하는 보철물의 금속 기부 구조체를 표현하는 3D 체적을 생성하도록 복원 요소 상에 사용될 수 있다. 이들 체적은 절치/교합 및 치근첨단 점 그리드의 외형을 제공하도록 복원 요소의 3D 모델 상에 투영될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 점 그리드를 형성하는 단계에서, 복원 요소의 투영 윤곽은 이들의 각각의 치근첨단-절치축과 복원 요소의 교점에 형성된 절치/교합 및 치근첨단 평면에서 결정될 수 있고, 투영 윤곽은 내향 오프셋되어 오프셋 윤곽을 제공하며, 2D의 오프셋 윤곽의 포위된 표면 영역은 투영 윤곽 영역의 최초 표면의 주어진 부분이고, 그 후에 오프셋 윤곽이 복원 요소 상에 재차 투영되어 상기 점 그리드의 윤곽을 생성한다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 투영은 각각의 치근첨단-절치축의 방향으로 수행될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 복원 요소의 치근첨단-절치축은 그 관성 주축으로서 결정될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하는 단계에서, 전문가 시스템이 치료되는 임플란트 경우의 유형을 식별하고 전문가 시스템에서의 해결책의 "최적 적합"에 기초하여 일반적인 대응 임플란트 계획을 제안하는 데 사용된다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 획득하는 단계는 환자의 체적 영상에 대해 수행된 측정의 함수로서 임플란트 조합(들)에, 또는 치아 배열 또는 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계에서 생성된 3D 모델에 점수를 할당하는 단계를 포함한다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 최단 거리가 임플란트와 신경, 혈관 및 턱의 3D 모델 사이에서 계산될 수 있고, 임플란트의 중간 부근에서 점유된 화적소의 평균 그레이 값이 임플란트 축을 따라 결정된다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 획득하는 단계는 턱, 임플란트 및 보철물의 생체 역학적 또는 유한 요소 모델을 사용하여 임플란트 상의 예측된 하중의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수를 할당하는 단계를 포함한다. 가능하게는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 획득하는 단계는 개별 임플란트를 위한 성취 가능한 발현 프로파일의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수를 할당하는 단계를 포함할 수 있다. 가능하게는, 성취 가능한 발현 프로파일은 단면도에서 단면 내의 치근첨단 점 그리드의 최협측 점 및 이 점으로부터 주어진 치근첨단 및 설측(lingual) 거리에 위치된 점을 통한 축과 임플란트 숄더의 최협측 점 사이의 거리의 함수로서 표현될 수 있고, 치근첨단 및 설측 거리는 바람직하게는 전방 치아(frontal teeth)에 대해 각각 3 mm 및 2 mm이고, 말단 치아(distal teeth)에 대해 1 mm 및 2 mm일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 전방 치아와 말단 치아 사이의 구별은 체적 영상 또는 3D 모델 내에 미소선을 나타냄으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하는 단계는 계획 점수가 주어진 임계값에 도달할 때까지 미리 정해진 전략에 따라 개별 임플란트 치수, 위치 및 배향을 증분식으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 자동 또는 반자동 치과용 임플란트 계획은 환자의 골 내의 치과용 임플란트의 최적량, 치수, 위치, 방향 및 형상을 결정하거나 검증하도록 하나 이상의 자동화 방법을 사용하는 것을 수반한다. 이들 방법은 컴퓨터 구동되며, 바람직하게는 명료한 것이다. 이들 방법은 생체 역학적 고려 사항(예를 들면, 골의 양, 골의 질 등) 및 미적 고려 사항(예를 들면, 치아의 형상, 발현 프로파일 등)에 관련하는 미리 정의된 규칙에 기초한다.

본 발명에 따르면, (반)자동 외과적 계획 및 시뮬레이션이 컴퓨터를 사용하여 성취될 수 있다. 따라서, 환자는 3D 체적 영상 데이터를 획득하도록 스캐닝될 수 있다. 컴퓨터화된 자동 또는 반자동 가상 임플란트 배치가 컴퓨터화된 턱 모델에 대해 수행될 수 있다. 계획은 그 후에 외과적 가이드에 의해 환자에 전달될 수 있다.

본 발명의 특징은 치아(예를 들면, 자연 또는 인공)의 존재 및 위치가 턱의 3차원 모델 또는 환자의 체적 영상 데이터에서 자동으로 인식된다는 것이다. 이 점에서, 치아가 발견될 수 있는 장소가 명백하다. 역으로, 손실 치아가 이제 식별되고 임플란트로 대체될 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 임플란트 치수, 위치 및 방향이 환자의 골에 대한 보철물 요소의 기지의 위치에 기초하여 자동으로 또는 반자동으로 제안되고 그리고/또는 검증된다는 것이다.

또한, 본 발명의 특징은 임플란트 치수, 위치, 방향 및 형상(즉, 임플란트간 관계)이 환자의 골의 기지의 3D 기하학적 형상 및/또는 환자의 체적 영상 데이터 내의 그레이 값으로서 가시화되는 골의 측정된 질을 고려하는 수학적, 생체 역학적 계산으로부터 자동으로 제안되고 그리고/또는 검증된다는 것이다.

본 발명의 중요한 특징은 임상의가 환자 맞춤형(patient specific basis)으로 구현된 명백한 가이드라인을 가짐으로써 치료 계획에 판단에 있어서 실질적으로 도움이 된다는 것이다. 본 발명은 또한 수동으로 이루어지는 경우 요구될 수 있는 시간 비율을 다수의 기준이 검증할 수 있는 상당한 시간 절약을 구성한다.

본 발명의 제2 목적은, 예를 들면 체적 측정 스캔으로부터 체적 데이터를 사용하여 생체 역학적, 미적 및 기능적 고려 사항에 기초하는 (반)자동 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적의 제1 실시예에 따르면, 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 시스템은,

(a) 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단과,

(b) 영상 분석에 기초하여 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하기 위한 수단을 포함한다.

치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하기 위한 수단은 치아 배열의 3D 모델의 그레이 스케일 값에 기초하여 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출할 수 있다. 대안적으로, 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하기 위한 수단은 표면 곡률 분석에 기초하여 검출 및 배열의 3D 모델을 사용하여 치아 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출할 수 있다.

(a) 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단과,

(b) 영상 분석에 기초하여 턱뼈의 해부학적 및 인공적 요소를 검출하고, 임플란트가 배치될 수 있거나 배치될 수 없는 턱 내의 구역을 자동으로 선택하기 위한 수단을 포함한다.

검출은 턱의 일부의 3D 모델의 그레이 스케일 값에 기초할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이 시스템은,

(c) 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단과,

(d) 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단과,

(e) 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하기 위한 수단과,

(f) 임플란트 계획을 선택하거나 또는 개선하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 이 시스템은,

턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단과,

턱의 일부의 3D 모델에서의 그레이 스케일 값에 기초하여 턱뼈의 해부학적 및 인공적 요소를 검출하고 임플란트가 배치될 수 있거나 배치될 수 없는 턱 내의 구역을 자동으로 선택하기 위한 수단과,

치아 배열 내의 복원 요소를 검출하기 위한 수단과,

후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단과,

임플란트 계획을 획득하기 위한 수단과,

임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하기 위한 수단과,

임플란트 계획을 선택하거나 또는 개선하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단은 원하는 치아 배열을 개별적으로 디지털화하고 이를 정합에 의해 턱에 대해 정확하게 위치설정하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단은 체적 영상 또는 3D에서 환자의 턱에 대한 디지털 라이브러리로부터 치아 또는 치궁을 위치설정하고 스케일링하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단은 턱 내의 자연 또는 인공 치아에 대응하는 영상 객체가 검출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단은,

턱의 3D 모델을 다수의 2D 슬라이스 영상으로 슬라이싱하기 위한 수단과,

2D 슬라이스 영상의 각각에 대한 파노라마 곡선을 생성하기 위한 수단과,

하나 이상의 2D 특징부가 파노라마 곡선을 따라 존재하는지 여부를 각각의 슬라이스 영상에서 평가하기 위한 수단과,

치아의 존재를 확인하도록 다수의 슬라이스의 정보를 조합하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 파노라마 곡선을 생성하기 위한 수단은 턱의 슬라이스 내의 윤곽의 중간선으로서 파노라마 곡선을 계산할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 평가 수단은 치아 또는 치근의 가능한 단면 형상을 표현하는 2D 매트릭스 또는 특징부와 파노라마 곡선을 따른 CT 슬라이스 영상의 국부 영역에서의 그레이 스케일 사이의 상관값을 계산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단은 개별 치아의 위치에 대응하는 턱의 구역을 식별하고 이들을 평균 치아 폭 값과 턱의 기지의 치수에 기초하여 각각의 치아 번호에 귀속시키기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 식별된 구역은 자연 또는 인공 치아의 기지의 위치에 기초하여 보정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 치아 배열 내의 복원 요소를 검출하기 위한 수단은 치아 배열의 3D 모델의 국부적인 표면 곡률을 계산하고 획득한 곡률값에 기초하여 워터쉐드 알고리즘을 사용하여 덜 복잡한 구역 또는 패치로 치아 배열을 세분하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 치아 배열 내의 복원 요소를 검출하기 위한 수단은 가능한 치아 형상을 표현하는 3D 매트릭스 또는 특징부와 3D 치아 배열 모델 상의 국부 표면 영역 사이의 상관값을 계산하고 상관값이 주어진 임계값을 초과하는 표면 영역을 분리하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단은 복원 요소의 절치/교합 및 치근첨단측 각각의 상에 점 그리드를 형성하기 위한 수단과, 각각의 요소에 있어서 절치/교합 그리드의 모든 점과 치근첨단 그리드의 모든 점을 연결하기 위한 수단과, 골의 3D 모델과 획득한 축의 교점을 결정하기 위한 수단과, 골의 축의 입구점으로부터 주어진 거리에 임플란트 숄더를 갖는 각각의 축을 따라 디지털 임플란트 라이브러리로부터 임플란트를 배치하기 위한 수단과, 전체 치아 배열에 대한 단일 임플란트의 대체물의 일 세트의 최소값으로부터 치아 배열 내의 각각의 복원 요소에 대한 임플란트의 모든 대체물의 최대값으로의 모든 가능한 조합을 열거하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 점 그리드를 형성하기 위한 수단은 원하는 보철물의 금속 기부 구조체를 표현하는 3D 체적을 생성하도록 복원 요소에 대해 중공화 작업을 수행하기 위한 수단과, 절치/교합 및 치근첨단 점 그리드의 외형을 제공하도록 복원 요소의 3D 모델 상에 체적을 투영하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 가능하게는, 복원 요소의 점 그리드 투영 윤곽을 형성하기 위한 수단은 이들의 각각의 치근첨단-절치축과 복원 요소의 교점에 형성된 절치/교합 및 치근첨단 평면에서 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있고, 투영 윤곽은 내향 오프셋되어 오프셋 윤곽을 제공하며, 2D의 오프셋 윤곽의 포위된 표면 영역은 투영 윤곽 영역의 최초 표면의 주어진 부분이고, 그 후에 오프셋 윤곽이 복원 요소 상에 재차 투영되어 점 그리드의 윤곽을 생성한다. 가능하게는, 투영은 각각의 치근첨단-절치축의 방향으로 수행될 수 있다. 복원 요소의 치근첨단-절치축은 그 관성 주축으로서 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단은 치료되는 임플란트 경우의 유형을 식별하고 전문가 시스템에서의 해결책의 "최적 적합"에 기초하여 일반적인 대응 임플란트 계획을 제안하기 위한 전문가 시스템을 포함할 수 있다. 가능하게는, 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단은 환자의 체적 영상에 대해 수행된 측정의 함수로서 임플란트 조합(들)에, 또는 치아 배열 또는 턱의 일부의 3D 모델을 생성하는 단계에서 생성된 3D 모델에 점수를 할당하기 위한 수단을 포함한다. 최단 거리가 임플란트와 신경, 혈관 및 턱의 3D 모델 사이에서 계산될 수 있고, 임플란트의 중간 부근에서 점유된 화적소의 평균 그레이 값이 임플란트 축을 따라 결정된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단은 턱, 임플란트 및 보철물의 생체 역학적 또는 유한 요소 모델을 사용하여 임플란트 상의 예측된 하중의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수를 할당하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단은 개별 임플란트를 위한 성취 가능한 발현 프로파일의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수를 할당하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 성취 가능한 발현 프로파일은 단면도에서 단면 내의 치근첨단 점 그리드의 최협측 점 및 이 점으로부터 주어진 치근첨단 및 설측 거리에 위치된 점을 통한 축과 임플란트 숄더의 최협측 점 사이의 거리의 함수로서 표현될 수 있다. 치근첨단 및 설측 거리는 각각 전방 치아에 대해 각각 3 mm 및 2 mm이고, 말단 치아에 대해 1 mm 및 2 mm일 수 있다. 전방 치아와 말단 치아 사이의 구별은 체적 영상 또는 3D 모델 내에 미소선을 나타냄으로써 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 임플란트 계획을 서로에 대해 또는 주어진 기준에 비교하기 위한 수단은 계획 점수가 주어진 임계값에 도달할 때까지 미리 정해진 전략에 따라 개별 임플란트 치수, 위치 및 배향을 증분식으로 조정하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 전술된 방법 실시예는 예컨대 도30에 도시된 바와 같은 처리 시스템(100)과 같은 시스템에서 구현될 수 있다. 도30은, 예를 들면 RAM, ROM 등과 같은 적어도 하나의 형태의 메모리를 포함하는 메모리 서브시스템(105)에 결합된 적어도 하나의 프로그램 가능 프로세서(103)를 구비하는 처리 시스템(100)의 일 구성을 도시한다. 프로세서(103) 또는 프로세서들은 범용, 또는 특정 용도 프로세서일 수 있고, 예를 들면 다른 기능을 수행하는 다른 구성 요소를 갖는 칩과 같은 장치 내에 포함될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 본 발명의 하나 이상의 태양은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 처리 시스템은 적어도 하나의 디스크 드라이브 및/또는 CD-ROM 드라이브 및/또는 DVD 드라이브를 갖는 저장 서브시스템(107)을 포함할 수 있다. 몇몇 구현에서, 디스플레이 시스템, 키보드 및 포인팅 장치가 사용자 인터페이스 서브시스템(109)의 부분으로서 포함되어 사용자가 정보를 수동으로 입력하게 할 수 있다. 데이터를 입력 및 출력하기 위한 포트가 또한 포함될 수 있다. 네트워크 접속, 다양한 장치로의 인터페이스 등과 같은 부가의 요소가 포함될 수 있지만, 도30에는 도시되어 있지 않다. 처리 시스템(100)의 다양한 요소는 간략화를 위해 단일 버스로서 도30에 도시된 버스 서브시스템(113)을 포함하는 다양한 방식으로 결합될 수 있지만, 적어도 하나의 버스의 시스템을 포함한다는 것이 본 기술 분야의 숙련자들에게 이해될 수 있을 것이다. 메모리 서브시스템(105)의 메모리는 종종 처리 시스템(100) 상에서 실행될 때 본 명세서에 설명된 방법 실시예의 단계를 구현하는 명령의 세트의 일부 또는 전체(111로서 도시된 경우에)를 보유할 수 있다. 따라서, 도30에 도시된 바와 같은 처리 시스템(100)은 종래 기술이지만, 기판의 리소그래픽 처리의 최적화를 위한 정보를 획득하기 위한 방법의 태양을 구현하기 위한 명령을 포함하는 시스템은 종래 기술이 아니며, 따라서 도30은 종래 기술로서 표시되지 않는다.

본 발명은 또한 컴퓨팅 장치 상에서 실행될 때 본 발명에 따른 임의의 방법의 기능성을 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품은 프로그램 가능 프로세서에 의한 실행을 위해 기계 판독 가능 코드를 포함하는 기계 판독 가능 저장 매체에서 실체적으로 구체화될 수 있다. 따라서, 본 발명은 컴퓨팅 수단 상에서 실행될 때 전술된 바와 같은 임의의 방법을 실행하기 위한 명령을 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다. 용어 "기계 판독 가능 저장 매체"는 실행을 위해 프로세서에 명령을 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 매체는 비제한적으로 비휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하는 다수의 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 매체는, 예를 들면 대량 저장 장치의 부분인 저장 장치와 같은 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 통상의 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체는 CD-ROM, DVD, 플렉시블(flexible) 디스크 또는 플로피 디스크, 테이프, 메모리 칩 또는 카트리지 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함한다. 다양한 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체가 실행을 위해 프로세서에 대한 하나 이상의 명령의 하나 이상의 시퀀스를 포함하는 것을 수반할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 또한 LAN, WAN 또는 인터넷과 같은 네트워크에서 반송파를 경유하여 전송될 수 있다. 전송 매체는 무선파 및 적외선 데이터 통신 중에 생성된 것들과 같은 음향 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 전송 매체는 컴퓨터 내의 버스를 포함하는 와이어를 비롯한, 동축 케이블, 구리 와이어 및 광 섬유를 포함한다.

본 발명의 제3 목적에 따르면, 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 시스템 상에서 실행될 때,

(a) 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단과,

치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출하기 위한 수단은 치아 배열의 3D 모델의 그레이 스케일 값에 기초하여 치아 배열 내의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출할 수 있다. 대안적으로, 치아 배열 내의 복원 요소를 자동으로 검출하기 위한 수단은 배열의 3D 모델 및 표면 곡률 분석에 기초하는 검출을 사용함으로써 치아의 구성적 복원 요소를 자동으로 검출할 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 시스템 상에서 실행될 때,

(a) 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단과,

영상 분석은 검출이 턱의 일부의 3D 모델의 그레이 스케일 값에 기초하도록 이루어질 수 있다. 선택적으로, 컴퓨터 프로그램 제품은 본 발명의 제2 목적에 따른 임의의 시스템에 한정된 임의의 수단을 제공하는 코드를 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 목적에 따르면, 본 발명의 제3 목적에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체가 제공된다.

본 발명의 이들 및 부가의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면의 도면을 참조하는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본원 발명에 따르면, 예컨대 체적 측정 스캔으로부터 체적 데이터를 사용하여 생체 역학적, 미적 및 기능적 고려 사항에 기초하는 (반)자동 치과용 임플란트 계획을 위한 개선된 방법을 제공하는 것이 가능하다.

설명된 도면은 단지 개략적이고 비제한적인 것이다. 도면에서, 몇몇 요소의 크기는 과장되어 있을 수 있고 예시를 위해 실제 축적대로 도시되어 있지 않을 수도 있다.
도1은 원하는 치아 배열을 표시하도록 제조된 진단 왁스-업을 도시하는 도면이다.
도2는 CT 스캐닝 중에 환자의 구강 내에 배치되고 다수의 방사선 불투과성 요소를 갖는 스캔 보철물을 도시하는 도면이다.
도3은 영상 내에 가시화되는 방사선 불투과성 치아 배열을 갖는 축방향 CT 슬라이스를 도시하는 도면이다.
도4는 무치아 턱(2), 다수의 보철물 요소(7)를 갖는 대응 치아 배열(1) 및 신경(3)의 3D 모델을 도시하고, 다수의 계획된 임플란트의 복원 공간(5)을 또한 도시하는 도면이다.
도5는 치과용 임플란트학을 위한 디지털 계획 환경을 도시하는 도면이다.
도6은 축방향 CT 스캔 영상에서 가시화되는 파노라마 곡선을 도시하는 도면이다.
도7은 턱 및 스캔 보철물의 다수의 단면도를 도시하는 도면이다.
도8은 환자에 디지털 계획을 전달하는 데 사용된 외과 템플릿(서지가이드^TM)을 도시하는 도면이다.
도9는 환자의 턱(2)에 대한 단일 보철 요소(7)를 도시하는 도면으로서, 가능한 임플란트 위치를 제한하는 공간적 경계(4)가 보철물 요소(7)의 절치/교합 및 치근첨단 표면 상에 두 개의 점 그리드(8)에 의해 나타나 있는 도면이다.
도10은 치근첨단-절치축(10)이 요소의 내부 오프셋(9)을 통과하는 상태의 보철물 요소(7) 및 턱(2)의 단면을 도시하는 도면이다.
도11은 하부 턱(2)에 대한 보철물 요소(7)의 최소 바운딩 박스(bounding box)(11)를 도시하는 도면이다.
도12는 보철물 요소의 단면도로서, 치근첨단-절치축(10)이 두 개의 점(12)에서 요소를 교차하여 이에 수직인 두 개의 평면(13)을 형성하고, 이들 평면(13)에서의 요소의 윤곽(14)이 오프셋되고(15) 요소의 표면 상에 투영되어 점 그리드(8)의 3D 윤곽을 생성하고 있는 단면도이다.
도13은 보철물 요소의 단면도로서, 다수의 반경방향 배향 평면의 최절치/교합측 점(18)이 점 그리드(8)의 윤곽(20)을 생성하도록 내향으로 오프셋될 수 있는 치아의 첨판을 통과하는 윤곽(19)을 생성하고 있는 단면도이다.
도14는 보철물 요소(7) 및 턱(2)의 단면도로서, 잠재적인 임플란트 축(21)이 치근첨단 점 그리드(23)의 점과 절치/교합 점 그리드(22)의 점을 연결함으로써 형성되고, 이들 축(21)이 턱(2)을 교차하여 입구 점(24) 및 출구 점(25)을 생성하고, 임플란트 라이브러리(26)가 가능한 임플란트(6)를 열거하고 있는 단면도이다.
도15는 신경(3)에 대해 거리(f)에 위치되는 단일 골피질(unicortical) 고정부를 갖고 그의 임플란트 숄더(27)가 턱(2)의 입구 점에 대해 거리(e)에 있는 임플란트(6)를 도시하는 도면이다.
도16은 양측성 골피질(bicortical) 고정부를 갖는 임플란트(6)를 도시하는 도면이다.
도17은 임플란트에 의한 개창부(fenestration)(28)를 갖는 턱을 도시하는 도면이다.
도18은 CT 스캔의 축방향 영상에 중첩된 미소선(smile line)(29)을 도시하는 도면이다.
도19는 보철물 요소(7) 및 임플란트(6)의 단면도로서, 임플란트 숄더 상의 최협측(buccal) 점(30)이 주어진 단면에서 점 그리드의 최협측 점(32) 및 g mm만큼 더 치근첨단에 그리고 h mm만큼 더 설측에 위치된 점(33)을 통해 선(31) 상에 위치되어 있는 단면도이다.
도20a 및 도20b는 임플란트 및 상부 구조체를 갖거나 갖지 않는 턱의 생체 역학적 모델을 도시하는 도면이다.
도21은 스케일 가능 치궁을 도시하는 도면이다.
도22는 대응 파노라마 곡선(35)을 갖는 턱의 단면 윤곽(34)을 도시하는 도면이다.
도23은 치근 및 치아의 형상에서의 다수의 2D 특징부(36)를 도시하는 도면이다.
도24는 다수의 특징부가 인식되고 따라서 치아의 위치에 기인할 수 있는 다수의 특징부(37)로 분할되어 있는 턱을 도시하는 도면이다.
도25는 산란(38)을 갖는 축방향 CT 슬라이스를 도시하는 도면이다.
도26은 치아의 형상에서의 패치 또는 표면 구역(39)을 갖는 턱(2)의 3D 모델을 도시하는 도면이다.
도27은 치아의 형상에서의 3D 특징부를 도시하는 도면이다.
도28은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 개략 흐름도이다.
도29는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
도30은 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하는 처리 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명이 특정 실시예를 참조하고 특정 도면을 참조하여 설명될 것이지만, 본 발명은 그에 의해서가 아니라 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

최적 임플란트 위치의 확인

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 원하는 치아 배열(1), 턱(2) 및 임의의 신경(3) 또는 혈관의 3차원 표현이 요구되고 획득된다(도4 참조). 본 발명의 대상으로서의 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하기 위한 방법은 환자의 턱에 관한 영상 정보로부터 자동화 또는 반자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 정보를 준비하기 위한 컴퓨터 기반 방법으로서 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 방법의 개요는 도28에 도시되어 있다. 이 흐름도에 도시된 단계들이 더욱 상세하게 후술될 것이다.

방법은, 예를 들면 환자의 턱의 체적 측정 스캔 및 원하는 치아 배열(1), 턱(2) 및 임의의 신경(3) 또는 혈관의 3차원 표현과 같은 턱의 일부의 3D 모델 및/또는 치아 배열의 3D 모델이 이용 가능할 때 시작된다. 제1 후속 단계(도9 참조)에서, 치아 배열(1)의 3D 모델은 임플란트 복원 공간(5)이 미적으로 허용 가능하도록 이상적으로 한정되어야 하는 공간적 경계(4)를 결정하는 데 사용된다. 복원 공간(5)은 치아 복원의 방향에서 임플란트(6)(도14 내지 도16 참조)의 가상 연장에 의해 점유될 수 있는 공간에서의 체적으로서 정의된다. 공간적 경계(4)는 배열(1)의 각각의 요소(예를 들면, 치아)(7)에 대해 식별될 수 있다. 이들은 요소(7)(표면 상에 투영되거나 투영되지 않음)의 절치/교합 및 치근첨단측에 각각 공간적 점 그리드(8)의 함수로서 정의될 수 있다. 다수의 기술이 그리드(8)를 정의하는 데 사용될 수 있다. 다수의 예시적인 기술이 이하에 열거된다.

- 일 옵션은 치아(7)의 3D 모델의 내부에 3D 체적(9)(도10 참조)을 생성하도록 오프셋 또는 중공화 작업을 사용하는 것이다. 이 3D 체적(9)은 도재층(porcelain layer)이 그 상부에 침착되어 치아의 사기질(enamel)을 모방하는 물리적 보철물의 금속 기부를 표현한다. 3D 치아 모델의 표면 상의 그리드의 외형은 그 상부에 획득한 체적을 투영함으로써 획득된다. 바람직하게는, 투영의 방향은 보철물 요소(7)의 치근첨단-절치축(10)에 의해 제공된다. 이 축은, 예를 들면 보철물 요소를 계속 유지하기 위한 최소 바운딩 박스(11)(도11 참조)를 계산하고 바운딩 박스의 3개의 주축의 각각을 따라 보철물 요소로부터 턱뼈로의 거리를 결정함으로써 발견될 수 있다. 최단 거리를 생성하는 축이 요소의 치근첨단-절치축이다. 대안적으로, 보철물 요소의 주 관성축이 계산될 수 있다. 치근첨단-절치축은 요소로부터 골의 거리가 그를 따라 최단이 되는 축일 수 있다.

- 그리드를 정의하는 제2 옵션은 요소의 치근첨단-절치축과 그 표면(도12 참조)의 두 개의 교점(12)을 결정하는 것이다. 이들 교점 평면(14)에서, 절치/교합 및 치근첨단 평면이 치근첨단-절치축에 수직으로 형성된다. 이들 평면에서, 요소는 축방향으로 투영되어, 각각의 평면에서 폐쇄된 2D 곡선(14) 또는 투영된 윤곽을 생성한다. 다음에, 이들 곡선에 의해 둘러싸인 총 표면이 계산되고, 곡선은 폐쇄된 표면이 최초 값의 주어진 백분율에 도달할 때까지 내향으로 오프셋된다. 이에 의해 획득한 2D 곡선(15) 또는 오프셋 윤곽이 요소 상에 다시 투영되어, 각각의 점 그리드의 윤곽을 묘사한다.

- 점 그리드(8)를 정의하는 다른 선택적인 방법은 스캐닝 템플릿(16)의 디자인을 수정하는 것이다. 이 경우, 스캐닝 템플릿을 제조하는 데 사용된 방사선 불투과성 치아(17)는 제한된 벽 두께를 갖는 규칙적 또는 불규칙적 형상의 튜브이다. CT 영상으로부터 치아 배열의 3D 모델을 계산할 때, 공간적 경계(4)가 치아 배열의 상이한 요소 내의 구멍으로서 3D 모델에서 즉시 식별 가능하다. 치근첨단 및 절치/교합측에서의 이들 구멍의 경계는 점 그리드에 대한 윤곽으로서 사용될 수 있다. 그리드 표면은 이 윤곽을 구멍 충전함으로써 형성된다.

- 요소의 절치/교합측에 점 그리드(8)의 외형을 정의하는 또 다른 방법은 요소의 절치/교합측에서 치근첨단-절치축(10)(도12 참조)과 요소의 교점(12)을 계산하는 것이다. 다음, 계통적 검색이 교점에 대해 최절치/교합측 위치(d)에 위치된 이들 점(18)(도13 참조)에 대한 치근첨단-절치축에 대해 반경방향인 모든 방향에서 수행된다. 따라서, 3D 곡선이 요소의 표면 상에 형성되어, 치아의 첨판을 연결한다. 이들 첨판은 비천공 상태로 유지되는 것을 알 수 있고, 3D 곡선(19)은 요소의 표면 상에 내향으로 오프셋된다. 오프셋 곡선(20)이 이제 점 그리드(8)에 대한 윤곽으로서 사용될 수 있다.

후자의 기술은 대구치(molar) 및 소구치(premolar)를 취급할 때 특히 유용하다.

제2 단계에서, 치아 배열(1)의 상이한 요소 상에서 식별되고 있는 점 그리드(8)는 잠재적인 임플란트 축(21)(도14 참조)을 식별하는 데 사용된다. 치아 배열(1)의 각각의 요소(7)에서, 선택적으로 절치/교합 그리드(22)의 모든 점이 치근첨단 그리드(23)의 모든 점에 연결될 수 있다. 이에 의해, 임플란트 축(21)의 무한수의 세트가 각각의 요소에 대해 획득된다. 모든 축은 미적으로 허용 가능하다. 가이드라인이 절치/교합측에 대해 치아의 치근첨단측에서의 점 그리드의 크기를 규정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 치근첨단측에서의 점 그리드 표면은 절치/교합측에서와 비교할 때 전반적으로 대략 1.5 mm 작을 수 있다. 이에 의해, 실험실 기술자가 복원재를 제작할 때 충분한 공간이 금속 및 도재에 이용될 수 있다. 대구치에서, 치근첨단 점 그리드는 타원 형상일 수 있고, 전치(incisor)에서는 단일 중심점 이하로 감소될 수 있다.

제3 단계로서, 3D 골 모델과 각각의 축의 교점이 계산된다. 이에 의해, 골 상의 입구 점(24) 및 출구 점(25)이 인지된다(도14 참조). 다음, 예를 들면 임플란트 라이브러리(26)로부터 이용 가능한 임플란트(6)가, 임플란트 중심선이 각각의 입구 점을 통과하는 상태로 각각의 축 방향에 따라 각각 배치된다. 예를 들면, 임플란트(27)의 숄더는 입구 점(24)에 대해 주어진 거리(e)에 위치된다(도15 참조). 이 거리는 임플란트 디자인에 따라 변경될 수 있다. 각각의 임플란트에 대해, 각각의 위치에서, 해결책을 채점하기 위한 검사가 수행된다. 해결책을 채점한다는 것은 적합성 기준의 하나 이상의 양호도 및 이러한/이들 기준들/기준에 대한 적합성 값의 하나 이상의 양호도를 제공한다는 것을 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서, 제안된 해결책의 총 점수는 각각의 검사에 대한 또는 몇몇 검사에 대한 개별 점수의 가중 평균으로서 간주될 수 있다. 이러한 검사는 이하와 같을 수 있다.

- 신경 또는 혈관의 3D 모델에 대한 임플란트 모델의 근접도(f)(도15 참조);

- 임플란트가 골에 중심 설정되는 정도(도17 참조). 이는 예를 들면, 개창술(28), 즉 입구 점 이외의 장소에서의 골의 천공이 발생하는지 여부를 확인하기 위한 검사를 포함함;

- CT 영상과 같은 체적 측정 영상에서의 임플란트(6)의 중간 부근에서 점유된 화적소(voxel)의 평균 그레이 값에 의해 표현되는 임플란트 주위의 골의 질;

- 임플란트의 축이 절치/교합 점 그리드의 윤곽에 중심 설정되는 정도, 임플란트의 장축은 바람직하게는 치아의 교합면의 중심에서 발현되어야 함;

- 단일 또는 양측성 골피질(도16 참조) 고정부의 존재. 예를 들면 골의 최대 체적을 갖는 임플란트를 둘러싸기 위함;

- 골의 표면에 대한 임플란트의 숄더의 위치(이상적으로는, 골 높이 위로 1.5 내지 2 mm);

- 교합력의 방향에 대한 임플란트의 방향. 응력 분포에 대해서, 교합력이 임플란트의 축에 대해 경사지는 대신에 이 축을 따라 지향되는 것이 가장 양호한 것으로 고려됨;

- 임플란트의 표면 마무리의 유형(거침/연마됨);

- 임플란트 연결의 유형(내부 또는 외부, 6각형 또는 8각형 등).

채점은 환자 또는 치료 의사에 의해 선호되는 복원의 유형의 함수로서 상이할 수 있다는 것은 명백하다. 두 개의 주요 옵션은 나사 보유 보철물 및 시멘트 접합 보철물이다. 나사 보유 보철물은 소형 나사를 사용하여 임플란트 상에 직접 부착된다. 따라서, 임플란트는 복원 요소의 절치/교합면의 중심에서 가능한 한 발현되고 치아의 협측(buccal)(즉, 가시측)에서는 발현되어서는 안 된다.

시멘트 접합 보철물은 임플란트에 직접 배치되지 않는다. 대신에, 지대치(abutment)로 공지된 중간 구성 요소가 임플란트에 나사 결합되고 보철물이 지대치에 시멘트 접합된다. 지대치는 최대 45°만큼 임플란트에 대한 최초 또는 계획된 부착 방향을 변경하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 임플란트는, 예를 들면 골의 양 및 질과 같은 생체 역학적 고려 사항에만 기초하여 계획될 수 있다. 복원 중에, 임플란트 발현의 방향이 미적 목적으로 보정되어야 한다.

몇몇 검사는 특정 유형의 요소(전방 대 말단, 전치 대 견치(canine) 등)의 함수로서 특정화되거나 또는 정의될 수 있다. 이들 경우에, 검사가 수행되고 있는 요소의 유형을 인지하는 것이 중요하다. 전형적인 예는 환자가 웃을 때 가시화될 수 있는 요소와 가시화되지 않을 수 있는 요소 사이의 구별이다.

본 발명의 태양은 최적 임플란트 치료를 결정하는 데 사용될 수 있는 환자의 미소선(smile line; 29)을 나타내는 방법을 계획 환경에 통합하는 것이다(도18 참조). 미소선(29)을 나타내는 예시적인 방법은 가시화 구역을 지시하기 위해 의사에 의해 이동될 수 있는, 예를 들면 CT 영상과 같은 축방향 체적 측정 영상에 중첩된 브래킷으로 구성된다. 다른 예는 가시화 및 비가시화 부분으로 이를 분할하기 위해 의사가 치아 배열의 3D 모델을 절단할 수 있게 하는 도구이다.

치아 유형에 따른 검사의 예시적인 예는 임플란트 위치의 함수로서의 성취 가능한 발현 프로파일(즉, 치은으로부터의 치아 맹출(erupt) 방식의 서술)의 평가에 속한다. 검사를 수행하는 데 사용되는 기준은 평가(도19 참조) 하에서 임플란트(6) 및 복원 요소(치아)(7)의 단면도에 기초한다. 임플란트는, 임플란트 숄더의 최협측 점(30)이 단면과 점 그리드 윤곽의 협측 교점(32) 및 이 교점으로부터 주어진 치근첨단 거리(g) 및 설측 거리(h)에 위치된 제2 점(33)을 통해 연장하는 축(31)에 위치될 때 이상적인 발현 프로파일을 갖는 것으로 언급된다. 설측 거리는 대구치, 소구치, 전치 및 견치에서 상이하다.

제4 단계는 임플란트의 형상(즉, 임플란트의 서로에 대한 위치 및 경사)을 평가하는 것으로 이루어진다. 단일 환자의 치료에 사용되는 상이한 임플란트 상표, 길이 및/또는 직경의 양에 대한 한계가 설정될 수 있다. 임플란트 사이의 거리는 자동으로 계산되고, 상이한 임플란트 시스템에 대해 상이할 수 있는 주어진 최소 거리에 비교된다. 게다가, 생체 역학적(예를 들면, 분석적) 모델(도20a 및 도20b)이 씹기의 결과로서 임플란트 상의 하중을 예측하는 데 사용될 수 있다(예를 들면, 사과를 깨물고, 껌을 씹는 등의 다수의 시나리오가 사용됨). 모델은 하중을 받는 상태에서의 턱(1)의 변형, 및/또는 임플란트에 부착될 수 있는 보철물의 유형 및 디자인(예를 들면, 사용될 수 있는 재료의 탄성 계수(E modulus)와 같은 강성값 및/또는 각각의 시나리오에서의 관성 모멘트, 또는 이들 양자의 조합)이 고려될 수 있다. 그 예측은 요구된 임플란트의 양 및 임플란트가 잠재적인 임플란트 부위 상에 분배되어야 하는 방법을 결정하는 데 사용된다. 부가의 태양에서, 최고 개별 점수를 갖는 모든 임플란트로 이루어진 임플란트 형상으로부터 시작하여, 형상은 모든 형상 기준이 부합될 때까지 그 다음의 최선의 대체물로 임플란트 중 하나를 대체함으로써(예를 들면, 개별 점수에 기초함) 계통적으로 수정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원하는 치아 배열의 3차원 표현은, 예를 들면 스캔 영상과 같은 체적 측정 영상에서 이용 가능하지 않다. 대신에, 스케일 가능 치아 또는 치궁 표현(도21)의 라이브러리가 복원 요소를 표현하는 데 사용된다. 라이브러리 치아 또는 치궁은, 예를 들면 턱뼈에 대해 이들/이를 위치설정하기 위한 CT 스캔 영상과 같은 체적 측정 영상에 중첩될 수 있다. 라이브러리 치아 또는 치궁은 또한 턱(2), 신경(3) 및 혈관의 3D 표현에 대한 3D 뷰(view)에서 볼 수 있다. 또한, 라이브러리 치아 또는 치궁은 턱을 따라 이용 가능한 공간의 함수로서 자동으로 스케일링될 수 있다. 예를 들면, 미리 정의된 아치를 따른 각각의 라이브러리 치아의 폭은 모든 치아 폭의 합이 투영부에서 측정된 바와 같은 턱의 길이에 정합되는 방식으로 수정될 수 있다.

부분적 무치아 경우에, 라이브러리로부터 이용 가능한 치아 또는 치궁은 환자의 대응 잔여 치아의 3D 표면에 정합될 수 있다. 이에 의해, 최적의 적합이 획득될 수 있다. 잔여 치아 사이의 간극은 치아 라이브러리로부터 도래하는 제안된 복원 요소에 의해 충전된다. 이들 라이브러리 치아는 치료 계획을 수용하도록 더 사용되는데, 예를 들면 이들은 자동으로 포함될 수 있다. 이 접근법은 임플란트의 복원 공간에 대한 공간적 경계 또는 심지어는 잠재적인 임플란트 축이 라이브러리의 부분으로서 미리 정의될 수 있는 장점을 갖는다. 적절한 임플란트 계획을 결정하는 선택적으로 자동화된 프로세스가 이에 의해 상당히 가속화될 수 있다.

대안적으로, 보철물 또는 왁스-업은 광학적으로 스캐닝되어 턱의 영상 또는 3D에 정합될 수 있고, 이에 의해 원하는 치아 배열에 대한 요구 정보를 제공한다.

허용 가능한 임플란트 위치의 확인

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 턱(2) 및 임의의 신경(3) 또는 혈관의 3차원 표현만이 사용된다. 계획 환경은, 예를 들면 임플란트 치료에 대한 전문가의 지식과 결합하여 샘플 임플란트 계획 케이스의 데이터베이스의 분석에 기초하여 임플란트 배치를 위한 다수의 이진(crisp) 또는 퍼지(fuzzy) 규칙을 고수하는 전문가 시스템을 통합한다. 몇몇 규칙은 일반적인 경우 유형(예를 들면, 두 개의 이웃하는 치아 사이의 단일 임플란트, 전체 아치 재구성, 말단 구역에서 손실된 두 개의 대구치) 사이를 구별하는 데 사용되는 식별 규칙이고, 몇몇 규칙은 특정 유형의 경우(예를 들면, 두 개의 이웃하는 치아 사이의 단일 임플란트에 대해 임플란트의 위치가 일반적으로 치아 사이의 중간에 대응함)의 치료를 위해 일반적인 임플란트 유형 및 형상을 제안하는 데 사용되는 임플란트 배치 규칙이다. 계획 경우의 시작시에, 전문가 시스템은 경우의 유형을 식별하도록 턱의 3D 표현을 사용하고, 전문가 시스템의 "최적 적합" 해결책에 대응하는 예비의 임플란트 형상을 제안할 수 있다.

다음 단계에서, 예비 형상이 특정 경우에 의해 부여된 제한에 대해 평가된다(예를 들면, 제안된 임플란트 부위에서의 이용 가능한 골의 양 및 질, 신경 또는 혈관에 대한 근접도, 골 개창술의 존재 등). 각각의 개별 임플란트는 허용되기 위해 필요 조건의 세트에 부합되도록 요구된다(예를 들면, 가장 근접한 신경에 대해 적어도 2 mm의 거리, 환자의 두미축(cranio-caudal axis)에 대한 최대 경사 등).

실시예의 제한된 구현에서, 시스템은 단지 제안된 계획의 허용 가능성에 대해 사용자로의 피드백을 제공한다. 피드백은, 예를 들면 메시지가 사용자에게 임플란트가 재고려되어야 한다고 알려주는 텍스트 방식일 수 있다. 대안적으로, 컬러 코드가 허용된 임플란트(녹색) 또는 거절된 임플란트(적색)를 지시하는 데 사용될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 사용자 상호 작용이 치료 계획을 미세 조정하는 데 요구될 수 있다.

실시예의 더 진보된 구현에서, 시스템은 개별 필수 요건이 부합될 때까지 개별 임플란트 위치, 배향, 길이 및 직경을 증분식으로 보정한다. 이는, 예를 들면 이산 비용 함수와 같은 비용 함수를 사용하여 해결될 수 있는 다중 파라미터에 대한 최적의 값의 식별과 같은 범용 최적화 문제점을 구성한다. 예를 들면, 위치, 길이, 각도, 거리, 배향 등과 같은 각각의 개별 파라미터는 채점 값과 연관된다. 파라미터가 수정됨에 따라, 예를 들면 임플란트의 각도가 1°만큼 변경되고, 파라미터의 점수가 갱신된다. 채점 값은 임플란트에 관한 한 변경의 적합성을 증가시키는 파라미터의 기여도에 기초하여 결정될 수 있다. 상이한 점수에 대한 가중 평균값이 제안된 임플란트 계획의 허용 가능성을 평가하는 데 사용될 수 있다.

본 발명은 환자의 체적 영상 데이터에서의 치아의 존재 및 위치를 자동으로 검출하기 위한 방법을 통합한다. 이 자동화 검출을 위한 방법의 예시적인 실시예에서는 체적 데이터 자체에 부가하여 입력으로서 턱(2)의 3D 모델을 사용한다. 먼저, 3D 모델은 다수의 2D 슬라이스 영상, 즉 주어진 슬라이스간 거리를 갖는 윤곽(34)의 세트(도22 참조)를 획득하도록 디지털 방식으로 슬라이싱된다. 다음에, 파노라마 곡선(35)이 각각의 윤곽에 대해 자동으로 생성된다. 이들 파노라마 곡선은, 예를 들면 윤곽의 중간선으로서 계산될 수 있다. 파노라마 곡선의 생성에 이어서, 예를 들면 "특징부"(36)가 파노라마 곡선을 따라 존재하는지 여부(도23 참조)를 평가하도록 CT 슬라이스와 같은 각각의 체적 측정 데이터 슬라이스에 검사가 수행된다. CT 슬라이스가 3D 모델의 슬라이싱에 대응하지 않으면, 삽입 영상이 사용될 수 있다. 특징부(36)는 치아 또는 치근의 단면의 가능한 형상을 표현하는 2D 매트릭스이다. 특징부(36)는, 예를 들면 주어진 상관값이 특정값보다 커질 때 인식된다. 대안적으로, 특징부는 CT 슬라이스 내의 특징부 및 그레이 스케일의 요소 단위 적(product)이 특정값을 초과할 때 인식될 수 있다.

특징부가 인식될 때, 치아 수가 예를 들면 평균 치아 폭 값에 기초하여 할당될 수 있다(도24a 및 도24b 참조). 턱뼈(37) 상의 구역은 일반적으로 이들을 점유할 수 있는 치아에 속한다. 이들 구역은 파노라마 곡선의 중간부로부터 시작하여 평균 치아 폭 값을 가산함으로써 식별된다. 보정은 턱의 기지의 아치 길이 또는 이미 식별된 치아에 기초하여 이루어질 수 있다.

상기 동작의 결과는 예를 들면 CT 슬라이스와 같은 각각의 체적 측정 데이터 슬라이스에서의 자동화 치아 식별이다. 모든 슬라이드에서 수집된 정보를 사용하여. 치아가 다중 CT 슬라이스에서 식별되었는지를 검증함으로써 치아의 존재가 확인되거나 확인되지 않는다.

게다가, 예를 들면 CT 슬라이스와 같은 각각의 체적 측정 데이터 슬라이스는 산란기(38)의 존재에 대해 검사된다(도25 참조). 일반적인 검사는 하운스필드 값을 참조하고 미리 정의된 곡선(예를 들면, 파노라마 곡선의 2D 오프셋)을 따른 그레이 값의 푸리에 스펙트럼을 계산하는 것을 수반할 수 있다. 일반적으로 산란기와 연관된 흑백 패턴은 스펙트럼의 하나 이상의 주파수 피크를 발생시킨다. 대안적으로, 특정 임계값을 초과하는 평균 하운스필드 단위 값을 갖는 CT 슬라이스에 영역(미리 정의된 크기)이 있는지 여부를 확인하도록 검사가 수행될 수 있다. 치아가 존재하는지 여부를 판단할 때, 산란기를 포함하는 슬라이스가 전용 방식으로 처리될 수 있다(예를 들면, 확실성의 가중 팩터를 사용함으로써).

본 발명은 또한 스캔 보철물(16)의 3D 모델 또는 턱(2)의 3D 모델에서 개별 치아를 자동으로 식별하기 위한 방법을 또한 통합한다. 이 방법의 예시적인 실시예에서, 턱(2) 또는 스캔 보철물(16)의 복잡한 3D 모델이 순차적으로 분해되어 덜 복잡하고 더 식별 가능한 구역 또는 패치(39)로 세분된다(도26 및 도27 참조). 이는, 예를 들면 곡선 계산에 기초하는 워터쉐드 알고리즘(watershed algorithm)을 사용하여 이루어질 수 있다(모한다스 에스(Mohandas S.), 헨더슨 엠(Henderson M.)의 기관 형상의 3D 특징의 격리를 통한 기계적 부분 특징 인식의 추구, IMECE2002-DE-34419, ASME, 2002년 - 국제 기계 공학 컨퍼런스 및 엑스포 11월 17일-22일, 미국 루이지애나주 뉴올리언즈). 패치는 그 후에 치아(40)를 표현하는 미리 정의된 3D 특징부의 세트와 비교된다. 특징부는 예를 들면 주어진 상관값이 특정값보다 커질 때 인식될 수 있다.

본 발명의 특징은 전술된 방법의 부분이 턱의 구역의 자동 계수 방법, 치아 배열의 치아 인식 방법 등과 같이 개별적으로 사용될 수 있다는 것이다.

도29는 예컨대 도28에 도시된 방법과 같은 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 이용될 수 있는 컴퓨팅 시스템의 개략도이다. 비디오 디스플레이 단말기(54), 키보드(56)와 같은 데이터 입력 수단 및 마우스(58)와 같은 그래픽 사용자 인터페이스 지시 수단을 포함할 수 있는 컴퓨터(50)가 도시되어 있다. 컴퓨터(50)는, 예를 들면 UNIX 워크스테이션 또는 퍼스널 컴퓨터와 같은 범용 컴퓨터로서 구현될 수 있다.

컴퓨터(50)는 단지 예로서 미국 인텔 코포레이션에 의해 공급되는 펜티엄 IV 프로세서인 통상의 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛("CPU")(55) 및 버스 시스템(62)을 경유하여 상호 접속된 다수의 다른 유닛을 포함한다. 버스 시스템(62)은 임의의 적합한 버스 시스템일 수 있다 - 도29는 단지 개략적인 것이다. 컴퓨터(50)는 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 판독 전용 메모리("ROM"), 본 기술 분야의 숙련자에 공지된 바와 같은 하드 디스크 등의 비휘발성 판독/기록 메모리와 같은 본 기술 분야의 숙련자에 공지된 임의의 다양한 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터(50)는 랜덤 액세스 메모리("RAM")(64), 판독 전용 메모리("ROM")(66)뿐만 아니라 비디오 디스플레이 단말기(54)에 시스템 버스(62)를 접속하기 위한 디스플레이 어댑터(67) 및 시스템 버스(62)에 주변 장치(예를 들면, 디스크 및 테이프 드라이브(63))를 접속하기 위한 광학 입/출력(I/O) 어댑터(69)를 더 포함할 수 있다. 비디오 디스플레이 단말기(54)는 컴퓨터 하드웨어의 분야에 공지된 CRT 기반 비디오 디스플레이와 같은 임의의 적합한 디스플레이 장치일 수 있는 컴퓨터(50)의 시각적 출력일 수 있다. 그러나, 데스크탑 컴퓨터, 휴대형 또는 노트북 기반 컴퓨터에서는, 비디오 디스플레이 단말기(54)는 LCD 기반 또는 가스 플라즈마 기반 평판 패널 디스플레이로 대체될 수 있다. 컴퓨터(50)는 키보드(56), 마우스(58), 광학 스피커(65)를 접속할 뿐만 아니라 외부 시스템(60)의 의료용 영상화 장비(70)와 같은 물리값 캡처 장치로부터의 선택적인 물리값 입력을 허용하기 위한 사용자 인터페이스 어댑터(59)를 더 포함한다. 시스템(60)은 인터넷, 인트라넷, 근거리 또는 원거리 통신망(LAN 또는 WAN) 또는 CAN과 같은 데이터 네트워크를 거쳐 버스(62)에 접속될 수 있다. 의료용 영상화 장비(70)는 CT 또는 MRI와 같은 환자의 해부 조직의 체적 측정 3D 데이터를 캡처링하기 위한 임의의 적합한 장비일 수 있다. 이 의료용 영상화 장비는 환자의 관련 체적 측정 영상 데이터를 캡처하기 위한 임의의 장치를 구비할 수도 있다. 시스템(60)의 데이터 캡처링 장치(70)는, 환자의 물리적 정보에 관한 데이터의 전송이 예를 들면 원격 위치에서 환자의 해부 조직의 체적 측정 묘사를 입력하고 이를 예컨대 인터넷을 경유하여 프로세서가 본 발명에 따른 방법을 수행하고 있는 근접 위치로 전송하는 것과 같은 원격 통신 네트워크를 통해 전송될 수 있게 한다.

본 발명은 또한 그 범주 내에서 관련 체적 측정 데이터가 키보드(56)를 사용하여 또는 저장 장치(예를 들면, 63)로부터, 예를 들면 디스켓, 교환 가능 하드 디스크, CD-ROM 또는 DVD-ROM 등의 광학 저장 장치, 자기 테이프 등과 같은 적합한 신호 저장 매체로부터 컴퓨터로 직접 입력되는 것을 포함한다.

컴퓨터(50)는 또한 컴퓨터(50)의 동작을 지령하기 위해 기계 판독 가능 매체 내에 상주하는 그래픽 사용자 인터페이스를 포함한다. 임의의 적합한 기계 판독 가능 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM)(64), 판독 전용 메모리(ROM)(66), 자기 디스켓, 자기 테이프 또는 광학 디스크(마지막 3개는 디스크 및 테이프 드라이브(63) 내에 위치됨)와 같은 그래픽 사용자 인터페이스를 보유할 수 있다. 임의의 적합한 운영 시스템 및 관련 그래픽 사용자 인터페이스(예를 들면, 마이크로소프트 윈도우, 리눅스)가 CPU(55)에 지령할 수 있다. 게다가, 컴퓨터(50)는 컴퓨터 메모리 저장 장치(68) 내에 상주하는 제어 프로그램(61)을 포함한다. 제어 프로그램(61)은, CPU(15) 상에서 실행될 때 컴퓨터(10)가 본 발명의 임의의 방법에 대해 설명된 동작을 수행하게 하는 명령을 포함한다.

본 기술 분야의 숙련자는 도29에 도시된 하드웨어가 특정 적용에 대해 변경될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 광학 디스크 매체, 오디오 어댑터, 또는 컴퓨터 하드웨어의 분야에 공지된 PAL 또는 EPROM 프로그래밍 장치와 같은 칩 프로그래밍 장치 등의 다른 주변 장치가 전술된 하드웨어에 부가하여 또는 이들 하드웨어 대신에 이용될 수 있다.

도29에 도시된 예에서, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품은 임의의 적합한 메모리 내에 상주할 수 있다. 그러나, 본 발명은 과거에도 그리고 미래에도, 본 발명의 메커니즘이 다양한 형태의 컴퓨터 프로그램 제품으로서 분배될 수 있고 본 발명은 분배를 실제로 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 신호 운반 매체에 무관하게 동등하게 적용되는 것을 본 기술 분야의 숙련자는 이해할 수 있을 것이라는 것이 중요하다. 컴퓨터 판독 가능 신호 운반 매체는 플로피 디스크 및 CD ROM과 같은 기록 가능형 매체와, 디지털 및 아날로그 통신 링크와 같은 전송형 매체를 포함한다.

따라서, 본 발명은 또한 적합한 컴퓨팅 장치 상에서 실행될 때 본 발명의 임의의 방법을 수행하는 소프트웨어 제품을 포함한다. 특히, 코드는 (a) 치아 배열의 3D 모델을 생성하기 위한 수단 및/또는 (b) 턱의 일부의 3D 모델을 생성하기 위한 수단, (c) 임플란트가 배치될 수 있는(또는 선택적으로는 배치될 수 없는) 턱의 구역을 검출하기 위한 수단, (d) 치아 배열에서의 복원 요소를 검출하기 위한 수단, (e) 후보 임플란트 치수, 위치, 배향 및 형상을 결정하기 위한 수단, (f) 임플란트 계획을 획득하기 위한 수단, (g) 임플란트 계획을 서로에 대해, 또는 주어진 기준에 비교하기 위한 수단, (h) 임플란트 계획을 선택하거나 개선하기 위한 수단을 포함한다. 부가의 코드가 예를 들면 첨부된 청구의 범위에 상술된 바와 같이 본 발명에 의해 제공된 임의의 방법 또는 수단을 실행하기 위해 제공된다.

본 발명은 또한 기계 판독 가능 매체 또는 매체들 상에 저장된 전술된 바와 같은 컴퓨터 제품을 포함한다.

1: 치아 배열
2: 턱
3: 신경
4: 공간적 경계
5: 복원 공간
6: 임플란트
7: 요소
8: 그리드

Claims

미적 고려 사항에 기초하여 하나 이상의 임플란트를 계획하는 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법이며,
(a) 원하는 치아 배열과 턱의 일부들의 3D 모델들을 생성하는 단계와,
(b) 하나 이상의 임플란트들이 배치될 수 있거나 배치될 수 없는 상기 턱의 3D 모델에서의 구역들을 검출하는 단계와,
(c) 상기 치아 배열의 3D 모델에서 복원 요소들을 식별하는 단계와,
(d) 미적으로 허용될 수 있도록 하나 이상의 임플란트들의 복원 공간들이 한정되는 공간적 경계들을 결정하기 위해 치아 배열의 3D 모델을 사용하는 단계와,
(e) 환자의 미소 선(smile line)을 나타내는 단계와,
(f) 미소 선에 기초하여 후보 임플란트 치수들, 위치들, 배향들 및 형상들을 결정하는 단계를 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 복원 요소들의 절치/교합 및 치근첨단측에 각각 공간적 점 그리드 함수로 공간적 경계를 정의하고, 치아 배열의 상이한 복원 요소들 상에서 식별된 공간적 점 그리드들을 잠재적인 임플란트 축들을 식별하는데 사용하며, 각각의 축과 턱의 일부들의 3D 모델과의 교점들을 계산하고, 이로부터 골 상의 임플란트 입구 점 및 출구 점이 인지하여, 임플란트들을 임플란트 중심선이 각각의 입구 점을 통과하는 상태로 각각의 임플란트 축 방향에 따라 각각 배치하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(f)는, 임플란트 계획들을 획득하고 상기 임플란트 계획들을 서로에 대해 또는 주어진 허용 기준에 비교하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)는, 상기 원하는 치아 배열을 개별적으로 디지털화하고 상기 디지털화된 원하는 치아 배열을 정합에 의해 턱에 대해 정확하게 위치설정하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)는, 체적 영상들 또는 3D 모델들에서 환자의 턱에 대한 디지털 라이브러리로부터 치아들 또는 치궁들을 위치설정하고 스케일링하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(a)는 턱 내의 자연 또는 인공 치아들에 대응하는 영상 객체들이 검출되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 턱의 3D 모델을 다수의 2D 슬라이스 영상들로 슬라이싱하는 단계(b1)와,
2D 슬라이스 영상들의 각각에 대한 파노라마 곡선을 생성하는 단계(b2)와,
상기 파노라마 곡선을 따라 하나 이상의 2D 특징부들이 존재하는지 여부를 각각의 슬라이스 영상에 대하여 평가하는 단계(b3)와,
치아의 존재를 확인하도록 복수의 슬라이스들의 정보를 조합하는 단계(b4)를 추가적으로 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제7항에 있어서, 단계(b2)는, 상기 파노라마 곡선은 턱의 슬라이스 내의 윤곽의 중간선으로서 계산되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제7항에 있어서, 단계(b3)는, 치아 또는 치근의 가능한 단면 형상들을 표현하는 2D 매트릭스들과 파노라마 곡선을 따른 CT 슬라이스 영상들의 국부적인 영역들에서의 그레이 스케일들 사이에서 상관 값이 계산되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(b)는 개별 치아들의 위치들에 대응하는 턱의 구역들을 식별하고 이들을 평균 치아 폭 값들과 턱의 기지의 치수들에 기초하여 개별적인 치아 번호들에 귀속시키는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제10항에 있어서, 상기 식별된 구역들은 자연 또는 인공 치아들의 기지의 위치들에 기초하여 보정되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(c)는, 치아 배열의 3D 모델의 국부적인 표면 곡률들을 계산하는 단계(c1)와,
획득한 곡률값들에 기초하여 워터쉐드 알고리즘을 이용하여 상기 치아 배열을 구역들 또는 패치들로 세분하는 단계(c2)를 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(c)는, 가능한 치아 형상들을 표현하는 3D 매트릭스들과 3D 치아 배열 모델 상의 국부적인 표면 영역들 사이의 상관값들을 계산하는 단계(c1b)와,
상기 상관값이 주어진 임계값을 초과하는 이러한 표면 영역들을 분리하는 단계(c2b)를 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(f)는,
복원 요소들의 절치/교합 및 치근 첨단 측들의 각각에 점 그리드들을 형성하는 단계(f1)와,
각각의 요소에 있어서 절치/교합 그리드의 모든 점들과 치근 첨단 그리드의 모든 점들을 연결하는 단계(f2)와,
골의 3D 모델과 획득한 축들의 교점들을 결정하는 단계(f3)와,
골의 축들의 입구점으로부터 주어진 거리에서 임플란트 숄더들을 갖는 개별적인 축들을 따라 디지털 임플란트 라이브러리로부터 임플란트들을 배치하는 단계(f4)와,
전체 치아 배열에 대한 단일 임플란트의 대체물들의 일 세트의 최소값으로부터 치아 배열 내의 각각의 복원 요소에 대한 임플란트의 모든 대체물들의 최대값까지의 모든 가능한 조합들을 열거하는 단계(f5)를 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제14항에 있어서, 단계(f1)은, 중공화 작업들이 원하는 보철물의 금속 기부 구조체를 표현하는 3D 체적들을 생성하도록 복원 요소들 상에 사용되고, 이들 체적들은 절치/교합 및 치근 첨단 점 그리드들의 외형들을 제공하도록 복원 요소들의 3D 모델 상에 투영되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제14항에 있어서, 단계(f1)은, 복원 요소들의 투영 윤곽들은 이들의 개별적인 치근 첨단-절치 축들과 복원 요소들의 교점들에 형성된 절치/교합 및 치근 첨단 평면들에서 결정되고, 투영 윤곽들은 내향 오프셋되어, 2D의 포위된 표면 영역은 최초 표면 영역의 주어진 부분이고, 그 후에 복원 요소들 상에 재차 투영되어 상기 점 그리드들의 윤곽들이 생성되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제15항에 있어서, 투영은 개별적인 치근 첨단-절치 축들의 방향으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제16항에 있어서, 복원 요소의 치근 첨단-절치 축이 그 관성 주축으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제3항에 있어서, 전문가 시스템이 치료되는 임플란트 경우의 유형을 식별하고 전문가 시스템에서의 해결책들의 "최적 적합"에 기초하여 전형적인 대응 임플란트 계획을 제안하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제14항에 있어서, 단계(a)에서 생성된 3D 모델들에 대해 또는 환자의 체적 영상들에 대해 수행된 측정들의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수들을 할당하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항 또는 제19항에 있어서, 최단 거리들이 임플란트들과 신경, 혈관들 및 턱의 3D 모델들 사이에서 계산되고, 임플란트들의 중간 부근에서 점유된 화적소들의 평균 그레이 값들이 임플란트 축들을 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제14항에 있어서, 턱, 임플란트들 및 보철물의 생체 역학적 또는 유한 요소 모델을 사용하여 임플란트들 상의 예측된 하중들의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수들을 할당하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제14항에 있어서, 개별 임플란트들을 위한 성취 가능한 발현 프로파일들의 함수로서 임플란트 조합(들)에 점수들을 할당하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제23항에 있어서, 성취 가능한 발현 프로파일은 단면도에서 단면 내의 치근 첨단 점 그리드의 최협측 점 및 이 점으로부터 주어진 치근 첨단 및 설측 거리들에 위치된 점을 통한 축과 임플란트 숄더의 최협측 점 사이의 거리의 함수로서 표현되는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제22항에 있어서, 치근 첨단 및 설측 거리들은 전방 치아들에 대해 각각 3 mm 및 2 mm이고, 말단 치아들에 대해 1 mm 및 2 mm인 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 전방 치아들과 말단 치아들 사이의 구별은 체적 영상들에서 또는 3D 모델들 상에서 미소 선을 나타냄으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
제1항에 있어서, 단계(f)는, 계획 점수가 주어진 임계값에 도달할 때까지 미리 정해진 전략에 따라 개별 임플란트 치수들, 위치들 및 배향들을 증분식으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 자동화 치과용 임플란트 계획을 위한 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제