KR101735783B1 - 드릴링 템플릿 검증 시스템 및 이를 이용한 검증 방법 - Google Patents

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KR101735783B1 KR1020170027368A KR20170027368A KR101735783B1 KR 101735783 B1 KR101735783 B1 KR 101735783B1 KR 1020170027368 A KR1020170027368 A KR 1020170027368A KR 20170027368 A KR20170027368 A KR 20170027368A KR 101735783 B1 KR101735783 B1 KR 101735783B1
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Abstract

본 발명은 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 검증 시스템의 동작 방법으로써, 적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계, 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계, 상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계, 상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계를 포함한다.

Description

드릴링 템플릿 검증 시스템 및 이를 이용한 검증 방법{SYSTEM AND METHOD FOR EXAMINING A DRILLING TEMPLATE}
본 발명은 임플란트 드릴링(implant drilling)을 수행하기 전에 치아에 설치하는 드릴링 템플릿(drilling template)을 검증하는 시스템 및 이를 이용한 검증 방법에 관한 것이다.
최근 디지털 장비의 기술 발전으로 인하여 디지털 임플란트가 활성화 되고 있다. 디지털 임플란트는 치과용 conebeam CT 영상과 3차원 구강 스캐너 또는 3차원 레이저 스캐너를 이용한 3차원 구강 표면 데이터를 조합하여 구강 구조를 디지털화한다. 그리고 디지털화한 정보를 기반으로 복구를 위한 치아의 공간적 위치를 시뮬레이션하고, 임플란트 식립을 위한 공간적 위치를 계획한다. 마지막으로 정확한 시술을 위해 계획된 임플란트의 위치 정보를 기반으로 드릴링 템플릿을 설계하여 3차원 프린터를 통해 임플란트 수술 가이드를 제작한다. 제작된 임플란트 수술 가이드를 환자의 구강에 체결하고, 치과 의사는 임플란트에 따라 구성된 프로토콜로 수술을 진행한다.
상술한 바와 같은 일반적인 임플란트 수술 가이드를 이용할 경우 제작된 드릴링 템플릿을 체결하여 드릴링할 때, 사용자 또는 드릴의 요소에 의하여 계획된 위치로 임플란트가 식립되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 특히, 복수의 임플란트를 식립하는 경우 어느 하나의 드릴링 템플릿의 체결 상태에 오류가 발생하면, 다른 임플란트에 문제가 발생될 가능성이 매우 높다.
(특허문헌 1) KR1544774 B
(특허문헌 2) KR1067359 B
(특허문헌 3) KR2014-0077184 A
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수의 임플란트 식립시 초기 식립된 임플란트를 이용하여 드릴링 템플릿을 검증하는 시스템 및 이를 이용한 검증 방법을 제공하는 것이다.
한 실시예에 따라 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하고, 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 검증 시스템의 동작 방법으로서, 적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계, 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계, 상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계, 그리고 상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계를 포함한다.
상기 동작 방법은 상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거하는 단계는 상기 3차원 영상에 포함된 금속 영역과 치아 영역을 영상 이진화 기법을 이용하여 분리하고, 상기 분리된 치아 영역을 기초로 상기 금속 영역을 대체하여 상기 금속 영역을 제거할 수 있다.
상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계는 상기 드릴링 템플릿 위치를 기초로 상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합할 수 있다.
상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계는 상기 식립 가이드 영상 데이터의 드릴링 템플릿 위치에 따른 임플란트 식립 위치, 그리고 식립 방향 정보를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서의 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정할 수 있다.
상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계는 상기 1차 식립된 임플란트 위치 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치의 공간 오차, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 신경관의 거리, 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치에서의 골질 상태 중 적어도 하나 이상을 기초로 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태의 유효성을 판단할 수 있다.
다른 실시예에 따라 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하고, 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 검증 시스템으로서, 적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 촬영 장치, 그리고 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하고, 상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하며, 상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 컴퓨팅부를 포함한다.
상기 컴퓨팅부는 상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거할 수 있다.
상기 컴퓨팅부는 상기 3차원 영상에 포함된 금속 영역과 치아 영역을 영상 이진화 기법을 이용하여 분리하고, 상기 분리된 치아 영역을 기초로 상기 금속 영역을 대체하여 상기 금속 영역을 제거할 수 있다.
상기 컴퓨팅부는 상기 드릴링 템플릿 위치를 기초로 상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합할 수 있다.
상기 컴퓨팅부는 상기 식립 가이드 영상 데이터의 드릴링 템플릿 위치에 따른 임플란트 식립 위치, 그리고 식립 방향 정보를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서의 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정할 수 있다.
상기 컴퓨팅부는 상기 1차 식립된 임플란트 위치 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치의 공간 오차, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 신경관의 거리, 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치에서의 골질 상태 중 적어도 하나 이상을 기초로 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태의 유효성을 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 임플란트 드릴링을 수행하기 전 드릴링 템플릿이 피시술자의 구강 내에 적합하게 체결되었는지 검증할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 검증 결과에 따라 드릴링 템플릿이 적합하게 체결되지 않은 경우, 재 작업하고, 이를 재배치함으로써, 임플란트의 드릴링의 수행 오류를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 임플란트 식립의 설계 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 검증 시스템의 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 방법의 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅부에서 드릴링 템플릿의 제조 과정을 나타낸 예시도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅부에서 드릴링 템플릿의 체결 유효성을 검증하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅부의 블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 드릴링 템플릿의 설계 방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 임플란트 수술 시스템은 먼저, Conebeam CT 영상과 3차원 구강 스캔 데이터를 입력받고, Conebeam CT 영상과 3차원 구강 스캔 데이터를 동일한 위치로 정합한다(S10).
시술 안내를 위한 드릴링 템플릿은 잇몸의 두께, 치조골의 분포, 피시술 대상 치아의 위치 등 다양한 해부학적 시술 조건과 함께 시술자의 시술 경험을 더하여 제작되어야 하므로, CT 영상과 3차원 구강 스캔 데이터를 정밀하게 정합하는 것이 필수적이다. 이때, 치아의 특이점을 기준으로 영상을 접합하거나, CT 영상과 3차원 구강 스캔 데이터를 중첩하여 각 이미지 사이의 정합도를 출력하는 디퍼런스 맵을 통해 영상을 정합할 수도 있다.
정합이 완료되면, 임플란트 식립을 위한 계획을 수립한다(S20). 이때, 임플란트 수술 시스템은 정합이 완료된 상태에서, 복원을 위한 크라운을 배치하여 시뮬레이션하고, 크라운의 배치에 따라 임플란트 식립을 위한 계획을 수립할 수 있는데, 주변에 배치된 임플란트와의 거리, 신경관과의 거리, 하악골의 골밀도 등을 고려하여 임플란트 식립 계획을 수립할 수 있다.
임플란트의 배치 계획을 마치면, 임플란트 수술 가이드를 설계한다(S30). 이때, 임플란트 수술 시스템은 임플란트 배치 계획에 따라 드릴링 템플릿 제작을 위해 드릴링을 위한 슬리브(Sleeve)를 배치하고, 템플릿 생성을 위한 영역 설정, 두께 설정 등의 파라미터를 설정하여 수술 가이드를 설계할 수 있다.
마지막으로, 임플란트 수술 시스템은 드릴링 템플릿을 제작하기 위한 3차원 모델 데이터(STL)를 생성한다(S40). 생성된 드릴링 템플릿 모델 데이터를 3D 프린터를 이용하여 템플릿 가이드를 제작할 수 있고, 제작된 드릴링 템플릿을 환자의 구강 내에 체결하여 임플란트 수술을 수행한다.
다만 상술한 방법으로 제작된 드릴링 템플릿을 이용하여 임플란트를 드릴링 할 때, 사용자, 또는 드릴 등의 여러 가지 요인에 의하여 계획된 위치로 임플란트가 식립되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 특히 복수의 임플란트를 식립하는 경우나, 드릴링 템플릿의 체결 상태에 오류가 있는 경우, 식립되는 모든 임플란트에 문제가 발생할 가능성이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 하나의 실시예에 따라 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하기 위한 검증 시스템 및 이를 이용한 검증 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템의 블록도이다.
도 2를 참고하면, 드릴링 템플릿 검증 시스템(100)은 스캐너 장치(110), CT 촬영 장치(120), 컴퓨팅부(130), 그리고 3D 프린터(140)를 포함한다.
스캐너 장치(110)는 구강 내의 3차원 표면 이미지를 촬영한다. 스캐너 장치(110)는 구강 내의 치주 조직 중 치관(잇몸 외부로 나타난 치아 상부 측)의 형상에서 명확하게 드러나지 않는 치근(치조골과 결합되는 부분으로 잇몸 내부로 가려진 치아 하부 측) 주변의 잇몸의 형상을 촬영할 수 있다. 즉, 3차원 표면 이미지는 치아의 치관 및 잇몸 등에 대한 정보를 획득할 수 있다.
CT 촬영 장치(120)는 구강 내 치주 조직의 3차원 이미지를 촬영한다. 3차원 이미지는 구강 내의 치주 조직 중 치관, 치근, 치조골 등의 내부 조직을 촬영할 수 있다. 즉, 3차원 이미지는 치아와 치조골에 대한 정보를 포함할 수 있다.
컴퓨팅부(130)는 3차원 이미지, 그리고 3차원 표면 이미지를 수신하고, 3차원 이미지와 3차원 표면 이미지를 정합(중첩)하여 시술 가이드 이미지를 획득한다. 이때, 컴퓨팅부(130)는 3차원 이미지와 3차원 표면 이미지에서 공통적으로 잘 표현되는 치아의 표면이나 치관을 기준으로 두 이미지를 결합하여 치관에 연결된 치근 및 치조골에 대한 정보와 함께 치근 및 치조골에 결합된 잇몸의 정보를 서로 매칭하여 시술 가이드 영상을 획득할 수 있다.
그리고 컴퓨팅부(130)는 시술 가이드 영상에서 복원을 위한 치아를 가상 보철물로 시뮬레이션하여 공간적인 위치, 그리고 크기를 설정하고, 해당 보철물을 효율적으로 지지할 수 있는 위치를 선정하여 임플란트를 계획한다. 임플란트는 주변의 임플란트와의 거리, 신경관과의 거리, 식립되는 위치의 골밀도 등을 고려하여 위치를 산정할 수 있다.
또한 컴퓨팅부(130)는 획득한 3차원 시술 가이드 영상을 통해 임플란트 시술을 가이드하는 드릴링 템플릿, 슬리브의 위치를 설계할 수 있다. 드릴링 템플릿은 임플란트 수술시 소프트웨어 시뮬레이션 상으로 계획한 위치에 정확하게 식립하기 위한 장치이다. 드릴링 템플릿은 치아 등에 체결되어 움직이지 않도록 고정할 수 있다. 슬리브는 드릴의 방향과 깊이를 고정하기 위해 드릴링 템플릿에 결합하는 장치로서, 임플란트를 정확한 위치에 식립할 수 있도록 보조한다.
컴퓨팅부(130)는 드릴링 템플릿 설계 결과를 3D 프린터(140) 등과 호환되는 데이터를 출력하여 드릴링 템플릿을 제조하도록 할 수 있다.
한편, 제조된 드릴링 템플릿을 환자의 구강 내에 체결하고, 드릴링 템플릿을 고정하기 위하여 임플란트를 1차 식립한다. 그리고 CT 촬영 장치(120)는 1차 식립된 임플란트, 피시술자의 구강 구조에 체결된 드릴링 템플릿을 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득한다.
이때, 금속물인 임플란트를 식립한 구강 내부를 CT 촬영하는 경우, 금속물에 의한 잡음(허상)이 발생하게 될 수 있다. 이러한 잡음에 의해서 볼륨을 재구성하더라도 임플란트가 식립된 주변 영상이 훼손되어, 피시술자의 구강 표면의 구분이 어렵다. 따라서, 컴퓨팅부(130)는 정밀도가 향상된 결과를 얻기 위하여 3차원 영상 데이터에 포함된 허상을 제거 보정할 수 있다.
허상 제거 보정은 다음과 같이 수행될 수 있다.
먼저, 깊이 정보를 기초로 3차원 영상 데이터를 3차원 볼륨 영상으로 재구성한다. 3차원 볼륨 영상에서 보철물 삽입 이전에 설계한 가이드의 3차원 공간 정보를 이용하여 보철물 영역을 분할(segmentation)한다. 이때, 3차원 볼륨 영상에 최소 문턱치(minimum threshold) 알고리즘을 적용하여 이진　영상(binary image)을 생성하여 보철물 영역을 분할할 수 있다.
그리고 컴퓨팅부(130)는 분할된 보철물 영상을 프로젝션 맵핑 영상으로 변환하고 원본 3차원 데이터 영상에서 금속 부분을 대체함으로써, 금속 허상물이 제거된 3차원 볼륨 영상을 재구성할 수 있다.
컴퓨팅부(130)는 3차원 영상 데이터와 3차원 식립 가이드 영상 데이터를 이용하여 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하고, 초기 식립된 임플란트 위치, 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 3차원 식립 가이드 영상 데이터의 가이드 위치를 비교하여 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증한다.
컴퓨팅부(130)는 먼저 3차원 영상 데이터와 3차원 식립 가이드 영상을 정합한다. 이때, 3차원 영상 데이터, 그리고 3차원 식립 가이드 영상에 포함된 드릴링 템플릿을 기초로 양 영상 데이터를 정합할 수 있다. 이때, 컴퓨팅부(130)는 슬리브의 위치를 정합함으로써, 드릴링 템플릿을 정합할 수 있다.
그리고 3차원 식립 가이드 영상 데이터의 드릴링 템플릿 위치에 따른 임플란트 식립 위치, 그리고 식립 방향 정보를 기초로 3차원 영상 데이터에서의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정한다.
컴퓨팅부(130)는 3차원 영상 데이터와 3차원 식립 가이드 영상 데이터에서, 상호간 드릴링 템플릿이 정합된 상태에서, 3차원 식립 가이드 영상 데이터에서 설계된 임플란트 위치 및 방향 정보를 3차원 영상 데이터에 적용함으로써, 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정할 수 있다.
그리고 컴퓨팅부(130)는 실제 초기 식립된 임플란트 위치, 그리고 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 가이드 임플란트 위치의 공간 오차를 계산하여 드릴링 템플릿의 유효성을 분석한다. 컴퓨팅부(130)는 실제 초기 식립된 임플란트 위치 및 방향, 그리고 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향과 가이드 임플란트 위치 및 방향 정보를 이용하여 산출된 공간 오차가 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시할 수 있다.
또한 컴퓨팅부(130)는 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트 사이의 위치 및 방향에 따른 거리 정보, 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트의 위치와 피시술자의 신경관과의 거리 정보, 초기 식립된 임플란트 및 잔여 임플란트의 위치에서의 골질 정보 등을 분석하여 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시하도록 한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 검증 시스템의 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 방법의 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 검증 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영한 3차원 영상 데이터를 수집한다(S110).
이때, 드릴링 템플릿은 스캐너 장치(110)를 통해 획득한 구강 내 3차원 표면 이미지와 CT 촬영 장치(120)를 통해 획득한 구강 내 치주 조직의 3차원 이미지를 정합하고, 시뮬레이션 결과를 통해 획득한 식립 가이드 영상을 통해 설계될 수 있다.
그리고 검증 시스템(100)은 획득한 3차원 영상 데이터에서 금속 허상을 제거하는 보정을 수행한다(S120).
금속물인 임플란트를 식립한 구강 내부를 CT 촬영하는 경우, 금속물에 의한 잡음(허상)이 발생하게 될 수 있다. 따라서, 검증 시스템(100)은 정밀도가 향상된 결과를 얻기 위하여 3차원 영상 데이터에 포함된 허상을 제거 보정할 수 있다.
허상 제거 보정은 다음과 같이 수행될 수 있다.
먼저, 검증 시스템(100)은 깊이 정보를 기초로 3차원 영상 데이터를 3차원 볼륨 영상으로 재구성한다. 3차원 볼륨 영상에서 보철물 삽입 이전에 설계한 가이드의 3차원 공간 정보를 이용하여 보철물 영역을 분할(segmentation)한다. 이때, 3차원 볼륨 영상에 최소 문턱치(minimum threshold) 알고리즘을 적용하여 이진　영상(binary image)을 생성하여 보철물 영역을 분할할 수 있다.
그리고 검증 시스템(100)은 분할된 보철물 영상을 프로젝션 맵핑 영상으로 변환하고 원본 3차원 데이터 영상에서 금속 부분을 대체함으로써, 금속 허상물이 제거된 3차원 볼륨 영상을 재구성할 수 있다.
검증 시스템(100)은 3차원 영상 데이터와 3차원 식립 가이드 영상을 정합한다(S130). 이때, 검증 시스템(100)은 3차원 영상 데이터, 그리고 3차원 식립 가이드 영상에 포함된 드릴링 템플릿을 기초로 양 영상 데이터를 정합할 수 있다.
검증 시스템(100)은 3차원 영상 데이터에서의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정한다(S140). 검증 시스템(100)은 드릴링 템플릿이 정합된 상태에서, 3차원 식립 가이드 영상 데이터에서 설계된 임플란트 위치 및 방향 정보를 3차원 영상 데이터에 적용함으로써, 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정할 수 있다.
검증 시스템(100)은 초기 식립 임플란트와 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 정보를 기초로 드릴링 템플릿의 체결 상태의 유효성을 분석한다(S150). 검증 시스템(100)은 실제 초기 식립된 임플란트 위치 및 방향, 그리고 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향과 가이드 임플란트 위치 및 방향 정보를 이용하여 산출된 공간 오차가 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시할 수 있다.
또한 검증 시스템(100)은 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트 사이의 위치 및 방향에 따른 거리 정보, 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트의 위치와 피시술자의 신경관과의 거리 정보, 초기 식립된 임플란트 및 잔여 임플란트의 위치에서의 골질 정보 등을 분석하여 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시하도록 한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅부에서 드릴링 템플릿의 제조 과정을 나타낸 예시도이다.
도 4 를 참고하면, 컴퓨팅부(130)는 스캐너 장치(110)를 통해 획득한 구강 내의 3차원 표면 영상과 CT 촬영 장치(120)를 통해 획득한 구강 내 치주 조직의 3차원 영상을 획득한다. 그리고, 3차원 이미지와 3차원 표면 이미지를 정합(중첩)한다. 이때, 컴퓨팅부(130)는 3차원 표면 영상과 3차원 이미지에서 공통적으로 잘 표현되는 치아의 표면상에 복수의 지점을 지정하여 초기 정합한 다음 정밀 정합을 수행할 수 있다.
도 5를 참고하면, 컴퓨팅부(130)는 복원을 위한 치아를 가상 보철물로 시뮬레이션하여 공간적 위치와 크기를 설정하고, 해당 보철물을 효율적으로 지지할 수 있는 위치를 선정하여 임플란트 시술을 설계한다. 이때, 컴퓨팅부(130)는 주변 임플란트와의 거리, 신경관과의 거리, 식립되는 위치의 골밀도 등을 고려한 시뮬레이션 결과에 따라 식립할 임플란트의 위치를 결정할 수 있다.
도 6을 참고하면, 컴퓨팅부(130)는 결정한 임플란트의 위치에 따라 드릴링 템플릿을 생성한다. 컴퓨팅부(130)는 드릴링을 위한 슬리브의 위치를 설정하고, 드릴링 템플릿의 체결 영역을 결정하여 최종적으로 슬리브 삽입 홈을 포함하는 3차원 드릴링 템플릿을 설계할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템이 드릴링 템플릿의 체결 유효성을 검증하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 7은 CT 촬영 장치(120)를 이용해서 얻은 임플란트를 1차 식립한 피시술자의 구강 상태를 촬영한 영상으로서, 금속 허상물을 제거하지 않은 순수한 이미지이다.
도 7을 참고하면, 임플란트 또는 기타 보철물과 같은 금속 물질이 환자의 구강 내에 식립되어 있는 경우, CT 영상은 conebeam CT의 특성에 의해 금속물 주변에 허상물이 발생하게 되고, 볼륨을 재구성하더라도 금속 주변의 영상이 훼손되어 3차원 복원시 금속 허상물에 의해 표면의 구분이 어려운 문제점이 있다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템이 허상 제거 보정을 수행하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고하면, 검증 시스템(100)은 먼저, 먼저, 검증 시스템(100)은 깊이 정보를 기초로 3차원 영상 데이터를 3차원 볼륨 영상으로 재구성한다. 3차원 볼륨 영상에서 보철물 삽입 이전에 설계한 가이드의 3차원 공간 정보를 이용하여 보철물 영역을 분할(segmentation)한다. 이때, 3차원 볼륨 영상에 최소 문턱치(minimum threshold) 알고리즘을 적용하여 이진　영상(binary image)을 생성하여 보철물 영역을 분할할 수 있다.
그리고 검증 시스템(100)은 분할된 보철물 영상을 프로젝션 맵핑 영상으로 변환하고 원본 3차원 데이터 영상에서 금속 부분을 대체함으로써, 금속 허상물이 제거된 3차원 볼륨 영상을 재구성할 수 있다.
즉, 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템(100)은 임플란트를 식립하기 전에 정합된 구강 스캔 데이터의 영역 정보를 이용하여 금속물의 위치를 공간적 위치를 보다 정밀하게 파악할 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템이 보정된 CT 영상과 설계 가이드 영상을 정합하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참고하면, 검증 시스템(100)은 허상 제거 보정된 3차원 영상 데이터(CT 영상) 와 3차원 식립 가이드 영상을 정합한다. 이때, 3차원 영상 데이터, 그리고 3차원 식립 가이드 영상에 포함된 드릴링 템플릿을 기초로 양 영상 데이터를 정합할 수 있다.
그리고 검증 시스템(100)은 3차원 영상 데이터에서의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정할 수 있는데, 본 실시예에서는 드릴링 템플릿이 정합된 상태에서, 3차원 식립 가이드 영상 데이터에서 설계된 임플란트 위치 및 방향 정보를 3차원 영상 데이터에 적용함으로써, 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향을 결정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 드릴링 템플릿 검증 시스템이 드릴링 템플릿의 체결 유효성을 검증하는 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참고하면, 드릴링 템플릿을 기준으로 정합된 3차원 영상 데이터와 3차원 식립 가이드 영상 정보를 기반으로 설계한 임플란트의 식립 위치에 대한 유효성을 분석할 수 있다. 검증 시스템(100)은 실제 초기 식립된 임플란트 위치 및 방향, 그리고 잔여 임플란트의 예상 식립 위치 및 방향과 가이드 임플란트 위치 및 방향 정보를 이용하여 산출된 공간 오차가 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시할 수 있다.
또한 검증 시스템(100)은 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트 사이의 위치 및 방향에 따른 거리 정보, 초기 식립된 임플란트와 추가 식립 예정인 잔여 임플란트의 위치와 피시술자의 신경관과의 거리 정보, 초기 식립된 임플란트 및 잔여 임플란트의 위치에서의 골질 정보 등을 분석하여 미리 설정한 기준 값을 초과하는 경우 위험 정도를 표시하도록 한다. 위험 정도에 따라 드릴링 템플릿을 재설계하고, 다시 배열할 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴퓨팅부의 블록도이다.
도 11을 참고하면, 컴퓨팅부(130)는 프로세서(131), 메모리 장치(133), 저장 장치(135), 그리고 입출력장치(137) 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 하드웨어와 결합되어 실행되는 다양한 소프트웨어/프로그램이 지정된 장소에 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다.
컴퓨팅부(130)는 본 발명의 드릴링 템플릿 검증 방법 그리고 이를 이용한 임플란트 식립 방법을 실행할 수 있도록 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램을 하드웨어에 탑재한다. 프로세서(131)는 메모리 장치(133) 등의 하드웨어와 결합하여 프로그램을 구동함으로써, 본 발명을 실행한다. 컴퓨팅부(130)는 본 발명의 방법을 구동하기 위한 소프트웨어/프로그램을 탑재하고, 이를 실행할 수 있는 성능의 컴퓨터, 서버, 단말 등의 장치일 수 있다.
프로그램은 발명을 실행하기 위하여 구현될 수 있는데, 예를 들면, 적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계, 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계, 상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계, 상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계를 수행하도록 구현된 소프트웨어일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 임플란트 드릴링을 수행하기 전 드릴링 템플릿이 피시술자의 구강 내에 적합하게 체결되었는지 검증할 수 있다. 검증 결과에 따라 드릴링 템플릿이 적합하게 체결되지 않은 경우, 재 작업하고, 이를 재 배치함으로써, 임플란트의 드릴링의 수행 오류를 줄일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하고, 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 검증 시스템의 동작 방법으로서,
    적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계,
    식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계,
    상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계, 그리고
    상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계를 포함하는, 동작 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거하는 단계는
    상기 3차원 영상에 포함된 금속 영역과 치아 영역을 영상 이진화 기법을 이용하여 분리하고, 상기 분리된 치아 영역을 기초로 상기 금속 영역을 대체하여 상기 금속 영역을 제거하는, 동작 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 단계는
    상기 드릴링 템플릿 위치를 기초로 상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는, 동작 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 단계는
    상기 식립 가이드 영상 데이터의 드릴링 템플릿 위치에 따른 임플란트 식립 위치, 그리고 식립 방향 정보를 기초로,
    상기 3차원 영상 데이터에서의 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는, 동작 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 단계는
    상기 1차 식립된 임플란트 위치 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치의 공간 오차,
    상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 신경관의 거리, 그리고
    상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치에서의 골질 상태 중 적어도 하나 이상을 기초로 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태의 유효성을 판단하는, 동작 방법.
  7. 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하고, 복수의 임플란트 식립을 위한 드릴링 템플릿을 검증하는 검증 시스템으로서,
    적어도 하나 이상의 임플란트를 1차 식립하여 드릴링 템플릿을 고정한 구강 상태를 촬영하여 3차원 영상 데이터를 획득하는 촬영 장치, 그리고
    식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하고, 상기 식립 가이드 영상 데이터를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서 적어도 하나 이상의 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하며, 상기 1차 식립 임플란트의 위치, 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치, 그리고 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치를 비교하여 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태를 검증하는 컴퓨팅부
    를 포함하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 컴퓨팅부는
    상기 3차원 영상에서 금속 허상 영역을 제거하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 컴퓨팅부는
    상기 3차원 영상에 포함된 금속 영역과 치아 영역을 영상 이진화 기법을 이용하여 분리하고, 상기 분리된 치아 영역을 기초로 상기 금속 영역을 대체하여 상기 금속 영역을 제거하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
  10. 제7항에서,
    상기 컴퓨팅부는
    상기 드릴링 템플릿 위치를 기초로 상기 식립 가이드 영상 데이터와 상기 3차원 영상 데이터를 정합하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 컴퓨팅부는
    상기 식립 가이드 영상 데이터의 드릴링 템플릿 위치에 따른 임플란트 식립 위치, 그리고 식립 방향 정보를 기초로, 상기 3차원 영상 데이터에서의 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치를 결정하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
  12. 제7항에서,
    상기 컴퓨팅부는
    상기 1차 식립된 임플란트 위치 그리고 상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 상기 가이드 영상 데이터의 임플란트 가이드 위치의 공간 오차,
    상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치와 신경관의 거리, 그리고
    상기 잔여 임플란트의 예상 식립 위치에서의 골질 상태 중 적어도 하나 이상을 기초로 상기 드릴링 템플릿의 체결 상태의 유효성을 판단하는 드릴링 템플릿 검증 시스템.
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