KR102339093B1 - 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법에 관한 것으로서, 영상 촬영 시스템을 이용해 구강의 해부학적 구조를 나타내는 치과 영상데이터를 수득하는 영상데이터 수득단계(S10); 컴퓨터시스템을 이용해 치과 영상데이터로 치조골의 좌우 3D 데이터를 생성하는 치조골 3D 데이터 생성단계(S20); 좌우 3D 데이터의 상호 대비를 통해 치조골 결손부의 위치와 형태를 판독하고, 판독된 치조골 결손부의 3D 데이터를 생성하는 결손부 3D 데이터 생성단계(S30); 결손부 3D 데이터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터를 생성하는 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40); 프린팅 데이터에 따라 출력용 재료가 공급되는 3D 프린터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재를 출력하는 3D 프린팅 단계(S50); 로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 치과적 치료가 필요한 환자의 치조골 재생을 위하여 치조골 결손부에 이식될 골이식재를 환자의 치조골 구조에 맞는 최적 형상으로 3D 프린팅하여 제조할 수 있게 됨으로써 치조골 재생 치료에 따른 시간과 비용을 절감하고, 정확한 치조골 재생을 통해 후속적으로 이루어지는 치과적 치료의 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법{Manufacturing method of customized bone grafting materials for the regeneration of dental bone}
본 발명은 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치과적 치료에 필요한 치조골 재생을 위하여 치조골 결손부에 이식될 골이식재를 환자의 치조골 구조에 맞는 최적 형상으로 3D 프린팅하여 제조할 수 있게 함으로써 치조골 재생 치료에 따른 시간과 비용을 절감하고, 정확한 치조골 재생을 통해 후속적으로 이루어지는 치과적 치료의 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 한 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법에 관한 것이다.
임플란트 식립 수술이나 치주 수술과 같은 치과적 치료 시 치조골의 재생이 필요한 경우가 있다.
일 예로서, 임플란트는 치아를 상실한 치조골(잇몸뼈)에 인공 치아 뿌리를 식립하고 향후 치조골과 매식체가 단단하게 융합이 되면 그 위로 치아 머리를 만들어 연결하여 사용하는 인공치아이다.
임플란트는 치조골에 직접적으로 식립이 되기 때문에 치조골이 부족한 경우 임플란트 식립이 불가능하거나 식립이 되더라도 고정이 되지 않는 문제가 발생하므로 치조골이 부족하다면 이식 시술을 통해 인공적으로 치조골을 만들어주는 골형성술을 진행하여야 한다.
인공뼈를 만드는 골형성술로서 주로 골이식술(Bone Grafting)이나, 골유도재생술(Guided Bone Regeneration GBR)이 이루어지고 있다.
골이식술은 골재생이 필요한 부위에 골을 이식해서 골형성을 유도하는 치조골 재생방법이고, 골유도재생술은 골재생이 필요한 부위에 차폐막으로 덮고 미분화된 섬유아세포의 침입을 차단하면서 치조골의 생장을 위한 방어벽을 형성하는 치조골 재생방법인데, 최근에는 골이식술과 골유도재생술을 동시에 시행하는 것이 임상적으로 유리하다고 알려지고 있다.
즉, 골형성이 필요한 부위의 잇몸을 절개한 후, 골형성이 필요한 치조골 결손부에 골이식재를 채워넣고, 그 위를 차폐막으로 덮은 후, 절개된 잇몸을 봉합하여 일정 기간 유지되게 함으로써 골이식재가 치조골 결손부에 일체로 결합하는 과정을 통해 치조골 재생이 이루어지게 하고 있다.
이때 사용되는 골이식재로는 자가 골이식재, 동종 골이식재, 이종 골이식재, 합성골 대체물 등이 있다.
자가 골이식재(Autogenous bone graft)는 환자 자신에게서 얻어지는 골을 사용한 골이식재를 말하며, 동종 골이식재(Allogenic bone graft)는 동종의 다른 개체에서 얻어진 골이식재를 말하는 것으로서 보통 죽은 사람의 뼈에서 얻어진다.
이종 골이식재(Xenograft)는 다른 종의 동물에서 얻어지는 골이식재를 말하는 것으로서, 유기질을 태워서 석회화된 형태로 사용되거나 탈회를 하고 남은 유기기질의 형태로 사용되기도 하는데, 이종 골이식재는 대부분 우골(Bovine)에서 얻어지며 산호에서 얻어지는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, 수산화인회석)가 사용되기도 한다.
한편, 치과용으로 사용되는 모든 골이식재는 분말 형태로 제작 유통된다.
따라서 종래의 골이식재를 사용하기 위해서는 골형성이 필요한 치조골 결손부를 덮고 있는 주변 잇몸을 먼저 절개한 후, 분말 형태의 골이식재와 셀라인 용액을 혼합하여 골이식재가 적당한 점도를 가지게 한 상태에서 골이식재를 치조골 결손부에 적당량 채워 골재생이 이루어질 치조골의 대략적인 형상으로 성형한 후, 차폐막으로 덮고 절개된 잇몸을 다시 봉합하게 된다.
따라서 적당한 점도를 가지게 혼합된 골이식재를 이용하여 골재생이 이루어질 치조골의 대략적인 형상으로 성형하는 작업은 숙련된 의사라 하더라도, 상당한 어려움과 적지 않은 시간이 소요되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 수술을 진행하는 의사의 임상 능력에 따라서 수술 결과의 차이가 커지는 단점이 있다.
또한, 환자마다 골형성이 필요한 치조골 결손부의 부피나 형태가 모두 다르기 때문에 숙련된 의사라 하더라도, 적당한 점도를 가지게 혼합된 골이식재를 이용하여 골재생이 이루어질 치조골의 형상을 성형하는 과정에서 환자의 상악골이나 하악골의 좌우 대칭에 맞게 심미적으로 성형하는 것은 매우 어려운 단점이 있다.
또한, 치조골 결손부에 골이식재를 적당량 채워 골재생이 이루어질 치조골의 대략적인 형상으로 성형하기 위해서는 실제 필요한 양보다 더 많은 양의 골이식재를 사용해야 함으로써 골이식재의 낭비가 많은 단점도 있다.
또한, 골이식재가 셀라인 용액과 혼합되어 적당한 점도를 가지더라도 성형성이 현저히 떨어질 뿐만 아니라, 골이식재가 기본적으로 분말 입자 형태이기 때문에 골재생이 이루어질 치조골의 대략적인 형상으로 성형된 후에는 성형된 형태가 유지되도록 반드시 차폐막을 사용할 필요가 있는데, 차폐막을 덮고 고정하는 과정에서 대략적인 형상으로 성형된 골이식재의 형상이 흐트러지거나, 골이식재가 차폐막 사이로 누출됨으로써, 골재생이 지연되거나, 의사가 의도한 형상으로 골재생이 이루어지지 못하는 단점도 있다.
등록특허공보 제10-1731581호
상술한 바와 같은 종래의 단점을 해결하기 위하여 본 발명은 치과적 치료에 필요한 치조골 재생을 위하여 치조골 결손부에 이식될 골이식재를 환자의 치조골 구조에 맞는 최적 형상으로 3D 프린팅하여 제조할 수 있게 한 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적의 달성을 위하여 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법은,
영상 촬영 시스템을 이용해 구강의 해부학적 구조를 나타내는 치과 영상데이터를 수득하는 영상데이터 수득단계(S10);
컴퓨터시스템을 이용해 상기 치과 영상데이터로 치조골의 좌우 3D 데이터를 생성하는 치조골 3D 데이터 생성단계(S20);
상기 좌우 3D 데이터의 상호 대비를 통해 치조골 결손부의 위치와 형태를 판독하고, 판독된 치조골 결손부의 3D 데이터를 생성하는 결손부 3D 데이터 생성단계(S30);
상기 결손부 3D 데이터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터를 생성하는 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40);
상기 프린팅 데이터에 따라 출력용 재료가 공급되는 3D 프린터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재를 출력하는 3D 프린팅 단계(S50); 를 포함한다.
상기 치조골 3D 데이터 생성단계(S20)는,
컴퓨터시스템에 입력된 다수의 치과 영상데이터를 3D 데이터로 변환 처리하기 위하여 치과 영상데이터를 병합하는 영상데이터 처리단계(S201);
상기 영상데이터 처리단계(S201)에서 병합된 영상데이터에서 3D 데이터의 생성에 필요한 3차원 좌표를 추출하는 좌표데이터 추출단계(S202);
상기 좌표데이터 추출단계(S202)에서 추출된 좌표데이터를 3D 모델링이 가능한 3D 데이터로 변환함과 동시에 3D 모델링을 수행하는 데이터 변환단계(S203); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 결손부 3D 데이터 생성단계(S30)는,
환자의 좌측 치조골 3D 데이터와 환자의 우측 치조골 3D 데이터를 환자의 얼굴 중심을 기준으로 하여 정확히 대칭되게 정렬 배치하는 대칭정렬단계(S301);
상기 대칭정렬단계(S301)에서 정확히 대칭되게 정렬 배치된 좌우 치조골 3D 데이터 중 일측 치조골 3D 데이터를 타측 치조골의 3D 데이터에 뒤집어 중첩되게 배치하는 중첩매칭단계(S302);
상기 중첩매칭단계(S302)에서 중첩되지 않는 부분을 치조골 결손부로 판독하고, 판독된 치조골 결손부에 대한 3D 데이터를 추출 생성하는 판독추출단계(S303); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)는 픽스쳐 데이터 부가단계(S401)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력용 재료는, 옥틸시아노아크릴레이트, 충전재, 생체적합성 물질, 골전도성 무기물질을 혼합하여 페이스트 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재는 이상의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 환자 개개인의 신체적 특성을 정확히 반영하여 골형성이 필요한 치조골 결손부에 대한 정확한 3D 데이터를 생성하고, 생성된 3D 데이터를 이용해 환자의 치조골 결손부에 이식될 맞춤형 골이식재를 3D 프린팅으로 제조할 수 있게 됨으로써 최적 형상의 골이식재를 신속하고 간편하게 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 환자 개개인마다 다른 치조골 결손부의 형상에 맞게 골이식재를 3D 프린팅으로 제조할 수 있게 됨으로써, 골이식이나 골유도재생을 위해 이루어지는 수술 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 수술 후 환자의 통증도 저감되며, 의사의 임상 능력에 따른 수술 결과의 편차도 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 골이식재가 치조골 결손부의 형상에 맞게 정확한 형상으로 3D 프린팅 됨에 따라 골이식재를 치조골 결손부에 이식한 후, 차폐막을 덮거나 또는 잇몸을 봉합하는 과정에서 골이식재의 유동이나 누출이 방지되기 때문에 의사가 의도한 정확한 형상으로 골재생이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 치조골 결손부의 형상에 맞게 골이식재를 3D 프린팅으로 제조할 때, 환자의 상악골이나 하악골의 좌우 대칭에 맞게 제조 가능케 됨으로써 골형성 이루 후속적으로 이루어지는 임플란트 식립 수술이나 치주 수술 등 각종 치과적 치료 후의 안면 비대칭 교정 효과를 더욱 향상시킬 있는 이점도 있다.
또한, 치조골 결손부의 형상에 맞게 골이식재를 3D 프린팅으로 제조함으로써 불필요한 골이식재의 과다 사용에 따른 낭비를 막을 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 제조과정을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 영상데이터 수득 예를 나타낸 예시도.
도 3은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 치조골 3D 데이터 생성 예를 나타낸 예시도.
도 4, 도 5는 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 결손부 3D 데이터 생성 예를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 3D 프린팅 된 골이식재를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 3D 프린팅 된 골이식재의 이식 과정을 나타낸 예시도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 제조과정을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 영상데이터 수득 예를 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 치조골 3D 데이터 생성 예를 나타낸 예시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 결손부 3D 데이터 생성 예를 나타낸 예시도이며, 도 6은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 3D 프린팅 된 골이식재를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법은 치조골 재생을 위하여 치조골 결손부에 이식될 맞춤형 골이식재를 제조하기 위하여 영상데이터 수득단계(S10); 치조골 3D 데이터 생성단계(S20); 결손부 3D 데이터 생성단계(S30); 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40); 3D 프린팅 단계(S50); 를 포함한다.
상기 영상데이터 수득단계(S10)는, 영상 촬영 시스템을 이용해 구강의 해부학적 구조를 나타내는 치과 영상데이터를 수득한다.
상기 영상 촬영 시스템은 Xray, CT(Computed Tomography), MRI(Magnetic resonance imaging), 초음파 등과 같이 치과 치료에 사용되는 영상 촬영 시스템을 사용하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상기 치과 영상데이터는 영상 촬영 시스템을 통해 수득된 영상데이터로서, 더 바람직하게는 구강의 해부학적 구조를 전면, 측면, 평면, 저면에서 확인할 수 있는 적어도 하나 이상의 2차원 이미지 데이터 또는 3차원 이미지 데이터일 수 있다.
이때, 치과 영상데이터에 포함되는 구강의 해부학적 구조는 인체의 상악골, 하악골을 포함하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상악골은 얼굴의 중앙에서 좌우 한 쌍의 뼈가 합쳐져 형성되며, 상악골의 아랫부분에는 치조돌기 구조가 형성되어 윗니가 이곳에 고정된다.
하악골은 머리뼈 중 가장 아랫부분에 위치하여 얼굴의 하부를 구성하는 아치 모양의 뼈로서, 태어날 때는 1쌍으로 구성되었다가 생후 1~2년 후에 정중선에서 유합되며, 하악골의 몸체 부위에도 치조돌기 구조가 형성되어 아랫니가 이곳에 고정된다.
따라서 치과 영상데이터를 통해 치조골의 결손 여부 및 치조골 결손부의 위치를 파악할 수 있게 된다.
상기 3D 데이터 생성단계는, 컴퓨터시스템을 이용해 상기 치과 영상데이터로 치조골의 좌우 3D 데이터를 생성한다.
상기 컴퓨터시스템은 영상 촬영 시스템에서 수득된 치과 영상데이터를 이용해 치조골의 좌우 3D 데이터를 생성하기 위하여 입력부, 처리부, 저장부, 출력부를 포함한다.
상기 입력부는 영상 촬영 시스템에서 수득된 치과 영상데이터의 입력을 위하여 데이터입력수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 입력부는 치과 영상데이터를 유선 또는 무선 통신 방식으로 수신하기 위한 통신수단을 더 구비할 수 있음은 물론이다.
상기 처리부는 입력부를 통해 입력된 환자의 치과 영상데이터를 이용해 환자의 치조골의 형상을 나타내는 치조골의 좌우 3D 데이터, 더 바람직하게는 치조골에 고정된 치아의 형상을 나타내는 모든 치아의 3D 데이터까지 함께 생성한다.
즉, 처리부는 3D 데이터의 생성을 위하여 영상데이터 처리단계(S201), 좌표데이터 추출단계(S202), 데이터 변환단계(S203)를 순차적으로 수행한다.
상기 영상데이터 처리단계(S201)는, 입력부를 통해 입력된 다수의 치과 영상데이터를 3D 데이터로 변환 처리하기 위하여 치과 영상데이터를 병합하는 과정을 수행한다.
이때, 병합되는 치과 영상데이터는 영상 촬영 시스템에 의해 환자의 정면, 측면, 평면, 저면 방향에서 각각 수득된 다수의 2D 영상데이터를 포함하는 것이 바람직할 것이나 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
상기 좌표데이터 추출단계(S202)는 영상데이터 처리단계(S201)에서 병합된 영상데이터에서 3D 데이터의 생성에 필요한 3차원 좌표를 추출하는 좌표데이터 추출 과정을 수행한다.
즉, 환자의 정면, 측면, 평면, 저면 방향에서 각각 수득된 다수의 2D 영상데이터를 이용해 정면 좌표 데이터, 측면 좌표 데이터, 평면 좌표 데이터, 저면 좌표 데이터를 개별 추출한 후, 개별 추출된 각 데이터의 조합을 통해 3D 데이터의 생성에 필요한 3차원 좌표를 추출한다.
상기 데이터 변환단계(S203)는 좌표데이터 추출단계(S202)에서 추출된 좌표데이터를 3D 모델링이 가능한 3D 데이터로 변환하는 과정을 수행함과 동시에 변환된 3D 데이터를 이용하여 3D 모델링을 수행한다.
처리부에 의한 이상의 3D 데이터 생성 과정의 수행을 위하여 처리부에는 영상데이터의 병합 알고리즘, 좌표데이터의 추출 알고리즘, 3D 데이터의 변환 및 모델링 수행을 위한 알고리즘을 가진 컴퓨터 프로그램이 구비되는 것이 바람직하다.
이상의 영상데이터 처리단계(S201)를 통해 환자의 치조골에 대한 좌우 3D 데이터가 생성된다.
상기 저장부는 입력부를 통해 입력된 환자별 다수의 치과 영상데이터, 즉 영상 촬영 시스템에 의해 환자의 정면, 측면, 평면, 저면 방향에서 각각 수득된 다수의 2D 영상데이터와 함께, 처리부에서 생성된 3D 데이터를 저장한다.
또한, 저장부에는 환자별 진료 기록을 포함하는 환자정보 및 진료 관련 정보 등이 더 저장될 수 있다.
상기 출력부는 저장부에 저장된 환자별 다수의 치과 영상데이터 및 처리부에서 처리된 3D 데이터를 이용해 3D 모델링된 이미지를 선택적으로 출력하기 위하여 디스플레이를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 필요에 따라 3D 데이터를 이용해 생성 가능한 특정 지점의 2차원 단면 이미지를 출력하는 것도 가능하다.
한편, 컴퓨터시스템에는 입력부, 처리부, 저장부, 출력부 간의 데이터 처리 및 각 부의 동작 제어를 수행하는 MCU가 구비됨은 물론이다.
상기 결손부 3D 데이터 생성단계(S30)는, 3D 데이터 생성단계를 통해 얻어진 환자 치조골의 좌우 3D 데이터의 상호 대비를 통해 치조골 결손부의 위치와 형태를 판독하기 위하여 대칭정렬단계(S301); 중첩매칭단계(S302); 판독추출단계(S303); 를 포함한다.
상기 대칭정렬단계(S301)는 처리부에 의해 환자의 좌측 치조골 3D 데이터와 환자의 우측 치조골 3D 데이터를 환자의 얼굴 중심을 기준으로 하여 정확히 대칭되게 정렬 배치한다.
상기 중첩매칭단계(S302)는, 대칭정렬단계(S301)에서 정확히 대칭되게 정렬 배치된 좌우 치조골 3D 데이터 중 일측 치조골 3D 데이터를 타측 치조골의 3D 데이터에 뒤집어 중첩되게 배치한다.
상기 판독추출단계(S303)는, 중첩매칭단계(S302)에서 중첩되지 않는 부분을 치조골 결손부로 판독하고, 판독된 치조골 결손부에 대한 위치, 부피, 형태에 대한 3D 데이터를 추출 생성한다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이 3D 데이터의 변환 및 모델링 수행을 위한 알고리즘을 가진 컴퓨터 프로그램에 의해 치조골 결손부 데이터는 치조골 결손부의 3D 데이터를 생성됨과 동시에 생성된 3D 데이터를 이용하여 3D 모델링을 수행한다.
한편, 이상의 결손부 3D 데이터 생성단계(S30)를 처리부가 수행하는 과정에서 그 수행 과정은 3D 모델링된 이미지로 출력부에서 출력됨으로써 의사 및 환자가 출력부를 통해 결손부 판독 과정을 쉽고 정확하게 확인할 수 있게 된다.
상기 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)는, 결손부 3D 데이터 생성단계(S30)를 통해 생성된 치조골 결손부에 대한 3D 데이터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터를 생성한다.
상기 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)는 픽스쳐 데이터 부가단계(S401)를 더 포함할 수 있다.
즉, 컴퓨터시스템의 저장부에는 다양한 종류와 규격의 임플란트용 픽스쳐에 대한 3D 데이터가 사전 저장되며, 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)에서 의사는 저장부에 저장된 다양한 픽스쳐 중 원하는 픽스쳐를 선택하면 3D 프린팅 데이터 생성 과정에서 해당 픽스쳐의 3D 데이터가 반영되어 픽스쳐가 식립될 식립홈이 형성된 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터가 생성된다.
따라서 골형성 후 이루어질 임플란트 수술 시, 치조골에 식립홈을 형성하는 과정을 보다 신속하고 간편하게 수행할 수 있게 됨으로써 임플란트 수술에 소요되는 시간이 단축될 뿐만 아니라, 임플란트 수술의 정밀도가 더욱 향상된다.
한편, 프린팅 데이터는 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 3D 프린팅을 수행하는 3D 프린터에서 사용되는 프린팅 데이터의 종류에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
상기 3D 프린팅 단계(S50)는, 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)에서 생성된 치조골 결손부에 대한 3D 프린팅 데이터를 3D 프린터로 전송하여 치조골 재생용 맞춤형 골이식재를 3D 프린팅 방식으로 출력한다.
이때, 사용되는 3D 프린터는 프린팅 헤드에 반고체 상태의 물질을 출력할 수 있는 페이스트 익스트루더를 장착하여 실리콘이나 의료용 재료 등의 물질을 이용해 출력 가능한 페이스트 3D 프린터를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
한편, 3D 프린터에 공급될 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 출력용 재료는 옥틸시아노아크릴레이트, 충전재, 생체적합성 물질, 골전도성 무기물질을 혼합하여 페이스트 형태로 형성된다.
상기 옥틸시아노아크릴레이트(octyl-cyanoacrylate)는 액상의 유기물질로서 공기 중의 수분에 의해 순간적으로 이온중합이 일어나며, 주변에 -OH기가 존재할 때 급속히 중합이 일어난다.
상기 충전재는 옥틸시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 고상의 충전재로서, 액상의 옥틸시아노아크릴레이트와 혼합 시 페이스트를 형성하게 된다.
따라서 충전재는 옥틸시아노아크릴레이트의 중합반응을 촉진할 수 있는 수분이나 염기성이 적은 유기 또는 무기 충전재를 사용하는 것이 바람직하다.
일 예로서 유기 충전재는 덱스트린과 같은 다당류(polysaccharides) 또는 조직공학용으로 많이 사용되는 PGA, LPLA, DL-PLA와 같은 생분해성 고분자 중 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 무기 충전재는 옥틸시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 칼슘포스페이트, 디칼슘포스페이트, 무수 디칼슘포스페이트, 모노칼슘포스페이트 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 생체적합성 물질은 옥틸시아노아크릴레이트와 반응성이 낮으며 충전재가 섞일 수 있도록 액상으로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
일 예로서, 글리세린, 솔비톨, 프로필렌글리콜 등의 폴리올류 또는 폴리에틸렌글리콜와 같은 폴리에테르류가 포함될 수 있다.
상기 골전도성 무기물질은 옥틸시아노아크릴레이트와 반응성이 높은 고상의 골전도성 무기물질로서, 뼈의 무기성분과 같이 체내에서 흡수 또는 잔류하며 뼈의 생성을 전도할 수 있는 무기재료들을 말한다.
일 예로서, 수산화 인회석(Hydroxyapatite, HA: Ca10(PO4)6(OH)2), 인산삼석회(tricalcium phosphate), 인산칼슘시멘트(calcium phosphate cements), 탄산칼슘(calcium carbonate), 황산칼슘(calcium sulfate), 원생체 HTR(Bioplast HTR), 생물작용 유리 세라믹(bioactive glass ceramic), 이산화규소(silica), β-트리칼슘포스페이트(β-TCP), 하이드록시아파타이트(HA) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 출력용 재료에는 옥틸시아노아크릴레이트의 중합반응을 촉진시키기 위한 물을 더 포함할 수 있다.
상기 물은 옥틸시아노아크릴레이트의 급속한 중합반응을 촉진할 수 있다.
이상과 같이 환자 개개인의 신체적 특성을 정확히 반영하여 골형성이 필요한 치조골 결손부에 대한 정확한 3D 데이터를 생성하고, 생성된 3D 데이터를 이용해 환자의 치조골 결손부에 이식될 맞춤형 골이식재를 3D 프린팅으로 제조할 수 있게 됨으로써 최적 형상의 골이식재를 신속하고 간편하게 제작할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법의 한 실시 예에 따른 3D 프린팅 된 골이식재의 이식 과정을 나타낸 예시도이다.
도 7을 참조하여 설명한다.
먼저, 의사는 환자의 잇몸을 절개하여 치조골 결손부를 노출시킨 후, 3D 프린팅 된 치조골 재생용 맞춤형 골이식재를 치조골 결손부에 안착시킨다.
이때, 3D 프린팅 된 치조골 재생용 맞춤형 골이식재는 앞서 설명한 바와 같이 환자의 치조골 결손부에 위치, 부피, 형태 등에 맞게 제작된 것이므로 고정나사와 같은 별도의 고정수단 없이도 안적적인 안착이 가능케 된다.
그리하여 골이식재의 안착이 완료되면, 절개한 잇몸을 봉합함으로써 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 이식 수실이 완료된다.
한편, 골이식재의 안착 후 절개한 잇몸을 봉합하기에 앞서, 치조골 결손부의 형태에 따른 골이식재의 형태에 따라 필요한 경우 골이식재를 차폐막을 덮은 과정을 더 수행할 수 있음을 미리 밝혀두는 바이다.
따라서 골이식재를 사용하는 골이식이나 골유도재생을 위해 이루어지는 수술 시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 최소한의 절개 및 시술로 수술이 이루어짐으로써 수술 후 환자의 통증도 저감되며, 잇몸절개, 골이식재 안착, 잇몸봉합으로 이루어지는 간소화된 수술이 가능케 됨으로써 의사의 임상 능력에 따른 수술 결과의 편차도 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 골이식재가 치조골 결손부의 형상에 맞게 정확한 형상으로 3D 프린팅 됨에 따라 골이식재를 치조골 결손부에 이식한 후, 차폐막을 덮거나 또는 잇몸을 봉합하는 과정에서 골이식재의 유동이나 누출이 방지되기 때문에 의사가 의도한 정확한 형상으로 골재생이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 치조골 결손부의 형상에 맞게 골이식재를 3D 프린팅으로 제조할 때, 환자의 상악골이나 하악골의 좌우 대칭에 맞게 제조 가능케 됨으로써 골형성 이루 후속적으로 이루어지는 임플란트 식립 수술이나 치주 수술 등 각종 치과적 치료 후의 안면 비대칭 교정 효과를 더욱 향상시킬 있는 이점도 있다.
또한, 치조골 결손부의 형상에 맞게 골이식재를 3D 프린팅으로 제조함으로써 불필요한 골이식재의 과다 사용에 따른 낭비를 막을 수 있는 이점도 있다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 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.
S10: 영상데이터 수득단계
S20: 치조골 3D 데이터 생성단계
S201: 영상데이터 처리단계
S202: 좌표데이터 추출단계
S203: 데이터 변환단계
S30: 결손부 3D 데이터 생성단계
S301: 대칭정렬단계
S302: 중첩매칭단계
S303: 판독추출단계
S40: 3D 프린팅 데이터 생성단계
S50: 3D 프린팅 단계
A: 치조골
B: 치아
C: 잇몸
D: 골이식재

Claims (5)

  1. 영상 촬영 시스템을 이용해 구강의 해부학적 구조를 나타내는 치과 영상데이터를 수득하는 영상데이터 수득단계(S10);
    컴퓨터시스템을 이용해 상기 치과 영상데이터로 치조골의 좌우 3D 데이터를 생성하는 치조골 3D 데이터 생성단계(S20);
    상기 좌우 3D 데이터의 상호 대비를 통해 치조골 결손부의 위치와 형태를 판독하고, 판독된 치조골 결손부의 3D 데이터를 생성하는 결손부 3D 데이터 생성단계(S30);
    상기 결손부 3D 데이터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터를 생성하는 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40);
    상기 프린팅 데이터에 따라 출력용 재료가 공급되는 3D 프린터를 이용해 치조골 재생용 맞춤형 골이식재를 출력하는 3D 프린팅 단계(S50); 를 포함하고,
    상기 치조골 3D 데이터 생성단계(S20)는,
    컴퓨터시스템에 입력된 다수의 치과 영상데이터를 3D 데이터로 변환 처리하기 위하여 치과 영상데이터를 병합하는 영상데이터 처리단계(S201);
    상기 영상데이터 처리단계(S201)에서 병합된 영상데이터에서 3D 데이터의 생성에 필요한 3차원 좌표를 추출하는 좌표데이터 추출단계(S202);
    상기 좌표데이터 추출단계(S202)에서 추출된 좌표데이터를 3D 모델링이 가능한 3D 데이터로 변환함과 동시에 3D 모델링을 수행하는 데이터 변환단계(S203); 를 포함하며,
    상기 결손부 3D 데이터 생성단계(S30)는,
    환자의 좌측 치조골 3D 데이터와 환자의 우측 치조골 3D 데이터를 환자의 얼굴 중심을 기준으로 하여 정확히 대칭되게 정렬 배치하는 대칭정렬단계(S301);
    상기 대칭정렬단계(S301)에서 정확히 대칭되게 정렬 배치된 좌우 치조골 3D 데이터 중 일측 치조골 3D 데이터를 타측 치조골의 3D 데이터에 뒤집어 중첩되게 배치하는 중첩매칭단계(S302);
    상기 중첩매칭단계(S302)에서 중첩되지 않는 부분을 치조골 결손부로 판독하고, 판독된 치조골 결손부에 대한 3D 데이터를 추출 생성하는 판독추출단계(S303); 를 포함하되,
    상기 출력용 재료는,
    옥틸시아노아크릴레이트, 충전재, 생체적합성 물질, 골전도성 무기물질을 물과 혼합하여 옥틸시아노아크릴레이트의 중합반응을 촉진시킨 페이스트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 충전재는 옥틸시아노아크릴레이트와 반응성이 낮은 칼슘포스페이트, 디칼슘포스페이트, 무수 디칼슘포스페이트, 모노칼슘포스페이트 중 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하고,
    상기 생체적합성 물질은 글리세린, 솔비톨, 프로필렌글리콜 등의 폴리올류 또는 폴리에틸렌글리콜와 같은 폴리에테르류 군에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하며,
    상기 골전도성 무기물질은 수산화 인회석(Hydroxyapatite, HA: Ca10(PO4)6(OH)2), 인산삼석회(tricalcium phosphate), 인산칼슘시멘트(calcium phosphate cements), 탄산칼슘(calcium carbonate), 황산칼슘(calcium sulfate), 원생체 HTR(Bioplast HTR), 생물작용 유리 세라믹(bioactive glass ceramic), 이산화규소(silica), β-트리칼슘포스페이트(β-TCP), 하이드록시아파타이트(HA) 중 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하고,
    상기 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)는,
    픽스쳐 데이터 부가단계(S401); 를 더 포함하되,
    상기 픽스쳐 데이터는,
    상기 컴퓨터시스템의 저장부에 다양한 종류와 규격의 임플란트용 픽스쳐에 대한 3D 데이터가 사전 저장되어, 3D 프린팅 데이터 생성단계(S40)에 의사가 저장부에 저장된 다양한 픽스쳐 중 원하는 픽스쳐를 선택하면 3D 프린팅 데이터 생성 과정에서 해당 픽스쳐의 3D 데이터가 반영되어 픽스쳐가 식립될 식립홈이 형성된 골이식재의 3D 프린팅을 위한 프린팅 데이터가 생성되는 것을 특징으로 하는 치조골 재생용 맞춤형 골이식재 제조방법.
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