KR102226467B1 - 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 - Google Patents
턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102226467B1 KR102226467B1 KR1020190091771A KR20190091771A KR102226467B1 KR 102226467 B1 KR102226467 B1 KR 102226467B1 KR 1020190091771 A KR1020190091771 A KR 1020190091771A KR 20190091771 A KR20190091771 A KR 20190091771A KR 102226467 B1 KR102226467 B1 KR 102226467B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- correction
- coordinates
- mandible
- surgery
- calibration
- Prior art date
Links
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 216
- 210000004373 mandible Anatomy 0.000 claims description 93
- 210000002050 maxilla Anatomy 0.000 claims description 85
- 210000001847 jaw Anatomy 0.000 claims description 73
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 claims description 59
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 46
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 41
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 40
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 3
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 abstract description 11
- 206010068737 Facial asymmetry Diseases 0.000 description 28
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 18
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 5
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 4
- 210000004513 dentition Anatomy 0.000 description 4
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 4
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 206010061274 Malocclusion Diseases 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 210000003054 facial bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 210000003899 penis Anatomy 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
- A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
- A61B6/5217—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data extracting a diagnostic or physiological parameter from medical diagnostic data
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
- G16H20/40—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to mechanical, radiation or invasive therapies, e.g. surgery, laser therapy, dialysis or acupuncture
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
- G16H50/50—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for simulation or modelling of medical disorders
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00743—Type of operation; Specification of treatment sites
- A61B2017/00792—Plastic surgery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
- A61B2034/101—Computer-aided simulation of surgical operations
- A61B2034/105—Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
- A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2576/00—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Robotics (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
본 발명은 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 턱교정 수술이 필요한 환자에 대해 모의 수술을 지원하며 모의 수술 과정에서 턱뼈를 구성하는 구조물별로 교정시마다 교정 정보를 수치화하여 제공하함으로써 수술 편의성을 높일 수 있음과 아울러 교정 대상 증상과 관련 없는 좌표축에 대한 좌표를 고정한 상태에서 교정이 이루어지도록 지원함으로써 교정 단계별로 정확한 교정이 이루어지도록 지원하여 수술 정밀도 및 정확도를 높일 수 있도록 지원하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 턱교정 수술이 필요한 환자에 대해 모의 수술을 지원하며 모의 수술 과정에서 턱뼈를 구성하는 구조물별로 교정시마다 교정 정보를 수치화하여 제공하함으로써 수술 편의성을 높일 수 있음과 아울러 교정 대상 증상과 관련 없는 좌표축에 대한 좌표를 고정한 상태에서 교정이 이루어지도록 지원함으로써 교정 단계별로 정확한 교정이 이루어지도록 지원하여 수술 정밀도 및 정확도를 높일 수 있도록 지원하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
턱교정수술(양악수술)은 턱뼈의 성장시 과성장 혹은 열성장등에 의해 악골들이 전후방적으로 과성장하거나 열성장하여 골격성 부정교합을 갖는 환자와 전면에서 볼 때 악골의 위치적 틀어짐에 의해 얼굴이 비뚤고 좌우의 모양이 달라지게 되는 안모비대칭증 환자를 치료하는 수술기법이다.
이러한 턱교정 수술은 성장 과정에서 발생할 수 있는 여러 가지 골격적 부조화를 바로잡아 치아가 정상적인 기능을 발휘할 수 있도록 하여 건강한 구강 조직에 기여하며, 더 나아가 얼굴 라인을 수려하게 하여 아름다운 얼굴 이미지를 만들어줄 수 있다.
또한, 이러한 턱교정 수술은 아래위 치아의 맞물림에 대한 이상(부정교합)을 개선하거나 안면 골격 구조의 이상을 개선하기 위한 수술법으로 각광받고 있으며, 안면 골격 자체의 이상을 수술로 바로잡아 기능적이고 심미적인 얼굴 라인을 만들기 위한 성형법으로도 각광받고 있다.
즉, 상기 턱교정 수술은 상악 및 하악 중 적어도 하나가 정상에서 벗어나 과잉, 부족, 혹은 비대칭적인 성장 상태를 가지고 있을 때, 이러한 형태와 크기의 변이를 바로잡는 수술을 말한다.
이때, 상기 턱교정 수술은 위턱을 수술하는 상악수술과 아래턱을 수술하는 하악수술로 구분되며, 이 두가지를 동시에 수행하는 경우를 양악수술이라 칭한다.
이러한 턱교정 수술을 진행하기 이전에 성공적인 수술을 위해서는 악골의 상태(턱과 치열 등의 상태)를 분석해서 정확하게 진단하고 시술 계획을 세우는 과정이 반드시 선행되어야 한다.
이를 위해, 최근 환자의 두개골에 대한 정면 엑스선 영상(정모 방사선 영상)과 측면 엑스선 영상(측모 방사선 영상)을 2차원(2D) 분석기법으로 분석하여 치아를 포함한 악골의 구조를 진단하여 수술 계획을 수립하는 방식이 등장하고 있다.
그러나, 기존의 턱교정 수술 계획 수립을 위한 방식은 2차원 두부계측방사선 사진상에서 이루어져왔으며, 평면방사선 사진상의 수술계측치를 하악골의 움직임을 평균적 근사적으로 재현한 교합기상으로 옮겨와 수술계획을 수립하고 있기 때문에 수술계획 수립단계부터 실제 수술의 정확성과 정밀성을 담아 낼 수 없다는 한계점을 갖고 있다.
이런 전통적인 수술준비과정의 문제점은 첫째로 이차원 방사선사진으로는 삼차원적 얼굴뼈의 정보를 파악하고 해석하고 전달하는데 근원적인 한계점을 갖고 있으며, 둘째로는 이차원적으로 수립된 계획을 치열모델을 이용하여 교합기상으로 옮겨와 교합기와 치열만을 기준으로 수술장치물을 제작하게 되어 교합기상에 환자의 정보를 옮길 때 발생되는 오차와 교합기상에서 제한적인 수직, 수평적인 계측치만을 갖고 수술장치물을 제작하여 발생되는 오차 등을 극복할 수 없다는 문제점이 있어 왔다. 셋째로는 하악골의 움직임을 평균적으로 재현하는 교합기 자체의 오류를 들 수 있으며, 넷째로 전통적인 수술계획방식은 하악 혹은 상악치열의 대칭성만을 볼 수 있기 때문에 하악치열과 하악골의 외연등의 대칭성이 일치하지 않는 증례에서는 좋지 못한 심미적 결과를 초래하는 경우가 적지 않게 있어 왔다.
현재 삼차원 CT(Computer Tomography)의 발전으로 하악골의 기능적, 심미적 위치로의 수술전 시뮬레이션을 시행하려는 시도가 진행되고 있다. 그러나 현재 CT 상 치아정보의 영상이 정확하지 않아, 시뮬레이션 및 수술장치물의 제작이 계획단계와 한공간안에서 이루어지기 어려운 점이 있으며, 턱뼈의 이동을 위한 프로그램상 계산량이 너무 크고 복잡하여 원활한 시뮬레이션 프로그램을 구동하는데에 한계점을 갖고 있다.
또한, 상악골과 하악골 그리고 관절 등으로 이루어진 악골 복합체의 기능적 재현을 따르기 보다는 상악골과 하악골 그리고 움직여서는 안되는 턱관절 구조물의 방향성 없는 삼차원적 움직임을 허용하는 등 프로그램의 복잡성만 더 높아지는 방향으로 가고 있어 실측 시뮬레이션을 구현하는 데에 한계성을 노출하고 있다.
즉, 턱교정 수술이 필요한 환자는 일반적으로 턱뼈의 과성장 혹은 열설장에 의한 전후방적 위치 이상과 턱뼈의 틀어짐에 의한 안모비대칭증이 혼재되어 나타나므로 턱교정 수술시 수술 정확도를 높이기 위해서는 안모비대칭증에 대한 교정시 전후방적 위치 이상과 관련된 좌표축의 좌표를 고정한 상태에서 교정이 이루어져야 하고 전후방적 위치 이상에 대한 교정시 안모비대칭증과 관련된 좌표축을 교정한 상태에서 교정이 이루어져야 정확한 교정이 이루어질 수 있는데, 기존의 삼차원 CT 분석 프로그램은 이러한 좌표축을 고려하지 않은 상태에서 임의적으로 시술자가 악골들을 움직일 수 있도록 구현되어 교정 위치를 정확하게 결정하는데 어려움이 있으며, 이에 따라 수술 정밀도 및 정확도가 크게 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 턱교정 수술이 필요한 환자의 두개골 영상에서 악골을 구성하는 상악골과 하악골 및 근심절편의 배치 상태에 따라 개별 구조물로 분할하여 해부학적 기준면에 따른 삼차원 좌표상에서 각 개별 구조물에 대한 좌표 변환이 가능하도록 제공하는 수술 시뮬레이션을 제공하되, 턱교정 수술이 필요한 환자에게서 혼재되어 나타나는 전후방적 위치 이상과 안모비대칭증 각각에 대한 교정시 교정 대상 증상과 관련없는 좌표축의 좌표를 고정한 상태에서 교정이 이루어지도록 지원하여 교정 위치 결정시 정확도를 높여 수술 정밀도 및 수술 정확도를 높일 수 있도록 지원함과 아울러 개별 구조물의 좌표 변환에 따른 변환 결과를 실시간으로 확인하여 3차원적인 수술 계획의 수립 용이성을 보장하면서 수술 정확도를 높일 수 있도록 지원하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 환자의 두개골 영상에 기반하여 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션을 제공하는 시뮬레이션 장치의 시뮬레이션 방법은, 상기 환자의 3차원 두개골 영상에서 사용자 입력에 따라 상악골과 하악골 및 복수의 근심골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역과 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정하는 설정 단계와, 사용자의 교정 입력에 따라 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나의 객체 영역인 특정 영역을 대상으로 좌표 변환시 관상면 및 수평면 중 선택된 해부학적 기준면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 좌표를 변환하여 상기 특정 영역의 좌표 변환에 따른 제 1 교정 정보를 생성하는 제 1 교정 단계와, 상기 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 상악골과 하악골이 교합되도록 상악골과 하악골 각각의 객체 영역을 배치한 후 단일 영역으로 그룹핑하고, 배치 결과에 따른 제 2 교정 정보를 생성하는 제 2 교정 단계와, 사용자 입력을 기초로 시상면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 상기 단일 영역에 대한 이동 및 회전 중 적어도 하나에 따른 좌표 변환을 통해 제 3 교정 정보를 생성하는 제 3 교정 단계 및 상기 제 3 교정 정보에 따라 결정된 최종 위치에 대응되어 상기 복수의 근심골편별 객체 영역의 좌표를 변환하여 생성한 제 4 교정 정보와 상기 제 1 내지 제 3 교정 정보를 포함하는 수술 정보를 생성하는 수술 수립 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 설정 단계는 상기 두개골 영상에서 정중 시상선과 사용자에 의해 설정된 기준선을 각각 3차원 좌표의 기준축으로 하는 3차원 좌표를 상기 두개골 영상에 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 두개골 영상은 CT 영상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 시상면은 정중시상평면인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제 1 교정 단계는 상기 두개골 영상의 관상면 및 수평면 중 어느 하나에 대한 사용자의 선택 입력을 수신하는 단계와, 상기 선택 입력에 따라 상기 관상면이 선택되고, 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나에 대응되는 상기 특정 영역을 대상으로 이동 및 회전 중 적어도 하나를 포함하는 좌표 변환에 대한 하나 이상의 교정 입력을 수신한 경우 Z축 좌표를 고정한 상태에서 상기 교정 입력에 따라 상기 특정 영역의 좌표를 변환하며, 상기 교정 입력 수신시마다 상기 특정 영역의 좌표를 변환하는 관상면 기준 교정 단계와, 상기 선택 입력에 따라 상기 수평면이 선택되고, 상기 특정 영역에 대한 회전 입력을 수신한 경우 Y축 좌표를 고정한 상태에서 상기 회전 입력에 따라 Y축을 기준으로 상기 특정 영역을 회전하여 상기 특정 영역의 좌표를 변환하며, 상기 회전 입력 수신시마다 상기 특정 영역의 좌표를 변환하는 수평면 기준 교정 단계 및 상기 관상면 기준 교정 단계 및 상기 수평면 기준 교정 단계 중 적어도 하나를 통해 결정된 상기 특정 영역의 교정 위치와 상기 교정 위치에 대응되는 상기 특정 영역에 속한 상기 계측점별 변위를 포함하는 상기 제 1 교정 정보를 생성하는 교정 처리 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 관상면 기준 교정 단계는 상기 특정 영역이 상악골에 대응되는 객체 영역이며 상기 교정 입력에 회전이 포함된 경우 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선이 일치하는 상태에서는 상기 상악전치부 정준선을 중심으로 상기 특정 영역을 회전시키며, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선 상의 특정 점을 중심으로 상기 특정 영역을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 수평면 기준 교정 단계는 상기 특정 영역이 상악골에 대응되는 객체 영역인 경우 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정준선이 일치하는 상태에서는 상악전치부 중심선 끝을 중심으로 회전시키고, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선 상의 특정 점을 중심으로 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제 2 교정 단계는 상기 교합 알고리즘에 따라 미리 설정된 교합 모델에 상기 특정 영역을 정렬시키기 위한 제 1 변환 행렬을 산출하는 단계와, 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 특정 영역이 정렬된 교합 모델에 상기 상악골과 하악골 중 다른 하나의 객체 영역인 나머지 영역을 정렬시키기 위한 제 2 변환 행렬을 산출하는 단계와, 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 제 1 변환행렬의 역행렬과 상기 제 2 변환 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역의 교합 행렬을 산출하는 단계와, 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 교합 행렬과 상기 제 1 교정 정보에 따른 제 1 모의 수술 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역이 상기 특정 영역과 교합되도록 상기 나머지 영역을 배치하기 위한 제 2 모의수술 행렬을 산출하는 단계 및 상기 제 2 모의수술 행렬에 따라 상기 나머지 영역을 배치하고 상기 제 2 모의수술 행렬에 따른 제 2 교정 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제 3 교정 단계는 상기 시상면 상에서 좌표 변환시 상기 좌표 변환이 회전에 대응되는 경우 상악전치부 중심선 끝을 중심점으로 하여 X축 좌표를 고정한 상태로 상기 단일 영역을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치는, 환자의 3차원 두개골 영상을 수신하여 상악골과 하악골 및 복수의 근심 골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역으로 구분하여 상기 객체 영역의 좌표 변환이 가능하도록 상기 두개골 영상을 영상 처리하는 영상 처리부와, 상기 영상 처리부에서 상기 복수의 서로 다른 객체 영역에 대한 영상 처리를 위해 사용자 입력에 따라 상악골과 하악골 및 복수의 근심골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역을 설정하고, 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정하는 설정부 및 사용자의 교정 입력에 따라 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나의 객체 영역인 특정 영역을 대상으로 좌표 변환시 관상면 및 수평면 중 선택된 해부학적 기준면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 좌표를 변환하여 상기 특정 영역의 좌표 변환에 따른 제 1 교정 정보를 생성하고, 상기 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 상악골과 하악골이 교합되도록 상악골과 하악골 각각의 객체 영역을 배치한 후 단일 영역으로 그룹핑하면서 배치 결과에 따른 제 2 교정 정보를 생성하며, 사용자 입력을 기초로 시상면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 상기 단일 영역에 대한 이동 및 회전 중 적어도 하나에 따른 좌표 변환을 통해 제 3 교정 정보를 생성한 후 상기 제 3 교정 정보에 따라 결정된 최종 위치에 대응되어 상기 복수의 근심골편별 객체 영역의 좌표를 변환하여 생성한 제 4 교정 정보와 상기 제 1 내지 제 3 교정 정보를 포함하는 수술 정보를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명은 턱교정 수술을 모의하기 위한 시뮬레이션을 제공하여 턱교정수술이 필요한 환자에게 혼재되어 나타나는 서로 다른 교정 대상 증상인 안모비대칭과 전후방적 위치 이상에 대한 교정이 함께 이루어지도록 지원할 수 있으며, 안모비대칭과 전후방적 위치 이상 중 어느 하나와 관련하여 교정시 관상면과 수평면 및 시상면을 포함하는 해부학적 기준면 중 교정 대상 증상과 관련성이 높은 해부학적 기준면을 기준으로 다른 하나의 교정 대상 증상과 관련된 좌표축에 대한 좌표를 고정한 상태에서 현재 교정 대상 증상과 관련된 상악골과 하악골 및 근심골편 중 적어도 하나에 대한 정밀한 교정이 이루어지도록 지원함으로써 안모비대칭과 전후방적 위치 이상 각각에 대해 가장 관련도가 높은 해부학적 기준면 상에서 정확하게 교정이 이루어지도록 지원함과 아울러 교정시마다 의사가 교정 대상의 이동 상태를 확인할 수 있도록 교정 단계별로 3차원적으로 교정 대상의 위치와 이동량을 포함하는 교정 정보를 제공하여 실제 수술시 해당 교정 정보를 기초로 수술 정확도 및 수술 편의성을 크게 높일 수 있도록 지원하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 안모비대칭 교정을 위해 상악골 및 하악골 교정시 교합이라는 요소에 의해 긴밀하게 상호 연결되는 상악골과 하악골 중 어느 하나를 교정하는 것만으로 다른 하나를 최적의 교합 위치로 자동 배치하여 이에 따른 교정 정보를 제공하면서 전후방적 위치 이상에 대한 교정시에 안모비대칭 교정을 통해 교합된 상악골과 하악골이 하나의 강체로서 이동되도록 하여 수술 정확도 및 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전후방적 위치 이상에 대한 교정 완료시 근심골편 역시 하악골의 교정 위치에 맞추어 하악골의 하악골체부가 이동하여 생긴 삼차원적 간극을 관절중심과 오홰돌기 첨부를 연결한 벡터를 경칩삼아 메꾸는 방향으로 하악골에 자동 접합되도록 하여 관절 운동에 이상이 없는 최적의 위치로 자동 교정함으로써 의사가 결정한 턱뼈를 구성하는 구조물 각각의 위치에 대응되어 교합과 접합을 자동 조절하여 수술 정밀도 및 정확도와 더불어 수술 편의성을 높일 수 있는 최적의 수술 정보를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 시뮬레이션 방법에 대한 순서도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 관상면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 수평면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 시상면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 시뮬레이션 방법에 대한 순서도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 관상면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 수평면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치의 시상면 기준 턱교정 과정에 대한 예시도.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션(simulation) 장치(100)의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 영상 처리부(110), 설정부(120), 저장부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 사용자 단말로서 구성되거나, 사용자 단말과 통신망을 통해 통신하는 서버로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 상기 사용자 단말 또는 서버에 의해 실행되는 소프트웨어로서 구성될 수도 있다.
턱교정수술 가상시뮬레이션시 악골의 움직임은 다소 복잡해 보이지만 수학적으로 악골을 하나의 강체로 생각한다면 수술시 삼차원적 악골의 모든 움직임은 삼차원 좌표 X, Y, Z 중 하나의 값만이 변환되는 병진운동(parallel translation)(또는, 평행이동)과 X, Y, Z 좌표 중 한 값이 고정되고 나머지 두 값이 변환되는 벡터변환으로 표현 가능하다. 병진운동이란 X축, Y축 혹은 Z축을 따라 악골이 평행이동 되는 변환이며, 벡터 변환이란 시상면(sagittal plane), 관상면(coronal plane), 수평면(axial plane) 상에서의 회전운동(rotational movement) 또는 각변환(angular transformation)을 의미한다.
얼굴중심으로의 악골의 이동, 전후방적 이동 및 수직고경의 변환은 parallel translation(병진운동, 평행이동)을 통해 이루어지며, canting(정면-전두면-에서의 악골의 좌우 기울기 차이, 경사) correction(교정)은 관상면(또는 전두면) 상에서의 회전변환으로, 상악전치부와 상악구치부 사이 경사도 설정(posterior or anterior impaction)은 시상면 상에서의 회전변환으로, 편요각 교정(yawing correction) 혹은 수평평면에서의 회전교정(rotational correction of horizontal plane)은 수평면 상에서의 회전변환으로 각각 표현될 수 있다.
또한, 각 평면들에서의 한 구조물의 평행이동(parallel translation) 및 회전변환후의 이동 벡터 값들의 합은 구조물 좌표의 최종적 변동값을 의미함으로, 중요 구조물들의 시뮬레이션 전후 좌표 변동값과 이동후의 좌표를 실시간으로 알 수 있다면, 턱교정수술의 삼차원적 수술계획 설계에 많은 이해와 도움을 줄 수 있다.
상술한 구성에 따라, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 턱교정이 필요한 환자의 두개골 영상을 분석하여 악골을 구성하는 상악골, 하악골 및 근심골편을 개별 구조물로 분할하고, 구조물별로 이동 및 회전 중 적어도 하나를 통해 3차원 공간 상에서 상기 환자를 치료하는 의사인 사용자의 입력에 따라 상기 구조물에 대한 좌표 변환을 수행하여 턱교정을 위한 모의 수술이 이루어지도록 지원하며 모의 수술 과정에서 구조물별로 좌표 변환에 따른 교정 위치와 계측점별 변위를 포함하는 교정 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 실제 수술시 교정 정보를 참고하여 악골을 구성하는 구조물별 배치에 정확도를 높일 수 있도록 지원함으로써 턱교정 수술에 대한 수술 정확도 및 안정성을 보장할 수 있다.
상술한 구성을 토대로, 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치(100)를 구성하는 각 구성부의 동작 실시예를 이하 도면을 참고하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치(100)의 시뮬레이션 방법에 대한 순서도이다.
우선, 상기 영상 처리부(110)는 환자의 두개골을 촬영한 3차원 영상을 수신할 수 있으며(S1), 상기 3차원 영상을 영상 처리하여 악골을 구성하는 상악골, 하악골 및 근심골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역으로 구분한 3차원으로 구성된 두개골 영상을 생성한 후 출력하여 표시할 수 있다(S2).
이때, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 외부 장치와 연결되는 인터페이스부를 포함할 수 있으며, 상기 영상 처리부(110)는 상기 인터페이스부를 통해 상기 외부 장치로부터 두개골 관련 상기 3차원 영상을 수신할 수 있다. 또한, 상기 3차원 영상은 CT(Computer Tomography) 영상일 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부(110)는 상기 복수의 서로 다른 객체 영역으로 구분된 상태의 3차원 두개골 영상을 상기 외부 장치로부터 상기 인터페이스부를 통해 수신할 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 상기 두개골 영상을 별도의 디스플레이 장치를 통해 표시하기 위한 출력부(160)를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 시뮬레이션 장치(100)가 사용자 단말이나 서버와 같은 특정 장치의 구성부로 구성된 경우 상기 영상 처리부(110)는 상기 특정 장치에 구성되는 출력부(160)를 통해 상기 두개골 영상을 출력하여 표시할 수도 있다.
한편, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부(150)를 더 포함하여 구성되거나 상기 시뮬레이션 장치(100)가 구성된 특정 장치에 상기 사용자 입력부(150)가 구성되어 상기 특정 장치의 사용자 입력부(150)를 통해 수신되는 사용자 입력 관련 입력 정보를 수신할 수 있다.
이에 따라, 상기 설정부(120)는 상기 사용자 입력부(150)를 통해 수신되는 사용자 입력을 기초로 상기 3차원 영상에서 사용자 입력에 따라 상기 상악골, 하악골 및 복수의 근심골편을 각각 객체로 처리하기 위해 상기 상악골과 대응되는 제 1 객체에 대한 제 1 객체 영역과 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체에 대한 제 2 객체 영역과 상기 복수의 근심골편 중 제 1 근심골편에 대응되는 제 3 객체에 대한 제 3 객체 영역 및 제 2 근심 골편에 대응되는 제 4 객체에 대한 제 4 객체 영역을 포함하는 복수의 객체 영역을 설정할 수 있다.
이때, 상기 상악골에 대응되는 객체 영역이 제 2 객체 영역으로 설정되고, 하악골에 대응되는 객체 영역이 제 1 객체 영역으로 설정될 수도 있다.
또한, 상기 영상 처리부(110)는 상기 설정부(120)에 의해 상기 두개골 영상에서 설정된 복수의 객체 영역을 식별하고, 상기 3차원 영상에 포함된 복수의 객체 영역 각각을 이동이나 회전과 같은 좌표 변환이 가능하도록 영상 처리하여 상기 두개골 영상을 생성할 수 있다.
이에 대한 일례로, 상기 설정부(120)는 상기 사용자 입력에 따라 상기 3차원 영상에서 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체의 외곽선을 설정하고, 상기 영상 처리부(110)는 상기 제 1 객체의 외곽선을 기초로 상기 제 1 객체 영역을 분할하여 상기 두개골 영상에서 상기 제 1 객체 영역의 좌표 변환이 가능하도록 처리할 수 있다.
상술한 구성에서, 상기 영상 처리부(110)는 사용자 입력 없이 상기 3차원 영상을 분석하여 자동으로 상기 상악골, 하악골 및 근심골편과 각각 대응되는 복수의 객체 영역을 구분하여 상기 두개골 영상을 생성할 수도 있다.
또한, 상기 설정부(120)는 상기 복수의 객체 영역 각각의 이동 및 회전 중 적어도 하나에 의한 교정에 따른 좌표 변환 정도를 파악하기 위해 사용자 입력부(150)를 통해 수신된 사용자 입력을 기초로 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정할 수 있다.
이때, 상기 영상 처리부(110)는 상기 설정부(120)와 연동하여 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정할 수 있다.
한편, 상기 영상 처리부(110)는 상기 복수의 객체 영역의 좌표 변환이 가능하도록 상기 두개골 영상에 대한 3차원 좌표를 설정할 수 있다.
이때, 상기 영상 처리부(110)는 미리 설정된 기준에 따라 상기 두개골 영상에서 자동으로 식별된 중심점을 기준으로 3차원 좌표를 설정할 수 있다.
또는, 상기 영상처리부는 상기 두개골 영상에서 정중 시상선과 사용자에 의해 설정된 기준선을 각각 3차원 좌표의 기준축으로 하는 3차원 좌표를 상기 두개골 영상에 설정할 수도 있다.
이때, 상기 설정부(120)는 상기 사용자 입력을 기초로 상기 두개골 영상에 대해 상기 3차원 좌표의 한 축을 구성하는 기준선을 설정할 수 있으며, 상기 영상 처리부(110)는 상기 기준선 설정에 따라 상기 두개골 영상에 대해 3차원 좌표를 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 시뮬레이션 장치(100)는 두개골 영상에서 악골에 대한 객체 영역 및 계측점 설정과 3차원 좌표 설정을 포함하는 초기 설정이 완료되면 상기 사용자 입력을 기초로 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션을 수행할 수 있는데 이를 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 상기 제어부(140)는 상기 시뮬레이션 장치(100)에 구성되는 저장부(130)에 저장된 프로그램 및 데이터를 이용하여 상기 시뮬레이션 장치(100)의 전반적인 제어 기능을 수행하며, 상기 영상 처리부(110) 및 설정부(120)와 연동하여 이하에서 설명하는 기능을 처리할 수 있다.
이때, 상기 영상 처리부(110) 및 설정부(120)는 상기 제어부(140)에 포함되어 구성될 수도 있으며, 상기 제어부(140)는 RAM, ROM, CPU, GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다.
우선, 상기 제어부(140)는 상기 영상 처리부(110)를 제어하여 상기 두개골 영상을 상기 출력부(160)를 통해 출력할 수 있으며, 미리 설정된 교정 인터페이스를 상기 출력부(160)를 통해 출력하면서 상기 교정 인터페이스 상에 상기 두개골 영상이 함께 출력되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자의 교정 입력(사용자 입력)에 따라 상기 상악골 및 하악골과 각각 대응되는 제 1 및 제 2 객체 영역 중 특정 영역을 대상으로 이동 및 회전 중 적어도 하나를 포함하는 상기 교정 입력에 따른 좌표 변환시 관상면 및 수평면 중 상기 좌표 변환을 위해 선택된 어느 하나의 해부학적 기준면에 대응되어 미리 설정된 축(축의 좌표)을 고정한 상태에서 상기 특정 영역의 좌표를 변환하고(S3), 교정 완료시(S4) 하나 이상의 상기 교정 입력에 따른 좌표 변환에 따라 결정된 상기 특정 영역의 교정 위치 및 상기 특정 영역의 계측점별 변위를 포함하는 제 1 교정 정보를 생성할 수 있다(S5).
이에 대한 일례로서, 상기 제어부(140)는 시상면, 관상면 및 수평면을 포함하는 미리 설정된 해부학적 기준면 중 관상면 및 수평면을 포함하는 선택 메뉴를 상기 두개골 영상이 표시된 교정 인터페이스를 통해 제공할 수 있으며, 상기 선택 메뉴에 대응되어 상기 사용자 입력부(150)를 통해 두개골 영상의 관상면 및 수평면 중 어느 하나에 대한 사용자의 선택 입력을 수신할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 선택 입력에 따라 상기 관상면이 선택된 상태에서 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나에 대응되는 상기 특정 영역을 대상으로 이동 및 회전 중 적어도 하나를 포함하는 좌표 변환에 대한 하나 이상의 교정 입력을 수신한 경우 상기 관상면에 대응되어 미리 설정된 Z축(Z축 좌표)을 고정한 상태에서 상기 교정 입력에 따라 상기 특정 영역의 좌표를 변환하며, 상기 교정 입력 수신시마다 상기 특정 영역의 좌표를 변환할 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 관상면 기준으로 상기 특정 영역의 좌표 변환시 상기 특정 영역의 Z축에 대한 좌표를 (현재 좌표로) 고정한 상태에서 상기 교정 입력에 따라 좌표를 변환할 수 있다.
일례로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 상악골의 과성장에 의한 변위량들 중 수평적 변위량을 교정하기 위해 상기 선택 메뉴에서 관상면이 선택된 경우 상기 두개골 영상을 기초로 관상면에 대응되는 관상면 영상을 출력부(160)를 통해 출력할 수 있다.
이때, 상기 관상면 영상은 상기 두개골 영상을 상기 관상면에 대응되는 배치 상태로 배치시킨 영상으로 상기 두개골 영상과 동일한 영상일 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력에 따른 교정 입력을 기초로 두개골 영상을 정면에서 바라본 관상면 영상에서 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역을 X축 방향으로 이동시킬 수 있으며, 관상면 기준으로 상기 제 1 객체 영역 이동시 상기 3차원 좌표 중 Z축(Z축 좌표)을 고정하여 전후방값은 고정된 상태로 유지하면서 상기 교정 입력에 따라 상기 제 1 객체 영역을 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 관상면 기준으로 상기 제 1 객체 영역 이동시 관상면에 대응되어 미리 설정된 Z축에 대한 좌표 변환은 고정한 상태에서 상기 제 1 객체 영역을 이동시킬 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 상악골의 정면 기울기를 교정하기 위해 상기 제어부(140)는 특정 중심점을 기준으로 상기 제 1 객체 영역을 회전시킬 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 상기 교정 입력에 회전이 포함된 경우 상기 Z축에 대한 좌표는 고정하여 전후방값은 고정된 상태에서 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선이 일치하는 상태에서는 상악전치부 중심선(U1ML : U1 midline)을 중심으로 상기 제 1 객체 영역(특정 영역)을 회전시키며, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선(midsagittal line) 상의 특정 점을 중심으로 상기 제 1 객체 영역(특정 영역)을 회전시킬 수 있다.
이때, 상기 설정부(120)는 상기 제 1 내지 제 4 객체 영역별로 상악골, 하악골 및 근심골편 중 어느 하나로 설정한 설정 정보를 사용자 입력을 기초로 생성하거나 자동 생성할 수 있으며, 상기 제어부(140)는 상기 설정부(120)를 통해 생성된 상기 설정 정보를 기초로 상기 제 1 객체 영역을 상악골로 식별하고, 하악골을 제 2 객체 영역으로 식별하며, 상기 제 3 및 제 4 객체 영역을 각각 근심골편으로 식별할 수 있다.
이에 따라, 상기 제어부(140)는 사용자 입력 또는 영상 분석을 통해 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역이 설정되면, 미리 설정된 기준에 따른 영상 분석을 통해 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역에서 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선 및 상악전치부 중심선을 자동 식별할 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 상기 관상면 영상에서 상악골에 대응되어 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선 및 상악전치부 중심선을 설정하여 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선 및 상악전치부 중심선을 식별할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선이 설정되면 상기 상악전치부 중심선을 자동 연산하여 식별할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선이 일치하지 않는 상태에서 사용자 입력을 기초로 상기 정중시상선 상의 특정 점을 설정하고, 상기 특정 점을 기준으로 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력에 따른 교정 입력에 대응되는 각도로 상기 제 1 객체 영역을 회전시킬 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 영상 분석을 통해 상기 정중시상선을 식별하거나 상기 두개골 영상에 대한 영상 분석을 통해 상기 정중신상선을 식별할 수도 있다.
여기서, 본 발명에서 설명되는 상악전치부 정준선은 상악골에 형성된 치아들을 대상으로 치아의 위치에 따른 상기 제어부(140)에 미리 설정된 치아 구분 기준에 따라 전치부와 후치부로 구분한 상태에서 상악골의 전면을 기준으로 상기 전치부를 좌우의 X축 길이가 상호 동일하도록 나누어주는 Y축의 기준선을 의미할 수 있으며, 상악골 골체부 정중선은 상악골의 전면을 기준으로 상악골(제 1 객체 영역) 전체를 좌우의 X축 길이가 상호 동일하도록 나누어주는 Y축의 기준선을 의미할 수 있다.
또한, 본 발명에서 설명되는 상기 상악전치부 중심선은 상기 전치부의 중심점을 기준으로 하는 Y축 중심선을 의미할 수 있으며, 상기 상악전치부 중심선은 상기 상악전치부 정중선과 동일할 수도 있다.
또한, 본 발명에서 설명되는 정중시상선은 환자의 신체를 좌우의 너비(X축 길이)가 상호 동일하도록 나누어주는 선을 의미할 수 있다.
상술한 구성에 따라, 상기 제어부(140)는 상기 관상면 영상을 기초로(관상면 기준으로) 상기 제 1 객체 영역에 대해 하나 이상의 서로 다른 교정 입력 수신시마다 상기 제 1 객체 영역의 좌표를 변환할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 상악골의 수평면(또는 축평면)에서의 회전 변위를 교정하기 위해 상기 선택 메뉴에서 사용자 입력에 따라 상기 수평면이 선택된 경우 상기 두개골 영상을 기초로 수평면에 대응되는 수평면 영상을 출력부(160)를 통해 출력할 수 있다.
이때, 상기 수평면 영상은 상기 두개골 영상을 상기 수평면에 대응되는 배치 상태로 배치시킨 영상으로 상기 두개골 영상과 동일한 영상일 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 수평면이 선택되어 수평면 영상이 출력된 상태에서 사용자 입력에 따라 상기 제 1 객체 영역에 대한 회전 입력을 수신한 경우 상기 수평면에 대응되어 미리 설정된 Y축(Y축 좌표)을 고정한 상태에서 상기 회전 입력에 따라 Y축을 기준으로 상기 제 1 객체 영역을 회전하여 상기 제 1 객체 영역의 좌표를 변환할 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 수평면 기준으로 상기 특정 영역의 좌표 변환시 상기 특정 영역의 Y축에 대한 좌표를 (현재 좌표로) 고정한 상태에서 상기 회전 입력에 따라 좌표를 변환할 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정준선이 상호 일치하는 상태에서는 상악전치부 중심선 끝(U1ML tip)을 중심으로 회전시키고, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선 상의 특정 점을 중심으로 회전시킬 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상술한 바와 같이 사용자 입력을 통해 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정준선과 상악전치부 중심선 및 정중시상선 중 적어도 하나를 설정하거나 영상 분석을 통해 자동으로 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정준선과 상악전치부 중심선 및 정중시상선 중 적어도 하나를 자동 식별할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 수평면 영상을 기초로(수평면 기준으로) 상기 제 1 객체 영역에 대응되어 상기 회전 입력 수신시마다 상기 제 1 객체 영역의 좌표를 변환할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 관상면 기준의 하나 이상의 교정 입력에 따른 제 1 교정 과정과 상기 수평면 기준의 하나 이상의 회전 입력에 따른 제 2 교정 과정 중 적어도 하나를 통해 좌표 변환된 상기 제 1 객체 영역의 교정 위치를 식별할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 상기 관상면 및 수평면에 대한 1차 교정 완료 관련 제 1 완료 정보를 수신한 경우 상기 제 1 객체 영역의 최초 위치와 상기 제 1 객체 영역의 교정 위치를 비교하여 상기 제 1 객체 영역에 대응되어 미리 설정된 상기 제 1 객체 영역에 속한 상기 계측점별로 상기 제 1 객체 영역을 상기 최초 위치로부터 상기 교정 위치로 좌표 변환함에 따른 변위를 산출할 수 있으며, 상기 제 1 객체 영역에 속한 계측점별 변위와 상기 제 1 객체 영역의 상기 교정 위치를 포함하는 제 1 교정 정보를 생성할 수 있다.
다시 말해, 상기 제어부(140)는 상기 관상면과 수평면 중 적어도 하나에 대해 상기 두개골 영상에서 상기 상악골에 해당되는 제 1 객체 영역을 사용자가 이동 및 회전 중 적어도 하나를 통해 좌표 변환하여 상기 상악골의 교정 상태에 대응되는 교정 결과를 상기 제 1 교정 정보로 수치화하여 제공할 수 있다.
상술한 구성에서, 상기 제어부(140)는 상기 관상면과 수평면 중 적어도 하나를 기준으로 좌표 변환시마다 상기 출력부(160)를 통해 출력된 교정 인터페이스를 통해 상기 제 1 객체 영역에 속한 계측점별로 사용자 입력에 따라 변환된 위치에 대응되는 좌표를 출력하여 표시할 수 있으며, 상기 제 1 객체 영역의 좌표 변환 상태를 상기 두개골 영상에서 표시할 수 있다.
상술한 구성에서는 상기 특정 영역이 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역으로 설정된 상태를 기준으로 설명하였으나, 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역이 사용자 입력에 따라 상기 특정 영역으로 선택될 수도 있다.
또한, 상기 특정 영역이 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역인 경우 상기 상악전치부 정준선은 하악전치부 정준선으로 대체되고, 상기 상악골 골체부 정준선은 하악골 골체부 정준선으로 대체되며, 상기 상악전치부 중심선은 하악전치부 중심으로 대체될 수 있다.
한편, 상술한 구성을 통해 상기 상악골에 대한 교정이 완료되면, 상기 제어부(140)는 상악골의 교정 위치를 기준으로 상기 상악골에 하악골이 교합되도록 상기 하악골의 교정 위치를 자동 산출할 수 있으며, 이를 통해 환자의 안모비대칭(안모비대칭증) 교정을 자동을 수행할 수 있다.
이를 상세히 설명하면, 상기 제어부(140)는 상기 제 1 완료 정보 수신시 상기 상악골의 교정 위치에 대응되어 상기 하악골을 상기 상악골과의 교합시키기 위한 교합 버튼을 상기 두개골 영상이 표시되는 교정 인터페이스를 통해 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 교합 버튼에 대한 선택 입력을 수신한 경우 상기 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 상악골과 하악골이 교합되도록 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역을 배치하여 상기 제 1 및 제 2 객체 영역을 단일 영역으로 그룹핑하고(S6), 상기 제 2 객체 영역의 배치 결과에 따른 제 2 교정 정보를 생성할 수 있다(S7).
즉, 상기 제어부(140)는 미리 설정된 교합 알고리즘에 따라 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역의 교정 위치에 대응되어 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역을 상기 상악골과 교합되는 위치로 자동 배치시킬 수 있으며, 상기 하악골의 상기 자동 배치에 따른 교정 위치와 상기 하악골의 최초 위치 사이의 변동량에 대한 제 2 교정 정보를 생성할 수 있다.
다시 말해, 상기 제어부(140)는 상악골의 교정 위치에 따른 상악골과 하악골이 상호 교합되는 위치로 상기 하악골을 상기 교합 알고리즘에 따라 자동으로 좌표 변환시키면서 상기 하악골의 교정 위치를 식별하고, 상기 하악골의 교정 전 위치를 기준으로 상기 하악골의 교정 위치로 이동시키기 위한 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역에 속한 계측점별 변위와 상기 하악골의 교정 위치를 포함하는 제 2 교정 정보를 자동 생성할 수 있다.
상술한 교합 알고리즘을 통한 교합 교정 과정의 일례로서, 상기 제어부(140)는 상기 교합 알고리즘에 따라 미리 설정된 교합 모델에 상기 특정 영역으로 설정된 제 1 객체 영역을 정렬시키기 위한 제 1 변환 행렬을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 특정 영역이 정렬된 교합 모델에 나머지 영역인 제 2 객체 영역을 정렬시키기 위한 제 2 변환 행렬을 산출할 수 있다.
이후, 상기 제어부(140)는 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 제 1 변환행렬의 역행렬과 상기 제 2 변환 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역의 교합 행렬을 산출할 수 있다.
다음, 상기 제어부(140)는 상기 교합 알고리즘에 따라 상기 교합 행렬과 상기 제 1 교정 정보에 따른 제 1 모의 수술 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역이 상기 특정 영역과 교합되도록 상기 나머지 영역을 배치하기 위한 제 2 모의수술 행렬을 산출할 수 있다.
이후, 상기 제어부(140)는 상기 제 2 모의수술 행렬에 따라 상기 나머지 영역을 배치하고 상기 제 2 모의수술 행렬에 따른 제 2 교정 정보를 생성할 수 있다.
상술한 구성을 통해, 상기 제어부(140)는 안모비대칭 교정을 위한 상악골의 위치가 결정되면 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역을 상악골의 제 1 객체 영역과 교합되는 최적의 위치로 자동 교정하여 사용자의 교정 편의성을 높일 수 있으며, 상악골과 하악골의 안모비대칭 교정 결과(제 2 교정 정보와 제 2 객체 영역의 좌표 변환 상태)를 상기 출력부(160)를 통해 표시하여 비대칭 교정이 잘 이루어졌는지를 사용자가 용이하게 확인할 수 있도록 지원할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역의 교정 위치가 사용자 판단에 따라 정확한 경우 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 교합 완료에 대한 제 2 완료 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 제 2 완료 정보 수신시 상기 상악골 및 하악골과 각각 대응되는 제 1 객체 영역 및 제 2 객체 영역을 하나의 단일 영역으로 그룹핑하여 상기 제 1 객체 영역 및 제 2 객체 영역이 일체로 움직일 수 있도록 설정할 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 안모비대칭 교정이 완료된 상악골 및 하악골을 하나의 강체로 설정하여 이후 교정시 상악골과 연동하여 하악골이 교합 상태를 유지하면서 교정되도록 지원함으로써 안모비대칭 교정 상태를 유지하도록 지원할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 안모비대칭 교정이 미흡한 경우 상기 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역을 상술한 바와 같이 관상면 및 수평면 중 적어도 하나를 기준으로 사용자 입력에 따라 교정할 수 있으며, 상기 상악골의 교정 위치에 대응되어 자동으로 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역을 상기 상악골과 하악골이 상호 교합되는 위치로 교정하여 사용자가 안모비대칭 교정 상태와 교합 상태를 확인하면서 최적의 안모비대칭 교정이 이루어지도록 동작할 수 있다.
한편, 상술한 구성에서, 상악골에 대응되는 제 1 객체 영역을 상기 특정 영역으로 하는 예시를 설명하였으나, 상기 제어부(140)는 사용자 입력에 따라 하악골에 대응되는 상기 제 2 객체 영역을 상기 특정 영역으로 설정하고, 상기 제 2 객체 영역에 대해 상기 제 1 교정 정보를 생성할 수도 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 제 2 객체 영역에 대응되어 생성된 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 교합 알고리즘을 통해 상기 제 1 객체 영역에 대해 상악골과 하악골이 교합되는 교정 위치를 산출하고, 상기 제 1 객체 영역의 교정 위치에 대응되어 제 2 교정 정보를 생성할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전면에서 볼때 악골의 위치적 틀어짐에 의해 얼굴이 비뚤고 좌우의 모양이 달라지게 되는 안모비대칭의 교정 과정에서 사용자가 상악골과 하악골 중 어느 하나의 교정 상태를 확인하면서 용이하게 안모비대칭 교정이 이루어지도록 지원함과 아울러 상알골과 하악골 중 어느 하나를 교정한 상태에서 교합이 이루어지는 최적의 위치로 다른 하나를 자동 배치하여 안모비대칭 교정에 대한 정확도 및 편의성을 높일 수 있음과 아울러 상악골과 하악골 각각의 교정에 따른 변동량을 실시간으로 수치적 및 시각적으로 확인할 수 있도록 지원하여 실제 수술시 수술 정확도 및 편의성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 바와 같이 안모비대칭 교정이 완료되면 두개골의 측면에서 관찰이 용이한 턱뼈의 과성장 혹은 열성장에 의한 전후방적 위치 이상을 교정할 수 있도록 지원할 수 있는데, 이를 이하 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 상기 제 2 교정 정보의 생성 이후 자동으로 상기 두개골 영상의 해부학적 기준면 중 하나인 시상면에 대응되는 시상면 영상을 출력부(160)를 통해 출력하거나 사용자 입력에 따라 상기 시상면 영상을 출력할 수 있다.
이때, 상기 시상면 영상은 상기 두개골 영상을 상기 시상면에 대응되는 배치 상태로 배치시킨 영상으로 상기 두개골 영상과 동일한 영상일 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 사용자의 교정 입력을 기초로 시상면에 대응되어 미리 설정된 축(축의 좌표)을 고정한 상태에서 상기 단일 영역에 대해 이동 및 회전 중 적어도 하나를 포함하는 교정 입력에 따른 좌표 변환을 수행하고, 상기 단일 영역에 대한 교정 입력 수신시마다 상기 단일 영역에 대한 좌표 변환을 처리할 수 있다(S8).
상술한 시상면 기준의 전후방적 위치 이상 관련 교정에 대한 실시예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 상기 시상면 상에서 상기 사용자 입력 기반의 교정 입력에 따른 좌표 변환시 상기 교정 입력이 회전에 대응되는 경우 상악전치부 중심선 끝을 중심점으로 하여 상기 시상면에 대응되어 미리 설정된 X축(X축 좌표)을 고정한 상태로 상기 단일 영역을 회전시켜 상기 단일 영역의 좌표를 변환시킬 수 있다.
이때, 상기 시상면은 정중시상평면일 수도 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 시상면 기준으로 상기 단일 영역의 좌표 변환시 상기 단일 영역의 X축에 대한 좌표를 (현재 좌표로) 고정한 상태에서 상기 교정 입력에 따라 좌표를 변환할 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 상기 단일 영역에 대응되는 교합 강체의 평면에 대한 회전변화를 구현하여 교합 강체의 회전변화량 또는 상악전치각도 변화에 의한 하악골의 측면평면 상에서의 이동량을 파악할 수 있도록 지원하기 위해 정중시상평면(Midsagittal Plane) 상에서 상악골의 상악전치부 중심선 끝(U1ML tip)을 중심점으로 하여 시계방향(posterior impaction) 또는 반시계방향(anterior impaction)으로 상기 단일 영역을 X축 회전하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 시상면을 기준으로 회전시 회전중심을 U1ML, A-point, ANS(골격성전비극의 끝) 등 임상적 구조물을 이용하여 회전시키도록 설정될 수도 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 미리 설정된 해부학적 기준면 중 시상면이 사용자 입력 또는 자동으로 선택된 상태에서 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력에 따른 교정 입력을 기초로 정중시상평면 상에서 상기 단일 영역을 X축(X축 좌표)을 고정한 상태에서 Y축 방향으로 이동시켜 상기 단일 영역의 좌표를 변환시킬 수 있다.
이를 통해, 상기 제어부(140)는 사용자 입력을 기초로 두개골을 기준점으로 상악골과 하악골의 수직적인 위치를 교정할 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 단일 영역에 포함된 제 1 객체 영역 및 제 2 객체 영역 중 어느 하나를 상기 교정 입력에 따라 이동시 나머지 하나를 상기 상악골과 하악골이 교합되는 위치로 자동 이동시킬 수도 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(140)는 미리 설정된 해부학적 기준면 중 시상면이 사용자 입력 또는 자동으로 선택된 상태에서 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력에 따른 교정 입력을 기초로 정중시상평면(Midsagittal Plane) 상에서 상기 단일 영역을 X축(X축 좌표)을 고정한 상태에서 Z축 방향으로 이동시켜 상기 단일 영역의 좌표를 변환시킬 수 있다.
이를 통해, 상기 제어부(140)는 사용자 입력에 따라 두개골을 기준점으로 상악골과 하악골의 수평적인 위치을 조절하여 얼굴의 돌출정도를 교정할 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 상기 시상면 상에서 사용자 입력에 따른 교정이 완료되어 상기 사용자 입력부(150)를 통해 상기 전후방적 위치 이상에 대한 교정 완료 관련 제 3 완료 정보를 수신한 경우(S9) 상기 단일 영역의 교정 위치와 상기 단일 영역에 속한 계측점별 변위를 포함하는 제 3 교정정보를 생성할 수 있다(S10).
이때, 상기 제어부(140)는 상기 제 1 및 제 2 교정 정보에 따른 상악골 및 하악골 각각의 교정 위치를 기준으로 상기 단일 영역의 좌표 변환에 따른 교정 위치에 따라 상기 단일 영역에 속하며 상기 제 3 교정 정보에 포함되는 상기 계측점별 변위를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 제 3 교정 정보에 따른 제 1 및 제 2 객체 영역의 교정 위치를 상기 상악골 및 하악골의 최종 위치로 결정할 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 상기 제 3 교정 정보 생성시 상기 제 3 교정 정보에 따라 결정된 최종 위치에 대응되어 상기 복수의 근심골편을 상기 하악골에 접합시키기 위해 미리 설정된 접합 알고리즘에 상기 제 3 교정 정보와 상기 복수의 근심 골편과 각각 대응되는 제 3 및 제 4 객체 영역 각각의 현재 위치에 대응되는 좌표를 적용할 수 있으며, 상기 제 3 교정정보와 상기 제 3 및 제 4 객체 영역 각각의 좌표가 적용된 접합 알고리즘을 통해 상기 제 3 및 제 4 객체 영역 각각의 좌표를 변환하여(S11) 상기 제 3 및 제 4 객체 영역 각각의 교정 위치 및 계측점별 변위를 포함하는 제 4 교정 정보를 생성할 수 있다(S12).
즉, 상기 제어부(140)는 안모비대칭 교정 및 전후방적 이상 위치에 대한 교정이 완료된 상악골 및 하악골의 상기 제 3 교정 정보에 따른 최종 교정 위치에 대응되어 상기 접합 알고리즘을 통해 상기 복수의 근심골편과 각각 대응되는 복수의 객체 영역인 제 3 객체 영역과 제 4 객체 영역 각각의 좌표를 변환하여 상기 복수의 근심골편 각각을 교정된 하악골의 위치에 대응되어 하악골에 접합되도록 자동 교정할 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 제 3 교정 정보 생성시 상기 두개골 영상에서 상기 제 3 객체 영역 및 제 4 객체 영역 각각의 현재 위치에 대응되는 현재 좌표를 식별할 수 있으며, 상기 제 3 객체 영역의 현재 위치를 기준으로 상기 제 3 객체 영역에 대응되어 상기 접합 알고리즘을 통해 산출된 교정 위치로 상기 제 3 객체 영역을 이동(배치)시키기 위한 상기 제 3 객체 영역에 속한 계측점별 변위를 산출하고, 상기 제 4 객체 영역의 현재 위치를 기준으로 상기 제 4 객체 영역에 대응되어 상기 접합 알고리즘을 통해 산출된 교정 위치로 상기 제 4 객체 영역을 이동(배치)시키기 위한 상기 제 4 객체 영역에 속한 계측점별 변위를 산출할 수 있다.
상술한 구성에서, 상기 제어부(140)는 상기 교정 인터페이스를 통해 상기 근심골편의 접합 실행 여부에 대한 사용자 입력을 수신하기 위한 접합 버튼을 제공할 수 있으며, 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 상기 접합 버튼에 대한 선택 입력 수신시 상기 상악골 및 하악골과 각각 대응되는 제 1 및 제 2 객체 영역의 현재 교정 위치를 최종 위치로 결정하고, 상기 복수의 근심골편과 각각 대응되는 제 3 및 제 4 객체 영역을 상기 접합 알고리즘에 따라 상술한 바와 같이 하악골에 대응되는 제 2 객체 영역에 접합시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 접합 알고리즘 적용시 상기 두개골 영상에서 관절부로부터 분리된 하악골 골체부가 교합에 의한 움직임이 일어난 후 재유합(continuity의 회복)을 위해 양쪽 관절부의 삼차원적 회전운동에 의해 하악골체부가 이동하여 생긴 삼차원적인 간극을 관절중심과 오홰돌기 첨부를 연결한 벡터를 경칩삼아(삼차원적 hinge movement: 경칩운동) 메꾸는 방향으로 상기 복수의 근심골편을 하악골체부와 접합시킬 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 과두부 중앙최상방점(Condyle centralis)과 오홰돌기 첨부(Coronoid process tip)을 연결하여 회전축을 생성하고, 상기 제 3 교정 정보에 따른 교정 위치로 이동된 하악골체부의 Cutting Edge점(골분할절단연 최하부)과 근심골편의 Cutting Edge점(골분할 절단연의 최하부)의 X좌표가 같아지도록 상기 생성된 회전축을 이용하여 근심골편에 대응되는 제 3 및 제 4 객체 영역을 회전시킬 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 복수의 근심골편 접합까지 완료되어 사용자가 최종 수술 상태를 확인하여 이상이 없는 경우 상기 사용자 입력부(150)를 통한 사용자 입력을 기초로 모의 수술 완료에 대한 수술 완료 정보를 상기 교정 인터페이스를 통해 수신할 수 있으며, 상기 수술 완료 정보 수신시(S13) 상기 제 4 교정 정보와 상기 제 1 내지 제 3 교정 정보를 포함하는 수술 정보를 생성할 수 있다(S14).
또한, 상기 제어부(140)는 상기 수술 정보를 출력부(160)를 통해 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다.
이때, 상기 제어부(140)는 상기 수술 정보에 포함된 제 1 내지 제 4 교정 정보 각각에 대해 생성 순서에 따라 교정 단계를 설정할 수 있다.
일례로, 상기 제어부(140)는 가장 처음에 생성된 제 1 교정 정보에 대해 첫번째 순서인 제 1 교정 단계를 설정하고, 다음에 생성된 제 2 교정 정보에 대해 두번째 순서인 제 2 교정 단계를 설정하며, 그 다음에 생성된 제 3 교정 정보에 대해 세번째 순서인 제 3 교정 단계를 설정한 후 마지막에 생성된 제 4 교정 정보에 대해 네번째 순서인 제 4 교정 단계를 설정하여 교정 단계가 설정된 제 1 내지 제 4 교정정보를 포함하는 수술 정보를 생성할 수 있다.
즉, 상기 제어부(140)는 관상면과 수평면 및 시상면을 포함하는 서로 다른 해부하적 기준면 각각에서 수행된 교정 단계마다 교정 위치와 교정 대상의 이동량에 대한 교정 정보를 생성하고, 모의 수술 완료시 교정 단계별로 생성된 상기 교정 정보를 그룹핑하여 수술 과정에 대한 수술 정보를 생성하여 제공함으로써, 의사가 환자에 대해 실제 턱교정 수술시 상기 수술 정보를 기초로 교정 단계별로 교정 대상의 위치와 이동량을 확인하여 정확한 수술이 이루어지도록 지원할 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 교정 단계별로 교정 정보 생성시마다 상기 교정 인터페이스 상에 상기 교정 정보가 출력되도록 상기 출력부(160)를 통해 출력할 수 있으며, 이를 통해 교정 인터페이스 상에서 사용자가 상기 교정 정보를 실시간 확인할 수 있도록 지원할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 턱교정 수술을 모의하기 위한 시뮬레이션을 제공하여 턱교정수술이 필요한 환자에게 혼재되어 나타나는 서로 다른 교정 대상 증상인 안모비대칭과 전후방적 위치 이상에 대한 교정이 함께 이루어지도록 지원할 수 있으며, 안모비대칭과 전후방적 위치 이상 중 어느 하나와 관련하여 교정시 관상면과 수평면 및 시상면을 포함하는 해부학적 기준면 중 교정 대상 증상과 관련성이 높은 해부학적 기준면을 기준으로 다른 하나의 교정 대상 증상과 관련된 좌표축에 대한 좌표를 고정한 상태에서 현재 교정 대상 증상과 관련된 상악골과 하악골 및 근심골편 중 적어도 하나에 대한 정밀한 교정이 이루어지도록 지원함으로써 안모비대칭과 전후방적 위치 이상 각각에 대해 가장 관련도가 높은 해부학적 기준면 상에서 정확하게 교정이 이루어지도록 지원함과 아울러 교정시마다 의사가 교정 대상의 이동 상태를 확인할 수 있도록 교정 단계별로 3차원적으로 교정 대상의 위치와 이동량을 포함하는 교정 정보를 제공하여 실제 수술시 해당 교정 정보를 기초로 수술 정확도 및 수술 편의성을 크게 높일 수 있도록 지원할 수 있다.
또한, 본 발명은 안모비대칭 교정을 위해 상악골 및 하악골 교정시 교합이라는 요소에 의해 긴밀하게 상호 연결되는 상악골과 하악골 중 어느 하나를 교정하는 것만으로 다른 하나를 최적의 교합 위치로 자동 배치하여 이에 따른 교정 정보를 제공하면서 전후방적 위치 이상에 대한 교정시에 안모비대칭 교정을 통해 교합된 상악골과 하악골이 하나의 강체로서 이동되도록 하여 수술 정확도 및 편의성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전후방적 위치 이상에 대한 교정 완료시 근심골편 역시 하악골의 교정 위치에 맞추어 하악골의 하악골체부가 이동하여 생긴 삼차원적 간극을 관절중심과 오홰돌기 첨부를 연결한 벡터를 경칩삼아 메꾸는 방향으로 하악골에 자동 접합되도록 하여 관절 운동에 이상이 없는 최적의 위치로 자동 교정함으로써 의사가 결정한 턱뼈를 구성하는 구조물 각각의 위치에 대응되어 교합과 접합을 자동 조절하여 수술 정밀도 및 정확도와 더불어 수술 편의성을 높일 수 있는 최적의 수술 정보를 제공할 수 있다.
더하여, 본 발명은 모든 교정전에 삼차원적 좌표점을 형성하고 악골의 이동시 각 임상적 삼차원 계측점의 실시간적인 변환을 교정 인터페이스를 통해 실시간으로 확인할 수 있도록 제공함으로써 변환량과 움직임에 대한 시각적 인지 뿐만 아니라 삼차원 수치적 변화량도 같이 인식하게 함으로써 수술계획을 보다 간편하면서도 정확하게 수립할 수 있도록 지원할 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 상기 수술 정보를 기초로 실제 수술을 위해 이동된 상악골의 위치와 이동전 하악골의 위치의 교합편차를 이용하여 수술장에서 이용되는 제 1 수술 장치물에 대한 제 1 모델링 정보를 자동 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 제 1 모델링 정보를 상기 출력부(160)에 연결되는 3차원 프린터에 전송하여 상기 3차원 프린터를 통해 상기 제 1 수술 장치물을 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 수술 정보에 따른 최종 교합을 이용하여 이동된 상악골에 하악골골체부를 이동시키는 제 2 수술 장치물에 대한 제 2 모델링 정보를 생성할 수 있으며, 해당 제 2 모델링 정보를 상기 출력부(160)를 통해 3차원 프린터에 전송하여 상기 3차원 프린터를 통해 제 2 수술 장치물을 출력할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 시뮬레이션 장치 110: 영상 처리부
120: 설정부 130: 저장부
140: 제어부 150: 사용자 입력부
160: 출력부
120: 설정부 130: 저장부
140: 제어부 150: 사용자 입력부
160: 출력부
Claims (10)
- 환자의 두개골 영상에 기반하여 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션을 제공하는 시뮬레이션 장치의 시뮬레이션 방법에 있어서,
상기 환자의 3차원 두개골 영상에서 사용자 입력에 따라 상악골과 하악골 및 복수의 근심골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역과 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정하는 설정 단계;
사용자의 교정 입력에 따라 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나의 객체 영역인 특정 영역을 대상으로 좌표 변환시 관상면 및 수평면 중 선택된 해부학적 기준면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 좌표를 변환하여 상기 특정 영역의 좌표 변환에 따른 제 1 교정 정보를 생성하는 제 1 교정 단계;
상기 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 상악골과 하악골이 교합되도록 상악골과 하악골 각각의 객체 영역을 배치한 후 단일 영역으로 그룹핑하고, 배치 결과에 따른 제 2 교정 정보를 생성하는 제 2 교정 단계;
사용자 입력을 기초로 시상면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 상기 단일 영역에 대한 이동 및 회전 중 적어도 하나에 따른 좌표 변환을 통해 제 3 교정 정보를 생성하는 제 3 교정 단계; 및
상기 제 3 교정 정보에 따라 결정된 최종 위치에 대응되어 상기 복수의 근심골편별 객체 영역의 좌표를 변환하여 생성한 제 4 교정 정보와 상기 제 1 내지 제 3 교정 정보를 포함하는 수술 정보를 생성하는 수술 수립 단계
를 포함하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 설정 단계는 상기 두개골 영상에서 정중 시상선과 사용자에 의해 설정된 기준선을 각각 3차원 좌표의 기준축으로 하는 3차원 좌표를 상기 두개골 영상에 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 두개골 영상은 CT 영상인 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 시상면은 정중시상평면인 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 교정 단계는
상기 두개골 영상의 관상면 및 수평면 중 어느 하나에 대한 사용자의 선택 입력을 수신하는 단계;
상기 선택 입력에 따라 상기 관상면이 선택되고, 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나에 대응되는 상기 특정 영역을 대상으로 이동 및 회전 중 적어도 하나를 포함하는 좌표 변환에 대한 하나 이상의 교정 입력을 수신한 경우 Z축 좌표를 고정한 상태에서 상기 교정 입력에 따라 상기 특정 영역의 좌표를 변환하며, 상기 교정 입력 수신시마다 상기 특정 영역의 좌표를 변환하는 관상면 기준 교정 단계;
상기 선택 입력에 따라 상기 수평면이 선택되고, 상기 특정 영역에 대한 회전 입력을 수신한 경우 Y축 좌표를 고정한 상태에서 상기 회전 입력에 따라 Y축을 기준으로 상기 특정 영역을 회전하여 상기 특정 영역의 좌표를 변환하며, 상기 회전 입력 수신시마다 상기 특정 영역의 좌표를 변환하는 수평면 기준 교정 단계; 및
상기 관상면 기준 교정 단계 및 상기 수평면 기준 교정 단계 중 적어도 하나를 통해 결정된 상기 특정 영역의 교정 위치와 상기 교정 위치에 대응되는 상기 특정 영역에 속한 상기 계측점별 변위를 포함하는 상기 제 1 교정 정보를 생성하는 교정 처리 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 관상면 기준 교정 단계는 상기 특정 영역이 상악골에 대응되는 객체 영역이며 상기 교정 입력에 회전이 포함된 경우 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정중선이 일치하는 상태에서는 상기 상악전치부 정준선을 중심으로 상기 특정 영역을 회전시키며, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선 상의 특정 점을 중심으로 상기 특정 영역을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 수평면 기준 교정 단계는 상기 특정 영역이 상악골에 대응되는 객체 영역인 경우 상기 상악전치부 정준선과 상악골 골체부 정준선이 일치하는 상태에서는 상악전치부 중심선 끝을 중심으로 회전시키고, 일치하지 않는 상태에서는 정중시상선 상의 특정 점을 중심으로 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 2 교정 단계는
상기 교합 알고리즘에 따라 미리 설정된 교합 모델에 상기 특정 영역을 정렬시키기 위한 제 1 변환 행렬을 산출하는 단계;
상기 교합 알고리즘에 따라 상기 특정 영역이 정렬된 교합 모델에 상기 상악골과 하악골 중 다른 하나의 객체 영역인 나머지 영역을 정렬시키기 위한 제 2 변환 행렬을 산출하는 단계;
상기 교합 알고리즘에 따라 상기 제 1 변환행렬의 역행렬과 상기 제 2 변환 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역의 교합 행렬을 산출하는 단계;
상기 교합 알고리즘에 따라 상기 교합 행렬과 상기 제 1 교정 정보에 따른 제 1 모의 수술 행렬을 곱하여 상기 나머지 영역이 상기 특정 영역과 교합되도록 상기 나머지 영역을 배치하기 위한 제 2 모의수술 행렬을 산출하는 단계; 및
상기 제 2 모의수술 행렬에 따라 상기 나머지 영역을 배치하고 상기 제 2 모의수술 행렬에 따른 제 2 교정 정보를 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 3 교정 단계는
상기 시상면 상에서 좌표 변환시 상기 좌표 변환이 회전에 대응되는 경우 상악전치부 중심선 끝을 중심점으로 하여 X축 좌표를 고정한 상태로 상기 단일 영역을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법.
- 환자의 3차원 두개골 영상을 수신하여 상악골과 하악골 및 복수의 근심 골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역으로 구분하여 상기 객체 영역의 좌표 변환이 가능하도록 상기 두개골 영상을 영상 처리하는 영상 처리부;
상기 영상 처리부에서 상기 복수의 서로 다른 객체 영역에 대한 영상 처리를 위해 사용자 입력에 따라 상악골과 하악골 및 복수의 근심골편과 각각 대응되는 복수의 서로 다른 객체 영역을 설정하고, 상기 객체 영역별로 하나 이상의 계측점을 설정하는 설정부; 및
사용자의 교정 입력에 따라 상기 상악골 및 하악골 중 어느 하나의 객체 영역인 특정 영역을 대상으로 좌표 변환시 관상면 및 수평면 중 선택된 해부학적 기준면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 좌표를 변환하여 상기 특정 영역의 좌표 변환에 따른 제 1 교정 정보를 생성하고, 상기 제 1 교정 정보를 미리 설정된 교합 알고리즘에 적용하여 상기 상악골과 하악골이 교합되도록 상악골과 하악골 각각의 객체 영역을 배치한 후 단일 영역으로 그룹핑하면서 배치 결과에 따른 제 2 교정 정보를 생성하며, 사용자 입력을 기초로 시상면에 대응되어 미리 설정된 축을 고정한 상태에서 상기 단일 영역에 대한 이동 및 회전 중 적어도 하나에 따른 좌표 변환을 통해 제 3 교정 정보를 생성한 후 상기 제 3 교정 정보에 따라 결정된 최종 위치에 대응되어 상기 복수의 근심골편별 객체 영역의 좌표를 변환하여 생성한 제 4 교정 정보와 상기 제 1 내지 제 3 교정 정보를 포함하는 수술 정보를 생성하는 제어부
를 포함하는 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091771A KR102226467B1 (ko) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091771A KR102226467B1 (ko) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210025632A Division KR20210023962A (ko) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | 3차원 ct 기반 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210013925A KR20210013925A (ko) | 2021-02-08 |
| KR102226467B1 true KR102226467B1 (ko) | 2021-03-11 |
Family
ID=74560302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190091771A KR102226467B1 (ko) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102226467B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4292557A1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-12-20 | 3D Ons, Inc. | Method, server, and computer program for providing surgery simulation |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022197098A1 (ko) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 주식회사 메디트 | 데이터 처리 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101717971B1 (ko) | 2015-11-06 | 2017-03-20 | 연세대학교 산학협력단 | 안면골 형태분석 방법, 기록매체 및 안면골 형태분석 장치 |
| JP2018516708A (ja) | 2015-06-09 | 2018-06-28 | ▲シャ▼承▲キン▼SHE, Chengxin | 顎顔面矯正手術画像校正デザインシステム及びその方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011177451A (ja) | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Gc Corp | 歯科診断システム及び歯科治療システム |
| KR101309488B1 (ko) * | 2011-12-27 | 2013-09-23 | 조선대학교산학협력단 | 악교정 수술 시뮬레이션 방법, 그 기록매체 및 장치 |
| BR112019003279A8 (pt) * | 2016-08-19 | 2023-03-21 | The Methodist Hospital System | Sistemas e métodos para planejamento cirúrgico ortognático auxiliado por computador |
-
2019
- 2019-07-29 KR KR1020190091771A patent/KR102226467B1/ko active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018516708A (ja) | 2015-06-09 | 2018-06-28 | ▲シャ▼承▲キン▼SHE, Chengxin | 顎顔面矯正手術画像校正デザインシステム及びその方法 |
| KR101717971B1 (ko) | 2015-11-06 | 2017-03-20 | 연세대학교 산학협력단 | 안면골 형태분석 방법, 기록매체 및 안면골 형태분석 장치 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4292557A1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-12-20 | 3D Ons, Inc. | Method, server, and computer program for providing surgery simulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210013925A (ko) | 2021-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11963832B2 (en) | Systems and methods for computer-aided orthognathic surgical planning | |
| Elnagar et al. | Digital Workflow for Combined Orthodontics and Orthognathic Surgery. | |
| JP6273149B2 (ja) | 顔面補正イメージ提供方法およびそのシステム | |
| KR101316892B1 (ko) | 치과 치료용 가상 수술 장치 및 그 방법과 그를 이용한 웨이퍼 제작 방법 | |
| Popat et al. | New developments in: three‐dimensional planning for orthognathic surgery | |
| CN113272861A (zh) | 组合来自多次牙科解剖结构扫描的数据 | |
| Vale et al. | 3D virtual planning in orthognathic surgery and CAD/CAM surgical splints generation in one patient with craniofacial microsomia: a case report | |
| EP3641653B1 (en) | Method of recording of temporomandibular joint movement and geometry | |
| Swennen | Timing of three-dimensional virtual treatment planning of orthognathic surgery | |
| KR20130044932A (ko) | 디지털 치아교정을 위한 영상 매칭정보 생성방법 및 이를 이용한 치아교정용 장치의 제작방법 | |
| KR101249688B1 (ko) | 치아교정 모의치료 및 악교정수술을 위한 영상 매칭정보 생성 방법과 이를 이용한 수술용장치 제작정보 제공 방법 | |
| Ye et al. | Integration accuracy of laser-scanned dental models into maxillofacial cone beam computed tomography images of different voxel sizes with different segmentation threshold settings | |
| KR20180016406A (ko) | 악안면 수술 영상 교정 설계 시스템 및 방법 | |
| Wong et al. | Accuracy of maxillary repositioning surgery using CAD/CAM customized surgical guides and fixation plates | |
| KR20130008236A (ko) | 악교정수술을 위한 영상 매칭정보 생성 방법 및 이를 이용한 악교정 모의 수술 방법 | |
| KR102226467B1 (ko) | 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 장치 및 방법 | |
| CN111728720A (zh) | 决策正畸正颌联合治疗手术时机的计算机辅助设计方法 | |
| TW201225022A (en) | Intergrated method of adapting guide-navigation systems and bio-prosthesis fabrication for dental implantation | |
| US11654002B2 (en) | Method for determining and visualizing tooth movements and planned instances of tooth repositioning | |
| KR20210023962A (ko) | 3차원 ct 기반 턱교정 수술을 위한 시뮬레이션 방법 | |
| KR101491041B1 (ko) | 악 교정용 웨이퍼 제작 방법 | |
| Patel et al. | 3D Virtual Surgical Planning: From Blueprint to Construction | |
| Orhan et al. | Digital Craniofacial and Orthognathic Surgery | |
| TW202317038A (zh) | 電腦輔助正顎手術計畫產生方法 | |
| Wang et al. | The application of digital model surgery in the treatment of dento-maxillofacial deformities |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| A107 | Divisional application of patent |