KR101985919B1 - 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 의하면, 가이드 라이브러리를 기초로 가이드 형상을 결정하여 제공함으로써, 가이드 형상을 결정하기 위한 별도의 사용자 입력이 생략되어 가이드 설계 시간이 단축될 뿐 아니라, 사용자의 편의성이 크게 향상된다.

Description

치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체{METHOD FOR DESIGNING A DENTAL SURGICAL GUIDE, APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM THEREOF}

본 발명은 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 임플란트 시술을 가이드 하는 서지컬 가이드를 디지털 설계하는 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.

치아를 대체하기 위한 임플란트 시술에는 치은(Gingiva)을 절개하여 치조골을 노출시키고, 그 위에 드릴을 이용하여 픽스처(Fixture)가 식립되는 홀(Hole)을 형성하는 과정이 수반된다. 이와 같이 홀을 형성하는 천공작업 수행 시 시술자가 치조골에 형성하는 홀의 위치 및 픽스처의 식립방향을 가이드하기 위한 보조기구로 서지컬 가이드가 활용된다. 서지컬 가이드는 소프트웨어 프로그램상에서 디자인되고, 디자인 결과물에 따라 3D 프린터 등으로 출력하여 실물로 생성되고 있다.

도 1은 서지컬 가이드의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 서지컬 가이드는 치조골에 홀을 형성할 때 드릴이 삽입되는 가이드 홀(Guide hole, 1a)과 드릴의 위치를 안내하는 드릴 가이드(1b), 및 치은이나 치아를 커버하고 서지컬 가이드의 본체 역할을 하는 가이드 서포트(1c)를 포함한다. 여기서 가이드 서포트는 전체 치아를 커버하도록 형성될 수도 있으나, 임플란트 시술대상 치아 개수와 위치 등에 따라 시술대상 치아와 가까이 위치한 주변 치아와 주변 치은 표면만을 커버하도록 부분적으로 형성될 수도 있다. 이처럼, 서지컬 가이드의 형상은 시술대상 치아의 위치에 따라 결정된다.

서지컬 가이드의 디지털 설계를 제공하는 종래 프로그램에 따르면, 사용자가 시술대상 치아 주변으로 서지컬 가이드가 생성되는 영역을 수동으로 결정하고 있다. 이에 따르면, 시술대상 치아 번호가 서로 동일한 환자에 대해서도 사용자가 구강 영상을 보고 서지컬 가이드 영역, 형상, 높이, 폭 등을 설정하는 일련의 과정을 반복해야 하므로 설계 시간이 다수 소요될 뿐 아니라, 사용자의 경험이나 지식의 정도에 따라 설계 정확도에 있어서도 사용자 간 편차가 크게 나타나는 문제점이 있다.

한편, 임플란트 시술시 서지컬 가이드는 크라운(Crown)과 치은을 덮도록 크라운 상단에서부터 하단 방향으로 환자에 장착된다. 이때, 크라운은 최상단으로부터 아래로 내려갈수록 둘레가 점차 커지다가 둘레가 가장 두꺼운 부분인 최대풍융부(Maximum convexity)가 지난 지점부터는 다시 좁아지는 형상을 가진다. 따라서, 치은과 크라운의 경계부분인 치경부(Cervical) 둘레에 맞추어 서지컬 가이드의 폭을 설정하면 장착시 최대풍융부에서 걸려 가이드가 손상될 수 있기 때문에 서지컬 가이드의 폭은 크라운의 전체적인 둘레를 고려하여 결정되어야 한다.

이에 관하여 종래의 가이드 설계 프로그램을 살펴보면, 사용자가 치아영상을 이리저리 돌려보면서 크라운의 전체적인 둘레를 눈으로 파악하고 이에 맞추어 서지컬 가이드의 폭을 대략적으로 결정하고 있다. 이때, 서지컬 가이드의 폭이 너무 크면 서지컬 가이드와 크라운 및 치은 사이에 공간이 존재하여 헐겁게 장착되기 때문에 임플란트 시술을 위한 드릴링시 서지컬 가이드가 제대로 고정되지 않아 정확한 위치에 임플란트를 식립하는 것이 어려워진다. 반대로, 서지컬 가이드의 폭이 너무 작으면 구강에 장착될 때 가이드가 손상될 위험이 존재한다.

서지컬 가이드는 임플란트 시술의 성패와 직결될 수도 있기 때문에 중요한 의미를 가지지만 종래 프로그램에 따르면 서지컬 가이드의 설계시 사용자의 직관적인 판단이나 경험에 대한 의존도가 높아 설계 정확도가 크게 떨어지며, 각 환자마다 사용자가 서지컬 가이드 설계를 위한 일련의 작업을 반복해야 하기 때문에 효율성이 크게 저하되는 문제점이 존재한다.

[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국공개특허 제2017-0013678호(2017.02.07)

본 발명은 서지컬 가이드의 디지털 설계시 사용자의 판단이나 경험에 의존하여 서지컬 가이드 영역, 높이, 형상 등의 구체적 속성을 결정함으로써 설계 정확도가 떨어질 뿐만 아니라, 각 환자에 대해서 일련의 복잡한 과정이 반복되어 설계 효율성이 저하되는 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 사용자에 의한 수동 입력을 최소화하면서도 환자의 치아구조에 최적화된 서지컬 가이드를 설계할 수 있는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 서지컬 가이드의 디지털 설계를 제공하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 의하여 수행되는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 있어서, 환자의 구강 영상을 획득하는 단계; 임플란트 대상 치아 번호에 따른 서지컬 가이드의 형상 정보를 보유하고 있는 가이드 라이브러리를 기초로 상기 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 상기 서지컬 가이드의 형상을 결정하는 단계; 및 결정된 상기 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계를 포함하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 의하여 달성될 수 있다.

여기에, 상기 구강 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계는, 상기 서지컬 가이드의 중심라인이 상기 치열궁 라인에 대응되는 위치에 상기 서지컬 가이드를 생성할 수 있다.

또한, 미리 수행된 임플란트 플래닝에 따른 픽스처 식립위치에 대응하여 상기 서지컬 가이드에 형성되는 치조골 천공을 위한 드릴이 삽입되는 가이드 홀의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 단계; 및 상기 치은 평면의 위치를 기초로 상기 서지컬 가이드의 높이를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 단계; 상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드와 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면 사이에 갭이 부여될 언더컷 영역을 산출하는 단계; 및 상기 언더컷 영역을 반영하여 상기 서지컬 가이드의 내부 형상을 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 언더컷 영역을 산출하는 단계는, 상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향을 결정하는 단계; 상기 구강 영상에 상기 구강 삽입 방향에 대응하는 복수의 직선을 생성하는 단계; 및 상기 직선과 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면이 접하는 접점의 위치를 기초로 상기 언더컷 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드 라이브러리는, 상기 서지컬 가이드의 형상에 대응하여 텍스트가 삽입되는 텍스트 바의 위치 정보와 시술시 상기 서지컬 가이드의 장착상태를 파악하도록 형성되는 개구에 해당하는 가이드 창의 위치 정보를 더 포함할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 가이드 라이브러리는, 환자의 연령, 성별, 인종, 치열궁 라인의 형태 중 적어도 어느 하나의 요소에 따른 상기 서지컬 가이드의 형상 정보를 포함하는 것으로 세분화될 수도 있다.

한편, 상기 구강 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계는, 상기 치열궁 라인의 길이 또는 곡률을 기초로 상기 가이드 라이브러리에 따른 상기 서지컬 가이드의 형상을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.

상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 서지컬 가이드의 디지털 설계를 제공하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 있어서, 환자의 구강 영상을 생성하는 영상획득부; 임플란트 대상 치아 번호에 따른 서지컬 가이드의 형상 정보를 보유하고 있는 가이드 라이브러리; 및 상기 가이드 라이브러리를 기초로 상기 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 상기 서지컬 가이드의 형상을 결정하고, 결정된 상기 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 가이드 생성부를 포함하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 의해서도 달성될 수 있다.

또한, 상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 평면생성부; 및 상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드와 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면 사이에 갭이 부여될 언더컷 영역을 산출하는 언더컷 산출부를 더 포함하며, 상기 가이드 생성부는, 상기 언더컷 영역을 반영하여 상기 서지컬 가이드의 내부 형상을 결정할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가이드 라이브러리를 통하여 서지컬 가이드의 기본 형상을 결정하고, 언더컷 영역이 반영된 서지컬 가이드 형상을 제공함으로써 가이드 형상을 결정하기 위한 별도의 사용자 입력이 생략되어 가이드 설계 시간이 단축될 뿐 아니라, 사용자의 편의성이 크게 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상실 치아 번호 케이스 뿐 아니라, 환자의 성별, 연령, 인종, 치열궁 형태에 따라 가이드 라이브러리를 다각화함으로써 다양한 환자에 대한 적용 가능성을 높이고 각 환자의 치아구조에 적합한 서지컬 가이드를 설계할 수 있다.

도 1은 서지컬 가이드의 개략적인 구조를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치의 구성을 나타낸 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평면생성부에 의하여 생성되는 치은 평면을 설명하기 위한 참고도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된 구강 스캔 영상의 예;
도 5는 서지컬 가이드의 언더컷 영역을 설명하기 위한 참고도;
도 7은 서지컬 가이드의 위치를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 참고도;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 언더컷 영역의 산출 방법의 일 예를 나타낸 흐름도;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향의 결정 방법을 설명하기 위한 참고도;
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 언더컷 영역을 결정하는 방법을 설명하기 위한 참고도;
도 11은 산출된 언더컷 영역이 구강 영상에 표시된 화면의 일 예;
도 12는 언더컷 영역이 반영된 서지컬 가이드 형상의 일부에 대한 예시를 보여주는 도면; 및
도 13은 서지컬 가이드가 구강 영상에 생성된 예시를 보여주는 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치는 임플란트 시술을 위한 치조골 천공 작업시 드릴의 천공 위치, 천공 깊이, 픽스처 식립 방향을 가이드하기 위한 보조기구인 서지컬 가이드의 컴퓨터 지원 설계를 수행한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100)는 사용자 인터페이스부(10), 영상획득부(20), 평면생성부(30), 치열궁 생성부(40), 플래닝부(50), 가이드 라이브러리(60), 언더컷 산출부(70), 및 가이드 생성부(80)를 포함한다.

사용자 인터페이스부(10)는 사용자로부터 필요한 정보를 입력받고, 정보를 표시하기 위함으로, 마우스, 키보드, 버튼, 키패드 등의 정보 입력을 위한 입력수단, 입력 메뉴와 처리 결과 등을 비롯하여 각종 영상 및 정보를 표시하는 디스플레이 수단, 입출력을 하나의 디바이스를 통해 제공하는 터치스크린 등을 비롯하여 다양한 입출력 수단으로 구현될 수 있다.

영상획득부(20)는 환자의 구강 영상을 획득한다. 여기서 구강 영상은 환자의 치아 배열이 나타난 2차원, 3차원 등의 다차원 영상을 의미하는 것으로, CT(Computed Tomography), X-ray, MRI(Magnetic Resonance Imaging), 치아 파노라마 영상, 구강 스캔 영상 등과 같이 촬영 장치(미도시)에 의하여 획득된 영상 자체뿐만 아니라 이들 영상을 재구성, 정합, 분할(Segmentation) 등의 영상 처리를 거쳐 생성된 영상 등을 포괄한다.

이를 위하여, 영상획득부(20)는 촬영 장치를 통하여 획득된 데이터를 재구성, 정합, 분할하기 위한 각종 알고리즘을 내장하고 알고리즘을 이용하여 구강 영상을 생성한다. 예컨대, 영상획득부(20)는 구강 영상 생성을 위하여 CT 촬영 장치를 통해 획득된 영상 데이터를 고속 퓨리에 변환(Fast Furier Transform, FFT) 등을 활용하여 3차원 영상을 재구성하거나 또는 다면 재구성(Multi-planar reforamtion, MPR), 곡면 재구성(Curved-planar reformation, CPR) 알고리즘을 기초로 단면 영상을 재구성 처리할 수 있다. 또한, CT 영상과 구강 스캔 영상과 같이 서로 다른 종류의 영상에서 대응되는 특징점을 기초로 두 영상의 좌표계를 일치시키는 정합처리를 수행할 수 있다. 이와 같이, 촬영 장치를 통해 획득된 영상 데이터를 처리하여 재구성, 정합 처리하거나, 영상의 밝기나 색상 값을 기초로 특정 영역을 분할 처리하는 영상 처리 알고리즘은 널리 알려져 있는바, 간략화를 위하여 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

평면생성부(30)는 구강 영상을 기초로 치은 평면을 생성한다. 치은 평면은 치은 상부 경계에 대응하는 평면을 의미한다. 치은 평면을 생성하는 구강 영상의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니나, 치은을 포함한 연조직이 선명하게 보이는 구강 스캔 영상을 기초로 생성되는 것이 바람직하다. 참고로, 하나의 구강 영상에 치은 평면을 생성하면, 영상 정합을 통하여 좌표계를 일치시킴으로써 다른 종류의 구강 영상에서도 생성된 치은 평면의 위치를 공유할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 평면생성부(30)에 의하여 생성되는 치은 평면을 설명하기 위한 참고도이다.

도 3을 참조하면, 유리치은(Margin gingiva, 301)은 치아의 치경 부위(Cervical margin)를 둘러싸고 있는 깃(Collar) 모양의 치은이고, 유두치은(Papillary gingiva, 303)은 유리치은 중 치아와 치아 사이의 삼각형의 공간(Embrasure)을 채우고 있는 피라미드 모양의 치은을 의미한다.

여기서, 치은 평면의 생성 기준이 되는 치은 상부 경계는 치아와 유리치은이 접하는 경계(b1) 또는 유두치은의 경계(b2)가 될 수 있다.

이때, 치은의 위치마다 그 높이가 상이하여 하나의 평면상에 존재하지 못하는 경우가 많기 때문에 치은 평면은 모든 치은 상부 경계에 정확히 접하지 않더라도 평면의 일부가 적어도 어느 일부 치은 상부 경계에 접하도록 생성될 수 있다.

예컨대, 치은 평면은 임플란트 대상이 되는 상실 치아에 근접한 치은의 상부 경계에 접하고, 그 외 치은 상부 경계와 최대한 근접하게 위치하도록 적절한 기울기로 결정될 수 있다. 이와 같이 생성함으로써, 어버트먼트, 픽스처, 크라운 등의 임플란트 객체의 위치나 각도를 결정하는 임플란트 플래닝을 수행하거나 서지컬 가이드를 설계할 때에 치은 평면이 유용하게 활용될 수 있다.

평면생성부(30)는 구강 영상의 밝기, 색상, 영상 객체의 형태 등을 분석하는 알고리즘을 기초로 크라운과 치은을 구분하는 치은 상부 경계 상의 점을 인식하거나 기계 학습(Machine learning)을 통하여 치은 상부 경계 상의 점을 자동으로 인식하여 해당 점들을 포함하거나 또는 이와 근접하게 치은 평면을 생성할 수 있다. 또는, 평면생성부(30)는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 치은 평면 생성의 기준이 되는 치은 경계 상의 점들을 입력받고, 이를 기초로 치은 평면을 생성할 수도 있다.

치은 평면을 생성하기 위하여 인식, 또는 입력되는 점의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니나, 하나의 평면을 생성하기 위하여 3개의 점을 입력하는 것이 바람직하다. 만약 3개 미만의 점이 입력되거나 인식된 때에는 해당 점을 포함하는 평면을 생성하되, 평면의 구체적인 기울기는 치은의 위치나 각도에 관한 통계 데이터나 기준 데이터를 적용하여 결정될 수 있다. 또한, 3개를 넘어서는 점이 정의된 때에는 모든 점을 포함하는 평면이 존재하지 않을 수 있는데, 이 경우에는 점들의 위치를 기초로 보간(Interpolation)하여 최대한 정의된 점들에 근접한 하나의 평면을 결정할 수 있다. 이를 위하여, 평면생성부(30)는 치은 평면을 생성하기 위한 기준 데이터나 보간 알고리즘을 저장할 수 있다.

치열궁 생성부(40)는 구강 영상을 기초로 환자의 치열이 형성하는 곡선인 치열궁 라인을 생성한다. 치열궁 라인은 CT 영상을 재구성하여 파노라마 영상(Panoramic image)의 생성시에도 활용되는 곡선으로 치열궁 라인의 생성을 위한 다양한 알고리즘이 공지되어 있다. 치열궁 라인은 밝기, 색상, 형상 등을 기반으로 한 영상 인식 알고리즘을 통하여 전치의 절연, 견치의 첨두, 대구치의 협측교두의 첨두 등을 인식하여 치열궁 라인을 생성하는 자동 생성 방식, 또는 전적으로 사용자 인터페이스부(10)를 통한 사용자 입력에 기반하여 생성하는 수동방식, 사용자로부터 일부 입력을 받고, 이를 이용하여 전체 치열궁 라인을 생성하는 반자동 방식으로 생성될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된 구강 스캔 영상의 예를 보여준다.

화면의 A 영역은 치은 평면(GP)과 치열궁 라인(DL)이 중첩 표시된 하악 스캔 영상이고, B 영역은 여러 각도에 따른 하악 스캔 영상으로서 치은 평면과 치은 평면을 생성하는 기준이 된 세 개의 점(P1, P2, P3)의 위치를 파악할 수 있다.

도 4를 참조하면, 치은 평면이 세 개의 점(P1, P2, P3)을 포함하도록 형성된 것을 보여주는 것으로, P1, P2, P3은 치은 상부 경계상에 각각 위치한 것을 확인할 수 있다. 참고로, 도 4에서는 치은 평면이 유두치은에 접하도록 생성된 예를 보여주지만, 전술된 바와 같이, 치은 평면은 치아와 유리치은의 경계에 접하도록 생성될 수도 있음은 물론이다.

치은 평면을 생성하기 위한 점은 치은 상부 경계상에 또는 이에 근접하게 존재한다면 그 위치는 특별히 한정되지 않으나 치은 평면이 최대한 전체 치은 경계를 반영하기 위해서는 도 4와 같이 복수의 점이 서로 이격된 위치에 존재하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에서 치열궁 라인(DL)은 전치 사이의 점(P4), 대구치 사이의 점(P5, P6)으로서 3개의 점을 이용하여 생성된 예를 보여주지만, 점의 위치나 그 개수는 반드시 이에 한정되는 것이 아니며 치열궁 라인이 환자의 치열궁에 가깝게 형성되도록 수동 또는 자동으로 적절한 위치 및 개수로 결정될 수 있다.

치열궁 생성부(40)는 도 4와 같이 생성된 치열궁 라인상에 컨트롤 포인트(Control Point, CP)를 배치하여 사용자가 치열궁 라인의 형태나 길이를 조정하도록 할 수 있다.

도 4에서는 구강 스캔 영상 기반으로 치열궁 라인이 생성된 예를 보여주지만, 치열궁 라인은 CT 영상 기반으로 생성될 수도 있다. 이때에도, 영상 인식을 통한 자동 생성 방식, 수동 생성 방식, 또는 반자동 생성 방식을 통하여 생성될 수 있음은 동일하다. 한편, CT 영상에서 치열궁 라인을 생성할 때 치열궁 라인은 치은 평면 상에서 생성될 수 있다. 이와 같이, 치은 평면 상에 치열궁 라인을 생성함으로써 CT 영상 데이터에서 치열궁 라인을 생성할 슬라이스(Slice)를 찾는 과정이 생략될 수 있다. 또한, 구강 스캔 영상과 CT 영상 중 어느 하나의 구강 영상을 기반으로 치열궁 라인을 생성하더라도 영상 정합을 통하여 좌표계가 서로 일치된 상태에서는 어느 한쪽 영상에서 생성된 치열궁 라인의 위치가 다른 영상에서도 공유될 수 있음은 물론이다.

플래닝부(50)는 구강 영상, 예컨대, 구강 스캔 영상, 파노라마 영상, 다면 재구성 영상 등과 같이 재구성된 영상을 포함하는 CT 영상, 두 영상을 정합한 영상 등을 기초로 임플란트 객체의 크기, 위치, 각도 등을 결정하는 임플란트 플래닝을 수행한다. 임플란트 객체는 임플란트를 구성하는 요소로서 픽스처, 크라운, 어버트먼트(Abutment) 등을 포함한다.

플래닝부(50)는 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도 등을 결정하는 일련의 플래닝 과정을 전적으로 사용자 인터페이스부(10)를 통한 입력에 기초하여 수행할 수도 있으나, 플래닝부(50)는 치아가 상실된 영역과 치아가 존재하는 영역은 구강 영상에서 색상이나 밝기가 서로 다르게 나타남을 이용하여 영상의 픽셀이나 복셀 값을 기초로 치아 상실 영역을 검출하고, 검출된 치아 상실 영역에 임플란트 객체를 자동으로 배치할 수도 있다. 예컨대, 치아가 상실된 부분과 치아가 존재하는 부분은 밀도가 상이하기 때문에, X선의 감쇄율이 달라 CT 영상에서 밝기가 서로 다르게 나타난다. 치아가 상실된 부분이 상대적으로 어둡게 나타나게 된다.

임플란트 객체의 자동 배치시, 크라운과 픽스처 간의 거리, 인접한 픽스처 간의 거리, 치아별 크기, 상실된 치아번호에 적합한 임플란트 객체를 선택하기 위한 정보 등 의학적으로 검증되어 업계에서 통용되는 권장 시술 가이드 정보 또는 사용자로부터 경험적으로 검증되어 입력된 기준 정보나 통계정보가 활용될 수 있다.

플래닝부(50)는 임플란트 플래닝시 치은 평면과 치열궁 라인을 활용할 수 있다. 예컨대, 플래닝부(50)는 구강 영상의 치아 상실 영역에 크라운을 생성할 때, 크라운의 중심이 치열궁 라인 상에 놓이도록 생성할 수 있다.

또한, 플래닝부(50)는 크라운의 하부가 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서지 않도록 생성할 수 있으며, 사용자 인터페이스부(10)를 통한 입력을 기초로 크라운의 위치 변경이 이루어질 때에도 치은 평면을 기초로 변경 범위를 제한할 수 있다. 크라운은 사실상 치은 위에 위치하는 것으로 치은 영역을 많이 침범할 수 없기 때문이다. 또한, 치은 평면이 임플란트 대상이 되는 상실 치아의 치은 상부 경계에 접하도록 생성된 경우에는 크라운의 하부가 치은 평면에 접하도록 생성할 수도 있다.

이와 같이, 플래닝부(50)는 크라운의 생성 위치 내지는 이동 범위를 결정하는데 치은 평면을 활용함으로써, 사용자가 대략적으로 치은의 위치를 판단하고 크라운을 배치하는 종래기술에 비하여 수정 작업을 최소화할 수 있으며, 크라운의 위치를 더욱 정확하게 결정할 수 있게 된다.

플래닝부(50)는 선행된 크라운 플래닝 결과를 기초로 픽스처, 어버트먼트 등의 위치와 식립각도를 결정한다. 플래닝부(50)는 크라운의 중심축과 픽스처의 중심축이 일치되도록 픽스처를 식립하는 등의 크라운의 중심축 대비 픽스처의 식립각도, 크라운-픽스처 간 거리, 크라운-어버트먼트 간 거리와 같이 하나의 임플란트를 구성하는 각 객체 간 거리, 인접 픽스처 간 거리와 같이 인접한 위치에 식립되는 동종 객체 간 거리 등에 관한 기준 정보를 미리 저장하고 이를 기초로 픽스처, 어버트먼트의 위치와 식립각도를 결정할 수 있다.

가이드 라이브러리(60)는 임플란트 대상 치아 번호에 따른 서지컬 가이드의 형상 정보를 보유하고 있다.

예를 들어서, 하악 좌측 제1 대구치인 36번 치아가 상실되어 임플란트 시술이 필요하다고 가정할 때, 서지컬 가이드는 하악 전체를 커버하는 형상이 아닌 36번 치아 부근의 일부 하악을 커버하는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 이와는 달리, 36번 치아 외에도 우측의 제2 대구치인 47번 치아가 추가로 상실되었다면 좌측과 우측을 모두 커버할 수 있도록 서지컬 가이드가 전체 하악의 치열궁에 대응하는 형상을 가질 필요가 있다.

이처럼, 가이드 라이브러리(60)는 치아가 상실되어 임플란트 시술 대상이 되는 치아 번호 케이스에 각각 대응되는 서지컬 가이드의 형상 정보, 예컨대, 전체 형상, 또는 일부 형상과 같이 커버되는 면적, 가이드 크기, 형상 곡률, 가이드 높이, 가이드 두께, 가이드 폭 등에 관한 정보를 포함한다. 서지컬 가이드의 형상은 하악 또는 상악 전체를 커버하는 전체 형상 또는 일부를 커버하는 일부 형상으로 크게 구분할 수 있고, 일부 형상에 대해서도 시술 대상 치아 번호에 따라 커버되는 면적, 형상의 곡률이 달라질 수 있다. 또한, 가이드 라이브러리(60)는 상악과 하악을 구분하여 각각 형상 정보를 보유할 수 있으며, 환자의 성별, 연령, 인종에 따라서도 각각 마련될 수 있다. 이는 성별, 연령, 인종에 따라 치열궁의 곡률이나 길이 등이 서로 상이함을 반영한 것이다.

뿐만 아니라, 가이드 라이브러리(60)는 치열궁의 형태에 따라 치아 번호 케이스에 대응되는 서지컬 가이드 형상 정보를 각각 보유할 수도 있다. 예를 들어, 치열궁은 사각형(Square), 뾰족형(Tapered), 계란형(Oval) 등의 형태로 구분이 가능하며, 이와 같은 치열궁 형태는 서지컬 가이드의 곡률 등과 밀접한 연관이 있음을 반영한 것이다.

가이드 라이브러리(60)는 다양한 임상 케이스를 통하여 축적된 통계적, 실험적인 데이터를 기초로 구축될 수 있으며, 사용자의 서지컬 가이드 설계 히스토리를 반영하여 가이드 라이브러리(60)에 새로운 형상 정보가 추가되거나 지속적으로 갱신될 수도 있음은 물론이다.

한편, 전술된 가이드 형상 정보 외에도 가이드 라이브러리(60)는 서지컬 가이드의 형상에 대응하여 서지컬 가이드 상에 생성되는 텍스트 바와 가이드 창의 위치 정보를 포함할 수도 있다. 여기서, 텍스트 바는 환자이름, 병원명, 차트 번호 등 서지컬 가이드를 관리하는데 필요한 각종 텍스트 데이터가 기입되는 라벨의 일종이며, 가이드 창은 임플란트 시술시 서지컬 가이드의 장착상태를 파악하기 위하여 임플란트 시술 대상 영역 주변으로 형성되는 개구를 의미한다.

예컨대, 텍스트 바는 서지컬 가이드가 하악 또는 상악의 전체를 커버하는 전체 형상을 가질 때에는 혀(Tongue)를 가로질러 좌측과 우측을 연결하는 곳에 위치할 수 있으며, 부분 형상의 경우 시술시 방해가 되지 않도록 시술 대상 치아를 벗어난 곳에 위치할 수 있을 것이다. 또한, 가이드 창은 시술 대상 치아에 인접한 2개의 연속 치아 사이를 파악할 수 있는 곳에 위치할 수 있다.

언더컷 산출부(70)는 서지컬 가이드의 언더컷 영역을 산출한다.

도 5는 서지컬 가이드의 언더컷 영역을 설명하기 위한 참고도로서, 서지컬 가이드가 장착된 하나의 치아에 대한 설측/협측 방향으로의 단면을 보여준다.

도 5를 참조하면, 치아는 목(Neck) 부분인 치경(501)을 향하여 점차 좁아지는 형상을 가지기 때문에 치아 형상에 맞추어 서지컬 가이드(S)를 제작하면 구강에 장착시 손상을 입을 수 있다. 이에, 언더컷 영역(UC)은 구강 내 원활한 장착을 위하여 서지컬 가이드와 구강 객체의 표면 사이에 소정의 갭(Gap)이 부여되는 영역을 의미한다.

언더컷 산출부(70)는 평면생성부(30)에 의하여 생성된 치은 평면의 기울기를 기초로 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향을 결정하고, 구강 삽입 방향의 직선을 구강 영상에 생성하여 직선과 구강 영상 내 영상 객체에 해당하는 구강 객체의 표면이 접하는 접점의 위치를 기초로 언더컷 영역을 산출할 수 있다.

가이드 생성부(80)는 가이드 라이브러리(60)로부터 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 서지컬 가이드의 형상을 결정하고, 결정된 형상에 따른 서지컬 가이드를 생성한다.

이때, 서지컬 가이드가 치은이나 치아에 직접 접촉되는 내부 형상은 언더컷 산출부(70)에 의하여 산출된 언더컷 영역을 반영하여 생성한다. 언더컷 영역에서는 구강 객체와 소정 거리 이격된 갭이 부여되도록 내부 형상 일부가 제거됨으로써 시술시 서지컬 가이드가 환자의 구강에 원활하게 장착되도록 한다. 이와 같이 언더컷 영역을 내부 형상에 반영시, 외부 형상은 그대로 두고 내부 형상만 변경될 수도 있으나, 이 과정에서 서지컬 두께가 다른 부분에 비하여 얇아질 수 있으므로 서지컬 두께가 전체적으로 균등하게 유지되도록 외부 형상도 함께 변경될 수도 있음은 물론이다.

여기서, 상실 치아 번호는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자에게 직접 입력받거나, 환자 내원에 따라 환자의 진료 정보, 치아 상태 등이 기록된 차트 데이터를 관리하는 전자의무기록(Electronic Medical Record, EMR) 서버 등과 연동되어 상실 치아 번호에 관한 정보를 수신할 수도 있다. 또는, 치아간 경계에서는 색상이나 밝기 값이 변함을 이용하여 각 치아 영역을 분할한 후 분할된 치아 영역마다 치아 번호를 할당하고, 상실된 치아 영역과 치아가 존재하는 다른 영역 간 색상이나 밝기의 차이를 기초로 치아 상실 영역을 검출하여 상실 치아 번호를 파악할 수도 있을 것이다. 참고로, 치아 영역은 클러스터링 기법(Clustering method), 압축 기반 기법(Compression-based method), 히스토그램 기반 기법(Histogram-based method), 윤곽선 검출 기법(Edge detection method), 영역 성장 기법(Region growing method) 등 다양한 공지된 영상 분할 기법을 이용하여 분할될 수 있다.

가이드 생성부(80)가 가이드 라이브러리(60)로부터 가이드의 형상을 불러와 서지컬 가이드를 생성할 때, 서지컬 가이드의 위치는 서지컬 가이드의 중심 라인과 치열궁 생성부(40)에 의한 치열궁 라인이 대응되도록 결정될 수 있다.

또한, 서지컬 가이드의 높이는 임플란트 시술에 있어서 중요한데, 예컨대, 가이드 높이가 지나치게 낮으면 서지컬 가이드가 환자 구강에 잘 고정되지 않아 드릴링시 가이드가 움직일 수 있는 위험이 존재하며, 반대로 높이가 너무 높으면 환자 치은에 통증을 유발할 가능성이 있다. 이에, 가이드 생성부(80)는 평면생성부(30)를 통해 생성된 치은 평면의 위치를 기초로 서지컬 가이드의 높이를 결정함으로써 사용자가 임의로 가이드 높이를 결정하는 종래기술에 비하여 환자의 구강에 맞춤화된 서지컬 가이드를 설계할 수 있다.

한편, 전술된 바와 같이, 가이드 생성부(80)는 서지컬 가이드의 기본 형상은 가이드 라이브러리(60)를 기초로 결정하고, 서지컬 가이드에 형성되는 가이드 홀은 플래닝부(50)에 의하여 플래닝된 픽스처의 식립위치를 고려하여 결정한다. 여기서, 가이드 홀은 임플란트 시술시 치조골 천공을 위한 드릴과 임플란트 객체가 삽입되는 홀을 의미한다. 가이드 생성부(80)는 가이드 홀의 위치는 플래닝부(50)에 의한 픽스처 식립위치에 대응되도록 결정하고 가이드 홀의 직경은 픽스처의 너비에 의하여 결정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100)는 가이드 라이브러리(60)를 활용함으로서 각 환자마다 서지컬 가이드의 영역 내지 형상을 설계하기 위한 일련의 과정을 반복하지 않아도 되기 때문에 사용자의 편의성이 크게 향상되며 설계 시간이 단축되는 효과가 있다.

다만, 가이드 라이브러리(60)는 다수 일반인들의 구강 크기나 형태에 기반하여 생성된 것으로서, 구강 형태나 형상이 일반적인 범주에서 벗어나 가이드 라이브러리(60)의 형상이 환자에 정확하게 맞지 않는 케이스가 존재할 수도 있다. 이를 위하여, 가이드 생성부(80)는 서지컬 가이드를 최종적으로 생성하기 전에 가이드 라이브러리(60)에 따른 가이드 형상을 그대로 활용하지 않고 환자의 치열궁 라인의 길이, 곡률 등을 기초로 가이드 형상을 보정하여 환자에 보다 적합하게 커스터마이징(Customizing)할 수도 있다.

예를 들어, 가이드 라이브러리(60)에 따른 가이드 형상의 기준이 된 치열궁 라인의 길이에 비하여 환자의 실제 치열궁 라인의 길이가 기설정된 기준치 이상 짧은 경우 가이드 형상의 길이를 축소할 수 있고, 반대로 기준치 이상 긴 경우 가이드 형상의 길이를 연장할 수 있을 것이다. 또한, 환자의 실제 치열궁 곡률이 가이드 라이브러리(60)에 따른 가이드 형상의 기준 곡률보다 기준치 이상 크거나 작은 경우, 이에 대응하여 가이드 형상의 곡률을 조정할 수 있다.

가이드 생성부(80)를 통하여 최종적으로 생성된 서지컬 가이드는 구강 영상에 표시되고, 사용자는 구강 영상에서 서지컬 가이드를 수정하거나 보완할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 6을 참조하여, 전술된 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100) 구성의 유기적인 동작을 살펴보기로 한다.

도 6을 참조하면, 영상획득부(10)가 CT 장비나 구강 스캐너 등의 촬영 장비를 통하여 임플란트 시술이 필요한 환자의 치아배열이 나타난 구강 영상을 획득하는 것이 전제된다(S10). 이와 더불어, 촬영된 영상에서 노이즈를 처리하거나 기울기 등을 보정하는 등의 영상 전처리 과정, CT 영상과 구강 스캔 영상과 같이 서로 다른 영상을 정합하는 과정, 영상을 3차원 영상 및 단면 영상으로 재구성하는 과정이 수반될 수 있다.

이와 같이 획득된 구강 영상에 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된다(S20).

평면생성부(30)는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 입력된 점을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성할 수 있으며, 또는, 구강 영상에서 밝기, 색상이나 객체 형상 등을 기초로 치은 상부 경계상의 점들을 인식하여 자동으로 치은 평면을 생성하도록 구현될 수도 있다.

한편, 치은 평면이 임플란트 플래닝을 위한 시뮬레이션과 서지컬 가이드 설계 시에도 활용되는 것을 감안하면 임플란트 대상인 상실 치아에 근접한 치은의 경계에 접하도록 생성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 평면생성부(30)는 치아가 상실된 영역을 인식하고, 해당 영역 주변으로 점이 입력될 영역을 가이드 하기 위한 가이드 박스를 표시하여 치아 상실 영역 주변에서 치은 평면 생성의 기준이 되는 점이 입력될 수 있도록 유도할 수도 있을 것이다. 또한, 3개 이상의 점이 입력되어 보간이 필요할 때에도 치아 상실 영역과의 거리의 근접 여부에 따라 보간시 가중치를 달리 적용할 수도 있다.

치열궁 생성부(40)는 치열궁 라인을 생성하기 위한 공지된 다양한 알고리즘을 적용하여 치열궁 라인을 생성할 수 있다. 예컨대, 치열궁 라인은 홀 필링(Hole filling), 연결 성분 분석(Connected Component Analysis), 세선화 작업, 곡선 적합(Curve fitting) 등의 과정을 거쳐 자동으로 생성될 수 있다. 참고로, 홀 필링은 치아가 결손된 부위나 치아 근관 부위 등의 빈 영역을 채우기 위한 처리이며, 연결 성분 분석은 개별 치아의 연결 성분을 추출하기 위한 처리이고, 세선화 작업은 연결 성분에 세선화 작업을 수행하는 것으로 연결 성분의 중심선을 기초로 치열궁 라인을 생성할 수 있다. 곡선 적합은 세선화 작업을 통해 일차적으로 생성된 치열궁 라인에 소정 함수식을 적용하여 부드러운 곡선 형태의 치열궁 라인을 얻기 위한 처리이다. 이와 같은 자동 생성 방식 외에도 치열궁 생성부(40)는 사용자 인터페이스부(10)를 통한 사용자 입력에 기반하여 수동으로 치열궁 라인을 생성할 수도 있다.

이어서, 플래닝부(50)를 통하여 크라운, 픽스처, 어버트먼트 등 임플란트를 구성하는 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 플래닝이 이루어진다(S30). 임플란트 플래닝은 구강 스캔 영상, CT 데이터를 재구성한 3차원 영상, 단면 영상, 정합 영상 등을 기반으로 이루어질 수 있다.

예컨대, 크라운, 어버트먼트, 픽스처에 대한 플래닝시 치조골 등의 경조직이 잘 나타나는 CT 영상을 기반으로 수행될 수도 있지만, 크라운에 대한 플래닝은 치은 경계나 인접 치아 경계와의 관계가 중요함을 감안하여 치아 경계나 연조직이 잘 나타난 구강 스캔 영상에서 이루어질 수도 있다. 이처럼, 각 객체마다 서로 다른 종류의 영상에서 플래닝이 이루어질 수도 있으며, 영상 정합을 통하여 다른 영상에서 이루어진 플래닝 결과가 공유될 수 있음은 물론이다.

임플란트 플래닝은 치아 상실 영역에 맞추어 크라운의 위치와 크기를 먼저 결정한 후, 크라운에 대응하여 픽스처와 어버트먼트의 위치 및 식립각도가 결정되는 방식으로 진행된다. 위 과정은 사용자 인터페이스부(10)를 통한 사용자 입력에 따라 수동으로 이루어지거나 또는, 영상 인식 알고리즘을 이용하여 치아 상실 영역을 검출하고, 하나의 임플란트를 구성하는 각 객체 간 거리, 인접한 위치에 식립되는 동종 객체 간 거리 등에 관한 기준 정보를 미리 저장하고 이를 기초로 자동으로 플래닝이 이루어질 수도 있음은 전술된 바와 같다.

플래닝부(50)는 플래닝 과정에서 생성된 치열궁 라인상에 크라운을 생성하되, 크라운의 하부가 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서 내려가지 않도록 하고, 또한 크라운의 상부는 교합 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서 올라가지 않도록 제한할 수 있다. 참고로, 교합 평면은 상하 치열이 만나는 교합면이 이루는 평면으로서, 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 교합면 상의 점을 입력받고 해당 점들을 포함하는 평면으로 생성되거나 또는 영상 인식을 통하여 하악중절치의 절연, 하악의 좌우측 제2 대구치의 협측 원심교두점을 인식하여 위 점을 연결하는 평면으로서 자동으로 생성될 수도 있다.

플래닝부(50)는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 미리 결정된 기준치 이상을 넘어서 치은 평면 밑으로 또는 교합 평면 위로 크라운의 위치 수정이 이루어지는 경우, 사용자에게 이에 관한 알람 메시지를 제공하여 더욱 성공적인 임플란트 플래닝을 도모할 수 있을 것이다.

크라운에 이어서, 픽스처, 어버트먼트 등 다른 임플란트 객체에 대한 플래닝도 완료되면, 이어서, 플래닝 결과에 기초하여 서지컬 가이드의 설계가 이루어지는 것으로, 먼저 가이드 라이브러리(60)를 기초로 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 서지컬 가이드의 기본 형상을 결정한다(S40). 가이드 라이브러리(60)는 서지컬 가이드의 기본 형상에 따른 텍스트 바와 가이드 창의 위치 정보를 포함함으로써 기본 형상과 함께 텍스트 바와 가이드 창의 위치도 함께 결정될 수 있다.

가이드 라이브러리(60)의 구축형태에 따라 서지컬 가이드의 기본 형상 결정시 상실 치아 번호 외에도 환자의 성별, 연령, 인종, 환자의 구체적인 치열궁의 형태 등의 추가 정보가 함께 활용될 수도 있을 것이다.

한편, 가이드 라이브러리(60)를 통하여 가이드 기본 형상을 결정하는 것과 함께 서지컬 가이드 상의 가이드 홀의 위치, 서지컬 가이드의 위치, 높이 등의 결정이 함께 이루어질 수 있다.

가이드 홀의 위치는 임플란트 플래닝에 따른 픽스처의 식립위치에 대응하여 결정될 수 있다. 예컨대, 가이드 홀의 위치는 픽스처의 중심축과 가이드 홀의 중심이 서로 일치되도록 결정될 수 있으며, 가이드 홀의 크기는 픽스처의 너비를 기초로 결정될 수 있다. 한편, 서지컬 가이드의 위치는 서지컬 가이드의 중심 라인이 치열궁 라인에 대응되는 위치로 결정될 수 있다.

도 7은 서지컬 가이드의 위치를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 참고도로서, 도 7을 참조하면, 서지컬 가이드의 중심라인(OL)이 치열궁 라인(DL)과 완전히 일치하기는 사실상 힘드므로 서지컬 가이드의 중심라인(OL) 상의 미리 결정된 지점(701,703)이 치열궁 라인(DL)상에 위치되도록 서지컬 가이드의 생성 위치를 결정할 수 있다. 참고로, 치열궁 라인 대비 서지컬 가이드의 위치를 잡기 위한 기준이 되는 지점의 위치나 개수는 도 7에 예시 외에도 설정에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.

또한, 서지컬 가이드의 높이는 가이드 라이브러리(60)에서 디폴트(Default)로 정해진 기본 높이를 적용할 수도 있으나, 치은 평면의 위치를 기초로 서지컬 가이드의 구체적인 높이를 결정할 수 있다. 예컨대, 치은 평면의 위치와 동일한 높이까지 치은을 덮도록 서지컬 가이드의 높이를 결정할 수도 있고, 또는 치은 평면의 위치보다 기설정된 거리만큼 치은을 더 덮도록 생성될 수도 있으며, 또는 치은 평면보다 치아 방향으로 더 올라간 위치에 생성할 수도 있을 것이다.

이처럼, 서지컬 가이드의 높이는 치은 평면의 위치를 기준으로 생성될 수 있지만, 사용자나 장치 설정에 따라 치은 평면 위치 대비 구체적인 높이는 달리 결정될 수 있다.

전술된 단계를 통하여, 서지컬 가이드의 기본 형상이 결정되면, 언더컷 산출부(70)는 서지컬 가이드의 언더컷 영역을 산출하고, 이를 서지컬 가이드 형상에 반영한다(S50).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 언더컷 영역의 산출 방법의 일 예를 나타낸 흐름도이고, 도 9와 도 10은 도 8에 따른 언더컷 영역의 산출 방법을 설명하기 위한 참고도이다.

먼저, 도 8을 참조하면, 치은 평면의 기울기를 기초로 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향을 결정한다(S501).

도 9는 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향의 결정 방법을 설명하기 위한 참고도로서, 도 9를 참조하면, 서지컬 가이드의 구강 삽입은 기본적으로 교합 평면(OP)으로부터 치은 평면(GP) 방향으로 삽입되는 것으로 하되, 구체적인 방향은 치은 평면(GP)에 수직 방향으로 삽입되도록 정해지는 것으로 결과적으로 치은 평면의 기울기에 따라 결정된다. 결정된 삽입 방향은 구강 영상에 표시될 수 있으며, 사용자는 이를 확인하고 방향을 수정할 수도 있다.

가이드 삽입 방향이 결정되면, 이어서 구강 영상 내 구강 객체에 대하여 결정된 삽입 방향에 대응하는 복수의 직선들을 생성한다(S503).

언더컷 영역은 생성된 직선과 구강 객체의 표면이 접하는 접점의 위치를 기초로 결정된다(S505).

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 언더컷 영역을 결정하는 방법을 설명하기 위한 참고도로서, 설측/협측 방향으로의 상악 치아 객체 단면을 보여준다. 도 10을 참조하면, 구강 객체의 일부에 해당하는 하나의 치아 객체(T1)에 대하여 구강 삽입 방향에 대응하는 직선(L1,L2,L3,L4)이 생성되었다고 가정할 때, 직선 L1은 치아 객체(T1)의 표면과 접점 CP1을 가지고, 직선 L3는 치아 객체(T1)의 표면과 접점 CP2를 가진다. 언더컷 산출부(70)는 서지컬 가이드의 삽입 방향을 기준으로 접점(CP1, CP2)의 위치보다 아래쪽에 해당하는 영역을 언더컷 영역(UC)으로 산출할 수 있다.

도 11은 산출된 언더컷 영역이 구강 영상에 표시된 화면의 일 예를 보여준다. 도 11과 같이, 영상에서 붉은 색으로 표시된 부분이 산출된 언더컷 영역을 나타낸다. 이와 같이, 구강 영상에 언더컷 영역을 표시하여 제공하고 사용자가 이를 확인하고 수정할 수 있는 기회를 부여할 수 있다.

가이드 생성부(80)는 이와 같이 산출된 언더컷 영역을 서지컬 가이드의 내부 형상에 반영한다(S507).

도 12는 언더컷 영역이 반영된 서지컬 가이드 형상의 일부에 대한 예시를 보여준다.

도 12를 참조하면, 도 10에서 언더컷 영역으로 산출된 접점(CP1,CP2)의 위치보다 아래쪽에 해당하는 서지컬 가이드(S)의 내부 형상(S_IN)이 접점(CP1,CP2)에 대응되는 내부 형상(S_IN)의 너비에 대응되도록 제거된 모습을 보여준다. 제거된 부분은 구강 객체(T1)와 소정의 갭을 가지게 된다, 여기서, 갭의 크기는 접점과 구강 객체에 접하는 직선과의 거리를 기초로 각각 결정될 수 있다. 이와 같이 언더컷 영역을 서지컬 가이드의 내부 형상에 반영하여 여유공간을 줌으로써 서지컬 가이드가 실제 구강에 삽입될 때 치아의 최대풍융부 등에 걸리지 않고 용이하게 삽입될 수 있다.

참고로, 도 12에서는 언더컷 영역에 따라 내부 형상의 일부가 제거되면서 가이드 두께가 다른 부분에 비하여 얇아짐에 따라 전체적으로 균등한 가이드 두께가 유지되도록 외부 형상(S_OUT)도 바깥쪽으로 함께 변경된 예를 보여주지만, 외부 형상의 변경 없이 내부 형상에만 언더컷 영역이 반영될 수도 있음은 물론이다.

다시 도 6을 참조하면, 전술된 단계에서 언더컷 영역까지 반영되어 서지컬 가이드의 형상이 완성되면, 결정된 형상에 따른 서지컬 가이드를 구강 영상에 생성하여 제공한다(S60).

도 13은 서지컬 가이드가 구강 영상에 생성된 예시를 보여준다.

도 13을 참조하면, 서지컬 가이드(S)는 환자의 구강에 실제 장착된 것과 같이 구강 영상의 구강 객체를 덮고 있는 형태로 표시될 수 있다. 도 13에서는 가이드 라이브러리(60)에 따른 서지컬 가이드(S)의 형상, 텍스트 바(1301), 가이드 창(1303)의 위치를 확인할 수 있다. 여기서, 환자 정보를 관리하는 PMS 시스템(Patient Management System)과 연동되어 텍스트 바에는 환자의 성명, 차트 번호 등과 같이 필요한 텍스트 정보가 자동으로 삽입되도록 구현될 수도 있다.

사용자는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 생성된 서지컬 가이드의 형상이나 높이 등을 수정할 수 있다. 사용자 수정에 따라 최종 완료된 서지컬 가이드의 형상은 사용자 선택에 따라 가이드 라이브러리(60)에 추가되거나 기존 정보를 갱신하는데 활용될 수 있을 것이다.

이상에서 서지컬 가이드를 설계하는 방법의 일 예가 설명되었으나, 전술된 각 단계는 필요에 따라 수정, 추가되거나 그 순서가 변경되어 적용될 수 있음은 물론이다.

예를 들어, 가이드 라이브러리(60)에서 상실 치아 번호 케이스에 대응하는 가이드 형상을 선택한 후 이를 그대로 적용하는 것이 아니라 환자의 구체적인 치열궁의 곡률이나 형태를 반영하여 보정하는 단계가 더 추가될 수도 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100) 및 방법에 의하면, 가이드 라이브러리(60)를 통하여 기본 형상을 제공하고, 언더컷 영역을 자동으로 반영하여 제공함으로써 각 환자마다 서지컬 가이드 형상을 포함한 구체적 속성을 결정하는 일련의 과정을 반복하지 않아도 되기 때문에 가이드 설계 효율성을 크게 향상시킬 수 있음과 동시에 환자의 치아구조에 적합한 서지컬 가이드를 설계할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장 매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.

본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.

컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체를 포함할 수 있다.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 사용자 인터페이스부 20: 영상획득부
30: 평면생성부 40: 치열궁 생성부
50: 플래닝부 60: 가이드 라이브러리
70: 언더컷 산출부 80: 가이드 생성부

Claims (12)

1. 서지컬 가이드의 디지털 설계를 제공하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 의하여 수행되는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 있어서,
   환자의 구강 영상을 획득하는 단계;
   임플란트 대상 치아 번호에 따른 서지컬 가이드의 형상 정보를 보유하고 있는 가이드 라이브러리를 기초로 상기 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 상기 서지컬 가이드의 형상을 결정하는 단계; 및
   결정된 상기 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구강 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계는, 상기 서지컬 가이드의 중심라인이 상기 치열궁 라인에 대응되는 위치에 상기 서지컬 가이드를 생성하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   미리 수행된 임플란트 플래닝에 따른 픽스처 식립위치에 대응하여 상기 서지컬 가이드에 형성되는 치조골 천공을 위한 드릴이 삽입되는 가이드 홀의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 단계; 및
   상기 치은 평면의 위치를 기초로 상기 서지컬 가이드의 높이를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 단계;
   상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드와 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면 사이에 갭이 부여될 언더컷 영역을 산출하는 단계; 및
   상기 언더컷 영역을 반영하여 상기 서지컬 가이드의 내부 형상을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 언더컷 영역을 산출하는 단계는,
   상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드의 구강 삽입 방향을 결정하는 단계;
   상기 구강 영상에 상기 구강 삽입 방향에 대응하는 복수의 직선을 생성하는 단계; 및
   상기 직선과 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면이 접하는 접점의 위치를 기초로 상기 언더컷 영역을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 라이브러리는, 상기 서지컬 가이드의 형상에 대응하여 텍스트가 삽입되는 텍스트 바의 위치 정보와 시술시 상기 서지컬 가이드의 장착상태를 파악하도록 형성되는 개구에 해당하는 가이드 창의 위치 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 라이브러리는, 환자의 연령, 성별, 인종, 치열궁 라인의 형태 중 적어도 어느 하나의 요소에 따른 상기 서지컬 가이드의 형상 정보를 포함하는 것으로 세분화된 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 구강 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계를 더 포함하며,
   상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계는,
   상기 치열궁 라인의 길이 또는 곡률을 기초로 상기 가이드 라이브러리에 따른 상기 서지컬 가이드의 형상을 보정하는 단계; 및
   상기 보정된 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
    
11. 서지컬 가이드의 디지털 설계를 제공하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 있어서,
    환자의 구강 영상을 생성하는 영상획득부;
    임플란트 대상 치아 번호에 따른 서지컬 가이드의 형상 정보를 보유하고 있는 가이드 라이브러리; 및
    상기 가이드 라이브러리를 기초로 상기 구강 영상에서 상실된 치아 번호에 대응되는 상기 서지컬 가이드의 형상을 결정하고, 결정된 상기 형상에 따른 상기 서지컬 가이드를 생성하는 가이드 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 구강 영상을 기초로 치은 상부 경계에 대응되는 치은 평면을 생성하는 평면생성부; 및
    상기 치은 평면의 기울기를 기초로 상기 서지컬 가이드와 상기 구강 영상의 구강 객체의 표면 사이에 갭이 부여될 언더컷 영역을 산출하는 언더컷 산출부를 더 포함하며,
    상기 가이드 생성부는, 상기 언더컷 영역을 반영하여 상기 서지컬 가이드의 내부 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치.

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