KR101903424B1 - 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법 - Google Patents

광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101903424B1
KR101903424B1 KR1020170003624A KR20170003624A KR101903424B1 KR 101903424 B1 KR101903424 B1 KR 101903424B1 KR 1020170003624 A KR1020170003624 A KR 1020170003624A KR 20170003624 A KR20170003624 A KR 20170003624A KR 101903424 B1 KR101903424 B1 KR 101903424B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
sample
probe
image
stage
Prior art date
Application number
KR1020170003624A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180082218A (ko
Inventor
엄주범
박안진
안재성
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020170003624A priority Critical patent/KR101903424B1/ko
Publication of KR20180082218A publication Critical patent/KR20180082218A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101903424B1 publication Critical patent/KR101903424B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/24—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00096—Optical elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00172—Optical arrangements with means for scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0088—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for oral or dental tissue

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

본 발명은 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너을 제시하고 있다. 본 발명에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너는, 사용자 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 획득하는 광단층영상시스템 기반의 3D 구강 스캐너에 있어서, 스윕 소스로부터 출력된 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성한 뒤, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 신호 처리부 및 상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 생성하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 치아 전체의 3차원 영상의 구조 영상뿐만 아니라, 각각의 치아의 단층영상을 확인할 수 있어 치아 내부의 충치, 크랙, 수복물의 상태 확인이 가능하며, 이를 통해 X-ray에서 보지 못하는 치아의 연조직 질환(치주, 구강암 등)을 진단할 수 있다.

Description

광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법{THREE DIMENSIONS INTRAORAL SCANNER BASED ON OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY AND DIAGNOSING METHOD OF DENTAL CONDITION USING SAME}
본 발명은 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치아의 단층영상을 이용한 치아의 3차원 이미지를 통해 치아 상태를 진단하는 기술에 관한 것이다.
과거 몇 년간 치아의 3차원 영상을 이용하는 3D(Three Dimensions) 구강스캐너의 개발이 활발해졌다. 3D 구강스캐너는 치과진료실에서 환자 구강으로부터 직접적으로 지대치 형태의 정보를 수집하는 디지털 인상채득 방법이다. 이와 같은 다양한 3D 구강스캐너는 공초점 현미경 방식 (Confocal microscopy), 삼각법 (Tranangulation technic), 프린지 간섭법(Accordion fringe interferometry), 능동파면샘플링 방법 (Active wavefront sampling method) 등이 있다. 이는 밀링머신 및 3D 프린터와 연계한 통합진료시스템으로 발전하고 있으며, 고속 스캔, 실시간 영상획득, 치아 해부학적 구조에 의한 영상 획득이 가능하고, 영상 획득 위약 부분에 대한 보정기술도 가능하다. 진단영역의 특성과 효율성에 맞춰지는 촬영영역의 대면적화 다중화도 가능하여 고속으로 치아의 스캔이 가능해졌다.
최근 독일의 Sirona, 미국의 3M, 덴마크의 3shape 제품이 기술과 시장을 주도하고 경쟁사도 증가하는 추세에 있다. 이와 같은 진단 방법에서는 치아, 잇몸, 내부의 습기 및 임의의 움직임에 대한 광학적 소음 발생을 최소화하기 위해 다양한 패턴을 이용하는 구조 광 소스 (Structured light)를 제작하여 치아에 스캔을 하여 패턴을 움직이면서 초점을 찾는 방법 및 다양한 광학적 구성요소를 사용하였다. 그러나 대부분의 3D 구강스캐너의 경우 치아의 겉면에서의 이미지를 얻는 기능만 가지고 있어, 치아 내부 진단 및 구강암 진단 등이 불가능한 문제점을 내포하고이 있다.
한국공개특허공보 제10-20106-0111243호(구강스캐너)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 여러 장의 2차원 영상 결합 및 ICP 알고리즘을 이용한 정합(stitching)을 통해 생성한 치아 전체의 3차원 이미지를 획득하여 각 치아 내외부 상태를 진단을 수행하기 위한 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너는 광단층영상시스템 기반의 3D 구강 스캐너에 있어서, 스윕 소스로부터 출력된 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성한 뒤, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 신호 처리부 및 상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 2차원이미지를 획득하고, 면적 스캔을 통해 3차원 이미지를 생성하고 생성된 여러장의 3차원 이미지를 정합하는 제어부를 포함한다.
바람직하게 상기 신호 처리부는, 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는, 상기 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키는 제1 광섬유 커플러와, 상기 기준단 프로브 신호를 토대로 기준단 프로브 반사신호를 생성하여 출력하는 기준단 프로브와, 상기 샘플단 프로브 신호를 토대로 샘플단 프로브 반사신호를 생성하여 출력하는 샘플단 프로브와, 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받는 제2 광섬유 커플러와, 상기 제2 광섬유 커플러로부터 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받고 결합하여 간섭신호를 생성하고 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 광 검출기 및 상기 제1 광섬유 커플러에서 생성한 기준단 프로브 신호를 입력받아 상기 기준단 프로브로 전송하고, 상기 기준단 프로부에서 생성한 기준단 프로브 반사신호를 입력받아 상기 제2 광섬유 커플러로 전송하는 제1 써큘레이터 및 상기 제1 광섬유 커플러에서 생성한 샘플단 프로브 신호를 입력받아 상기 샘플단 프로브로 전송하고, 상기 샘플단 프로브에서 생성한 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 상기 제2 광섬유 커플러로 전송하는 제2 써큘레이터를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 기준단 프로브는 콜리메이터, 렌즈, 거울을 구비하고, 상기 기준단 프로브 신호는 상기 콜리메이터 및 렌즈를 순서대로 통과한 뒤 상기 거울로 입사되며, 상기 기준단 프로브 반사신호는 상기 거울로 입사된 상기 기준단 프로브 신호가 상기 거울로부터 반사되어 생성된 것일 수 있다.
바람직하게 상기 샘플단 프로브는 콜리메이터, 렌즈, 거울, MEMs mirror을 구비하고, 상기 샘플단 프로브 신호는 상기 콜리메이터, MEMs mirror, 렌즈 및 거울을 순서대로 통과한 뒤 상기 기 지정된 샘플에 입사되고, 상기 샘플단 프로브 반사신호는 상기 샘플단 프로브 신호가 상기 기 지정된 샘플에 입사된 후 상기 기 지정된 샘플에서 튕겨져 나온 신호일 수 있다.
바람직하게 상기 제어부는 상기 광 검출기로부터 전송받은 전기신호로 변환된 간섭신호를 대상으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 상기 기 지정된 샘플의 깊이 정보를 획득하고, 상기 깊이 정보를 토대로 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 생성하며, 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 결합하여 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지를 구현하고, 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지 및 ICP알고리즘을 이용하여 정합(Stitching)과정을 거처 사용자의 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광단층영상시스템을 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법은, MEMs mirror를 이용하여 치아의 2D 단층영상을 획득하기 때문에 치아의 각 부분에서 얻은 2차원 단층영상을 이용하여 치아의 크랙, 충치, 구강암 등의 치아의 진단 기능을 추가할 수 있다
본 발명에 따르면, 치아 전체의 3차원 영상의 구조 영상뿐만 아니라, 각각의 치아의 단층영상을 확인할 수 있어 치아 내부의 충치, 크랙, 수복물의 상태 확인이 가능하다.
또한 본 발명에 따르면, 여러 장의 2차원 영상 결합 하여 3차원 영상을 획득할 수 있고, 각각의 부위를 겹쳐 얻은 3차원 영상을 ICP알고리즘을 이용한 정합(stitching)을 통해 사용자의 구강 내 전체 치아의 3차원 구조영상의 이미지 구현이 가능하다.
또한 본 발명에 따르면, 본 발명을 통해 생성된 치아의 3차원 이미지에는 치아의 내부 정보를 가지고 있어, 치아의 애나멜덴틴 층, 치아 내부의 크랙, 치아 수복물의 정보를 통해 치아질환의 조기진단이 가능할 뿐만 아니라, X-ray에서 보지 못하는 치아의 연조직 질환(치주, 구강암 등)을 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 실제 구현된 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너의 개략도를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플단 프로브의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 샘플단 프로브의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 샘플단 프로브의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 직선 스캔하여 얻은 치아의 단층이미지의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 500장의 치아 2차원 단층영상으로 구현한 치아 3차원 이미지의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용하여 구현한 치아의 3차원 이미지의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 정합(stitching)한 치아의 이미지 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP알고리즘을 이용한 두 Point Cloud의 정합(stitching)과정 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법의 절차를 나타낸 도면이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너(1)의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 실제 구현한 예시 시스템(2)의 개략도를 나타낸 도면으로서 이를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너(1)는 신호처리부(20), 제어부(30)를 포함하며, 스윕 소스(10), 함수 발생기(40)를 더 포함할 수도 있다.
스윕 소스(10)는 Swept Source로서 광신호를 출력할 수 있다.
신호처리부(20)는 스윕 소스(10)로부터 출력된 광신호를 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성할 수 있으며, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환할 수 있다. 이러한 신호처리부(20)는 제1 광섬유 커플러(21), 기준단 프로브(22), 샘플단 프로브(23), 제2 광섬유 커플러(24), 제1 써큘레이터(25), 제2 써큘레이터(26), 광 검출기(27)를 포함할 수 있다.
제1 광섬유 커플러(21)는 Fiber Coupler(광섬유 커플러)로서 상기 스윕 소스(10)로부터 출력된 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호는 제1 써큘레이터(25)를 통해 기준단 프로브(22)로, 상기 샘플단 프로브 신호는 제2 써큘레이터(26)를 통해 샘플단 프로브(23)로 전송한다.
기준단 프로브(22)는 상기 기준단 프로브 신호를 토대로 기준단 프로브 반사신호를 생성하여 출력한다. 기준단 프로브(22)는 콜리메이터(collimator, 221), 렌즈(222), 거울(223)을 구비할 수 있고, 상기 기준단 프로브 신호는 콜리메이터(221) 및 렌즈(222)를 순서대로 통과한 뒤 거울(223)로 입사되며, 상기 기준단 프로브 반사신호는 거울(223)로 입사된 상기 기준단 프로브 신호가 거울(223)로부터 반사된 신호이다.
샘플단 프로브(23)는 상기 샘플단 프로브 신호를 토대로 샘플단 프로브 반사신호를 생성하여 출력한다. 샘플단 프로브(23)는 콜리메이터(231), 렌즈(233), 거울(234), MEMs mirror(232)을 구비하고, 상기 샘플단 프로브 신호는 콜리메이터(231), MEMs mirror(232), 렌즈(233) 및 거울(234)을 순서대로 통과한 뒤 기 지정된 샘플인 치아 등에 입사되고, 상기 샘플단 프로브 반사신호는 상기 샘플단 프로브 신호가 기 지정된 샘플인 치아 등에 입사된 후 튕겨져 나온 신호를 뜻한다.
제2 광섬유 커플러(24)는 일반적인 Fiber Coupler(광섬유 커플러)로서 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 광 검출기(27)로 전송할 수 있다.
제1 써큘레이터(25)는 순환 장치(circulator)로서 제1 광섬유 커플러(21)에서 생성한 기준단 프로브 신호를 입력받아 기준단 프로브(22)로 전송하고, 기준단 프로부(22)에서 생성한 기준단 프로브 반사신호를 입력받아 제2 광섬유 커플러(24)로 전송할 수 있다.
제2 써큘레이터(26)는 순환 장치(circulator)로서 제1 광섬유 커플러(21)에서 생성한 샘플단 프로브 신호를 입력받아 샘플단 프로브(23)로 전송하고, 샘플단 프로브(23)에서 생성한 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 제2 광섬유 커플러(24)로 전송할 수 있다.
광 검출기(27)는 Dual Balanced Photodetector로서 제2 광섬유 커플러(24)로부터 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받고 결합하여 간섭신호를 생성하고 상기 간섭신호를 전기신호로 변환할 수 있으며, 전기신호로 변환된 갑선신호를 제어부(30)에 제공할 수 있다.
제어부(30)는 디지타이저 상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 여기서 말하는 기 지정된 샘플이란 환자의 치아 등을 말한다. 제어부는 중앙처리장치(CPU)를 구비한 PC(데스크탑, 랩탑, 모바일 등) 등의 형태로 구현될 수 있으며, 디지타이저(Dizitizer) 등을 구비할 수 있다.
제어부(30)는 광 검출기(27)로부터 전송받은 전기신호로 변환된 간섭신호를 대상으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 치아 등의 기 지정된 샘플의 깊이 정보를 획득하고, 상기 깊이 정보를 토대로 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 생성하며, 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 결합하여 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지를 구현하고, 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지 및 ICP알고리즘을 이용하여 정합(Stitching)과정을 거처 사용자의 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 구현할 수 있다.
함수 발생기(40)는 일반적인 Function Generator로서 MEMs mirror(232)은 함수 발생기(40)를 이용하여 빛 또는 광신호를 직선 또는 면적으로 만들 수 있다.
도 3a, 3b 및 3c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 샘플단 프로브의 세부구성을 나타낸 도면이다.
제1 광섬유 커플러(21)를 통해서 나오는 빛은 1310 nm 혹은 1060 nm 혹은 1550 nm 의 swept laser source 일 수 있다. 가간섭거리가 짧으면 초점면에서는 잘 보이지만, 초점을 벗어난 부분 즉 치아의 높이차이가 있는 부분의 이미지를 흐리게 보일 수 있다. 따라서 스윕 소스(10)로부터 출력되는 광원은 가간섭 거리 (Coherence length)가 길어 치아와 같이 높이가 다른 초점을 가지고 있어도 영상획득이 비교적 쉬운 긴 가간섭거리를 가지는 광원을 사용하는게 바람직할 수 있다. MEMs mirror(a232, b232)을 통한 빛은 스캔을 위한 렌즈(a233, b233)를 통하고 빛을 90도 꺾기 위해서 거울(a234, b234)를 사용한다. 이 거울(a234, b234) 탈부착이 가능한 거울이고 이는 탈부착 위치에 따라 상악 및 하악을 스캔할 수 있고, 거울을 패키징하는 물질은 소독이 가능한 물질로 거울을 패키징 한다. 상악 스캔된 형태가 도 3a의 거울(a234) 이용한 샘플단 프로브(a23)이고, 이를 180도 회전하여 하악 스캔된 형태는 도 3b의 거울(b234)을 이용한 샘플단 프로브(b23)이다. 또한 도 3c와 같이 빛을 90도 꺾기 위한 일반적인 거울이 없이 콜리메이터(c231), 제어보드가 포함된 45도로 배치된 MEMs mirror(c232), 스캔을 위한 렌즈(c233)로만 구성할 수도 있다. 도 3a, 3b 및 3c의 a1, b1, c1는 각 MEMs mirror(a232, b232, c232)의 제어 전기신호를 나타낸 것이고, a2, b2, c2는 광신호를 표현한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 직선 스캔하여 얻은 치아의 단층이미지 예를 나타낸 도면으로서, 도 4에서 샘플로 사용된 치아를 빨간 선과 같은 방향으로 직선 스캔을 하여(401) 치아 오른쪽부분과 같은 치아 내부의 단층영상 이미지 즉 2차원 단층영상(402)을 얻을수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 500장의 치아 2차원 단층영상으로 구현한 치아 3D 이미지 예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 다양한 실시예에 따라 각기 다른 위치에서 예를 들어 500번 정도 스캔을 하면, 치아의 일정 면적에 대한 스캔이 가능하다. 이대 각각의 위치에서의 단층영상을 획득하고, 각각 위치에서 획득한 단층영상 500개의 2차원 영상(501)을 이용하여 도 5의 오른쪽 그림과 같이 3차원 이미지(502)를 획득할 수 있다. 도 5에서 사용된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광단층영상시스템은 MEMs mirror를 이용(면적 스캔)하여 단층영상을 획득하고 동시에 형광영상을 획득하기 위해 프로브 끝단에 LED조명을 설치하고, 형광영상을 얻기 위해 필터와 렌즈, 카메라를 배열한다. 광단층 영상은 광섬유를 통해 단층영상 시스템에서 이미지를 획득하고, 형광영상은 카메라를 통해 형광영상 시스템에서 형광영상을 획득한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용하여 구현한 치아의 3차원 이미지 예를 나타낸 도면으로서, 도 6의 611, 612, 613, 614 본 발명의 일 실시예에 따라 기 지정된 샘플인 치아에서 얻은 500개의 2차원 영상 이미지를 이용하여 복수의 3차원 이미지를 획득한 것이고, 각기 다른 위치에서 스캔을 해서 획득한 3차원 영상이다. 치아의 구강스캐너 영상을 획득하기 위해서는 복수의 3차원 이미지를 정합(stitching)하는 과정을 거쳐야한다. 이 과정을 위해서는 복수의 3차원 이미지 영상이 서로 겹치게 찍어야지만 인접영상을 정합(stitching)할 수 있기 때문에 바람직하게 50~70%정도의 영상이 중첩되게 3차원 구조영상을 획득하였다. 여기서 획득한 3차원 영상을 가지고 깊이 좌표인 도 6의 621, 622, 623, 624를 획득 하였다. 도 6의 621 내지 624의 그림을 가지고 Iterative closest point algorithm(ICP 알고리즘)을 이용하여 두 개의 인접된 3차원 영상을 회전 행렬(rotation matrix) 및 translation vector를 이용하여 두 개의 3차원 영상의 정합(stitching)에 대한 에러를 줄이는 과정을 거치게 된다. 이 과정을 거처서 획득한 도 6의 611, 612를 정합(stitching)한 영상이 도 6의 631이고, 도 6의 612, 613를 정합(stitching)한 영상이 도 6의 632이고, 도6의 613, 614를 정합(stitching)한 영상이 도6의 633이다. 영상이 에러없이 정합(stitching)되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 정합(stitching)한 치아의 3차원 구조영상의 모습 예를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너의 성능을 평가하기 위해서 10개의 3차원 영상을 획득하고 이를 기반으로 정합(stitching)조건을 만족하여 순서대로 정합(stitching)하는 영상(701)과 전체 정합(stitching)된 3차원 구조영상(702)을 나타내었다
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ICP알고리즘을 이용한 두 Point Cloud의 정합(stitching)과정을 나타낸 도면으로서 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정합(stitching)을 설명한다.
신호 처리부(20)의 전기신호로 변환된 간섭신호를 통해 제어부(30)에서 획득한, 여러 장(예를 들어 500장)의 2차원 단층영상으로 구성된 3차원 이미지는 외부 형상뿐만 아니라 치아 내부의 정보도 포함해야하기 때문에 이를 3차원 볼륨(Volume) 영상으로 표현해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너 기능 구현을 위해 부분적으로 중첩되게 획득한 3차원 볼륨 영상들로부터 하나의 통합된 3차원 볼륨 영상을 생성하며, 통합 3차원 볼륨 생성 과정을 정합(stitching)이라고 한다. 순차적으로 획득한 볼륨 영상을 정합(stitching)하기 위해 ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 이용한다. ICP는 중첩되는 부분이 정확하게 일치되게 두 Point Cloud 중 하나의 Point Cloud를 이동(Translation), 회전(Rotation)시키는 알고리즘이며, 알고리즘의 입력은 두 Point Cloud, 출력은 이동 벡터(Vector)와 회전 행렬(Matrix)이다.
ICP 알고리즘은 Point Cloud를 입력으로 받기 때문에, 3차원 볼륨 영상 정합(stitching)에 ICP 알고리즘을 적용하기 위해서는 먼저 각각의 볼륨 영상으로부터 3차원 Point Cloud를 추출해야한다. 특정 임계값(Threshold) 이상의 값을 가지는 복셀(Voxel)의 좌표를 Point로 추출하며, 추출된 Point 집합을 Point Cloud라고 한다. 특정 임계값을 기준으로 Point Cloud를 추출하는 이유는 3차원 볼륨 영상에서 특징(Features)이 될 수 있는 복셀의 값은 다른 복셀들과 비교하여 높은 값을 가지기 때문이다. 예를 들어 도 6을 보면 치아 표면은 다른 영역과 비교하여 상대적으로 밝은 값(높은 복셀 값)을 가지며, 이는 볼륨 영상을 획득하는 위치에 상관없이 항상 일정하게 관찰된다.
순차적으로 입력받은 중첩된 두 개의 3차원 볼륨 영상으로부터 Point Cloud
Figure 112017003037870-pat00001
와
Figure 112017003037870-pat00002
를 추출하면 ICP 알고리즘은
Figure 112017003037870-pat00003
를 고정한 상태에서 두 Point Cloud 사이의 중첩되는 부분이 일치되게
Figure 112017003037870-pat00004
을 이동, 회전하며, 알고리즘의 출력값은
Figure 112017003037870-pat00005
의 이동 정보를 나타내는 이동 벡터
Figure 112017003037870-pat00006
와 회전 정보를 나타내는 회전 행렬
Figure 112017003037870-pat00007
이다.
ICP 알고리즘은 크게 두 Point Cloud 사이의 일치점을 구하는 Matching 단계와 일치점을 기반으로
Figure 112017003037870-pat00008
와
Figure 112017003037870-pat00009
을 계산하는 Transformation 단계로 구성되며, Matching 단계와 Transformation 단계를 반복수행하여 중첩되는 부분의 오류(차이)가 최소화가 되게
Figure 112017003037870-pat00010
에 대한
Figure 112017003037870-pat00011
과
Figure 112017003037870-pat00012
을 계산한다.
Matching 단계에서는 식 1을 이용하여
Figure 112017003037870-pat00013
에 포함된 Point
Figure 112017003037870-pat00014
와 가장 가까운
Figure 112017003037870-pat00015
에 포함된 Point
Figure 112017003037870-pat00016
을 찾는다.
Figure 112017003037870-pat00017
(1)
만약
Figure 112017003037870-pat00018
과
Figure 112017003037870-pat00019
의 차이
Figure 112017003037870-pat00020
가 임계값 이하이며, 즉 두 Point 사이의 거리가 가까우면, 두 Point를 일치점(Matching Point)
Figure 112017003037870-pat00021
이라 하며 이를 일치점 집합
Figure 112017003037870-pat00022
에 추가한다.
Figure 112017003037870-pat00023
에 포함된 모든 Point에 대해 일치점을 계산한 후 일치점 집합
Figure 112017003037870-pat00024
는 다음과 같다.
Figure 112017003037870-pat00025
(2)
여기서
Figure 112017003037870-pat00026
는 일치점 수를 나타낸다.
Transformation 단계는 식 3을 최소화하는 이동 벡터
Figure 112017003037870-pat00027
와 회전 행렬
Figure 112017003037870-pat00028
를 계산하고, 계산된 값을 이용하여
Figure 112017003037870-pat00029
에 포함된 모든 Point를 변환(Transformation)한다.
Figure 112017003037870-pat00030
(3)
여기서
Figure 112017003037870-pat00031
와
Figure 112017003037870-pat00032
는 일치점 집합
Figure 112017003037870-pat00033
에 포함된 i번째 일치점을 나타내며,
Figure 112017003037870-pat00034
는
Figure 112017003037870-pat00035
에 포함된 Point,
Figure 112017003037870-pat00036
는
Figure 112017003037870-pat00037
에 포함된 Point이다. 즉
Figure 112017003037870-pat00038
에 포함된 모든 일치점
Figure 112017003037870-pat00039
와
Figure 112017003037870-pat00040
의 차이가 최소가 되는
Figure 112017003037870-pat00041
와
Figure 112017003037870-pat00042
를 계산하며, Singular Value Decomposition(SVD)를 이용하여
Figure 112017003037870-pat00043
와
Figure 112017003037870-pat00044
를 계산한다. SVD는 평균제곱오차(MSE: Mean Square Error)를 최소화하는
Figure 112017003037870-pat00045
와
Figure 112017003037870-pat00046
를 계산하는 방법 중 가장 많이 활용되고 있는 방법이다.
Figure 112017003037870-pat00047
와
Figure 112017003037870-pat00048
를 계산한 후
Figure 112017003037870-pat00049
에 포함된 모든 Point
Figure 112017003037870-pat00050
를 다음 식을 이용하여 변환한다.
Figure 112017003037870-pat00051
(4)
도 8의 802는 Matching과 Transformation 단계를 한번 수행한 결과이며, 두 Point Cloud의 중첩 영역을 일치시키기 위해, 즉
Figure 112017003037870-pat00052
의 최적의
Figure 112017003037870-pat00053
와
Figure 112017003037870-pat00054
를 계산하기 위해 Matching과 Transformation 단계를 반복 수행한다(801 내지 804). 식 3과 4에서
Figure 112017003037870-pat00055
는 반복에 대한 고유번호를 나타내며, 초기 값을 1로 설정하고 반복이 끝날 때마다 1을 추가(
Figure 112017003037870-pat00056
)하여 각 Transformation 단계에서 계산된
Figure 112017003037870-pat00057
와
Figure 112017003037870-pat00058
를 구분한다. 반복에 대한 종료 조건은 MSE 값의 변화 또는 반복 횟수이며, 이전 Transformation 단계에서 계산된 MSE와 현재 Transformation 단계에서 계산된 MSE의 차이가 특정 임계값보다 적은 경우 또는 반복 횟수가 미리 정한 최대 반복회수 이상일 경우 반복 수행을 종료한다.
각 Transformation 단계에서
Figure 112017003037870-pat00059
는 식 (4)를 통해 변환되기 때문에 각 단계에서 계산된
Figure 112017003037870-pat00060
와
Figure 112017003037870-pat00061
는 볼륨으로부터 추출된 Point Cloud의 이동, 회전 정보가 아닌 이전 Transformation 단계에서 변환된 Point Cloud의 이동, 회전 정보를 나타낸다.
Figure 112017003037870-pat00062
에 대한 볼륨으로부터 추출된 초기
Figure 112017003037870-pat00063
의 최종 이동 벡터
Figure 112017003037870-pat00064
과 회전 행렬
Figure 112017003037870-pat00065
는 다음과 같이 각 Transformation 단계에서 계산된 이동 벡터, 회전 행렬을 누적 합, 곱하여 계산한다.
Figure 112017003037870-pat00066
Figure 112017003037870-pat00067
(5)
ICP 알고리즘을 이용하여
Figure 112017003037870-pat00068
와
Figure 112017003037870-pat00069
를 계산한 이유는 i번째 볼륨을 기준으로 i+1 번재 획득한 볼륨을 정합(stitching)하기 위함이며, 다음 식 6을 이용하여 i+1 번째 볼륨의 모든 복셀
Figure 112017003037870-pat00070
를 i 번째 볼륨에 정합(stitching)한다.
Figure 112017003037870-pat00071
(6)
예를 들어, 도 6의 631은 볼륨영상 611을 기준으로 612를 정합(stitching)한 결과이며, 도 6의 632는 612를 기준으로 613을 정합(stitching)한 결과, 도 6의 633은 613을 기준으로 614를 정합(stitching)한 결과이다.
ICP 알고리즘은 기본적으로 이전 프레임에서 획득한 3차원 영상을 기준으로 현재 프레임에서 획득한 3차원 영상을 정합(stitching)하기 위한 이동과 회전 정보를 계산한다. 예를 들어 i 번째 프레임의 3차원 영상은 i+1 번째 프레임의 3차원 영상을 기준으로 회전 및 이동 정보
Figure 112017003037870-pat00072
과
Figure 112017003037870-pat00073
을 계산한다. 획득한 모든 프레임의 3차원 영상을 하나의 좌표계로 통합하기 위해 하나의 전역 좌표계(Global Coordinate)를 설정하고 이후 획득한 3차원 영상을 전역 좌표계로 변환한다. 일반적으로 첫 번째 획득한 3차원 볼륨 영상 좌표계의 원점을 전역 좌표계의 원점을 설정하며, i 번째 프레임의 3차원 볼륨 영상을 전역 좌표계로 변환하기 위한 이동 벡터 및 회전 행렬은 다음과 같이 누적 합 및 곱을 통해 계산된다.
Figure 112017003037870-pat00074
Figure 112017003037870-pat00075
(7)
여기서
Figure 112017003037870-pat00076
와
Figure 112017003037870-pat00077
는 i 번째 프레임에서 획득한 영상을 전역 좌표계로 변환하는 회전 행렬과 이동 벡터를 나타낸다. 도 7은 중첩되게 획득한 볼륨영상을 순차적으로 정합(stitching)하는 과정을 보여주며, 입력 볼륨 영상 ICP알고리즘을 통한 두 Point Cloud의 정합(stitching)과정을 계산된
Figure 112017003037870-pat00078
과
Figure 112017003037870-pat00079
를 통해 전역좌표계로 변환하여 정합(stitching)을 수행한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법(3)의 절차를 나타낸 도면으로서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너와 도1 내지 도8을 참조하여 설명한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법(3)은 신호 출력 단계(s10), 신호 처리 단계(s20) 및 3차원 이미지 생성 단계(s30)를 포함할 수 있다.
신호 출력 단계(s10)는 스윕 소스(10)가 광신호를 출력시키는 단계를 말한다.
신호 처리 단계(s20)는 신호 처리부(@0)가 상기 광신호를 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성한 뒤, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 단계를 말한다. 이러한 신호 처리 단계(s20)는 광신호 분리 및 분리된 광신호 전송 과정(s21), 기준단 프로브 반사신호 출력 과정(s22), 샘플단 프로브 반사신호 출력 과정(s23), 반사신호 입력 과정(s24) 및 간섭신호를 생성하고 전기신호로 변환하는 과정(s25)을 포함할 수 있다.
광신호 분리 및 분리된 광신호 전송 과정(s21)은 제1 광섬유 커플러(21)가 상기 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호는 제1 써큘레이터(25)를 통해 기준단 프로브(22)로 전송하고, 상기 샘플단 프로브 신호는 제2 써큘레이터(26)를 통해 샘플단 프로브(23)로 전송하는 과정을 말한다.
기준단 프로브 반사신호 출력 과정(s22)은 기준단 프로브(22)가 상기 기준단 프로브 신호를 입력받아 생성한 기준단 프로브 반사신호를 출력하는 과정을 말하며, 샘플단 프로브 반사신호 출력 과정(s23)은 샘플단 프로브(23)가 상기 샘플단 프로브 신호를 입력받아 생성한 샘플단 프로브 반사신호를 출력하는 과정을 말한다.
반사신호 입력 과정(s24)은 제2 광섬유 커플러(24)가 제1 써큘레이터(@5)를 통해 상기 기준단 프로브 반사신호를 입력받고, 제2 써큘레이터(26)를 통해 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받는 과정을 말한다.
간섭신호를 생성하고 전기신호로 변환하는 과정(s25)은 광 검출기(27)가 제2 광섬유 커플러(24)로부터 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 결합하여 간섭신호를 생성하고 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 과정을 말한다.
3차원 이미지 생성 단계(s30)는 제어부(30)가 상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 생성하는 단계로서, FFT 및 깊이 정보 획득 과정(s31), 2차원 단층영상 생성 과정(s32), 2차원 단층영상을 이용한 3차원 이미지 구현 과정(s33) ICP알고리즘을 이용한 치아의 3차원 구조 영상 획득 과정(s34)을 포함할 수 있다.
FFT(Fast Fourier Transform) 및 깊이 정보 획득 과정(s31)은 광 검출기(27)로부터 전송받은 전기신호로 변환된 간섭신호를 대상으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 치아 등의 기 지정된 샘플의 깊이 정보를 획득하는 과정을 말한다.
2차원 단층영상 생성 과정(s32)은 상기 깊이 정보를 토대로 치아 등의 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 생성하는 과정을 말하며, 2차원 단층영상을 이용한 3차원 이미지 구현 과정(s33)은 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 결합하여 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지를 구현하는 과정이고, ICP알고리즘을 이용한 치아의 3차원 구조 영상 획득 과정(s34)은 상기 기 지정된 샘플의 복수의 3차원 이미지 및 ICP알고리즘을 이용하여 정합(Stitching)과정을 거처 사용자의 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 구현하는 과정을 말한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims (8)

  1. 사용자 구강 내 치아 3차원 구조영상을 획득하는 광단층영상시스템 기반의 3D 구강 스캐너에 있어서,
    스윕 소스로부터 출력된 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성한 뒤, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 신호 처리부; 및
    상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 생성하는 제어부를 포함하고,
    상기 스윕 소스는
    치아의 높이에 따라 다른 초점을 가지기 위해 가간접 거리(Coherence length)로 동작하는 광원이고,
    상기 샘플단 프로브의 끝단에 형광 영상을 획득하는 LED 조명을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키는 제1 광섬유 커플러;
    상기 기준단 프로브 신호를 토대로 기준단 프로브 반사신호를 생성하여 출력하는 기준단 프로브;
    상기 샘플단 프로브 신호를 토대로 샘플단 프로브 반사신호를 생성하여 출력하는 샘플단 프로브;
    상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받는 제2 광섬유 커플러;
    상기 제2 광섬유 커플러로부터 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받고 결합하여 간섭신호를 생성하고 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 광 검출기;
    상기 제1 광섬유 커플러에서 생성한 기준단 프로브 신호를 입력받아 상기 기준단 프로브로 전송하고, 상기 기준단 프로브에서 생성한 기준단 프로브 반사신호를 입력받아 상기 제2 광섬유 커플러로 전송하는 제1 써큘레이터; 및
    상기 제1 광섬유 커플러에서 생성한 샘플단 프로브 신호를 입력받아 상기 샘플단 프로브로 전송하고, 상기 샘플단 프로브에서 생성한 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 상기 제2 광섬유 커플러로 전송하는 제2 써큘레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준단 프로브는 콜리메이터, 렌즈, 거울을 구비하고, 상기 기준단 프로브 신호는 상기 콜리메이터 및 렌즈를 순서대로 통과하여 상기 거울로 입사되며, 상기 기준단 프로브 반사신호는 상기 거울로 입사된 상기 기준단 프로브 신호가 상기 거울로부터 반사되어 생성된 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 샘플단 프로브는 콜리메이터, 렌즈, 거울, MEMs mirror을 구비하고, 상기 샘플단 프로브 신호는 상기 콜리메이터, MEMs mirror, 렌즈 및 거울을 순서대로 통과하여 상기 기 지정된 샘플에 입사되고, 상기 샘플단 프로브 반사신호는 상기 샘플단 프로브 신호가 상기 기 지정된 샘플에 입사된 후 상기 기 지정된 샘플에서 튕겨져 나온 신호인 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 광 검출기로부터 전송받은 전기신호로 변환된 간섭신호를 대상으로 FFFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 상기 기 지정된 샘플의 깊이 정보를 획득하고, 상기 깊이 정보를 토대로 상기 기 지정된 샘플의 2차원 단층영상을 생성하며, 상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 결합하여 상기 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 구현하고, 상기 기 지정된 샘플의 3차원 이미지 및 ICP알고리즘을 이용하여 정합(Stitching)과정을 거처 상기 사용자 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너.
  6. 사용자 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 획득하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법에 있어서,
    스윕 소스가 광신호를 출력시키는 신호 출력 단계;
    신호 처리부가 상기 광신호를 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호로부터 생성된 기준단 프로브 반사신호와, 상기 샘플단 프로브 신호로부터 생성된 샘플단 프로브 반사신호를 결합하여 간섭신호를 생성한 뒤, 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 신호 처리 단계; 및
    제어부가 상기 전기신호로 변환된 간섭신호를 입력받아 기 지정된 샘플의 3차원 구조영상을 생성하는 3차원 이미지 생성 단계를 포함하고,
    상기 스윕 소스는
    치아의 높이에 따라 다른 초점을 가지기 위해 가간접 거리의 조절이 가능하도록 구비되고,
    상기 샘플단 프로브의 끝단에 LED 조명을 설치하여 치아의 형광 영상을 획득하는 형광 이미지 획득 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 신호 처리 단계는,
    제1 광섬유 커플러가 상기 광신호를 입력받아 기준단 프로브 신호 및 샘플단 프로브 신호로 분리시키고 상기 기준단 프로브 신호는 제1 써큘레이터를 통해 기준단 프로브로 전송하고, 상기 샘플단 프로브 신호는 제2 써큘레이터를 통해 샘플단 프로브로 전송하는 과정;
    상기 기준단 프로브가 상기 기준단 프로브 신호를 입력받아 생성한 기준단 프로브 반사신호를 출력하는 과정;
    상기 샘플단 프로브가 상기 샘플단 프로브 신호를 입력받아 생성한 샘플단 프로브 반사신호를 출력하는 과정;
    제2 광섬유 커플러가 상기 제1 써큘레이터를 통해 상기 기준단 프로브 반사신호를 입력받고, 상기 제2 써큘레이터를 통해 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받는 과정; 및
    광 검출기가 상기 제2 광섬유 커플러로부터 상기 기준단 프로브 반사신호 및 상기 샘플단 프로브 반사신호를 입력받아 결합하여 간섭신호를 생성하고 상기 간섭신호를 전기신호로 변환하는 과정을 특징으로 하는 광단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 3차원 이미지 생성 단계는 상기 제어부가,
    상기 광 검출기로부터 전송받은 전기신호로 변환된 간섭신호를 대상으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 상기 기 지정된 샘플의 깊이 정보를 획득하는 FFT 및 깊이 정보 획득 과정;
    상기 깊이 정보를 토대로 상기 기 지정된 샘플의 2차원 단층영상을 생성하는 2차원 단층영상 생성 과정;
    상기 기 지정된 샘플의 복수의 2차원 단층영상을 결합하여 상기 기 지정된 샘플의 3차원 이미지를 구현하는 2차원 단층영상을 이용한 3차원 이미지 구현 과정; 및
    상기 기 지정된 샘플의 3차원 이미지 및 ICP알고리즘을 이용하여 정합(Stitching)과정을 거처 상기 사용자 구강 내 치아의 3차원 구조영상을 획득하는 ICP알고리즘을 이용한 치아의 3차원 구조 영상 획득 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 단층영상시스템 기반 3D 구강 스캐너를 이용한 치아 상태 진단 방법.
KR1020170003624A 2017-01-10 2017-01-10 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법 KR101903424B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170003624A KR101903424B1 (ko) 2017-01-10 2017-01-10 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170003624A KR101903424B1 (ko) 2017-01-10 2017-01-10 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180082218A KR20180082218A (ko) 2018-07-18
KR101903424B1 true KR101903424B1 (ko) 2018-11-13

Family

ID=63049361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170003624A KR101903424B1 (ko) 2017-01-10 2017-01-10 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101903424B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102186709B1 (ko) 2019-09-18 2020-12-04 주식회사 뷰노 치아 병변 정보 제공 방법 및 이를 이용한 장치
KR20210033440A (ko) 2019-09-18 2021-03-26 주식회사 뷰노 치아 병변 정보 제공 방법 및 이를 이용한 장치
WO2023003383A1 (ko) * 2021-07-21 2023-01-26 주식회사 메디트 3차원 스캐너의 스캔 심도 조절을 위한 방법 및 장치
KR20230016952A (ko) 2021-07-27 2023-02-03 오스템임플란트 주식회사 3차원 치아 이미지 표시 장치 및 방법, 그리고 3차원 치아 이미지 표시 장치를 학습시키는 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102449039B1 (ko) * 2021-02-19 2022-09-29 (주) 휴비츠 광 단층 촬영 구강 스캐너 교정 장치 및 전 영역 스캔을 통한 교정 정보 획득 방법
KR102509772B1 (ko) * 2021-09-10 2023-03-15 주식회사 메디트 전자 장치 및 그의 3차원 스캐너의 스캔 이미지 처리 방법
KR102615964B1 (ko) 2023-10-17 2023-12-20 주식회사 올소비트 3d 치아스캔사진과 측면 머리부 방사선사진을 이용한 치아 교정목표 설정방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101680861B1 (ko) * 2015-10-12 2016-11-29 한국생산기술연구원 서큘레이터를 이용하여 역방향 출력을 활용하는 트리거신호 추출형 링레이저를 구비하는 광학단층촬영장치 및 이의 작동방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140097727A (ko) * 2013-01-29 2014-08-07 주식회사 오즈텍 치과용 3d 혈관 유속 촬영장치 및 그 방법
US10098715B2 (en) * 2015-06-24 2018-10-16 Dental Imaging Technologies Corporation Generating a design for a dental restorative product from dental images

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101680861B1 (ko) * 2015-10-12 2016-11-29 한국생산기술연구원 서큘레이터를 이용하여 역방향 출력을 활용하는 트리거신호 추출형 링레이저를 구비하는 광학단층촬영장치 및 이의 작동방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102186709B1 (ko) 2019-09-18 2020-12-04 주식회사 뷰노 치아 병변 정보 제공 방법 및 이를 이용한 장치
KR20210033440A (ko) 2019-09-18 2021-03-26 주식회사 뷰노 치아 병변 정보 제공 방법 및 이를 이용한 장치
WO2023003383A1 (ko) * 2021-07-21 2023-01-26 주식회사 메디트 3차원 스캐너의 스캔 심도 조절을 위한 방법 및 장치
KR20230016952A (ko) 2021-07-27 2023-02-03 오스템임플란트 주식회사 3차원 치아 이미지 표시 장치 및 방법, 그리고 3차원 치아 이미지 표시 장치를 학습시키는 방법
KR20230164633A (ko) 2021-07-27 2023-12-04 오스템임플란트 주식회사 3차원 치아 이미지 표시 장치 및 방법, 그리고 3차원 치아 이미지 표시 장치를 학습시키는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180082218A (ko) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101903424B1 (ko) 광단층영상시스템 기반 3d 구강 스캐너 및 이를 이용한 치아 상태 진단 방법
US11612326B2 (en) Estimating a surface texture of a tooth
US7823782B2 (en) Dental optical coherence tomograph
JP5654583B2 (ja) 焦点操作装置
DK2732434T3 (en) DETECTING A MOVABLE ITEM BY 3D SCANNING OF A RIGGET ITEM
WO2017144628A1 (en) Guided surgery apparatus and method
WO2016092402A1 (en) Intraoral scanning using ultrasound and optical scan data
US10728434B2 (en) Optical coherence tomography imaging system
JP2008504049A (ja) 光断層映像法による画像化
EP3496591A1 (en) Automatic intraoral 3d scanner with low coherence ranging
JP2008194107A (ja) 歯科用３次元上特性測定・表示装置
JP2022516487A (ja) 下顎と上顎の３ｄセグメンテーション
JP6952724B2 (ja) 歯表面を撮像するための方法
EP4014846A1 (en) Tomography convergence-type oral scanner
KR20140097727A (ko) 치과용 3d 혈관 유속 촬영장치 및 그 방법
CN112245045B (zh) 一种基于光学相干层析成像原理的口腔扫描装置
CN210727899U (zh) 一种手持式口腔扫描装置
Galantucci et al. New 3D digitizer for human faces based on digital close range photogrammetry: Application to face symmetry analysis
EP4230119A1 (en) Intraoral scanner having tomographic imaging function and method for detecting cracks in oral structures using the same
Kau Three‐Dimensional Surface Acquisition Systems for Facial Analysis
WO2022212507A1 (en) Optical coherence tomography for intra-oral scanning
Karbacher et al. FaceSCAN3D–photorealistic 3D images for medical applications

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant