KR101986801B1 - 투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법 - Google Patents

투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법은 치아 교정의 투명 디바이스의 설계에 필요한 치아의 역학적 이동을 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력으로 모델링 하기 위하여 치근막(Periodontal Ligament)을 6 자유도 스프링으로 모델링한다.
본 발명은 치아 교정시 역학적 이동을 투명 디바이스의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 디바이스의 설계가 가능한 효과가 있다.

Description

투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법{Apparatus for Modeling Transparent Device and Method Thereof}
본 발명은 투명 디바이스 모델링 장치에 관한 것으로서, 특히 치아 교정의 투명 디바이스의 설계에 필요한 치아의 역학적 이동을 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력으로 모델링 하기 위하여 치근막(Periodontal Ligament)을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 고정식 교정장치는 치아에 브래킷을 접착 고정시킨 후 와이어를 브래킷에 걸고 당기거나 밀면서 교정하는 장치가 널리 사용되어 왔다.
고정식 교정장치의 브래킷은 치아의 매끈한 외면, 즉 순측에 설치된다. 이러한 고정식 교정장치는 효과 내지 시술의 편의성 면에서 유리한 반면 피시술자 입장에서 미관상 좋지 못하기 때문에 기피되는 경우가 많다.
위와 같은 고정식 교정장치의 미관상의 문제 및 항시 부착하고 있어야 하는 불편함을 해소하고자 투명 교정 장치가 출시되고 있다.
투명 교정 장치는 투명한 형태의 교정 장치로서 마우스피스(Mouse Piece)와 같은 방식으로 착용된다.
투명 교정 장치는 현재의 치아 상태와 목표치의 치아 상태 사이의 변화 과정을 수십 단계로 분할하고 각 단계의 치형에 맞는 포켓을 성형 제작한 다음 피시술자로 하여금 단계별로 교체해 가며 착용하게 하는 방식이다.
각 단계에서 목적하는 치열에 맞는 투명 교정 장치의 형상은 투명 교정 장치 포켓과 교정 대상 치아의 간섭량이 일정값이 되도록 일률적으로 제작되며, 개별 환자의 치근부 특성이나 투명 교정장치의 강성을 고려하여 제작되지는 않는다.
이러한 방법으로 제작된 투명 교정 장치는 단계별 교정에 필요한 최적의 교정력을 보장하지 못하게 되는데, 이는 교정 대상 치아와 투명 교정 장치의 간섭량을 일정하게 하더라도 투명 교정 장치의 강성, 치근부의 역학적 특성에 따라 실제로 치아에 부여되는 교정력이 상이하게 되기 때문이다.
따라서, 효과적인 치아 교정을 위해서는 단순히 교정 대상 치아와 투명 교정 장치 사이의 간섭량, 투명 교정 장치의 강성 분포, 개별 환자 치근막의 역학적 특성이 투명 교정 장치의 설계 단계에서 종합적으로 고려되어야 한다.
그러나 종래의 투명 교정 장치는 개인별, 치아별로 상이한 역학적 특성을 고려하지 않고 일률적으로 제작하기 때문에 정밀한 치아 교정 장치가 제조되지 않으며, 치아 교정 시 효율성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 치아 교정의 투명 디바이스의 설계에 필요한 치아의 역학적 이동을 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력으로 모델링 하기 위하여 치근막(Periodontal Ligament)을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 투명 디바이스 모델링 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 치아 모델링을 위하여 치근부의 저항 중심을 설정하고 저항 중심에 연결되는 치근막 이동을 표현하는 스프링의 이동 스프링 상수와 회전 스프링 상수를 계산하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 투명 디바이스 모델링 장치는,
복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부에서 저항 중심의 위치를 산출하는 치아 형성 분석부;
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하는 이동 스프링 상수 계산부;
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 회전 스프링 상수 계산부; 및
상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 투명 디바이스 모델링 방법은,
복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 생성하는 단계;
상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부를 추출하고, 상기 추출한 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 단계;
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하고, 상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 단계; 및
상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 치아 교정용 투명 디바이스의 설계시 치아 의 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동을 고려하여 투명 디바이스의 설계함으로써 정밀한 투명 디바이스를 제공하는 효과가 있다.
본 발명은 치아 교정시 역학적 이동(선형 운동과 회전 운동)을 투명 디바이스의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 교정 장치의 설계가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심에 연결되는 스프링을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 6 자유도 스프링의 개념을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 위한 투명 디바이스 모델링 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화한 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 치근막의 압력 대표값의 위치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 이동 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 이동 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 위한 투명 디바이스 모델링 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심에 연결되는 스프링을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 6 자유도 스프링의 개념을 나타낸 도면이다.
본 발명은 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 스프링이 연결되어 있다고 모델링되도록 스프링 상수를 계산하여 치근막을 6 자유도 모델링으로 구현한다.
본 발명은 치근부(20)의 저항 중심(22)을 결정하고, 결정된 저항 중심(22)에 스프링을 연결하여 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하게 된다(도 1).
치아의 이동은 치근막의 물성 정보에 영향을 반영해야 하므로 스프링 상수의 계산시 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 치근막의 물성 정보가 포함된다. 따라서, 본 발명은 저항 중심(22)을 구하고 저항 중심(20)의 위치에 스프링을 연결하게 되면, 치아의 이동을 나타내는 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 결과가 된다.
스프링 상수가 계산되면, 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되고 저항 중심(22)의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 치아의 이동을 나타내는 치근막의 6 자유도 스프링으로 모델링한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 6 자유도 모델링은 x축으로 선형 운동을 하는 것을 서웨이(Sway)(23)라 하고, y축으로 선형 운동을 하는 것을 서지(Surge)(24)라 하고, z축으로 선형 운동을 하는 것을 해브(Heave)(25)라 하고, x축으로 회전 운동을 하는 것을 피치(Pitch)(28)라 하고, y축으로 회전 운동을 하는 것을 론(Ron)(29)이라 하며, z축으로 회전 운동을 하는 것을 요(Yaw)(27)라 한다.
이하에서는 본 발명의 치아 교정용 투명 디바이스는 치근막 이동의 역학적 모델(6 자유도의 등가 스프링 모델)에 기초하여 투명 디바이스의 설계 방법을 설명한다.
치아 교정용 투명 디바이스의 설계를 위한 치아 모델링 장치는 투명 디바이스에 의한 치아의 교정이 투명 디바이스와 치아의 간섭에 의해 발생하는 접촉력에 의한 것이다. 이러한 접촉력이 치아 교정력(치아에 가해지는 힘)에 해당한다.
이러한 교정력은 투명 디바이스의 강성, 치근부의 강성, 치아와 투명 디바이스의 간섭량에 결정되므로 개별 환자의 치근부의 강성에 대한 산출이 없으면 정확한 교정 예측이 불가능하다. 여기서, 강성은 재료나 기계 구조물의 외력에 대한 변형 저항이며, 본 발명에서는 스프링 상수라고도 한다.
치근막의 강성을 표현하기 위해서는 치근막을 6 자유도의 등가 스프링 모델로 근사화할 수 있다. 이때, 스프링 상수는 3 방향의 선형 운동을 나타내는 이동 스프링 상수와 3 방향의 회전 운동을 나타내는 회전 스프링 상수를 포함하며, 치근막의 물성과 형상에 의해 결정된다.
치아는 치근부(20)의 이동 스프링 상수와 회전 스프링 상수를 모두 알아야 치아에 가해지는 임의의 힘에 의해 생기는 위치 변화를 계산할 수 있다.
예를 들면, 치아 끝을 손으로 밀면 치아가 뒤로 밀리는 이동 효과와 회전력(모멘트)에 의해 돌아가는 회전 효과가 동시에 존재하며, 이동 효과와 회전 효과에 의해서 치아 끝의 좌표가 변하게 된다.
이하의 도 3, 도 5 및 도 6은 회전 스프링 상수를 계산하는 방법을 상세하게 설명하고, 이하의 도 3, 도 7 및 도 8은 이동 스프링 상수를 계산하는 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 위한 투명 디바이스 모델링 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화한 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 치근막의 압력 대표값의 위치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 위한 투명 디바이스 모델링 장치(100)는 형상 스캐너(110), 입력부(120), 치아 형상 분석부(130), 회전 스프링 상수 계산부(132), 교정력 계산부(134), 투명 디바이스 강성 산출부(136), 이동 스프링 상수 계산부(140), 디스플레이부(150), 제어부(160) 및 저장부(170)를 포함한다.
형상 스캐너(110)는 복수의 치아를 촬영하여 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터(10)를 생성한다. 여기서, 치아 형상 데이터(10)는 치아를 이루는 외곽선의 좌표 정보, 치아 데이터, 치근막 데이터를 포함한다.
입력부(120)는 형상 스캐너(110)의 구동을 위한 각종 데이터 입력과 치아 정보와 관련된 치아 설계 정보를 입력하는 기능을 한다.
치아 형상 분석부(130)는 형상 스캐너(110)에 의해 생성한 치아 스캔 데이터(10)에서 정사영 면적(투영 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 치근부(20)의 정사영 면적을 산출한다. 여기서, 치근부(20)는 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역을 나타낸다.
저항 중심(22)의 위치를 찾는 제1 방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 치근부(20)의 정사영 면적을 이용하는 방법이다.
치아 형상 분석부(130)는 산출한 치근부(20)의 정사영 면적에서 저항 중심 위치(x축 좌표와 y축 좌표)(22)를 산출한다. 여기서, 저항 중심(20)의 위치는 치근부(20)에 힘을 적용하였을 때 평행 이동하는 지점에서의 힘의 작용점을 나타낸다.
정사영 면적에서 저항 중심(22)의 위치를 계산하는 방법은 실시 예로 치근부(20)의 정사영의 도심을 구하게 되면 정사영 면적의 저항 중심(22)의 위치를 찾을 수 있게 된다. 이때, 치아 뿌리가 단일 가닥이 아닌 경우에는 각각의 치아 뿌리 가닥이 치아 이동 방향으로 정사영된 면적을 더한 면적의 도심을 사용하는 방법도 가능하다.
치근부의 정사영 면적와 치근막의 물성치인 탄성계수, 프아송 비로부터 치근부의 이동에 해당하는 특성을 회전 스프링 상수와 이동 스프링 상수를 계산할 수 있다.
치아 형상 분석부(130)는 형상 스캐너(110)에 의해 생성한 치아 형상 데이터(10)에서 치근부(20)의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화한다. 여기서, 치근부(20)는 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역을 나타낸다.
회전 스프링 상수 계산부(132)는 치아 형상 분석부(130)에서 근사화한 사다리꼴과 삼각형의 각 변의 길이 및 높이를 이용하여 치근부(20)의 회전 운동을 나타내는 회전 스프링 상수값을 결정한다.
회전 스프링 상수값은 이동이 아니라 회전력에 대한 이동 관계이므로 단순한 면적이 아닌 치근부의 형상에 대한 세부적인 요소들이 개입되어야 한다. 따라서, 치근부(20)의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화한다.
회전 스프링 상수 계산부(132)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 연결되는 스프링의 회전 스프링 상수를 체적탄성계수, 비례상수, 근사화한 사다리꼴과 삼각형의 각 변의 길이 및 높이를 이용하여 계산한다.
회전 스프링 상수 계산부(132)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되어 있다고 가정하고, 상기 스프링에 대한 회전 스프링 상수를 계산한다.
이러한 회전 스프링 상수는 다음의 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017063106424-pat00001
C1과 C2는 치근막의 폭이 회전 스프링 상수에 기여하는 가중치이며, 각각 1 내지 10 사이의 값을 사용하고, W1은 근사화한 사다리꼴의 윗변 길이, W2는 근사화한 사다리꼴의 아래변 길이이다.
Figure 112017063106424-pat00002
Figure 112017063106424-pat00003
은 치근막의 물성을 대표하는 탄성계수(Elastic Modulus), 푸아송비(Poisson's ratio), 치근막 정사영 면적의 저항 중심(22)에서 치근막 상부 끝단까지의 거리(도 2의 높이 a에 해당)의 함수로 표현된다.
상기 비례상수는 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 치근막의 물성 정보에서 계산되는 기설정된 상수값이다.
치아 교정용 투명 디바이스에 의해 치아에 힘이 가해질 때, 실제 치아의 치근막에는 압력이 발생하고, 이러한 압력이 어느 임계치 이상이 되면 치근막에 생물학적 변화가 일어나면서 치아의 이동이 시작된다.
치아 교정용 투명 디바이스를 제작하기 위해서는 개별 환자의 치근막에 대한 정학한 데이터를 이용한 3차원 유한요소 해석 등과 같은 3차원 CAE(Computer Aided Engineering) 해석에 의해 치근막의 압력을 계산하고, 이를 치아 교정용 투명 디바이스의 설계에 반영한다.
이와 같은 CAE 해석은 치근막의 역학적 이동을 완벽하게 표현할 뿐만 아니라 이에 따른 압력 분포도 예측할 수 있다.
치근막의 특정 위치의 압력에 따라 교정력이 얼마나 발생하는지 실험 데이터로 계산되어 알고 있다고 가정한다. 즉, 압력 분포는 수학적 관계식으로 알고 있다고 가정한다.
치근막 압력의 계산을 위한 기본 가정은 치근부(20)의 압력 분포가 선형이며, 교정력에 의하여 형성되는 힘 효과에 의한 균일 압력과 회전력 효과에 의한 선형 압력 분포의 조합에 의해 나타낼 수 있다.
치아에 회전력이 가해질 때 치근막의 압력 분포를 선형 분포로 가정하는 경우, 압력이 양(+)에서 음(-)으로 변하는 분포가 생긴다(중간 부분에 0인 지점도 있음).
회전력 평형은 외부에서 가해지는 회전력과 압력에 의해 만들어지는 반발 회전력이 같게 되는 것을 의미한다. 이러한 회전력 평형식에서 교정력과 치근막 압력의 관계식을 얻을 수 있다.
교정력에 의한 모멘트(회전력)의 합 = 압력에 의한 모멘트(회전력)의 합.
교정력 계산부(134)는 치근막 압력과 치아 교정에 필요한 교정력의 관계식을 만들고, 치근막에 생물학적 변화가 일어나는 압력값을 관계식에 대입하여 교정력을 계산한다.
본 발명은 치아 교정력과 치근막 압력 분포의 역학적 관계로부터 유도되는 치근막 압력(상수가 아니라 일정한 분포값을 가짐)값으로부터 치아 교정성을 판단하는 치근막 압력의 대표값을 결정한다.
저항 중심의 상부에 치근막 압력 분포는 미는 힘의 압력과 회전(모멘트)의 압력을 조합으로 형성된다.
치근막의 생물학적 변화를 일으키는 치근막 압력의 대표값은 치근부(20)의 정사영의 저항 중심(22)에서 치근막 상부(사다리꼴 부분) 끝단까지의 영역을 치아 길이 방향으로 m:n으로 내분하는 위치의 압력값으로 한다.
치근부(20)의 정사영의 저항 중심(22)에서 치근막 상부(사다리꼴 부분) 끝단 사이에 있는 내분점이 되고, 바람직하게는 치근부(20)의 정사영의 저항 중심(22)에서 치근막 상부(사다리꼴 부분) 끝단까지의 영역을 치아 길이 방향으로 1:2로 내분하는 점의 압력값으로 한다(
Figure 112017063106424-pat00004
). 다른 실시예로서 치근부(20)의 정사영의 저항 중심(22)에서 치근막 상부(사다리꼴 부분) 끝단 사이에 있는 압력의 평균값으로 할 수도 있다.
교정력 계산부(134)는 치근막 압력과 치아 교정에 필요한 교정력의 관계식을 만들고, 전술한 치근막 압력의 대표값을 관계식에 대입하여 교정력(F)을 계산한다.
환자의 치아 교정을 위해 필요한 최적의 치아 교정력이 치근막의 생물학적 변화가 일어나게 하는 압력 대표값 및 압력 분포, 치근막의 기하학적 형상으로부터 산출되고 나면, 이로부터 필요한 치아 교정용 투명 디바이스의 강성을 산출해야 한다.
투명 디바이스 강성 산출부(136)는 환자 치근막의 강성, 교정력, 교정 대상 치아와 투명 디바이스의 초기 간섭량 등의 정보를 다음의 [수학식 3]과 같이 연계시켜 투명 디바이스의 강성을 계산한다.
Figure 112017063106424-pat00005
여기서,
Figure 112017063106424-pat00006
는 기설정된 보정계수(Scale Factor), F는 치아의 교정력,
Figure 112017063106424-pat00007
는 치아 이동량 설계치, h는 저항 중심(22)에서 교정력 부과점까지의 거리,
Figure 112017063106424-pat00008
는 투명 디바이스의 강성,
Figure 112017063106424-pat00009
는 치근막의 근사를 위한 이동 스프링 상수,
Figure 112017063106424-pat00010
는 치근막의 근사를 위한 회전 스프링 상수를 나타낸다. 치아 이동량 설계치는 바깥으로 치아가 돌출되고 투명 디바이스를 억지로 끼워 맞추는 경우 초기 간섭량을 의미한다.
Figure 112017063106424-pat00011
의 함수는 2F·2h, F2·h, F2·h2, F·h2, F2·h3, F·h3 등 다양하게 구성할 수 있으며 이 중 하나의 함수를 선택할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 이동 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 이동 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
저항 중심(22)의 위치를 찾는 제2 방법은 치근부(20)의 표면적의 일부 또는 전부를 이용하는 방법이다.
치아 형상 분석부(130)는 3D 캐드 프로그램을 이용하여 3D 치아 데이터에서 치근부(20)의 표면을 평면적으로 전개한 2차원 화상 데이터를 생성하고, 생성한 2차원 화상 데이터에서 도심을 계산하여 치근부(20)의 저항 중심 위치(x축 좌표와 y축 좌표)(22)를 산출한다. 여기서, 2차원 화상 데이터는 좌표 정보를 포함하고 있다고 가정한다.
즉, 치아 형상 분석부(130)는 치근부(20)의 둘레 방향을 따라 x축을, 축선 방향을 따라 y축을 각각 설정하고, 치근부(20)의 x축과 y축으로 이루어지는 직교 2축 좌표계로 정의되는 평면상에 전개한 2차원 화상을 생성한다.
이하에서 언급되는 공지의 기술인 유한요소법을 이용하여 치근부(20)의 저항 중심 위치(22)를 계산하면 9.159mm에 위치하게 된다.
치아 형상 분석부(130)는 전술한 제1 방법(정사영 면적)을 이용하여 저항 중심 위치(22)를 찾는 경우, 저항 중심 위치가 9.447mm로 계산되고, 전술한 제2 방법(치아 표면의 전개 면적)을 이용하여 저항 중심 위치를 찾는 경우, 저항 중심 위치가 9.405mm로 계산된다. 유한요소법으로 계산된 저항 중심 위치와 비교해 보면, 제1 방법의 경우 오차가 3.14%이고, 제2 방법의 경우 오차가 2.6%로 모두 수용 가능한 오차 범위에 속한다.
이동 스프링 상수 계산부(140)는 치아의 치근부(20)의 저항 중심(22)에 가상적으로 설치되어 치아의 교정 시 치아의 이동을 모사할 스프링의 스프링 상수를 계산한다.
저항 중심 위치에서 치근부(20)의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수를 산출하는 제1 방법은 표준 치아에서 치근부(20)의 정사영 면적과 스프링 상수를 기준으로 나머지 치아의 정사영 면적의 비율을 이용하여 스프링 상수를 예측하는 방법이다.
이동 스프링 상수 계산부(140)는 복수의 치아 중에서 임의의 표준 치아를 선택하고, 선택한 표준 치아의 치근부(20)의 저항 중심 위치(22)를 기준으로 저항 중심(22)의 위치 변화를 유한요소법(Finite Element Method)으로 해석한다.
이때, 표준 치아의 스프링 상수는 유한요소법을 이용하여 예측된 치근막의 강성값과 치근막의 정사영 면적이 비례함을 가정하여 계산될 수 있다.
여기서, 유한요소법은 공지된 CAD/CAM/CAE를 이용한 시뮬레이션 방법으로 부하 조건에 따른 구조물의 변형과 구조물 내부에 발생하는 응력 등을 계산하는 근사해법으로 대상 구조물을 작은 요소(Element)로 분해하여 모델링한 후, 적절한 하중 조건과 경계 조건을 부여하고 일련의 지배 방정식을 컴퓨터 프로그래밍을 이용하여 근사적으로 풀어 해를 구한다.
본 발명의 유한요소법은 치아에 가해지는 압력(힘)을 범용유한요소 프로그램을 이용하여 시뮬레이션하여 치아 이동량을 산출하는 알고리즘으로 적용된다.
본 발명의 유한요소법은 치아, 치주인대, 치조골 등의 재질 정보인 영율(Young's Modulus) 및 푸아송비(Poisson's Ratio)를 이미 공개된 값들을 적용하여 생화학적인 치아 이동 반응을 기계 역학적인 관점에서 해석할 수 있도록 유한요소 해석용 모델을 산출한다.
다시 말해, 이동 스프링 상수 계산부(140)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 연결되는 스프링의 이동 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하여 기계 역학적인 치아 이동량을 산출한다.
이동 스프링 상수 계산부(140)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되어 있다고 가정하고, 상기 스프링에 대한 이동 스프링 상수를 계산한다.
스프링 상수는 스프링에 작용하는 힘과 스프링의 변형량의 비로 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112017063106424-pat00012
도 7에 도시된 바와 같이, 이동 스프링 상수 계산부(140)는 예를 들면, 21번 위치의 치아를 표준 치아로 선택하고, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적이 66.429mm2일 때 스프링 상수가 50.792 N/mm로 계산되면, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적과 스프링 상수를 기준으로 나머지 치아의 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 각각의 이동 스프링 상수를 계산할 수 있게 된다.
즉, 이동 스프링 상수 계산부(140)는 22번 치아의 치근부의 정사영 면적이 43.177mm2일 때 스프링 상수가 33.0148 N/mm로 계산되고, 23번 치아의 치근부의 정사영 면적이 58.093mm2일 때 스프링 상수가 44.365 N/mm로 계산되고, 24번 치아의 치근부의 정사영 면적이 50mm2일 때 스프링 상수가 38.230 N/mm로 계산되고, 25번 치아의 치근부의 정사영 면적이 36.923mm2일 때 스프링 상수가 28.308 N/mm로 계산된다.
모든 치아의 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하는 경우, 21번 치아: 50. 792 N/mm, 22번 치아: 35 N/mm, 23번 치아: 45 N/mm, 24번 치아: 38 N/mm, 25번 치아: 31 N/mm로 계산되고, 표준 치아를 기준으로 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 계산된 스프링 상수와 비교할 때 오차율이 21번 치아: 0%, 22번 치아: 5.672%, 23번 치아: 1.411%, 24번 치아: 0.0061%, 25번 치아: 8.683%로 매우 유사한 점을 알 수 있다.
이동 스프링 상수를 산출하는 제2 방법은 치근부(20)의 체적탄성계수(Bulk Modulus)를 이용하는 방법이다. 스프링 상수는 체적탄성계수에 비례상수를 곱한 값에 치근부(20)의 정사영 면적을 곱하여 계산될 수 있다.
여기서, 비례상수는 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 치근막의 물성 정보에서 계산될 수 있다. 체적탄성계수가 0.167Mpa이고, 치근막 두께가 0.25mm일 경우, 비례상수 × 체적탄성계수는 약 0.759로 설정할 수 있다.
예를 들면, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적 66.429mm2인 경우, 체적탄성계수 0.167Mpa에 산출된 비례상수를 곱하여 0.759가 산출되며, 치근부(20)의 정사영 면적(66.429mm2)에 0.759를 곱하면 스프링 상수는 50.420 N/mm이 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이동 스프링 상수 계산부(140)는 22번 치아의 치근부의 정사영 면적이 43.177mm2일 때 스프링 상수가 32.771 N/mm로 계산되고, 23번 치아의 치근부의 정사영 면적이 58.093mm2일 때 스프링 상수가 44.093 N/mm로 계산되고, 24번 치아의 치근부의 정사영 면적이 50mm2일 때 스프링 상수가 37.950 N/mm로 계산되고, 25번 치아의 치근부의 정사영 면적이 36.923mm2일 때 스프링 상수가 28.025 N/mm로 계산된다.
모든 치아의 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하는 경우, 21번 치아: 50. 792 N/mm, 22번 치아: 35 N/mm, 23번 치아: 45 N/mm, 24번 치아: 38 N/mm, 25번 치아: 31 N/mm로 계산되고, 표준 치아를 기준으로 치근부 면적의 비율을 이용하여 계산된 스프링 상수와 비교할 때 오차율이 21번 치아: 0.73%, 22번 치아: 6.37%, 23번 치아: 2.02%, 24번 치아: 0.13%, 25번 치아: 9.60%로 매우 유사한 점을 알 수 있다.
제어부(160)는 스프링 상수가 계산되면, 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되고 저항 중심(22)의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 치아의 이동을 나타내는 치근막의 6 자유도 스프링으로 모델링하여 도 1과 같이, 디스플레이부(150)를 통해 출력할 수 있다.
저장부(170)는 각 치아의 이동 스프링 상수, 회전 스프링 상수, 치근부(20)의 저항 중심 위치(22), 정사영 면적, 투명 디바이스의 강성 등 투명 디바이스의 설계 정보로 저장할 수 있다.
다른 실시예로서, 투명 디바이스는 치근막의 이동을 6 자유도 모델링이 아닌 전후방 운동인 x축으로 선형 운동만으로 구성할 수 있다. 그 이유는 치아의 교정시 전후방 이동이 가장 많이 일어나기 때문이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 투명 디바이스의 설계를 위한 투명 디바이스 모델링 방법을 나타낸 도면이다.
형상 스캐너(110)는 복수의 치아를 촬영하여 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터(10)를 생성한다(S100).
이동 스프링 상수 계산부(140)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산한다(S102).
회전 스프링 상수 계산부(132)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 [수학식 1]과 [수학식 2]에 의해 계산한다(S102).
교정력 계산부(134)는 치근막 압력의 대표값에 매칭되는 교정력을 산출한다(S104).
투명 디바이스 강성 산출부(136)는 환자 치근막의 강성, 상기 산출한 교정력, 상기 치아와 투명 디바이스의 초기 간섭량 등의 정보를 [수학식 3]에 대입하여 투명 디바이스의 강성을 계산한다(S106).
제어부(160)는 계산된 투명 디바이스의 강성 정보를 기초로 투명 디바이스의 두께를 설계한다(S108).
제어부(160)는 상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 이동 스프링 상수와 회전 스프링 상수가 계산되는 경우, 해당 치아가 어느 정도의 힘으로 밀때 어떻게 운동하는지 여부를 알게 되므로 치아 교정시 역학적 이동을 투명 디바이스의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 디바이스의 설계가 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
100: 투명 디바이스 모델링 장치
110: 형상 스캐너
120: 입력부
130: 치아 형상 분석부
132: 회전 스프링 상수 계산부
134: 교정력 계산부
136: 투명 디바이스 강성 산출부
140: 이동 스프링 상수 계산부
150: 디스플레이부
160: 제어부
170: 저장부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부에서 저항 중심의 위치를 산출하는 치아 형성 분석부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하는 이동 스프링 상수 계산부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 회전 스프링 상수 계산부; 및
    상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 치아 형성 분석부는 상기 치아 형상 데이터에서 상기 치근부의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화하며,
    상기 치근막의 회전 스프링 상수는 하기의 수학식 1과 수학식 2에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112018123631166-pat00013

    여기서, C1과 C2는 치근막의 폭이 회전 스프링 상수에 기여하는 가중치이며, 각각 1 내지 10 사이의 값을 사용하고, W1은 근사화한 사다리꼴의 윗변 길이, W2는 근사화한 사다리꼴의 아래변 길이임.
    [수학식 2]
    Figure 112018123631166-pat00014

    Figure 112018123631166-pat00015
    은 치근막의 물성을 대표하는 탄성계수(Elastic Modulus)와, 상기 치근부의 정사영 면적, 상기 치근막의 물성 정보에서 계산되는 기설정된 상수값인 비례상수와, 치근막 정사영 면적의 저항 중심에서 치근막 상부 끝단까지의 거리인 상기 사다리꼴의 높이(a)의 함수로 표현됨.
  4. 복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부에서 저항 중심의 위치를 산출하는 치아 형성 분석부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하는 이동 스프링 상수 계산부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 회전 스프링 상수 계산부; 및
    상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 제어부를 포함하며,
    상기 치근막의 특정 위치의 압력에 따른 교정력을 매칭하고, 치근막의 생물학적 변화를 일으키는 치근막 압력의 대표값을 상기 저항 중심에서 상기 치근막의 상부 끝단까지의 영역을 치아 길이 방향으로 1:2로 내분하는 위치의 압력값으로 정하며, 상기 치근막 압력의 대표값에 매칭되는 교정력을 산출하는 교정력 계산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    환자 치근막의 강성, 상기 산출한 교정력, 상기 치아와 투명 디바이스의 초기 간섭량의 정보를 하기의 수학식 3과 같이 연계시켜 상기 투명 디바이스의 강성을 계산하는 투명 디바이스 강성 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 장치.
    [수학식 3]
    Figure 112018123631166-pat00016

    여기서,
    Figure 112018123631166-pat00017
    는 기설정된 보정계수(Scale Factor), F는 치아의 교정력,
    Figure 112018123631166-pat00018
    는 바깥으로 치아가 돌출되고 투명 디바이스를 억지로 끼워 맞추는 경우 초기 간섭량을 나타내는 치아 이동량 설계치, h는 저항 중심에서 교정력 부과점까지의 거리,
    Figure 112018123631166-pat00019
    는 투명 디바이스의 강성,
    Figure 112018123631166-pat00020
    는 치근막의 근사를 위한 이동 스프링 상수,
    Figure 112018123631166-pat00021
    는 치근막의 근사를 위한 회전 스프링 상수를 나타냄.
  6. 복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부에서 저항 중심의 위치를 산출하는 치아 형성 분석부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하는 이동 스프링 상수 계산부;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 회전 스프링 상수 계산부; 및
    상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 제어부를 포함하고,
    상기 치아 형성 분석부는 상기 각각의 치아 형상 데이터에서 정사영 면적(투명 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 상기 치근부의 정사영 면적을 산출하며, 상기 산출한 치근부의 정사영 면적에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하며,
    상기 이동 스프링 상수 계산부는 기설정된 체적탄성계수에 치근막의 물성 정보를 기초로 계산된 비례상수를 곱한 후, 상기 치근부의 정사영 면적을 곱하여 상기 이동 스프링 상수를 계산하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동 스프링 상수 계산부는 복수의 치아 중에서 임의의 표준 치아를 선택하고, 상기 선택한 표준 치아의 치근부의 저항 중심 위치를 기준으로 저항 중심의 위치 변화를 유한요소법(Finite Element Method)으로 해석하여 상기 치근부의 저항 중심 위치에 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하고, 상기 표준 치아의 스프링 상수와 상기 표준 치아에 해당하는 치근부의 정사영 면적을 기준으로 상기 표준 치아를 제외한 나머지 치아의 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 상기 각각의 이동 스프링 상수를 예측하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 장치.
  8. 삭제
  9. 형상 스캐너로부터 복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 수신하는 단계;
    상기 각각의 치아 형상 데이터에서 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부를 추출하고, 상기 추출한 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 단계;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하고, 상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 단계; 및
    상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 단계는,
    상기 치아 형상 데이터에서 상기 치근부의 형상을 사다리꼴과 삼각형의 조합으로 근사화하는 단계;
    상기 치근막의 회전 스프링 상수를 하기의 수학식 1과 수학식 2에 의해 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112018123631166-pat00041

    여기서, C1과 C2는 치근막의 폭이 회전 스프링 상수에 기여하는 가중치이며, 각각 1 내지 10 사이의 값을 사용하고, W1은 근사화한 사다리꼴의 윗변 길이, W2는 근사화한 사다리꼴의 아래변 길이임.
    [수학식 2]
    Figure 112018123631166-pat00042

    Figure 112018123631166-pat00043
    은 치근막의 물성을 대표하는 탄성계수(Elastic Modulus)와, 상기 치근부의 정사영 면적, 상기 치근막의 물성 정보에서 계산되는 기설정된 상수값인 비례상수와, 치근막 정사영 면적의 저항 중심에서 치근막 상부 끝단까지의 거리인 상기 사다리꼴의 높이(a)의 함수로 표현됨.
  10. 형상 스캐너로부터 복수의 치아를 촬영한 엑스레이 이미지인 치아 형상 데이터를 수신하는 단계;
    상기 각각의 치아 형상 데이터에서 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부를 추출하고, 상기 추출한 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 단계;
    상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동으로 나타낸 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하고, 상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 이동을 모사하는 스프링의 위치 이동을 3 방향의 회전 운동으로 나타낸 치근막의 회전 스프링 상수를 계산하는 단계; 및
    상기 이동 스프링 상수와 상기 회전 스프링 상수를 기초로 상기 치근부에 가해지는 치아가 뒤로 밀리는 이동력과 치아가 돌아가는 회전력을 통해 상기 치아의 위치 변화를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 저항 중심의 위치를 산출하는 단계는,
    상기 각각의 치아 형상 데이터에서 정사영 면적(투명 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 상기 치근부의 정사영 면적을 산출하는 단계;
    상기 산출한 치근부의 정사영 면적에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 단계를 더 포함하며,
    상기 치근막의 이동 스프링 상수를 계산하는 단계는,
    기설정된 체적탄성계수에 치근막의 물성 정보를 기초로 계산된 비례상수를 곱한 후, 상기 치근부의 정사영 면적을 곱하여 상기 이동 스프링 상수를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 치아의 위치 변화를 판단하는 단계는,
    상기 치근막의 특정 위치의 압력에 따른 교정력을 매칭하는 단계;
    상기 치근막의 생물학적 변화를 일으키는 치근막 압력의 대표값을 상기 저항 중심에서 상기 치근막의 상부 끝단까지의 영역을 치아 길이 방향으로 1:2로 내분하는 위치의 압력값으로 정하는 단계; 및
    상기 치근막 압력의 대표값에 매칭되는 교정력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    환자 치근막의 강성, 상기 산출한 교정력, 상기 치아와 투명 디바이스의 초기 간섭량의 정보를 하기의 수학식 3과 같이 연계시켜 상기 투명 디바이스의 강성을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디바이스 모델링 방법.
    [수학식 3]
    Figure 112018123631166-pat00022

    여기서,
    Figure 112018123631166-pat00023
    는 기설정된 보정계수(Scale Factor), F는 치아의 교정력,
    Figure 112018123631166-pat00024
    는 바깥으로 치아가 돌출되고 투명 디바이스를 억지로 끼워 맞추는 경우 초기 간섭량을 나타내는 치아 이동량 설계치, h는 저항 중심에서 교정력 부과점까지의 거리,
    Figure 112018123631166-pat00025
    는 투명 디바이스의 강성,
    Figure 112018123631166-pat00026
    는 치근막의 근사를 위한 이동 스프링 상수,
    Figure 112018123631166-pat00027
    는 치근막의 근사를 위한 회전 스프링 상수를 나타냄.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013255852A (ja) * 2008-01-29 2013-12-26 Align Technology Inc 歯科用アライナーの幾何学形状を最適化するための方法およびシステム
KR101629136B1 (ko) 2015-02-04 2016-06-21 주식회사 투피플커뮤니케이션 치아 교정용 와이어 밴딩방법, 그 밴딩장치 및 밴딩 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7241142B2 (en) * 2004-03-19 2007-07-10 Align Technology, Inc. Root-based tooth moving sequencing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013255852A (ja) * 2008-01-29 2013-12-26 Align Technology Inc 歯科用アライナーの幾何学形状を最適化するための方法およびシステム
KR101629136B1 (ko) 2015-02-04 2016-06-21 주식회사 투피플커뮤니케이션 치아 교정용 와이어 밴딩방법, 그 밴딩장치 및 밴딩 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
안기호, 이종길,. 한국소성가공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집, p. 150-152 (2015.12.31.자 공개)*

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