KR102000242B1 - 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법은, 구강 스캔 데이터를 기초로 3차원 구강 모델을 생성하는 단계; 상기 3차원 구강 모델에서 무치악 영역을 결정하는 단계; 및 상기 무치악 영역에 가상 보철물을 설계하는 단계을 포함하고, 상기 가상 보철물을 설계하는 단계는, 상기 가상 보철물의 상부를 설계하는 단계와, 상기 무치악 영역의 형상에 대응하여 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인하는 단계를 포함한다.

Description

무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법 {METHOD FOR DESIGN virtual prostheses in edentulous areas}

본 발명은 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 치아가 손상되어 없는 영역에 대응된 폰틱 베이스를 설계하여 가상 보철물을 디자인하는 방법에 관한 것이다.

치과 보철제작 과정에서의 인상채득은 구강 내 치아 및 조직의 상태를 인상재로 본 떠 파악하는 것으로서, 환자의 진단 및 향후 치료계획을 수립하거나, 정확한 보철물을 제작하는데 있어 기반이 되는 중요한 임상과정이다.

일반적인 인상채득 방법은 술식에 따라 적절한 인상재를 선택하고 정확한 인상채득을 위한 술자의 숙련된 임상 기술을 필요로 한다. 인상채득 과정은 인상재의 잘못된 선택 또는 사용방법에 따른 인상체 변형과 술자의 숙련도와 상관없는 환자의 구토반응, 개구장애 등과 같이 다양한 요인들에 의하여 반복 채득이 불가피 할 수도 있다. 또한, 인상채득 후 석고 모형을 제작하는 단계에서도 재료가 갖는 미세부 재현의 한계 및 마모 등에 의하여 치과 보철물 제작에 있어 오차를 야기할 수 있다.

따라서, 수작업으로 진행되는 치과 보철물의 설계나 가공을 위한 컴퓨터의 활용과 설계 및 생산을 자동화하기 위한 연구가 진행되고 있다.

자세히, 구강 스캐너를 이용하여 디지털로 구강을 스캔하고, 스캔된 구강 데이터를 3차원으로 모델링하여 표시한 후, 상기 3차원 구강 모델을 기초로 치과 보철물을 컴퓨터 설계하고 설계된 보철물을 생산하는 보철물 생산 시스템에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

특히, 보철물 설계에 기초가 되는 사용자의 구강을 정밀하게 3차원 모델링하기 위한 기술로서, 구강을 디지털 인상 채득하는 구강 스캐너와, 획득된 스캔 데이터 분석 등의 기술에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

그러나 기술의 발전으로 디지털 인상방식의 구강 스캐너의 성능이 아무리 좋아진다하더라도, 피와 침에 의하여 일부 구강 영역이 오염되는 경우나, 치아 프랩 경계가 잇몸 아래여서 가리는 경우(sub gingival margin) 등의 물리적인 문제가 발생한 경우, 디지털방식으로는 정확한 스캔이 어려운 문제가 있다.

또한, 가상 보철물 설계시, 치아가 거의 없거나 없는 무치악 영역(edentulous areas)에 보철물을 디자인하기 어려운 문제가 있다. 특히, 가상 보철물의 디자인은 외부로 노출되는 영역에 집중되어, 대부분의 설계 프로그램은 환자의 잇몸과 직접 닫는 영역인 폰틱 베이스(Pontic base)에 대한 디자인 툴을 지원하지 않는 문제가 있다.

JP 10-075963 B JP 2012-508613 A

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디지털 인상방식으로 구강과 인상체를 스캔하고, 스캔 데이터를 합쳐 정확하고 정밀한 3차원 구강 모델을 생성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은, 상기 3차원 구강 모델의 잇몸부의의 형상을 이용하여 가상 보철물의 폰틱 베이스의 최적의 형상을 생성하는 기능을 제공하는 것이다.

실시예에 따른 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법은, 구강 스캔 데이터를 기초로 3차원 구강 모델을 생성하는 단계; 상기 3차원 구강 모델에서 무치악 영역을 결정하는 단계; 및 상기 무치악 영역에 가상 보철물을 설계하는 단계을 포함하고, 상기 가상 보철물을 설계하는 단계는, 상기 가상 보철물의 상부를 설계하는 단계와, 상기 무치악 영역의 형상에 대응하여 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인하는 단계는, 상기 무치악 영역의 마진라인에 대응하여 상기 폰틱 베이스의 한계 라인을 디자인하는 단계와, 상기 무치악 영역의 마진라인 내면에 매칭시켜 상기 폰틱 베이스의 한계 라인 내부 형상을 디자인하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 디자인된 가상 보철물과 상기 3차원 구강 모델을 합성하여 표시하고, 상기 가상 보철물을 수정하는 수정 인터페이스를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 가상 보철물은 상기 3차원 구강 모델에 소정의 간격을 두고 표시될 수 있다.

실시예에 따른 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법은, 디지털 인상방식 구강 스캐너를 통해 구강과 상기 구강의 인상체를 스캔하고, 구강 스캔 데이터와 인상체 스캔 데이터를 통해 디지털 인상방식으로 스캔이 어려운 영역까지 정확하게 스캔하여, 디지털 인상방식과 접촉식 스캔의 장점을 동시에 갖는 정밀한 3차원 구강 모델을 생성할 수 있다.

그리고 실시예에 따른 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법은, 이와 같이 생성된 3차원 구강 모델의 무치악 영역에 가상 보철물 설계시, 무치악 영역의 잇몸 형상에 대응시켜 폰틱 베이스를 자동으로 생성해줌으로써, 시술자의 불필요한 폰틱 베이스 생성작업을 덜고, 환자의 구강에 최적화된 가상 보철물을 디자인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물 디자인 시스템의 내부 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구강 스캐너를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물을 디자인하는 컴퓨팅 장치의 내부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물을 디자인하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구강 스캐너를 통해 구강을 직접 스캔하는 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 구강을 본 뜬 인상체를 스캔하는 모습을 개념적으로 나타낸다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 인상체를 스캔한 데이터와 구강 스캔 데이터를 기초로 생성한 3차원 구강 모델을 나타낸다.
도 8는 도 7의 3차원 구강 모델을 기초로 설계된 가상 보철물을 나타낸다.
도 9는 도 8의 가상 보철물을 3차원 구강 모델과 함께 표시한 화면을 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

- 개요

실시예에 따른 보철물 디자인 방법을 제공하는 가상 보철물 디자인 시스템은, 구강 스캐너를 통해 환자의 구강을 스캔하고, 구강 스캐너에서 획득한 스캔 데이터로 구강을 3D 모델링한 후 모델링된 3D 구강 이미지를 디스플레이하고, 이를 토대로하여 보철물을 설계하기 위한 보철물 디자인 그래픽 유저 인터페이스(CAD)를 제공할 수 있다.

특히, 가상 보철물 디자인 시스템은, 디지털 인상방식 구강 스캐너를 통해 구강과 상기 구강의 인상체를 스캔하고, 구강 스캔 데이터와 인상체 스캔 데이터를 통해 디지털 인상방식으로 스캔이 어려운 영역까지 정확하게 스캔할 수 있다.

또한, 가상 보철물 디자인 시스템은, 인상체 스캔 데이터를 구강 스캔 데이터 형식으로 변환한 후 변환된 인상체 스캔 데이터과 구강 스캔 데이터를 정합함으로써, 정밀하게 환자의 구강을 3차원 구강 모델로 재현할 수 있다.

그리고 가상 보철물 디자인 시스템은, 이와 같이 생성된 3차원 구강 모델의 무치악 영역에 가상 보철물 설계시, 무치악 영역의 잇몸 형상에 대응시켜 폰틱 베이스를 자동으로 생성해줌으로써, 시술자의 불필요한 폰틱 베이스 생성작업을 덜고, 환자의 구강에 최적화된 가상 보철물을 디자인할 수 있다.

마지막으로 가상 보철물 디자인 시스템은, 생성된 가상 보철물과 3차원 구강 모델을 함께 표시해주며, 가상 보철물을 수동으로 수정하는 인터페이스를 제공할 수 있다.

여기서, 보철물이란, 하나 또는 그 이상의 치아 또는 관련된 조직의 인공적인 대체물을 의미할 수 있다. 예를 들어, 보철물이 치아의 뿌리 역할을 해주는 재료인 임플란트(Implant)라고 할 때, 보철물은 치조골에 삽입되는 임플란트 몸체(Fixture), 임플란트 몸체에 연결되는 임플란트 지대치(Abutment), 임플란트 지대치 상부 측을 씌우며 인공치아 외측 상부를 형성하는 임플란트 보철물(Crown) 중 어느 하나 또는 전부를 의미할 수 있다.

예를 들어, 보철물의 유형으로는, 인레이(Inlay), 온레이(Onlay), 크라운(Crown), 라미네이트(Laminate), 브릿지(Bridge), 코핑(Coping), 임플란트(Implant) 또는 덴쳐(Denture) 등이 포함될 수 있다. 또한, 보철물에는, 넓은 개념에 있어서, 서지컬가이드(Surgical guide)나 교정장치와 같은 치아 관련 보조기구도 포함될 수 있다.

이하 이러한 가상 보철물 디자인 시스템을 이루는 각 구성에 대해 먼저 상세히 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물 디자인 시스템의 내부 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물 디자인 시스템은, 구강 스캐너(100)와 컴퓨팅 장치(200)를 포함할 수 있다.

- 구강 스캐너

먼저, 구강 스캐너(100)는, 환자의 구강 및 인상체를 스캔(예컨대, 디지털 인상)하여, 환자의 구강을 3D 모델링하기 위해 필요한 구강 스캔 데이터와 인상체 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

이러한 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는, 삼각법, 레이저, 이미지 또는 영상 등의 스캔 기술들을 통해 구강 전체 또는 일부를 스캔한 스캔 데이터를 컴퓨팅 장치(200)로 전송하는 역할을 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구강 스캐너를 나타낸다.

또한, 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는, 바디(120)가 핸드피스 형태를 가져 사용자가 바디의 손잡이를 쥐고 스캔 센서(110)를 센싱하려를 영역 측으로 지향하는 작업을 반복함으로써, 원하고자 하는 영역들을 스캔할 수 있다. 이때, 구강 스캐너(100)가 스캔할 수 있는 센싱영역을 한정되므로, 사용자는 바디를 점차적으로 이동시키면서 광영역을 스캔하고, 컴퓨팅 장치(200)는 복수의 스캔 데이터를 정합하여 광영역을 3차원 모델링할 수 있다.

따라서, 실시예에 구강 스캐너(100)는, 복수의 스캔 데이터의 센싱 영역을 정확하게 확정하도록 내부에 위치 센서를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 구강 스캐너(100)에는 자이로센서, 가속도센서, 지자기 센서 또는 모션센서 중 적어도 하나 이상의 센서가 포함되어, 구강 스캐너(100)의 이동이나 기울기 등이 변환한 위치 정보를 측정할 수 있다.

이후, 스캔 데이터와 위치 정보는, 컴퓨팅 장치(200)로 전송되어 이후 보철물을 디자인하기까지의 잔여과정이 컴퓨팅 장치(200)에서 수행된다. 보철물 디자인 방법에 대한 설명에 앞서 먼저 컴퓨팅 장치(200)를 이루는 각 구성을 먼저 상세히 설명한다.

- 컴퓨팅 장치의 물리적 구성

다시 도 1을 보면, 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(200)는, 입력부(210), 인터페이스부(220), 메모리(230), 디스플레이(240) 및 프로세서(250)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 입력부(210)는, 컴퓨팅 장치(200)를 온(on)/오프(off)시키는 실행 입력이나, 3차원 구강 모델링 기능, 각종 보철물 디자인 관련 기능에 대한 설정, 실행 입력등을 감지할 수 있다. 예를 들어, 입력부(210)는, 컴퓨팅 장치(200)에 배치된 각종 버튼을 포함할 수 있으며, 디스플레이(240)와 함께 결합된 터치 센서를 포함할 수 있고, 인터페이스부(220)를 통해 연결된 마우스, 키보드 등의 입력장치들을 포함할 수 있다.

또한, 컴퓨팅 장치(200)는, 유무선으로 외부장치와 데이터를 송수신하는 인터페이스부(220)를 포함할 수 있다.

자세히, 인터페이스부(220)는 컴퓨팅 장치(200)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 데이터 통로 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(220)는, 구강 스캐너(100)와 연결되어 구강 스캔 데이터, 인상체 스캔 데이터 또는 구강 스캐너(100) 위치 정보를 수신할 수 있다. 반대로, 인터페이스부(200)는, 스캔관련 각종 설정입력을 구강 스캐너(100)로 송신할 수 있고, 보철물 제조장치와 연결되어 보철물 제조 데이터를 송신하여 보철물을 제작할 수도 있다. 또한, 인터페이스부(220)는, 입력부(210)의 각종장치들(예컨대, 마우스, 키보드 등)과 연결되어 사용자의 입력을 수신할수도 있다.

이러한 인터페이스부(220)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리(230) 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 인터페이스부(220)는, 블루투스나 와이파이 등과 같은 무선 통신 모듈을 포함할 수도 있다.

또한, 컴퓨팅 장치(200)는, 메모리(230)를 포함할 수 있다.

이러한 메모리(230)는, 컴퓨팅 장치(200)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 컴퓨팅 장치(200)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다.

예를 들어, 메모리(230)는, 3차원 구강 모델을 위한 구강 모델링 프로그램 및 보철물 디자인을 위한 보철물 디자인 프로그램(CAD)을 포함할 수 있고, 디자인된 보철물 데이터를 수신하여 보철물 제작 데이터를 생성하는 보철물 제조관리 프로그램(CAM)을 포함할 수 있다.

이러한 메모리(230)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있고, 인터넷(internet)상에서 상기 메모리(230)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)를 더 포함할 수도 있다.

또한, 컴퓨팅 장치(200)는, 보철물 디자인 관련 그래픽 이미지를 표시하는 디스플레이(240)를 포함할 수 있다.

이러한 디스플레이(240)는, 컴퓨팅 장치에 일체형으로 장착되거나, 별도의 디스플레이 장치로서 인터페이스부(220)를 통해 연결될 수 있다.

마지막으로, 컴퓨팅 장치(200)는, 각 유닛의 전반적인 동작을 제어하여 응용 프로그램을 실행하는 프로세서(250)를 포함할 수 있다. 이러한 프로세서(250)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서 (microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

이러한 컴퓨팅 장치(200)의 메모리(230)에는, 보철물을 디자인하기 위한 적어도 하나 이상의 프로그램이 설치되며 프로세서(250)는 이러한 프로그램을 이용해 보철물을 디자인하기 위한 다양한 기능을 제공할 수 있다.

- 컴퓨팅 장치의 기능적 구성

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가상 보철물 디자인 시스템의 블록도이다.

자세히, 도 3을 참조하면, 프로세서(250)에 보철물 디자인 프로그램이 설치되어, 구강 디스플레이 모듈(201), 보철물 디자인 모듈(202) 및 보철물 제조관리 모듈(203)을 포함할 수 있다.

먼저, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 구강 스캐너(100)를 통해 또는 외부로부터 수신한 스캔 데이터를 통해 3차원 구강 모델을 디스플레이(240)하는 기능을 제공할 수 있다.

자세히, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 모델링 전 스캔 데이터를 처리하여 3차원 구강 모델을 생성한 후 이를 다양한 그래픽 인터페이스가 가능한 구강 이미지로 표시할 수 있다.

실시예에서 구강 디스플레이 모듈(201)은, 구강 스캐너(100)로부터 수신한 구강 스캔 데이터와 인상체 스캔 데이터를 통해 3차원 구강 모델을 생성할 수 있다.

또한, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 외부로부터 수신한 3차원 구강 모델 파일을 호환하여 상기 보철물 디자인 모듈(202)이 작업 가능한 형식으로 변환한 후 다양한 그래픽 인터페이스가 가능한 구강 이미지로 표시할 수 있다.

또한, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 구강 모델 또는/및 구강 이미지를 이미지 분석하여, 다양한 구강 정보를 획득할 수 있다. 이때, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 구강 이미지를 아크라인에 정렬시키고, 아크라인에 정렬된 구강 이미지를 분석하여 정확하고 다양한 구강 정보들을 획득할 수 있다.

이후, 구강 디스플레이 모듈(201)은, 구강 이미지와 함께 구강 정보를 표시하여 환자의 구강상태를 의사가 좀더 쉽게 이해하도록 보조할 수 있으며, 이러한 구강 이미지와 구강 정보를 보철물 디자인 모듈(202)에 제공하여, 상기 보철물 디자인 모듈(202)이 보철물을 디자인하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 제공하는데 도움을 줄 수 있다.

이러한 구강 디스플레이 모듈(201)은 상기 보철물 디자인 모듈(202)에 포함될 수도 있으며, 이하 설명에서는 보철물 디자인 모듈(202)이 구강 디스플레이 모듈(201)을 포함하는 것을 기준으로 설명하기로 한다.

상기 보철물 디자인 모듈(202)은, 캐드(Computer　Aided　Design, CAD)로 지칭될 수도 있으며, 보철물 디자인의 기획, 도면 작성, 수정 등을 최적의 상태로 수행할 수 있도록 하는 데이터베이스의 구축으로, 보철물 설계업무의 제반 사항을 신속, 정확하게 처리하여 주는 보철물 디자인 기능을 제공할 수 있다.

또한, 보철물 디자인 모듈(202)은, 보철물 디자인에 필요한 자료를 구강 이미지, 구강 정보의 형태로 나타내어 사용자의 이해를 돕게 해주는 구강 디스플레이 모듈(201)의 역할을 수행할 수도 있다.

이와 같이 컴퓨팅 시스템을 이용하여 보철물을 설계하도록 하여, 설계 작업의 소요시간과 경비절감으로 효율화를 추구하며, 생산성을 향상시킴과 더불어 품질, 신뢰성의 향상시킬 수 있다.

즉, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델을 구강 이미지로 표시하며, 구강 이미지에서 획득한 구강 정보를 함께 디스플레이(240)할 수 있으며, 이러한 구강 이미지와 구강 정보를 토대로한 보철물을 디자인하기 위한 그래픽 유저 인터페이스를 제공할 수 있다.

특히, 실시예에서 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델에서 무치악 영역에 가상 보철물의 폰틱베이스의 설계를 지원하는 인터페이스를 제공할 수 있다.

마지막으로, 보철물 제조관리 모듈(203)은, 보철물을 제조하는 분야에 컴퓨터를 도입한 캠(Computer Aided Manufacturing, CAM)으로 지칭될 수 있으며, 보철물 디자인 모듈(202)에서 보철물 디자인이 완료되어 최종 설계안이 확정되면 보철물 제조단계에 들어가게 되는데, 이때의 관련된 기술일 수 있다.

자세히, 보철물 제조관리 모듈(203)은, 공정설계(Process　Planning, 생산방법 및 순서결정), 제조기술, 가공, 가공시 필요 서브 디자인 등의 제조 전과정에서 필요한 제조관리 설계를 사용자가 컴퓨터를 통해 원활하게 수행하도록 보철물 제조관리 기능을 제공할 수 있다.

예를 들어, 보철물 제조관리 모듈(203)은, 제조장치가 밀링장치인 경우 가상밀링 프로그램을 통해 보철물의 가공 경로를 형성할 수 있고, 형성된 가공 경로 정보와 보철물 제작 데이터를 밀링장치로 전송하여 보철물이 제작되도록 할 수 있다.

이와 같은 보철물 디자인 모듈(202)과 보철물 제조관리 모듈(203)을 통해, 사용자는 구강 이미지 확인부터 보철물 디자인, 보철물 제조관리까지의 전 작업을 수행할 수 있다.

- 무치악 영역에 가상 보철물 디자인 방법

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무치악 영역에 가상 보철물 디자인 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 구강 스캐너(100)는, 사용자의 조작에 의하여 구강을 스캔할 수 있다.

자세히, 도 5를 참조하면, 사용자는, 구강 스캐너(100)를 환자의 구강을 비추어 디지털 인상방식으로 환자의 구강을 스캔할 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 스캔하려는 구강의 적어도 일부영역에 스캔 센서를 지향시킨 후 스캔버튼(125)을 눌름으로써, 스캔 영역(SA)을 센싱하여 구강 스캔 데이터를 취득할 수 있으며, 이러한 작업을 반복하여 원하고자하는 스캔영역에 대한 구강 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

이때, 구강 스캐너(100)의 내부에 위치 센서는, 구강 스캔 데이터에 매칭하여 구강 스캐너(100)의 위치, 기울기 등의 변화를 측정하여 위치 정보를 획득할 수 있다.

이와 같이 측정된 구강 스캔 데이터와 위치 정보는, 인터페이스부(220)를 통해 구강 스캐너(100)에서 컴퓨팅 장치(200)로 전송될 수 있다.

구강 스캔 데이터와 위치 정보를 수신한 컴퓨팅 장치의 보철물 디자인 모듈은, 구강 스캔 데이터와 위치 정보를 기초로 3차원 구강 모델을 생성할 수 있다. (S102)

실시예는, 먼저 구강 스캔 데이터를 기초로 3차원 구강 모델을 생성한 후 인상체 스캔 데이터를 통해 생성된 3차원 구강 모델을 보완하는 순서로 3차원 구강 모델을 생성하나, 다른 실시예에서는 구강 스캔 데이터와 인상체 스캔 데이터를 수신한 이후 두 스캔 데이터를 동시에 분석하여 3차원 구강 모델을 생성할 수도 있을 것이며, 이러한 다른 실시예 또한 본 발명에 포함될 수 있을 것이다.

실시예에 따르면, 보철물 디자인 모듈(202)은, 구강 스캔 데이터를 기초로 구강의 적어도 일부영역인 스캔영역에 대한 3차원 구강 모델을 생성할 수 있다.

이러한 구강 스캔 데이터는, 디지털 인상방식 스캔으로 획득된 데이터이므로, 피와 침 등의 방해물질로 인해 일부영역은 스캔이 안되거나 에러가 발생될 수 있고, 치은과 같은 방해물질에 의해 일부의 마진라인이 가려져 미스캔될 수 있다.

이와 같은 3차원 구강 모델을 기초로 보철물을 디자인 할 경우, 에러 영역에 대응되는 보철물 영역의 형상을 특정할 수 없어, 환자에 최적화된 보철물을 디자인하기 어려울 수 있다.

이를 보완하기 위해, 구강 스캐너(100)는, 스캔영역에 대한 인상체를 스캔하여 인상체 스캔 데이터를 획득할 수 있다. (S103)

자세히, 사용자는, 도 6과 같이 구강의 스캔영역에 혼합된 인상재를 위치시킨 후 인상재가 굳으면 이를 스캔영역(SA)에서 분리하여, 스캔영역(SA)의 음각 형상을 포함하는 인상체(M)를 채득할 수 있다. 이때, 스캔영역의 전체를 인상하는 것은 불필요한 영역(건치 부분)까지 인상하게 되어 로스가 발생할 수 있으므로, 보철물을 디자인할 주요 영역만을 인상할 수 있다. 즉, 인상체(M)는, 구강 스캔영역에서 보철물을 디자인할 영역 및 인접 영역만을 인상하여 생성될 수 있다.

여기서, 인상재는, 알지네이트와 축중합형, 부가중합형 실리콘 또는 폴리이써(polyether) 등의 비가역성 및 탄력성을 갖는 인상재일 수 있다.

이러한 음각 형상을 포함하는 인상체(M)는, 접촉식으로 스캔영역에 대한 음각 형상을 취득하므로, 방해물질에 영향을 받지 않고 구강의 스캔영역의 형상을 정확하게 구현할 수 있다. 특히, 인상체(M)는, 사용자가 프랩(flap) 등을 통해 환자의 구강에 형성한 마진라인과 같이 돌출된 형상을 정확하게 구현할 수 있다.

이후, 사용자는, 도 6과 같은 인상체(M)에 음각 형상으로 형성된 홈을 구강 스캐너(100)로 디지털 인상방식 스캔하여, 인상체(M) 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

이때, 구강을 스캔할 때와 마찬가지로, 구강 스캐너(100)는, 인상체(M) 스캔 데이터와 매칭하여 위치 센서를 통해 획득된 위치 정보를 저장하고, 컴퓨팅 장치로 송신할 수 있다.

인상체(M) 스캔 데이터를 수신한 보철물 디자인 모듈(202)은, 인상체(M) 스캔 데이터를 기초로 3차원 인상체 모델을 생성할 수 있다. (S104)

자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 인상체(M) 스캔 데이터와 이와 매칭된 위치 정보를 기초로 3차원 인상체 모델을 생성할 수 있다.

인상체(M)는, 스캔영역의 구강에 대해 음각으로 형성된 홈을 포함하고, 인상체(M) 스캔 데이터는 상기 홈을 구강 스캐너(100)로 스캔하여 획득된 데이터이므로, 이를 기초로 생성된 3차원 인상체 모델은 구강에 대해 음각 형상을 가질 수 있다. 이때, 프랩으로 형성된 마진(M)에 인상재가 인입될 것이므로 인상체에는 마진 라인이 정확하게 형성될 수 있다.

이러한 3차원 인상체 모델은, 구강에 직접 접촉하여 본 뜬 인상체(M)를 스캔하여 생성된 모델이므로, 마진라인을 정확하게 스캔하여 모델링할 수 있으며, 그 밖에 방해물질에 의한 에러 영역을 정확하게 스캔하여 모델링할 수 있다. 따라서, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델에서 마진 라인을 미리 추출하여 마킹(marking)해 놓을 수 있다.

이러한 3차원 인상체 모델은, 정밀한 구현이 필요한 보철물 디자인 영역에 대한 모델일 수 있다.

다음으로 보철물 디자인 모듈(202)은, 생성한 3차원 인상체 모델을 3차원 구강 모델에 매칭시키기 위해 변환할 수 있다. (S105)

자세히, 먼저, 보철물 디자인 모듈(202)은, 생성한 3차원 인상체 모델을 3차원 구강 모델에 대응되는 위치로 회전시켜 위치를 정렬시킬 수 있다.

3차원 구강 모델은, 구강 형상을 그대로 본 떠 생성된 모델이므로, 스캔영역이 하악인 경우 치아가 상측을 향한 구강 모델이 형성되고, 스캔영역이 상악인 경우 치아가 하측을 향한 구강 모델이 형성될 수 있다.

그에 비해 3차원 인상체 모델은, 구강 형상을 인상한 인상체(M)를 본 떠 생성된 모델이므로, 스캔영역이 하악인 경우 치아가 하측을 향한 인상체 모델이 형성되고, 상악인 경우 치아가 상측을 향한 인상체 모델이 형성될 수 있다. 따라서, 3차원 인상체 모델을 상하반전시켜 구강 모델의 지향방향(예컨대, 치아의 직립방향)과 인상체 모델의 지향방향을 일치시킬 수 있다.

또한, 스캔 데이터를 획득할 당시 구강 스캐너(100)의 기울기 등의 위치에 따라서 인상체 모델과 구강 모델 사이의 지향방향에 대한 편차가 발생할 수 있다.

따라서, 보철물 디자인 모듈(202)은, 위치 정보를 기초로 3차원 인상체 모델을 3차원 구강 모델과 동일한 지향방향으로 매칭시키기 위해 3차원 인상체 모델을 회전시킬 수 있다.

3차원 인상체 모델이 3차원 구강 모델에 대해 지향 방향을 일치시킨 후, 보철물 디자인 모듈(202)은, 구강에 대해 음각 형상을 갖는 인상체 모델을 양각 형상으로 변환할 수 있다.

전술한 바와 같이, 3차원 인상체 모델은, 구강에 대해 음각 형상을 가지므로, 구강에 매칭되는 양각 형상을 갖기 위해 변환될 수 있다. 예를 들어, 3차원 인상체 모델의 소정의 빈공간을 모델링하는 변환을 통해 3차원 인상체 모델이 3차원 구강 모델과 동일한 형태를 가질 수 있다.

다른 측면에서, 3차원 인상체 모델의 변환은, 3차원 인상체 모델의 외면이 내면이되고, 내면이 외면이 되도록 뒤짚는 것으로 이해할 수도 있다.

3차원 인상체 모델의 변환이 완료되면, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델에 3차원 인상체 모델을 매칭시킬 수 있다.

자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델이 3차원 구강 모델의 어떠한 영역을 모델링 했는지 영역을 파악한 후 3차원 인상체 모델을 3차원 구강 모델에 위치시키고 회전시켜 3차원 인상체 모델을 3차원 구강 모델에 정렬시킬 수 있다.

이때, 보철물 디자인 모듈(202)은, 인상체 모델과 구강 모델의 위치 정보를 활용하여, 좀더 정확하게 인상체 모델을 구강 모델에 정렬시킬 수 있다.

또한, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델에 적어도 하나 이상의 변곡점을 추출하고, 3차원 인상체 모델의 변곡점을 추출한 후 서로 매칭시켜 인상체 모델을 구강 모델에 정렬시킬 수도 있다.

다음으로, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델을 기초로 3차원 구강 모델을 보완할 수 있다. (S106)

자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델의 에러 영역을 3차원 인상체 모델로 보정할 수 있다. 예를 들어, 3차원 구강 모델에서 방해물질에 의해 가려져 모델링되지 못한 에러 영역을, 3차원 인상체 모델의 형상으로 대체할 수 있다.

특히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델의 마진 라인을 3차원 구강 모델에 오버랩할 수 있다. 자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델에서 추출해 놓은 마진라인을 3차원 구강 모델의 마진라인(ML)으로 대체하여, 구강의 정확한 마진라인(ML)을 모델링할 수 있다.

그리고 보철물 디자인 모듈(202)은, 이와같이 보완된 3차원 구강 모델을 디스플레이(240)를 통해 표시할 수 있다.

자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 인상체 모델과 3차원 구강 모델을 합성한 후 보완된 3차원 구강 모델을 사용자에게 디스플레이할 수 있다.

이와 같이 보완된 3차원 구강 모델은, 디지털 인상방식과 접촉식 방식의 장점을 모두 포함하여 구현된 모델이므로, 환자의 구강을 정확하게 모델링한 결과일 수 있다.

그리고 보철물 디자인 모듈(202)은, 이와 같이 보완된 3차원 구강 모델을 기초로 보철물을 디자인할 수 있다.

자세히, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델을 기초로 사용자가 보철물을 설계할 수 있는 보철물 디자인 그래픽 인터페이스(CAD)를 제공할 수 있다.

예를 들어, 실시예에 따른 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델을 표시하는 구강 이미지와, 3차원 구강 모델을 분석하여 얻은 구강 정보를 기반으로 순차적인 단계에 따라서 보철물을 디자인하도록 하는 보철물 디자인 인터페이스를 제공할 수 있다.

자세히, 보철물 디자인 인터페이스는, 순차적으로 각 단계마다 보철물을 디자인하기 위한 파라미터들을 각 단계별로 적절한 구강 정보를 제공하면서 결정하도록 하며, 결정된 파라미터와 구강 정보를 통해 구강 이미지에 합성하고 수정하도록 하여, 사용자는 효과적으로 손쉽게 보철물을 디자인할 수 있다.

여기서, 보철물 디자인 파라미터는, 수복할 치아영역, 보철물 타입, 마진라인, 삽입축, 보철물 내부 파라미터(예컨대, 최소 두께, 마진 두께, 시멘트 갭, 컨택 디스턴스, 폰틱 베이스 갭), 보철물 사이즈, 치아 정렬방향, 사이드 아크라인, 수복할 보철물의 치아번호 중 적어도 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다.

특히, 실시예에 따른 보철물 디자인 그래픽 인터페이스는, 3차원 구강 모델의 무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 인터페이스를 지원할 수 있다.

자세히, 먼저, 보철물 디자인 모듈(202)은, 사용자의 선택에 따라서 3차원 구강 모델에서 무치악 영역이 선택되면, 상기 무치악 영역을 가상 보철물을 디자인할 영역으로 결정할 수 있다. (S107)

그리고 무치악 영역이 결정되면, 상기 무치악 영역에 가상 보철물의 상부를 설계할 수 있다. (S108)

여기서, 가상 보철물의 상부는, 환자의 구강에 시술시 외부로 노출되는 영역을 의미하며, 폰틱 베이스를 제외한 영역으로 이해할 수 있다.

실시예의 가상 보철물 디자인 방법은, 가상 보철물의 상부를 먼저 설계하고 다음으로 폰틱 베이스를 설계하는 순서로 설명하나, 폰틱 베이스를 먼저 설계하거나 함께 설계하는 실시예도 포함될 수 있다.

자세히, 가상 보철물의 상부를 설계하는 순서는, 가상 보철물의 보철물 타입을 결정하고, 결정된 무치악 영역의 마진라인을 결정하고, 가상 보철물이 상기 3차원 구강 모델에 삽입될 방향인 삽입축 방향을 결정하며, 결정된 보철물 디자인 파라미터에 따라서 상기 가상 보철물의 상부를 디자인함으로써, 이루어질 수 있다.

가상 보철물의 상부 디자인이 완료되면, 무치악 영역의 형상에 대응하여 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인할 수 있다. (S109)

자세히, 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인은, 상기 무치악 영역의 마진라인에 대응하여 상기 폰틱 베이스의 한계 라인을 디자인하고, 상기 무치악 영역의 마진라인 내면에 매칭시켜 상기 폰틱 베이스의 한계 라인 내부 형상을 디자인함으로써, 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 7을 참조하면, 보철물 디자인 모듈(202)은, 3차원 구강 모델(10)에서 마진 라인(ML)을 추출하고, 마진 라인(ML) 내부의 잇몸 상면인 무치악 영역(EA)의 형상을 추출할 수 있다.

그리고 도 8을 참조하면, 상기 마진 라인(ML)에 맞춰 상기 폰틱 베이스의 한계라인(LL)이 결정되고, 상기 한계라인(LL) 내부의 폰틱 베이스(PB) 외면은, 상기 무치악영역의 형상에 대응되도록 디자인될 수 있다.

실시예에 따른 보철물 디자인 모듈(202)은, 사용자가 선택하면이러한 폰틱 베이스(PB)를 디자인해주는 기능을 자동으로 적용해 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스(PB)를 디자인할 수 있다.

이와 같이 형성된 폰틱 베이스(PB)는, 환자의 구강에 최적화된 디자인이므로, 이러한 가상 보철물을 기반으로 제조된 보철물을 환자 친화적일 수 있다. 또한, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 시술자는, 제조된 보철물을 환자에게 시술시 보철물의 폰틱 베이스(PB) 가공 업무에 대한 부담이 적어져, 시술 효율 또한 향상될 수 있다.

가상 보철물 디자인이 완료되면, 보철물 디자인 모듈(202)은, 가상 보철물과 상기 3차원 구강 모델(10)을 합성하여 표시하고, 상기 가상 보철물을 수정하는 수정 인터페이스를 제공할 수 있다. (S110)

무치악 영역(EA)에 가상 보철물 표시할 때 보철물 디자인 모듈(202)은, 가상 보철물을 3차원 구강 모델(10)에 접촉시키지 않고 소정의 간격을 두고 합성하여, 폰틱 베이스(PB) 수정을 용이하게 할 수 있다.

또한, 보철물 디자인 모듈(202)은, 가상 보철물을 반투명하게 표시하여, 가상 보철물의 폰틱 베이스(PB)와, 3차원 구강 모델(10)의 무치악 영역(EA)을 볼 수 있도록 디스플레이할 수 있다.

자세히, 도 9를 참조하면, 가상 보철물(P)의 폰틱 베이스(PB)는 무치악 영역(EA)으로부터 소정의 간격만큼 떨어져 표시되며, 상기 가상 보철물(P)의 상부는 반투명하게 표시되어 폰틱 베이스(PB)가 노출됨을 확인할 수 있다.

이와 같은 방식으로, 보철물 디자인 모듈(202)은, 폰틱 베이스(PB)에 대한 효과적인 수정 그래픽 인터페이스를 제공할 수 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (3)

1. 구강 스캔 데이터를 기초로 3차원 구강 모델을 생성하는 단계;
   상기 3차원 구강 모델에서 무치악 영역을 결정하는 단계; 및
   상기 무치악 영역에 가상 보철물을 설계하는 단계을 포함하고,
   상기 가상 보철물을 설계하는 단계는,
   상기 가상 보철물의 상부를 설계하는 단계와,
   상기 무치악 영역의 형상에 대응하여 상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인하는 단계를 포함하고,
   상기 가상 보철물의 폰틱 베이스를 디자인하는 단계는, 상기 무치악 영역의 마진라인에 대응하여 상기 폰틱 베이스의 한계 라인을 디자인하는 단계와, 상기 무치악 영역의 마진라인 내면에 매칭시켜 상기 폰틱 베이스의 한계 라인 내부 형상을 디자인하는 단계를 포함하는
   무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 디자인된 가상 보철물과 상기 3차원 구강 모델을 합성하여 표시하고, 상기 가상 보철물을 수정하는 수정 인터페이스를 제공하는 단계를 더 포함하고,
   상기 가상 보철물은 상기 3차원 구강 모델에 소정의 간격을 두고 표시되는
   무치악 영역에 가상 보철물을 디자인하는 방법.

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