KR101840444B1 - 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법 - Google Patents

치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 치아 데이터와 얼굴을 스캔한 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 치아의 교합상태를 판단하고, 치아 또는 턱관절의 움직임을 분석하여 치아모델을 생성함으로써, 보다 정확하고 정밀하게 치아 상태를 진단하고, 치아 및 턱관절의 움직임에 따른 교합 상태를 분석할 수 있으며, 움직임 및 교합상태를 바탕으로 환자의 상태를 정확하게 분석하여 치료 대책을 수립할 수 있고, 환자의 상태에 적합한 치아 모델 생성 및 보정이 가능하여 치료효과가 향상될 수 있다.

Description

치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법{Device and Method for dental three-dimensional data processing}
본 발명은 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 치아 데이터와 얼굴에 대한 영상데이터를 바탕으로 치아와 턱관절의 상관관계를 판단하여 교합상태를 진단하고, 치아 및 턱관절의 움직임을 분석할 수 있는 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 사람의 치아는 턱관절과 연결되어 턱관절의 움직임의 정도와 방향에 따라 복잡한 움직임을 갖는다.
특히 턱관절의 움직임이 정상적인 움직임에서 벗어나는 경우, 치아 모델과의 교합에 영향을 주게 되므로, 그 움직임을 판단할 필요성이 있다.
종래에는 턱관절에 문제가 있는 환자의 진단을 위해서, 치아모델을 생성한 후, 치아모델을 교합기에 장착하여 교합기로부터 교합에 관한 정보를 추출하고, 그에 따라 교합상태를 판별하였다.
그러나 사람에 따라 턱관절 및 치아의 교합상태가 상이하고, 저작 습관이 상이한 반면, 교합기는 일정한 형태를 갖고 있어 모든 사람에 대응될 수는 없으므로 교합기로부터 추출되는 교합 상태에 대한 정보에 따라 치아모델을 보정하고 환자의 치료에 사용하더라도, 모든 환자에게 적용하는 데에는 한계가 있었다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 소정 장치를 환자의 구강 내에 장착한 후 그 움직임을 추적하는 방안이 제시된 바 있으나, 환자가 불편함을 느끼고, 장치가 구강 내에 삽입되어 있으므로 치아의 움직임을 방해하여 정확한 움직임을 추출할 수 없으므로 진단에 어려움이 있었다.
그에 따라 보다 편리하게 사람의 치아 및 턱관절의 움직임을 추출하고, 턱관절의 움직임을 치아 모델에 적용하여 환자의 치아모델 보정 및 치료에 활용할 수 있도록 하는 방안이 마련되어야 할 필요성이 있다.
한편, 구강 내 3차원 스캔을 통해 특정한 스캔으로부터 그 다음의 스캔까지의 움직임 궤적을 추정하고 움직임 궤적을 보상하는 기술과 관련된 선행기술로 대한민국 공개특허 제10-2015-0082428호가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0082428호 (2015.07.15. 공개)
본 발명은 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 치아 데이터와 얼굴에 대한 영상데이터를 바탕으로 치아와 턱관절의 상관관계를 판단하여 교합상태를 진단하고, 치아 및 턱관절의 움직임을 분석함으로써, 환자의 상태를 진단하고 그에 따라 치아 모델을 생성 및 보정하는 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치는, 치아 데이터와, 사람의 얼굴에 대한 영상데이터가 입력되는 입력부; 상기 치아데이터와 상기 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 3차원 얼라인데이터를 생성하는 제어부; 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 이동을 분석하여 궤적데이터를 생성하는 움직임추출부; 및 상기 얼라인데이터에 상기 궤적데이터를 적용하여 치아 또는 턱관절의 움직임을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부를 포함한다.
또한, 상기 치아 데이터는, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터와, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상데이터는 실시간으로 획득되는 연속성 있는 데이터일 수 있다.
또한, 상기 얼라인데이터, 상기 궤적데이터 및 상기 시뮬레이션부의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 치아를 디자인하여 치아의 형상 및 움직임이 반영된 치아모델을 생성하는 모델생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 모델생성부에 의해 생성된 상기 치아모델의 간섭요인을 판단하여 상기 모델생성부로 전달하는 모델보정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 모델보정부는 상기 치아모델을 상기 궤적데이터에 따라 테스트하여 간섭이 발생하는지 여부를 판단하여 보정데이터를 상기 모델생성부로 입력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 스캔데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하고, 그에 따른 교합상태를 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 얼굴뼈 데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하여 턱관절의 위치 및 움직임을 추적할 수 있다.
또한, 상기 영상데이터는 치아가 드러난 얼굴을 스캔한 영상데이터이고, 상기 제어부는 상기 영상데이터에 포함된 치아를 상기 치아데이터와 매칭하여 얼라인할 수 있다.
또한, 상기 움직임추출부는, 움직이고 있는 치아에 대한 실시간 상기 영상데이터를 분석하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점의 이동을 추적하여 치아의 움직임을 검출할 수 있다.
또한, 상기 움직임추출부는, 치아에 부착된 타겟을 스캔하여 상기 타겟의 움직임을 분석하여 치아의 움직임을 검출할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션부에서 상기 얼라인데이터를 상기 궤적데이터에 따라 움직이도록 시뮬레이션한 결과를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 시뮬레이션부는 상기 치아데이터의 이동 궤적과 간섭면을 화면에 표시하고, 상기 제어부는 시뮬레이션을 통해 턱관절의 회전축을 검출할 수 있다.
본 발명이 다른 측면에 따른 치과용 3차원 데이터 처리방법은, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 적어도 하나가 입력되는 단계; 사람의 얼굴에 대한 영상데이터가 입력되는 단계; 상기 스캔데이터와 상기 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나와, 상기 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 얼라인데이터를 생성하는 단계; 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 이동을 분석하여 궤적데이터를 생성하는 단계; 및 상기 얼라인데이터에 상기 궤적데이터를 적용하여 치아 또는 턱관절의 움직임을 시뮬레이션하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 얼라인데이터, 상기 궤적데이터 및 시뮬레이션 결과에 대응하여 치아를 디자인하여 치아의 형상 및 움직임이 반영된 치아모델을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상데이터는, 사람이 입을 다물고 가만히 있는 얼굴이 스캔된 1차 영상데이터와, 사람의 치아가 드러난 상태에서 얼굴이 스캔된 2차 영상데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상데이터를 입력하는 단계는, 사람의 얼굴을 스캔한 데이터를 이용하여 거리를 인식하고, 컬러 텍스처 매핑을 수행하여 얼굴 3D데이터를 상기 영상데이터로써 생성하며, 프랑크푸르트 평면, 컴퍼 평면, 교합 기준평면을 추출할 수 있다.
또한, 상기 얼라인데이터를 생성하는 단계는, 상기 스캔데이터와 상기 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나와, 상기 영상데이터에 포함된 치아를 매칭하여 얼라인할 수 있다.
또한, 상기 얼라인데이터를 생성하는 단계는, 상기 스캔데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하고, 그에 따른 교합상태를 판단할 수 있다.
또한, 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는, 실시간으로 입력되는 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적할 수 있다.
또한, 상기 영상데이터는 치아에 부착된 타겟을 스캔한 데이터이고, 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는, 상기 영상데이터로부터 상기 타겟을 검출하여 치아의 움직임을 검출할 수 있다.
또한, 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는, 상기 영상데이터로부터 치아의 특징점을 추출하고, 상기 특징점의 이동을 추적하여 상기 궤적데이터를 생성할 수 있다.
또한, 상기 치아모델에 대하여, 상기 궤적데이터를 이용하여 치아간섭을 감지하여 상기 치아모델을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치 및 그 방법은, 치아 및 턱관절의 움직임을 추출하여 치아모델에 적용함으로써, 보다 정확하고 정밀하게 치아 상태를 진단하고, 치아 및 턱관절의 움직임에 따른 교합 상태를 분석할 수 있으며, 움직임 및 교합상태를 바탕으로 환자의 상태를 정확하게 분석하여 치료 대책을 수립할 수 있고, 환자의 상태에 적합한 치아 모델 생성 및 보정이 가능하여 치료효과가 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 데이터 흐름이 도시된 도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 치과용 3차원 데이터 처리장치에 의해 처리되는 데이터의 예가 도시된 도이다.
도 3c는 사람의 두개골에서 치아 및 턱관절을 도시한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 얼굴 스캔의 예가 도시된 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리방법이 도시된 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치는, 입력부(120), 데이터분석부(130), 움직임추출부(140), 시뮬레이션부(150), 모델생성부(160), 제어부(110), 모델보정부(170), 출력부(180), 데이터부(190)를 포함한다.
입력부(120)는 적어도 하나의 입력수단을 구비하여 치아모델 생성을 위한 데이터를 입력받는다.
먼저, 입력부(120)는 치아 데이터와, 사람의 얼굴에 영상데이터를 입력받는다. 여기서 치아 데이터는, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터와, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나를 포함한다.
상기 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터를 획득하기 위해, 덴탈 스캐너 또는 덴탈 3D 스캐너가 사용될 수 있고, 또한 움직임을 촬영하는 촬영수단을 포함할 수 있다. 입력부(120)는 상기 스캐너 또는 촬영수단을 통해 획득된 2차원 또는 3차원 스캔데이터를 입력받는다.
또한, 입력부(120)는 사람의 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터를 획득하기 위해, X레이, 단층촬영(CT; computed tomography), 자기공명영상법(MRI; magnetic resonance imaging)과 같은 장치에 연결되어, 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터를 입력 받을 수 있고, 기 촬영되어 저장된 데이터를 입력 받을 수 있다.
또한, 입력부(120)는 상기 치아 데이터와는 별도로, 각각 상이한 표정으로 촬영된, 사람의 얼굴에 대한 영상데이터를 입력받는다. 여기서, 상기 영상데이터는 사람이 입을 다물고 가만히 있는 상태에서 얼굴을 스캔한 영상데이터(1차 영상데이터)와, 치아가 드러난 얼굴을 스캔한 영상데이터(2차 영상데이터)를 포함한다. 여기서, 상기 영상데이터는 실시간으로 입력되는 데이터로, 연속성 있는 데이터인 것이 바람직하며, 2차원 또는 3차원의 스캔데이터일 수 있다.
한편, 출력부(180)는 입력부(120)를 통해 입력되는 치아데이터 또는 영상데이터를 화면에 출력하며, 데이터 처리에 관한 전체 과정의 진행상태를 출력한다. 또한, 출력부(180)는 움직임 추출 또는 시뮬레이션에 따른 치아의 움직임을 화면에 출력한다. 여기서, 출력부(180)는 데이터를 출력하여 표시하는 표시수단을 포함하고, 진행상태 및 경고음을 출력하는 스피커, 또는 동작램프를 더 포함할 수 있다.
데이터부(190)에는 입력부(120)를 통해 입력되는 치아데이터, 영상데이터, 데이터분석부(130) 및 제어부(110)의 동작 중에 생성되는 데이터, 후술할 모델생성부(160)에 의해 생성된 치아모델의 데이터가 저장된다.
데이터분석부(130)는 입력부(120)를 통해 입력되는 치아데이터, 사람의 얼굴에 대한 영상데이터를 분석하여 치아데이터와 영상데이터의 결합이 용이하도록 한다. 구체적으로, 데이터분석부(130)는 사람의 얼굴에 대한 스캔된 영상데이터를 바탕으로 거리를 인식하고, 컬러 텍스처 매핑을 수행하여 얼굴 3D데이터를 상기 영상데이터로써 생성하고, 프랑크푸르트 평면, 컴퍼 평면, 교합 기준평면 등을 추출할 수 있다.
한편, 움직임추출부(140)는 움직이고 있는 치아에 대한 실시간 영상데이터를 분석하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점의 이동을 추적하여 치아의 움직임을 검출한다. 움직임추출부(140)는 상기 특징점의 이동을 추적하여 치아의 궤적데이터를 생성하게 된다.
즉, 움직임추출부(140)는 실시간으로 입력되는 얼굴에 대한 영상데이터를 통해 움직임에 대한 치아 데이터를 실시간으로 분석하여 3차원의 좌표를 획득한다. 움직임추출부(140)는 획득된 좌표의 이동을 추적하여 궤적 데이터를 생성하며, 사람에 따라 다른 치아 및 턱관절의 움직임을 추출할 수 있다.
제어부(110)는 입력된 치아데이터, 영상데이터, 치아의 움직임이 포함된 데이터를 입력받아 얼라인(align)하고, 그에 따른 교합상태를 판단한다.
구체적으로, 제어부(110)는 치아데이터 중 스캔데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하여 그에 따른 교합상태를 판단하여 진단에 활용할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 치아데이터 중 얼굴뼈 데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하여 턱관절의 위치 및 움직임을 추적할 수 있다. 상기 영상데이터는 실제 사람의 얼굴을 측정한 데이터이기 때문에, 상기 교합상태의 판단이나 턱관절의 위치 및 움직임의 추적이 정확하게 이루어져 진단 정확성이 더욱 증대되는 이점이 있다.
한편, 제어부(110)는 입력되는 치아데이터 즉, 스캔데이터 또는 CT촬영된 얼굴뼈 데이터를, 얼굴 영상데이터와 얼라인하여 교합된 3차원의 데이터를 생성한다. 여기서, 제어부(110)는 CT 촬영된 얼굴뼈 데이터와 영상데이터를 얼라인하는 경우 턱관절을 기준으로 얼라인한다.
제어부(110)는, 사람이 입을 다물고 가만히 있는 상태에서 얼굴을 스캔한 1차 영상데이터 외에, 사람이 '이-'또는 '아' 하고 있는 상태의 치아를 스캔한 2차 영상데이터를 입력 받아, 턱뼈 및 치아의 머지 기준 데이터로 사용한다. 즉 상기 2차 영상데이터는 사람이 입을 벌려 치아가 드러난 상태의 얼굴을 스캔한 것으로, 1차 영상데이터와는 달리, 치아에 대한 스캔 정보가 포함되어 있으므로, 얼라인 시 결합의 기준이 될 수 있으며, 제어부(110)는 2차 영상데이터에 포함된 치아를 상기 치아데이터와 매칭하여, 치아의 교합상태 및 턱 관절의 상태를 정확하고 빠르게 진단할 수 있다.
제어부(110)는 움직임추출부(140)의 궤적데이터와 얼라인된 3차원 얼라인 데이터를 시뮬레이션부(150)로 전송한다.
한편, 시뮬레이션부(150)는 얼라인된 3차원의 얼라인 데이터를 궤적데이터에 따라 움직이도록 시뮬레이션하여 출력부(180)를 통해 출력한다. 이때 치아데이터와 영상데이터가 얼라인된 3차원의 데이터를 시뮬레이션하는 경우 시뮬레이션부(150)는 턱관절의 이동에 대하여 시뮬레이션한다.
시뮬레이션부(150)는 치아 데이터의 이동 궤적과 간섭면을 화면에 표시하고, 제어부(110)는 시뮬레이션을 통해 턱관절의 회전축을 검출한다.
제어부(110)는 궤적데이터, 턱관절의 회전축, 스캔데이터 또는 CT 촬영된 얼굴뼈 데이터를 바탕으로 한 3차원 얼라인 데이터를 모델생성부(160)로 전송한다.
모델생성부(160)는 수신된 상기 얼라인데이터, 상기 궤적데이터 및 상기 시뮬레이션 결과(턱관절의 회전축 등)를 바탕으로 치아를 디자인하여 치아의 형상 및 움직임이 반영된 치아모델을 생성한다.
모델보정부(170)는 모델생성부(160)에 의해 생성된 치아모델을 궤적데이터에 따라 테스트하여 간섭이 발생하는지 여부를 판단한다. 모델보정부(170)는 간섭이 발생하는 위치나 강도에 대한 정보를 모델생성부(160)로 전달하고 그에 따라 모델생성부(160)는 간섭에 대한 데이터를 적용하여 간섭을 회피하는 최종 치아 모델을 생성한다.
도 2 는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 데이터 흐름이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 치과용 3차원 데이터 처리장치는 입력부(120)를 통해 복수의 데이터를 입력받는다(10).
가령, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터(11)와, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터(12)가 기본 치아데이터로써 입력된다. 이때 치아의 스캔데이터(11)와 얼굴뼈 데이터(12)는 어느 하나만 입력되더라도 치아 상태에 대한 진단이 가능하다.
또한, 사람의 얼굴에 대한 1차 및 2차 영상데이터(13)(14)가 입력부(120)를 통해 입력된다.
1차 및 2차 영상데이터는 모두 사람의 얼굴을 스캔한 것으로 1 차 영상데이터는 입을 다물고 있는 상태에서 촬영된 스캔데이터이고, 2차 영상데이터는 치아가 드러난 상태의 얼굴을 스캔하는 것으로, 예를 들어 사람이 입을 벌려 '이' 하고 있는 상태 또는 '아 ' 하고 있는 상태로 촬영된 것이다.
1차 및 2차 영상데이터는 얼굴의 3D데이터에 컬러텍스쳐를 적용하고, 프랑크푸르트 평면, 캠퍼 평면, 교합 기준면(교합평면) 등을 찾는데 사용된다. 2차 영상데이터(14)의 경우 치아의 일부가 포함되므로 얼라인 시 결합의 기준이 될 수 있다.
또한, 움직임추출부(140)를 통해 치아의 움직임을 추적하여 치아의 궤적 데이터(15)가 입력된다.
한편, 치아의 스캔데이터(11) 또는 얼굴뼈 데이터(12)와, 2차 영상데이터(14)를 이용하여 얼라인하는 경우(20), 얼라인 데이터가 생성된다(21).
구체적으로, 치아데이터 중 스캔데이터(11)와 2차 영상데이터(14)로부터 치아 얼라인을 수행하고, 얼굴뼈 데이터(12)와 2차 영상데이터(14)로부터 턱관절 얼라인이 수행된다.
시뮬레이션부(150)는 궤적데이터(15)를 바탕으로 얼라인 데이터(21)의 3차원데이터의 치아 움직임을 시뮬레이션한다(30).
시뮬레이션을 통해 치아 또는 턱관절의 움직임이 출력부(180)를 통해 표시되고, 제어부(110)는 턱관절의 축을 찾는다. 여기서, 스캔데이터(11)와 2차 영상데이터(14)를 이용한 치아 얼라인 데이터의 경우 치아데이터를 바탕으로 턱관절의 축을 찾고, 얼굴뼈 데이터(12)와 2차 영상데이터(14)를 이용한 턱관절 얼라인 데이터의 경우 CT 데이터로부터 턱관절의 축을 찾는다.
시뮬레이션을 통해 검출되는 턱관절의 축, 얼라인데이터, 궤적데이터를 바탕으로 치아 디자인(40)이 이루어지고 그에 따라 치아 모델이 생성된다. 모델보정부(170)는 치아 간섭을 탐지하여 보정데이터(51)를 모델생성부(160)으로 입력하고, 그에 따라 모델생성부(160)는 치아 간섭을 해소하는 최종 치아 모델을 생성한다(60).
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 치과용 3차원 데이터 처리장치에 의해 처리되는 데이터의 예가 도시된 도이다.
도 3a에는 치아데이터 중 덴탈 스캐너를 통한 3차원의 스캔데이터가 도시되어 있고, 이 스캔데이터는 치아 진단에 사용된다. 사람의 치아 형태를 본으로 생성하여 3D 스캐너를 통해 스캔하여 입력부(120)를 통해 입력된다.
이때 치아의 3차원 스캔데이터는 상악과 하악의 데이터가 분리되어 각각 입력될 수 있고, 사람의 얼굴을 스캔한 영상데이터 중 2차 영상데이터를 통해서 상악과 하악이 교합된 데이터를 생성할 수 있다. 상악과 하악의 데이터가 분리되어 입력되는 경우 얼라인을 통해 결합된 형태를 생성할 수 있고 또는 별도의 결합과정을 통해 도시된 3D 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
도 3b는 CT촬영을 통해 획득된다. CT촬영 시 치아 및 턱관절에 대한 데이터까지 포함하므로 턱관절에 대한 얼라인 및 턱관절을 기준으로 하는 시뮬레이션이 가능해진다.
도 3c는 사람의 두개골에서 치아 및 턱관절을 도시한 것으로, 상악과 하악으로 구분되는 치아는 턱관절의 움직임을 통해 치아가 이동하여 저작활동을 하게 된다.
그에 따라 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하여 그 움직임에 대한 궤적데이터를 생성함으로써, 치아모델 생성 시 간섭이나 부정교합을 해소할 수 있다.
도 3a와 같이 치아의 3D 스캔데이터를 이용하는 경우, 치아의 움직임에 대한 궤적데이터를 생성하고, 도 3b와 같은 얼굴뼈 데이터(CT 데이터)를 이용하는 경우 턱관절의 움직임에 대한 궤적데이터를 생성할 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리장치의 얼굴 스캔의 예가 도시된 도이다.
영상데이터를 획득하기 위해, 사람의 얼굴을 스캔하는데, 앞서 설명한 바와 같이, 1차 얼굴스캔시에는 사람이 입을 다물고 있는 모습으로 스캔하고, 2차 스캔시에는 도 4에 도시된 바와 같이 사람이 약간 입을 벌리고 '이' 하는 모습을 스캔하게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 사람의 치아에 타겟(Target)을 부착하여 그 움직임을 이용하여 치아의 움직임을 추적할 수 있다. 별도의 타겟을 사용하지 않더라도, 움직이는 데이터로부터 특징점을 추출하여 특징점의 이동을 통해 치아 또는 턱관절의 움직임을 추출할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 치과용 3차원 데이터 처리방법이 도시된 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 치아데이터가 입력부(120)를 통해 입력된다(S310). 이때 입력부(120)는 스캐너, 3D스캐너 일 수 있고, 또는 스캐너, 3D스캐너와 연결되어 스캔된 데이터를 입력 받을 수 있다. 또한 별도로 촬영된 CT데이터가 입력될 수 있다. 즉, 치아데이터는 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터와, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나가 사용된다.
또한, 사람의 얼굴을 입을 다물고 가만히 있는 상태에서 스캔하여 1차 영상데이터를 획득하고(S320), '이' 또는 '아' 한 상태에서 사람의 얼굴을 스캔하여 2차 영상데이터를 획득한다(S330).
상기 1차 영상데이터를 통해 거리를 인식하고, 컬러 텍스처를 매핑하여 얼굴 3D데이터를 생성한다. 이때 1차 영상데이터는 프랑크푸르트 평면, 캠퍼 평면, 교합 기준 평면을 찾는데 사용된다.
상기 2차 영상데이터에는, 치아의 전면 또는 하악이 함께 스캔 됨에 따라 전면치아를 포함하는 얼굴 3D데이터가 생성된다. 경우에 따라 2차 얼굴 스캔 시, 치아를 보다 쉽게 검출할 수 있도록 치아에 타겟을 부착하여 스캔 할 수 있다.
치아데이터와, 얼굴에 대한 영상데이터를 이용하여 얼라인을 수행하여 3차원 얼라인데이터를 생성한다(S340).
구체적으로, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터와, 2차 영상데이터를 이용하여 치아 얼라인을 수행한다. 또한, CT 데이터에는 턱관절이 포함되므로 얼굴뼈 데이터와 2차 영상데이터를 이용하여 턱관절 얼라인을 수행한다. 즉 얼굴뼈 데이터에 포함된 턱관절과 2차 영상데이터에 포함된 스캔된 치아 한 면을 얼라인 한다. 이와 같이, 얼라인을 통해 교합 얼라인된 치아의 3D 데이터(이하, '얼라인 데이터')가 생성된다.
이후, 움직임추출부(140)는 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하여 궤적데이터를 생성한다(S350).
치아 또는 턱관절의 움직임 추적은 치아 모델 스캔 전에 수행될 수도 있고 얼라인 중에 수행될 수도 있다. 구체적으로, 움직임추출부(140)는 움직이는 사람의 얼굴을 실시간으로 촬영 또는 스캔하여 실시간으로 입력받아 그 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적한다. 이때 치아에 타겟을 부착하여 그 움직임을 통해 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적할 수 있고 또는 별도의 타겟을 부착하지 않고 특징점을 추출한 움직임 추적 또한 가능하다.
움직임추출부(140)는 타겟 또는 특징점의 이동을 추적하여 그 궤적데이터를 생성한다. 이렇게 생성된 궤적데이터를, 얼라인 데이터 또는 교합 얼라인된 3D 데이터에 적용하여 시뮬레이션을 수행한다(S360).
시뮬레이션부(150)는 얼라인 데이터에 궤적데이터에 따른 움직임을 반영하여 사람이 저작활동을 하는 모습을 시뮬레이션하여 출력부(180)를 통해 표시한다. 시뮬레이션 데이터와 함께 궤적, 간섭요인을 표시하고, 또한 시뮬레이션을 통해 턱관절의 회전축을 검출할 수 있다.
모델생성부(160)는 얼라인 데이터, 궤적데이터, 시뮬레이션 결과, 즉 간섭요인과 턱관절의 회전축을 고려하여 치아를 디자인 한다(S370).
모델보정부(170)는 치아 디자인을 통해 생성되는 치아모델에 대하여, 궤적을 이용하여 치아간섭을 다시 한번 감지하여 보정데이터를 생성한다(S380).
모델생성부(160)는 보정데이터를 바탕으로 초기 디자인된 치아모델을 보정하고(S390), 최종 치아모델을 생성한다(S400).
따라서 본 발명은 치아데이터(덴탈 스캐너를 통한 스캔 데이터 또는 얼굴뼈 데이터)와, 얼굴을 스캔한 영상데이터를 결합하여 얼라인함으로써 교합 얼라인된 3D 얼라인 데이터를 생성하고, 치아 또는 턱관절의 움직임을 이용하여 시뮬레이션 하여 움직임의 궤적 또는 간섭을 고려하여 치아모델을 생성할 수 있다. 또한, 모델보정을 통해 간섭요인을 해소하여 최종 치아모델을 생성함으로써 치아 상태에 대하여 보다 정밀한 진단이 가능하고 각 사람에게 맞는 치아모델을 생성할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
10: 입력데이터 110: 제어부
120: 입력부 130: 데이터분석부
140: 움직임추출부 150: 시뮬레이션부
160: 모델생성부 170: 모델보정부
180: 출력부 190: 데이터부

Claims (23)

  1. 치아 데이터와, 사람의 얼굴에 대한 영상데이터가 입력되는 입력부;
    상기 치아데이터와 상기 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 3차원 얼라인데이터를 생성하는 제어부;
    상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 이동을 분석하여 궤적데이터를 생성하는 움직임추출부; 및
    상기 얼라인데이터에 상기 궤적데이터를 적용하여 치아 또는 턱관절의 움직임을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부를 포함하고,
    상기 영상데이터는 치아가 드러난 얼굴을 스캔한 영상데이터이고,
    상기 제어부는 상기 영상데이터에 포함된 치아를 상기 치아데이터와 매칭하여 얼라인하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 치아 데이터는,
    덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터와, CT(computed tomography) 또는 MRI(magnetic resonance imaging)를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나를 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  3. 청구항 1에 에 있어서,
    상기 영상데이터는 실시간으로 획득되는 연속성 있는 데이터인 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 얼라인데이터, 상기 궤적데이터 및 상기 시뮬레이션부의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 치아를 디자인하여 치아의 형상 및 움직임이 반영된 치아모델을 생성하는 모델생성부를 더 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 모델생성부에 의해 생성된 상기 치아모델의 간섭요인을 판단하여 상기 모델생성부로 전달하는 모델보정부를 더 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모델보정부는 상기 치아모델을 상기 궤적데이터에 따라 테스트하여 간섭이 발생하는지 여부를 판단하여 보정데이터를 상기 모델생성부로 입력하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스캔데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하고, 그에 따른 교합상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 상기 얼굴뼈 데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하여 턱관절의 위치 및 움직임을 추적하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 움직임추출부는, 움직이고 있는 치아에 대한 실시간 상기 영상데이터를 분석하여 특징점을 추출하고, 상기 특징점의 이동을 추적하여 치아의 움직임을 검출하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 움직임추출부는, 치아에 부착된 타겟을 스캔하여 상기 타겟의 움직임을 분석하여 치아의 움직임을 검출하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 시뮬레이션부에서 상기 얼라인데이터를 상기 궤적데이터에 따라 움직이도록 시뮬레이션한 결과를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 시뮬레이션부는 상기 치아데이터의 이동 궤적과 간섭면을 화면에 표시하고,
    상기 제어부는 시뮬레이션을 통해 턱관절의 회전축을 검출하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리장치.
  14. 치아 데이터와, 사람의 얼굴에 대한 영상데이터가 입력되는 입력부; 상기 치아데이터와 상기 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 3차원 얼라인데이터를 생성하는 제어부; 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 이동을 분석하여 궤적데이터를 생성하는 움직임추출부; 및 상기 얼라인데이터에 상기 궤적데이터를 적용하여 치아 또는 턱관절의 움직임을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부를 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리장치의 치과용 3차원 데이터 처리방법으로서,
    상기 입력부에 의해, 덴탈 스캐너를 통한 스캔데이터, CT 또는 MRI를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 얼굴뼈 데이터 중 적어도 하나가 입력되는 단계;
    상기 입력부에 의해, 상기 영상데이터가 입력되는 단계;
    상기 제어부에 의해, 상기 스캔데이터와 상기 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나와, 상기 영상데이터를 결합하고 얼라인하여 상기 얼라인데이터를 생성하는 단계;
    상기 움직임추출부에 의해, 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 이동을 분석하여 상기 궤적데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 시뮬레이션부에 의해, 상기 얼라인데이터에 상기 궤적데이터를 적용하여 치아 또는 턱관절의 움직임을 시뮬레이션하는 단계를 포함하고,
    상기 얼라인데이터를 생성하는 단계는,
    상기 스캔데이터와 상기 얼굴뼈 데이터 중 어느 하나와, 상기 영상데이터에 포함된 치아를 매칭하여 얼라인하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 치과용 3차원 데이터 처리장치는 치아모델을 생성하는 모델생성부를 더 포함하고,
    상기 모델생성부에 의해, 상기 얼라인데이터, 상기 궤적데이터 및 시뮬레이션 결과에 대응하여 치아를 디자인하여 치아의 형상 및 움직임이 반영된 치아모델을 생성하는 단계를 더 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 영상데이터는,
    사람이 입을 다물고 가만히 있는 얼굴이 스캔된 1차 영상데이터와, 사람의 치아가 드러난 상태에서 얼굴이 스캔된 2차 영상데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 치과용 3차원 데이터 처리장치는 상기 입력부를 통해 입력되는 상기 치아데이터 및 상기 영상데이터를 분석하는 데이터분석부를 더 포함하고,
    상기 영상데이터를 입력하는 단계는,
    상기 데이터분석부에 의해, 사람의 얼굴을 스캔한 데이터를 이용하여 거리를 인식하고, 컬러 텍스처 매핑을 수행하여 얼굴 3D데이터를 상기 영상데이터로써 생성하며, 프랑크푸르트 평면, 컴퍼 평면, 교합 기준평면을 추출하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법..
  18. 삭제
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어부에 의해 상기 얼라인데이터를 생성하는 단계는,
    상기 스캔데이터와 상기 영상데이터를 얼라인하고, 그에 따른 교합상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 움직임추출부에 의해 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는,
    실시간으로 입력되는 상기 영상데이터로부터 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 영상데이터는 치아에 부착된 타겟을 스캔한 데이터이고,
    상기 움직임추출부에 의해 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는,
    상기 영상데이터로부터 상기 타겟을 검출하여 치아의 움직임을 검출하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 움직임추출부에 의해 상기 궤적데이터를 생성하는 단계는,
    상기 영상데이터로부터 치아의 특징점을 추출하고, 상기 특징점의 이동을 추적하여 상기 궤적데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
  23. 청구항 15에 있어서,
    상기 치과용 3차원 데이터 처리장치는 상기 모델생성부에 의해 생성된 치아모델을 궤적데이터에 따라 테스트하여 간섭이 발생하는지 여부를 판단하는 모델보정부를 더 포함하고,
    상기 모델보정부에 의해, 상기 치아모델에 대하여, 상기 궤적데이터를 이용하여 치아간섭을 감지하여 상기 치아모델을 보정하는 단계를 더 포함하는 치과용 3차원 데이터 처리방법.
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