KR102394236B1 - 핸드피스의 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸드피스 평가 시스템에 관한 것으로, 시편이 안착 고정되는 고정지그와, 상기 고정지그를 고정시키는 지지부와, 핸드피스를 고정하는 홀더와, 상기 홀더를 상하 및 수평 이동시키는 홀더 구동부와, 상기 홀더와 홀더 구동부를 연결하되, 상기 홀더의 각도를 조절할 수 있는 다관절 어댑터와, 핸드피스 버에 의한 시편의 절삭 부분 및 핸드피스 버의 이미지를 확대 촬영하는 광학현미경과, 상기 광학현미경의 이미지를 입력받아, 시편의 절삭 부분의 깊이, 폭, 폭과 깊이의 균일성을 평가하여, 핸드피스의 진동에 의한 절삭 부분의 영향을 확인함과 아울러 버의 마모 또는 변형을 평가하는 평가부를 포함할 수 있다.

Description

핸드피스의 평가 시스템{Evaluation system for handpieces}

본 발명은 핸드피스의 평가 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 핸드피스의 연구 및 개발에 필요한 조건별 절삭 성능을 분석할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

핸드피스는 치과 또는 외과적인 수술에서 사용하는 장치로서, 치석의 제거뿐만 아니라 충치 제거, 임플란트 시술, 뼈의 절삭 가공 등 다양한 치료, 시술에 사용되는 기구이다.

핸드피스는 치아 또는 뼈를 직접 절삭하는 기구이므로, 절삭 성능이 좋지 못하여 절삭이 잘 되지 않거나, 진동에 의해 의도하지 않게 다른 부위까지 상처가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 절삭력의 측정과 함께 절삭 패턴의 적절성을 확인할 필요가 있다.

특히, 핸드피스의 개발과 설계과정에서 핸드피스의 적절한 절삭력과 원하는 절삭위치에 대한 안정적인 유지 성능을 확인할 필요가 있다.

등록특허 10-1766142호(핸드피스 버의 절삭 성능 평가 시스템 및 평가방법, 2017년 8월 1일 등록)에는 핸드피스의 절삭 성능을 평가하는 장치와 방법에 대하여 기재하고 있다.

위의 등록특허에는 별도의 버구동모터를 포함하여, 핸드피스가 아닌 핸드피스 버를 회전시키고, 핸드피스 버의 절삭 성능을 평가할 수 있는 것이다.

따라서, 종래에는 치아 또는 뼈에 직접 접촉되어 핸드피스의 회전력에 의해 기존 핸드피스 자체의 진동 정도와, 그 진동 정도에 의한 절삭 위치 유지 성능은 평가할 수 없었다.

또한, 핸드피스는 의사가 손으로 파지하고, 절삭 대상의 수술 부분에 접촉시켜 사용하는 것으로, 수술 부분에 따라서 접촉 각도를 다양하게 조절해야 하며, 각도별 절삭력과 절삭 위치 유지 성능을 평가할 필요가 있지만, 종래에는 모터를 이용하여 버를 직접 회전시키는 구성으로, 사람의 손과 같이 다양한 각도 변화를 줄 수 없기 때문에 다양한 각도별 절삭력과 절삭 위치 유지 성능을 평가할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 핸드피스 버가 아닌 핸드피스와 핸드피스에 장착된 버를 이용하여, 절삭력을 시험함으로써, 버 자체의 절삭력을 측정함과 아울러 특정 핸드피스 자체의 성능을 평가할 수 있는 핸드피스 평가 시스템을 제공함에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 절삭 위치와 절삭 깊이 및 폭을 확인하여, 핸드피스 자체의 진동에 의해 원하지 않는 영역까지 절삭되는지 확인함으로써, 핸드피스 자체의 성능 평가를 수행할 수 있는 시스템을 제공함에 있다.

또한, 핸드피스를 다양한 각도로 변형하여 시편에 접촉시켜 시험할 수 있도록 함으로써, 수술 위치에 따른 절삭력과 절삭 위치 유지 성능을 평가할 수 있는 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 핸드피스 평가 시스템은, 시편이 안착 고정되는 고정지그와, 상기 고정지그를 수평 이동시키는 지지부와, 핸드피스를 고정하는 홀더와, 상기 홀더를 상하 이동시키는 홀더 구동부와, 상기 홀더와 홀더 구동부를 연결하되, 상기 홀더의 각도를 조절할 수 있는 다관절 어댑터와, 시편에 접촉되는 핸드피스 버의 압력을 측정하는 압력측정부와, 핸드피스 버에 의한 시편의 절삭 부분 및 핸드피스 버의 이미지를 확대 촬영하는 광학현미경과, 상기 광학현미경의 이미지를 입력받아, 시편의 절삭 부분의 깊이, 폭, 폭과 깊이의 균일성을 평가하여, 핸드피스의 진동에 의한 절삭 부분의 영향을 확인함과 아울러 버의 마모 또는 변형을 평가하는 평가부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 홀더는, 상기 핸드피스의 본체가 삽입고정되는 체결공을 포함하는 블록과, 상기 블록의 측면에서 상기 체결공까지 형성되는 슬릿과, 상기 슬릿이 형성된 위치에서 상기 블록을 관통하여, 체결정도에 따라 슬릿의 높이를 조절하여 상기 핸드피스의 본체를 체결하는 볼트와, 상기 슬릿이 형성된 측면의 반대편 측면에서 돌출되는 결합부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 다관절 어댑터는, 다수의 연결봉과, 상기 연결봉이 끼워진 상태에서 볼트의 체결에 의해 연결봉을 고정하거나, 상기 홀더의 상기 결합부에 볼트로 체결되는 다수의 체결기재와, 상기 체결기재가 회전가능하게 결합되는 관절부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고정지그는, 상기 지지부의 베드에 고정되는 고정블록과, 상기 고정블록의 상부측에 위치하여 상기 시편이 안착되는 지지블록과, 상기 고정블록과 상기 지지블록의 사이에서 상기 시편에 가해지는 압력을 검출하는 로드셀과, 윈도우 프레임 형상으로, 상기 지지블록에 안착된 상기 시편의 가장자리에 접하여 절삭 시험시 상기 시편의 변위를 방지하는 가이드블록을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 평가부는, 평가프로그램이 설치 및 실행될 수 있는 컴퓨팅 장치이거나, 상기 광학현미경의 이미지를 학습하고, 새로운 입력 이미지를 학습결과와 비교하여 평가하는 인공지능 프로그램이 설치 및 실행될 수 있는 컴퓨팅 장치일 수 있다.

본 발명 핸드피스 평가 시스템은, 핸드피스 버가 아닌 버가 장착된 핸드피스를 직접 고정 및 구동시킴으로써, 버의 절삭력만을 측정하는 종래기술의 한계를 넘어 핸드피스 본체 자체의 성능을 평가하여 핸드피스 본체의 설계와 개발에 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

좀 더 구체적으로 본 발명은 핸드피스 자체의 진동 정도에 따른 절삭력을 평가하고, 그 진동에 의해 절삭 부분의 위치, 깊이, 폭의 변화를 평가함으로써, 핸드피스 본체의 성능을 평가할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은, 다관절 어댑터를 적용하여, 핸드피스를 다양한 각도로 조절함이 가능하여, 수술 부분에 따른 핸드피스의 각도를 다양하게 조절하면서 각도별 절삭 및 절삭 위치 유지 성능을 평가할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핸드피스 평가 시스템의 블록 구성도이다.
도 2와 도 3은 각각 홀더의 구성도이다.
도 4는 홀더와 다관절 어댑터의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일부 사시도이다.
도 6은 고정지그의 구성도이다.
도 7은 시편의 절삭 부분 확대 이미지이다.
도 8은 핸드피스 버의 확대 이미지이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 핸드피스 평가 시스템에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 핸드피스 평가 시스템의 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 핸드피스 평가 시스템은, 시편이 안착되는 고정지그(50)와, 고정지그(50)를 지지하는 지지부(40)와, 핸드피스를 고정하는 홀더(20)와, 홀더(20)의 각도를 조정할 수 있는 다관절 어댑터(30)와, 상기 다관절 어댑터(30)와 홀더(20)를 상하 및 수평 변위시키는 홀더 구동부(90)와, 시편에 접촉되는 핸드피스의 압력을 검출하는 압력측정부(60)와, 시편과 핸드피스의 버 이미지를 촬영하는 광학현미경(70)과, 주어진 프로그램 또는 기계학습을 통해 광학현미경(70)의 이미지를 이용하여 절삭력을 평가함과 아울러 절삭 위치의 적정성을 평가하는 평가부(80)와, 평가결과를 표시하는 표시부(81)와, 상기 홀더 구동부(90)의 동작을 제어함과 아울러 홀더(20)에 장착된 핸드피스에 전원공급부(11)의 전원을 공급하여 동작제어하는 제어부(10)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 핸드피스 평가 시스템의 구성과 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 홀더(20)를 이용하여 핸드피스 본체를 고정하고, 핸드피스 자체에 전원공급부(11)의 전원을 공급함으로써, 핸드피스 버의 절삭력 뿐만 아니라 핸드피스 본체의 성능을 평가할 수 있다.

홀더(20)의 예는 도 2와 도 3에 각각 도시하였다.

도 2와 도 3을 참조하면, 홀더(20)는 제1블록(21)과 제2블록(24)이 결합된 것일 수 있다. 제1블록(21)은 슬릿홈(23)을 통해 외부와 연통되는 원형의 체결공(22)을 포함하여, 다양한 직경의 핸드피스를 직접 체결할 수 있는 블록이다.

상기 체결공(22)에 핸드피스를 결합할 때, 핸드피스의 직경이나 형상에 무관하게 결합할 수 있도록 하는 어댑터(27)를 더 포함할 수 있다.

상기 체결공(22)의 내측에는 시험시 핸드피스가 이탈하는 것을 방지하기 위한 탄성 재질의 오형 링(28)을 더 포함할 수 있다.

제2블록(24)은 제1블록(21)의 슬릿홈(23)이 형성된 측면의 반대편 측면에 결합되어, 이후 설명될 다관절 어댑터(30)가 결합될 수 있는 결합부(25)를 제공한다.

홀더(20)와 다관절 어댑터(30)는 상호 견고하게 결합되어, 평가실험시 핸드피스의 진동 이외에 다른 진동이 평가 결과에 영향을 주는 것을 최소화한다.

도 4는 상기 홀더(20)에 핸드피스(1)와 다관절 어댑터(30)가 결합된 상태의 사시도로서, 홀더(20)의 체결공(22)에 핸드피스(1)를 체결하고, 볼트(26)를 조절하여 슬릿홈(23)의 높이를 조절하여 핸드피스(1)를 견고하게 고정한다.

이와 같은 상태에서 수동으로 홀더(20)의 각도를 조절할 수 있다.

다관절 어댑터(30)는 다수의 연결봉(33,34)과, 연결봉(33,34)들을 상호 연결하거나, 상기 연결봉(34)과 상기 홀더(20)의 결합부(25)를 연결하는 관절부(31,32)를 포함할 수 있다.

상기 관절부(31,32)는 연결봉(33, 34)을 연결하며, 각각 상대 회전을 할 수 있는 구조로 할 수 있다.

상기 관절부(31,32)는 수지재이며, 체결기재(35, 36)가 회전 가능하게 끼움 결합되는 결합공이 마련된 것으로 한다.

상기 체결기재(35, 36)는 연결봉(33, 34)가 끼워진 상태로 볼트를 체결하여 견고하게 고정할 수 있는 구조이며, 상기 결합부(25)와의 결합도 체결기재(35)와 결합부(25)간의 볼트 체결로 이루어진다.

도면에는 두 개의 관절부(31,32)와 두 개의 연결봉(33,34)을 도시하였으나 필요에 따라 더 많은 수의 관절부와 연결봉을 사용할 수 있다.

따라서 상기 홀더(20)에 장착된 핸드피스(1)는 다양한 각도로 조정이 가능하며, 이후 설명할 시편과의 접촉 방향과 각도를 다양하게 조절할 수 있다.

이러한 접촉 방향과 각도의 변경은, 실제 핸드피스를 이용한 수술에서 수술 위치에 따라 의사가 핸드피스(1)의 각도를 조절하는 것을 감안하여, 다양한 조건에성의 핸드피스(1) 절삭력과 진동에 따른 절삭 위치의 유지 성능을 평가할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일부 사시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 핸드피스(1)를 고정하는 홀더(20)는 다관절 어댑터(30)에 결합되고, 다관절 어댑터(30)의 다른 끝단은 홀더 구동부(90)에 결합된다.

홀더 구동부(90)는 모터 또는 실린더를 사용하여 상하 변위 및 x-y 방향인 평면상에서 이동시킨다.

따라서 홀더(20)에 고정된 핸드피스(1)를 하향으로 이동시켜 핸드피스(1) 본체에 결합된 버의 끝단을 상기 고정지그(50) 상에서 고정되는 시편에 접촉시킨다.

이때 시편은 인체의 뼈와 유사한 성분 및 강도를 가지는 인공 뼈를 사용한다.

이와 같은 세팅 상태에서 제어부(10)는 핸드피스(1)에 전원공급부(11)의 전원을 공급함과 아울러 홀더 구동부(90) 를 구동하여 핸드피스(1)를 적어도 x축 또는 y축 방향으로 이동시킨다.

x축과 y축 변위를 동시에 제어할 수도 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 고정지그(50)는 상하로 배치되는 다수의 블록을 포함할 수 있다.

고정블록(51)은 고정지그(50)를 지지부(40)의 베드(bed)에 고정시키는 블록이며, 고정블록(51)의 상부에는 로드셀(54)을 사이에 두고 지지블록(52)이 고정된다.

지지블록(52)은 시편이 안착되는 면을 제공한다.

지지블록(52)의 상부에는 사각 윈도우 프레임 형상의 가이드 블록(53)이 결합된다. 가이드 블록(53)은 시편의 둘레를 지지하여 시편이 변위되는 것을 방지하여, 안정적인 절삭이 이루어지도록 한다.

이와 같은 핸드피스(1)의 이동과 동작에 의하여, 시편은 절삭된다.

핸드피스(1)의 종류에 따라 습식 또는 건식 절삭을 수행할 수 있다.

시편의 절삭과정에서 핸드피스(1)의 버와 시편의 접촉 압력은 압력측정부(60)인 로드셀(54)에 의해 검출된다.

핸드피스(1)에 의한 시편의 절삭이 이루어질 때와 이루어지지 않을 때의 압력 변화를 모니터링 할 수 있다. 이때의 모니터링은 평가부(80)에 의해 이루어진다.

또한, 절삭 시험이 완료된 후 광학현미경(70)에서 시편의 절삭면과 핸드피스(1)의 버 이미지를 획득하고, 이를 상기 평가부(80)로 제공한다.

평가부(80)는 광학현미경(70)에서 촬영된 이미지와 상기 압력측정부(60)의 압력 측정결과를 이용하여 시험 대상인 핸드피스(1)의 성능을 평가한다.

평가부(80)는 평가를 위한 소프트웨어가 저장 및 실행되는 컴퓨팅 장치이며, 바람직하게는 PC, 노트북, 스마트 패드 또는 스마트폰일 수 있다.

도 7에는 시편의 절삭 부분을 촬영한 광학현미경(70) 이미지의 예를 도시하였다.

절삭 부분의 평가는 절삭 부분의 폭, 폭의 균일성, 깊이, 깊이의 균일성을 기준값과 비교하여 평가할 수 있다. 이때 압력의 변화 요인을 함께 고려한다.

접촉상태 및 핸드피스(1)가 동작하는 상태에서 압력이 급격하게 증가하면, 절삭능력이 저하되는 것으로 판단할 수 있다.

절삭 부분이 균일성은 핸드피스(1)의 버의 절삭력의 평가와도 관련이 있지만, 핸드피스(1) 본체에서 발생하는 진동의 영향으로 균일성이 저하될 수 있다.

즉, 시편의 절삭 부분 이미지를 확인하여 핸드피스(1) 본체의 성능도 평가할 수 있다.

도 8은 광학현미경(70)에서 촬영한 핸드피스(1) 버의 이미지이다.

이에 도시한 바와 같이 핸드피스(1)로 시편을 절삭한 후, 핸드피스(1) 버의 상태를 확인하여, 버의 강도 적절성을 평가할 수 있다.

이때의 평가 역시 평가부(80)에서 평가하며, 평가결과는 표시부(81)에 표시된다.

버의 강도 적절성은 마모 정도 또는 변형 정도를 확인하여 평가하는 것으로 한다.

상기 평가부(80)에 대하여 평가와 관련된 프로그램이 설치 및 실행되는 것으로 설명하였으나, 평가부(80)는 시편의 절삭 부분 이미지들과 버 이미지들을 이용하여 학습하고, 학습 결과에 따라 입력된 새로운 이미지를 학습하여 평가하는 인공지능이 탑재된 컴퓨팅 장치일 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:제어부 20:홀더
30:다관절 어댑터 40:지지부
50:고정지그 60:압력측정부
70:광학현미경 80:평가부
90:홀더 구동부

Claims (5)

1. 시편이 안착 고정되는 고정지그;
   상기 고정지그를 고정시키는 지지부;
   핸드피스를 고정하는 홀더;
   상기 홀더를 상하 및 수평 이동시키는 홀더 구동부;
   상기 홀더와 홀더 구동부를 연결하되, 상기 홀더의 각도를 조절할 수 있는 다관절 어댑터;
   핸드피스 버에 의한 시편의 절삭 부분 및 핸드피스 버의 이미지를 확대 촬영하는 광학현미경; 및
   상기 광학현미경의 이미지를 입력받아, 시편의 절삭 부분의 깊이, 폭, 폭과 깊이의 균일성을 평가하여, 핸드피스의 진동에 의한 절삭 부분의 영향을 확인함과 아울러 버의 마모 또는 변형을 평가하는 평가부를 포함하는 핸드피스 평가 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 홀더는,
   상기 핸드피스의 본체가 삽입고정되는 어댑터와,
   상기 어댑터가 결합되는 체결공을 포함하는 블록과,
   상기 블록의 측면에서 상기 체결공까지 형성되는 슬릿과,
   상기 슬릿이 형성된 위치에서 상기 블록을 관통하여, 체결정도에 따라 슬릿의 높이를 조절하여 상기 핸드피스의 본체를 체결하는 볼트와,
   상기 슬릿이 형성된 측면의 반대편 측면에서 돌출되는 결합부를 포함하는 핸드피스 평가 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 다관절 어댑터는,
   다수의 연결봉;
   상기 연결봉이 끼워진 상태에서 볼트의 체결에 의해 연결봉을 고정하거나, 상기 홀더의 상기 결합부에 볼트로 체결되는 다수의 체결기재; 및
   상기 체결기재가 회전가능하게 결합되는 관절부를 포함하는 핸드피스 평가 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고정지그는,
   상기 지지부의 베드에 고정되는 고정블록;
   상기 고정블록의 상부에 결합되어 상기 시편에 가해지는 압력을 검출하는 로드셀;
   상기 로드셀의 상부에 고정되며 상기 시편이 안착되는 지지블록; 및
   윈도우 프레임 형상으로, 상기 지지블록에 안착된 상기 시편의 가장자리에 접하여 절삭 시험시 상기 시편의 변위를 방지하는 가이드블록을 포함하는 핸드피스 평가 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 평가부는,
   평가프로그램이 설치 및 실행될 수 있는 컴퓨팅 장치이거나,
   상기 광학현미경의 이미지를 학습하고, 새로운 입력 이미지를 학습결과와 비교하여 평가하는 인공지능 프로그램이 설치 및 실행될 수 있는 컴퓨팅 장치인 것을 특징으로 하는 핸드피스 평가 시스템.

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