KR102458985B1 - 단층 촬영 융합형 구강 스캐너 - Google Patents

단층 촬영 융합형 구강 스캐너 Download PDF

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Abstract

치아 표면의 형상 및 치아 내부의 광 단층촬영 영상을 제공하는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너가 개시된다. 상기 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 포함하는 프로젝터 및 상기 광원으로부터 발생된 가시광선이 치아로 입사되고, 치아로부터 반사된 가시광선을 수신하여 영상 데이터를 생성하는 카메라를 포함하는 구강 스캔부; 상기 제1 광원과 다른 파장이며, 치아로 입사되는 측정광을 발생하는 제2 광원, 상기 측정광을 기준광 및 측정광으로 분할하는 빔 스플리터, 상기 기준광을 반사하는 기준 거울 및 상기 측정광이 치아에서 반사되어 생성된 신호광과 상기 기준 거울에서 반사된 기준광이 중첩되어 생성된 간섭광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 OCT 본체 및 상기 빔 스플리터에서 분할된 측정광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 및 상기 변환된 평행광을 반사시키는 MEMS 미러를 포함하는 OCT 스캔 프로브를 포함하는 광 단층 촬영 스캔부; 및 상기 구강 스캔부에서 발생된 가시광선은 투과하고, 광 단층 촬영 스캔부의 MEMS 미러에서 반사된 평행광은 반사시켜, 측정하고자 하는 치아에 조사하는 이색성 미러를 포함하는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너를 포함한다.

Description

단층 촬영 융합형 구강 스캐너{Tomography convergence type oral scanner}
본 발명은 단층 촬영 융합형 구강 스캐너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치아 표면의 형상 및 치아 내부의 광 단층촬영 영상을 제공하는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 인상채득(impression taking)을 통해 구강 내 치아 및 조직의 상태를 확인하고, 이를 기초로 환자의 진단 및 치료 계획을 수립하거나 정확한 보철물을 제작하는데 기반이 되는 중요한 임상과정이다.
일반적으로 구강 내 치아 및 조직구조를 파악하기 위해 종래에는 시트 형상의 필름 또는 디지털 센서를 구강 내로 삽입한 후 구강 외부에서 엑스레이 등의 방사선을 조사하여 얻어진 구강 내 조직구조의 2차원 투과 영상을 이용하지만, 2차원 투과영상은 3차원 구조물을 2차원 평면에 투영 표시하므로 왜곡 등의 오류가 발생될 수 있고, 환자에게 방사선이 가해지므로 임상적 문제를 야기할 수 있으며, 경제적인 부담과 시행 단계에서 복잡성을 나타낸다.
최근에는 구강 내 조직 구조에 대한 3차원 정보를 획득하기 위해 레이저 등의 측정광으로 구강 내 조직구조의 3차원 모델링 영상을 구현하는 치과용 구강 스캐너 시스템이 널리 이용되고 있다. 일반적인 치과용 구강 스캐너 시스템은 구강 내 조직 구조의 스캔 촬영을 위해 사용자가 들고 사용하는 구강 스캐너 및 구강 스캐너와 유선 연결되어 구강 스캐너의 스캔 촬영 결과를 3차원 모델링 영상으로 생성하는 PC를 포함할 수 있다.
도 1은 종래에 사용되는 구강 스캐너를 보여주는 도면으로서, 하기 도 1에 도시된 바와 같이, 구강 스캐너는 치아(s)에 조사되는 광원을 포함하는 프로젝터(12) 및 상기 치아(s)에 조사된 광이 전송되어 치아(s)의 표면 이미지를 얻을 수 있는 이미지 센서를 포함하는 카메라(14)를 포함한다. 구체적으로, 구강 스캐너는 내부 조명의 광원(예를 들면, 가시광 영역의 광원)을 구동하여 광을 출력한 후, 광경로를 따라 외부로 조사된 광을 통해 구강 내부를 비출 수 있으며, 구강 내부에서 반사된 광은 다시 광경로를 따라 구강 스캐너의 이미지 센서가 포함된 카메라(14)에 도달함으로써 구강 내 치아의 표면 형상 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 상기 카메라(14)에서 검출된 2차원 이미지는 삼각 측량법을 이용하여 3차원의 이미지로 변환될 수 있다.
종래의 구강 스캐너를 사용하는 경우, 구강 내 1회 영상 촬영 만으로는 정확한 치아의 상태 및 병소를 파악할 수 없다는 문제가 있으므로, 여러 번 촬영을 해야하는 번거로움이 존재한다. 그 외에도, 구강 스캐너만으로는 구강 영역 내의 정확한 깊이(depth) 및 위치를 파악할 수 없으며, 특히, 치주염, 치은(잇몸) 연하 변연 획득, 치은 연하 마진 획득 등의 치주 질환, 치아 우식, 크랙 등의 질환에 있어서 치아의 깊이 정보가 없기 때문에 중첩되어 보이거나 구별하기 힘들기 때문에 의사의 정확한 진단이 어려운 실정이다.
따라서, 구강 내에서 치아의 외부 표면 형상 및 치아 내부 단층 이미지를 측정할 수 있는 장치의 개발이 요망되고 있다.
일본 특허공개 특표2010-509993호 대한민국 공개특허 10-2018- 0032723호 대한민국 공개특허 10-2014-0107803호
따라서, 본 발명의 목적은 환자의 인상 채득 및 치아의 표면 형상 획득을 목적으로 하는 구강 스캐너에 치아 내부를 영상화 할 수 있는 광 단층 촬영 스캐너를 결합하여 치아 표면 형성과 치아 내부 형상을 스캔할 수 있는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 치아 표면의 형상 외에도 치아 내부의 광 단층 촬영 영상을 제공함으로써, 비침습적으로 치주염 등의 치주 질환, 치아 우식, 크랙, 바이오 필름 등을 확인할 수 있는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 포함하는 프로젝터 및 상기 광원으로부터 발생된 가시광선이 치아로 입사되고, 치아로부터 반사된 가시광선을 수신하여 영상 데이터를 생성하는 카메라를 포함하는 구강 스캔부; 상기 제1 광원과 다른 파장이며, 치아로 입사되는 측정광을 발생하는 제2 광원, 상기 측정광을 기준광 및 측정광으로 분할하는 빔 스플리터, 상기 기준광을 반사하는 기준 거울 및 상기 측정광이 치아에서 반사되어 생성된 신호광과 상기 기준 거울에서 반사된 기준광이 중첩되어 생성된 간섭광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 OCT 본체 및 상기 빔 스플리터에서 분할된 측정광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 및 상기 변환된 평행광을 반사시키는 MEMS 미러를 포함하는 OCT 스캔 프로브를 포함하는 광 단층 촬영 스캔부; 및 상기 구강 스캔부에서 발생된 가시광선은 투과하고, 광 단층 촬영 스캔부의 MEMS 미러에서 반사된 평행광은 반사시켜, 측정하고자 하는 치아에 조사하는 이색성 미러를 포함하는 단층 촬영 융합형 구강 스캐너를 제공한다.
본 발명에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너에서 환자의 인상 채득 및 치아의 표면 형상 획득을 목적으로 하는 구강 스캐너에 치아 내부를 영상화 할 수 있는 광 단층 촬영 스캐너를 결합하여 치아 표면 형성과 치아 내부 형상을 스캔할 수 있어, 비침습적으로 치은 연하의 마친 획득이나 치아 우식, 크랙, 바이오 필름, 치주염 등을 확인할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 구강 스캐너를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너의 동작 설명을 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면에서, 종래와 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성 요소에는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너는 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 포함하는 프로젝터(12) 및 상기 광원으로부터 발생된 가시광선이 치아로 입사되고, 치아로부터 반사된 가시광선을 수신하여 영상 데이터를 생성하는 카메라(14)를 포함하는 구강 스캔부(10); 치아로 입사되는 측정광을 발생하는 제2 광원, 상기 측정광을 기준광 및 측정광으로 분할하는 빔 스플리터, 상기 기준광을 반사하는 기준 거울 및 상기 측정광이 치아에서 반사되어 생성된 신호광과 상기 기준 거울에서 반사된 기준광이 중첩되어 생성된 간섭광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 OCT 본체(32) 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 측정광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(34) 및 상기 변환된 평행광을 반사시키는 MEMS 미러(36, micro electro mechanical system mirror)를 포함하는 OCT 스캔 프로브(33)를 포함하는 광 단층 촬영 스캔부(30); 및 상기 스캔부(10)에서 발생된 가시광선은 투과하고, 광 단층 촬영 스캔부(30)의 MEMS 미러(36)에서 반사된 평행광은 반사시켜, 서로 다른 영역의 광원을 치아(s)에 조사하는 이색성 미러(dichronic mirror, 20)를 포함한다.
상기 구강 스캔부(10)에 포함되는 프로젝터는 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 포함하며, 구체적으로, 상기 제1 광원은 400 내지 700 nm의 가시광을 사용한다. 상기 카메라는 치아에서 반사된 가시광선을 수광하는 센서를 더욱 포함한다.
구체적으로, 구강 스캔부(10)는 제1 광원으로부터 발생된 가시광선을 출력하고, 출력된 가시광선은 이색성 미러(dichronic mirror, 20)를 투과한 후, 광경로를 따라 외부에서 조사된 광을 통해 구강 내부를 비출 수 있으며, 구강 내부에서 반사된 광은 다시 광경로를 따라 카메라(14)에 도달함으로써 구강 내 치아의 표면 형상 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 검출된 치아 표면 형상의 2차원 이미지는 삼각 측량법을 이용하여 3차원의 이미지로 변환될 수 있다. 구체적으로, 가시광선을 치아에 조사하여 형성되는 영역과, 카메라(14)의 관측 시야(FOV, field of view) 영역에 삼각 측량법 기반의 기술을 사용하여 구강 내 치아의 표면 형상을 스캔하여 영상 데이터로 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 광 단층 촬영 스캔부(30)는 빛의 가간섭 성질을 사용하여 물체 내부의 형상을 스캔하여, 생체 조직(구조체)의 내부 단층 이미지 영상을 서브마이크론 단위의 고해상도로 촬영하는 비침습적 영상화 기술(non-invasive imaging technique)을 사용한다.
상기 광 단층 촬영 스캔부(30)에 있어서, 제2 광원은 구강 스캔부(10)에 사용되는 제1 광원(가시광선)과는 다른 파장의 광원을 사용한다. 상기 제2 광원은 치아(s)로 입사되는 측정광을 발생시키며, 측정광은 통상 짧은 가간섭 거리를 가지는 광대역 광(broadband low-coherence light)이고, 예를 들면, 파장 750 nm 내지 1500 nm의 근적외선광을 사용한다. 상기 빔 스플리터는 측정광을 기준광 및 측정광으로 분할하고, 기준광을 기준 거울로 조사하고, 측정광을 측정하고자 하는 치아로 전달한다. 상기 기준광은 기준 거울에서 반사되어 다시 빔 스플리터로 전달된다. 상기 전달된 기준광은 하기 서술되는 신호광과 중첩되어 간섭광을 생성한다.
상기 분할된 측정광은 콜리메이터(collimator, 34)로 전달된다. 상기 콜리메이터(34)는 빔 스플리터에서 출사된 측정광을 수신하여 평행광으로 변환시킨다. 상기 측정광은 점 광원에 가까우므로, 측정광을 일정 크기의 평행광으로 변환시킨다. 상기 콜리메이터(34)에서 출사된 평행광은 MEMS 미러(36)로 전달된다. 상기 MEMS 미러(36)는 광 경로를 변경할 수 있는 장치로서, 1개의 미러가 2개의 축, 구체적으로 x축 및 y축으로 회전하기 때문에 측정 대상의 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 상기 MEMS 미러의 경우 2축이 분리되어 있지 않아 빛의 굴절에 의한 이미지 왜곡이 없는 고해상도의 3차원 단층 영상을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 콜리메이터(34)에서 출사된 평행광은 MEMS 미러에 의해 2개의 축(x축 및 y축)으로 회전하여 광 경로를 변경시킨다. 상기 MEMS 미러(36)에서 출사된 광은 집속 렌즈(38)에 의해 집광되어 이색성 미러(dichronic mirror, 20)에 전달된다. 상기 집속 렌즈(38)는 MEMS 미러(36)와 이색성 미러(20) 사이에 위치한다.
상기 이색성 미러(dichronic mirror, 20)는 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 이색성 미러는 가시광 영역의 광원을 투과하며, 근적외선 파장의 광원을 반사한다. 일반적으로 서로 다른 영역의 광원을 사용하기 때문에 광학 경로가 동일하지 않으므로, 측정 대상의 범위가 중첩되지 않아 원하는 영상 데이터를 얻는 것에 어려움이 있다.
본 발명에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너는 이색성 미러를 사용하여, 카메라(14)의 관측시야(FOV, field of view) 영역에 포함되지 않는 곳의 특정 영역의 파장(예를 들면, 근적외선을 포함하는 제2 광원)을 반사시켜 측정하고자 하는 대상의 범위(ROI, region of interest)를 중첩시켜, 측정 대상의 영상 데이터를 얻을 수 있다. 구체적으로, 단층 촬영 융합형 구강 스캐너에 사용되는 이색성 미러는 스캔부(10)의 제1 광원에서 발생되는 가시광선을 투과하고, 광 단층 촬영부(30)의 제2 광원에서 발생되는 근적외선을 반사시켜, 서로 다른 영역의 광원의 광 경로를 중첩시킴으로서, 측정하고 하는 치아(s)의 외부 표면 형상 및 내부 단층 영상 데이터를 얻을 수 있다. 상기 영상 데이터는 동영상이거나 사진 형태 등 일 수 있다.
상기 이색성 미러(20)에서 반사된 측정광은 치아에서 반사되어 신호광을 생성하고, 생성된 신호광은 다시 광경로를 따라 OCT 본체(32)에 도달하고, 이때 신호광은 상기 기준 거울에서 반사된 기준광과 중첩되어 간섭광을 생성하게 되고, 생성된 간섭광을 검출하는 광 검출기로부터 전기적 신호로 변환된다. 상기 OCT 본체(32)는 영상 신호 처리기를 더욱 포함하여, 광 검출기에서 변환된 전기적 신호를 영상 신호 처리기로 전송하여 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 연산 처리하여 치아(s)에 대한 영상 데이터를 생성한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구강 스캐너의 동작 설명을 위한 흐름도이다. 하기 도 3에 도시된 바와 같이, 스캔부 및 광 단층 촬영 스캔부에서 발생되는 서로 다른 영역의 광원이 측정 영역(ROI, region of interest)을 중첩시켜, 측정하고자 하는 범위를 촬영하여, 각각 치아(s)의 외부 표면 형상 및 내부 단층 영상 데이터를 얻는다. 상기 스캔부에서 얻은 외부 표면 형상의 영상 데이터에서 얻을 수 있는 심도 정보를 바탕으로 광 단층 촬영 스캐너의 초점 심도를 확인한다. 상기 초점 심도는 측정 대상에 초점을 맞추어 상점(image plane)을 만들었을 때, 측정 대상 전 후의 어느 거리의 범위 이내에서는 상의 흐림(fog or blur)을 구별할 수 없는 허용 범위를 의미한다. 구강 스캔부에서 얻은 심도 정보를 바탕으로 광 단층 촬영부의 심도가 초점 심도일 경우에만, 광 단층 촬영부에서 얻은 치아 내부 단층 영상 데이터를 등록한다. 이로 인해, 광 단층 촬영부의 낮은 심도에서 발생할 수 있는 심도의 벗어남이나, 주파수 영역에서 영상 데이터의 위상이 뒤집히는 등의 문제를 해결할 수 있다.
상기 단층 촬영 융합형 구강 스캐너는 구강 내 조직 구조를 스캔 촬영하는 것으로서, 상악 또는 하악 중 어느 하나의 적어도 일부를 스캔 촬영할 수 있으며, 예를 들면, 치열 방향을 따라 적어도 2개 이상의 치아를 동시에 스캐닝 할 수 있고, 특히 확장부의 내부에서 이동 가능한 적어도 하나의 광학계를 통해 구강 내에서 각도 및 위치 변경을 최소화하면서도 치열 전체에 대한 스캐닝이 가능할 수 있다. 이 같은 광학계의 이동을 위한 구조는 일반적인 기술이 폭 넓게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너는 치아에 한정되어 적용되지 않고, 예를 들면, 잇몸 등의 표면 형상 및 내부 단층 촬영 영상 데이터도 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 단층 촬영 융합형 구강 스캐너는 서로 다른 영역의 광원을 사용하기 때문에 이색성 미러를 사용하여 측정하고자 하는 치아에 광 경로를 중첩시켜, 치아의 외부 표면 형상 및 내부 단층 영상 데이터를 얻을 수 있다. 이로 인해, 치아 전체의 형상 정보에 부분적인 단층 촬영 정보를 더욱 얻을 수 있어, 치은 연하의 변연 획득, 치은 연하의 마진 획득, 치주염 등의 치주 질환, 치아 우식, 크랙, 바이오 필름 등과 관련된 단층 영상 데이터를 더욱 확인할 수 있다.
이상 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들로 한정되지 않는다. 하기 청구항들의 범위는 예시적인 실시예의 변형들, 등가의 구성들 및 기능들을 모두 포괄하도록 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 포함하는 프로젝터 및 상기 광원으로부터 발생된 가시광선이 치아로 입사되고, 치아로부터 반사된 가시광선을 수신하여 영상 데이터를 생성하는 카메라를 포함하는 구강 스캔부;
    상기 제1 광원과 다른 파장이며, 치아로 입사되는 측정광을 발생하는 제2 광원, 상기 측정광을 기준광 및 측정광으로 분할하는 빔 스플리터, 상기 기준광을 반사하는 기준 거울 및 상기 측정광이 치아에서 반사되어 생성된 신호광과 상기 기준 거울에서 반사된 기준광이 중첩되어 생성된 간섭광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 OCT 본체 및 상기 빔 스플리터에서 분할된 측정광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 및 상기 변환된 평행광을 반사시키는 MEMS 미러를 포함하는 OCT 스캔 프로브를 포함하는 광 단층 촬영 스캔부; 및
    상기 구강 스캔부에서 발생된 가시광선은 투과하고, 광 단층 촬영 스캔부의 MEMS 미러에서 반사된 평행광은 반사시켜, 측정하고자 하는 치아에 조사하는 이색성 미러를 포함하며,
    상기 제1 광원은 파장 400 내지 700 nm의 가시광을 생성하며, 상기 제2 광원은 파장 750 내지 1500 nm의 근적외선 광을 생성하고,
    상기 이색성 미러는 가시광선을 발생시키는 제1 광원을 투과하고, 제1 광원과 다른 파장의 제2 광원을 반사시켜, 서로 다른 영역의 광원의 광 경로를 중첩시키며,
    상기 구강 스캔부에서는 치아 외부 표면의 형상 영상 데이터를 얻고, 광 단층 촬영 스캔부에서 치아 내부 단층 영상 데이터를 얻으며,
    상기 구강 스캔부에서 얻은 치아 외부 표면의 영상 데이터에서 영상의 심도를 검출하고, 상기 광 단층 촬영 스캔부의 촬영 심도가 초점 심도일 경우에만, 광 단층 촬영 스캔부에서 얻은 치아 내부 단층 영상 데이터를 등록하는 것인, 단층 촬영 융합형 구강 스캐너.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 MEMS 미러는 x축 및 y축으로 회전하여 광 경로를 변경시키는 것인, 단층 촬영 융합형 구강 스캐너.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 OCT 스캔 프로브는, 상기 OCT 스캔 프로브의 MEMS 미러와 이색성 미러 사이에 위치하며 MEMS 미러에서 반사된 광을 집광하여 이색성 미러에 전달하는 집속 렌즈를 더욱 포함하는 것인, 단층 촬영 융합형 구강 스캐너.
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