KR102495430B1 - 보철물의 3차원 정확성 평가 방법 - Google Patents

보철물의 3차원 정확성 평가 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환자의 구강에 장착되는 가철성 보철물 또는 결손 치아 환자의 지대치에 장착되는 고정성 보철물의 제작 과정에서 3차원 디자인 데이터와 보철물의 스캔 데이터를 중첩 및 분석하여 정확성을 평가하기 위한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은; (S1) 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터를 생성하는 단계와; (S2) 상기 3차원 디자인 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와; (S3) 상기 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물을 3차원 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 단계와; (S4) 상기 3차원 스캔 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와; (S5) 편집된 3차원 디자인 데이터와 편집된 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 이용해 중첩 및 분석하여 보철물 제작의 정확성을 평가하는 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

보철물의 3차원 정확성 평가 방법{Method for evaluating 3D accuracy of Dental prosthesis}
본 발명은 환자의 구강에 장착되는 가철성 보철물 또는 결손 치아 환자의 지대치에 장착되는 고정성 보철물의 제작 과정에서 3차원 디자인 데이터와 보철물의 스캔 데이터를 중첩 및 분석하여 정확성을 평가하기 위한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 치과용 보철물은 치아가 상실된 부분에 인공적인 재료를 사용하여 치아의 역할을 대체하는 보철치료를 위한 것으로서, 치과용 보철물에는 부분 의치의 일종인 고정성 보철물 또는 흔히 틀니로 지칭되는 가철성 보철물이 대표적이다.
이러한 치과용 보철물은 대부분 수작업으로 제작하였는데, 최근에는 보철물의 제조에서 장착까지 모든 공정을 컴퓨터 프로그램을 이용해 관리하는 3차원 캐드캠 설계 방식을 사용하고 있다.
한편, 3차원 캐드캠 설계방식은 보철물 제작 전에 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터를 중첩 및 분석하여 보철물의 제작 정확성의 평가를 수행하고, 또한, 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물의 3차원 스캔 데이터와 환자의 3차원 구강 스캔 데이터를 대조하여 보철물의 장착 내면의 적합성을 평가하여야 한다.
그러나 종래에는 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터나, 보철물의 스캔 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하지 않고 원데이터를 그대로 중첩에 활용하기 때문에 데이터의 중첩 및 분석이 어렵고 정확성 평가의 신뢰성이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 3차원 중첩을 위한 소프트웨어를 이용하여 해당 3차원 데이터를 중첩할 시, 자동 정렬(Auto Alignment), 베스트 핏 정렬(Best fit Alignment), 전체 편차(Whole Deviation) 순으로 중첩을 수행하는데, 자동 정렬 과정에서 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 3차원 스캔 작업 중 스캔 스프레이를 도포하는 작업을 사람이 직접 임의로 도포하였기 때문에 사람에 따라 스캔 스프레이의 입자 균일도에 편차가 발생하는 문제점이 있었다.
한국등록특허공보 제10-1862751호(등록일:2018.05.24)
본 발명은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 보철물의 3차원 정확성 평가를 위해 3차원 디자인 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하여 저장되게 하고, 보철물의 3차원 스캔 데이터 역시 저장된 3차원 디자인 데이터의 부위에 맞추어 편집하여 저장 및 활용하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 3차원 중첩을 위한 프로그램을 이용하여 해당 3차원 데이터를 중첩할 시, 임의의 정렬 포인트를 기준으로 중첩을 수행하는 이동/변환 정렬 알고리즘을 활용하도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 스캔 대상인 보철물을 회전판 위에서 회전시키면서 일정 거리에 위치된 스캔 스프레이를 분사하여 도포하도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은;
(S1) 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터를 생성하는 단계와;
(S2) 상기 3차원 디자인 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와;
(S3) 상기 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물을 3차원 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 단계와;
(S4) 상기 3차원 스캔 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와;
(S5) 편집된 3차원 디자인 데이터와 편집된 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 이용해 중첩 및 분석하여 보철물 제작의 정확성을 평가하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 보철물의 3차원 정확성 평가 방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따르면, 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 3차원 디자인 데이터 및 3차원 스캔 데이터가 편집되어 저장 및 활용됨에 따라 데이터의 중첩이 간편하고 정확성 평가의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 3차원 중첩을 수행하는 과정에서 임의의 정렬 포인트를 기준으로 중첩을 수행함에 따라 중첩시 발생하는 오차를 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전판 위에 고정된 보철물에 스캔 스프레이의 도포가 수행됨에 따라 스캔 스프레이의 입자 균일도가 일정한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보철물의 3차원 정확성 평가 방법의 흐름도.
도 2는 도 1의 구성 중 3차원 디자인 데이터의 편집 예시도.
도 3은 도 1의 구성 중 3차원 스캔 과정의 예시도.
도 4는 도 1의 구성 중 3차원 스캔 데이터의 편집 예시도.
도 5는 도 1의 구성 중 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 활용 예시도.
도 6 내지 도 8은 도 1의 구성 중 이동/변환 알고리즘의 실시 예시도이다.
본 발명에 따른 보철물의 3차원 정확성 평가 방법을 첨부된 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
한편, 실시 예를 설명함에 있어 본 발명이 속하거나 속하지 아니한 기술분야에서 광범위하게 널리 알려져 사용되고 있는 구성요소에 대해서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 하며, 이는 불필요한 설명을 생략함과 더불어 이에 따른 본 발명의 요지를 더욱 명확하게 전달하기 위함이다.
또한, 도면의 도시와 관련하여 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위해 설명과 관계없거나 통상의 구성요소를 기재하는 경우 이에 대한 도시를 생략하도록 하였다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 보철물의 3차원 정확성 평가 방법은, (S1) 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터를 생성하는 단계와; (S2) 상기 3차원 디자인 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와; (S3) 상기 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물을 3차원 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 단계와; (S4) 상기 3차원 스캔 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와; (S5) 편집된 3차원 디자인 데이터와 편집된 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 이용해 중첩 및 분석하여 보철물 제작의 정확성을 평가하는 단계;를 포함하여 구성된다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 상기 (S1) 단계는, 환자의 치료 대상 부위에 대응하여 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터를 3차원 형상모델링 소프트웨어를 활용하여 디자인하여 생성한다.
여기서 생성되는 3차원 디자인 데이터는 가철성 보철물, 고정성 보철물 또는 교의치 중 어느 하나의 보철물을 제작하기 위한 3차원 형상모델이다.
그리고 상기 (S2) 단계는, 가철성 보철물, 고정성 보철물 또는 교의치 중 어느 하나를 제작하기 위한 3차원 디자인 데이터가 생성되면, 생성된 3차원 디자인 데이터를 정확성 평가를 위해 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 공정이다.
한편, 상기 (S2) 단계는 전용 편집 소프트웨어를 활용하여 3차원 디자인 데이터의 3차원 형상모델의 내면 및 외면 부위를 각각 편집하여 생성할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 3차원 디자인 데이터의 형상모델을 내면 및 외면을 분리시켜 편집하고 이를 레퍼런스 데이터로 활용하기 위해 저장하는데, 도 2의 (a)는 가철성 보철물을 제작하기 위한 3차원 디자인 데이터의 편집 예시를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 고정성 보철물(교의치 포함)을 제작하기 위한 3차원 디자인 데이터의 편집 예시를 나타낸 것이다.
그리고 상기 (S3) 단계는, 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물을 3차원 스캐너를 활용하여 스캔하여 보철물의 실물 형상모델인 3차원 스캔 데이터를 생성하는 공정이다.
상기 3차원 스캐너를 이용해 보철물을 스캔하기 전에 빛 반사에 의한 스캔 오류를 최소화하기 위해 스캔 스프레이를 보철물의 표면에 도포하는 작업이 필요하다.
한편, 상기 (S3) 단계는, (S3-1) 보철물을 회전판 위에 고정시키는 단계와; (S3-2) 상기 회전판이 회전하는 과정에서 일정 거리에서 스캔 스프레이를 보철물에 분사시키는 단계;를 더 포함한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 회전판(11) 위에 보철물(12)을 고정시킨 상태에서 회전판(11)을 작동시켜 보철물(12)을 회전되게 하고, 보철물(12)의 회전 중에 일정 거리 위치된 스캔 스프레이를 보철물(12)에 분사시켜 빛 반사에 의한 스캔 오류를 최소화하기 위한 물질을 보철물(12)의 표면에 일정 두께로 균일하게 도포되게 한다.
이때, 상기 스캔 스프레이는 일정 거리에서 별도 클램프 등의 고정 장치를 이용해 고정시킬 수 있다.
그리고 상기 (S4) 단계는, 3차원 스캐너를 통해 보철물의 실물을 스캔하여 3차원 스캔 데이터가 생성되면, 생성된 3차원 스캔 데이터를 (S2) 단계에서 편집된 3차원 디자인 데이터에 맞추어 형상모델의 경계라인이 최소한의 두께가 되도록 하면서, 3차원 디자인 데이터와 중첩하여 분석하고자 하는 부위별로 편집하여 저장하고, 불필요한 메시 데이터를 삭제하는 공정이다.
이때, 메시 데이터는 형상모델의 비구조적 그리드로서 2차원 또는 3차원 공간에 있는 꼭짓점, 경계 및 면의 집합이다.
한편, 상기 (S4) 단계는 전용 편집 소프트웨어를 활용하여 3차원 스캔 데이터의 3차원 형상모델을 부위별로 각각 편집하여 생성할 수 있다.
도 4에 따르면, 3차원 스캔 데이터의 형상모델을 편집하고 이를 레퍼런스 데이터로 활용하기 위해 저장하는데, 도 4의 (a)는 가철성 보철물의 스캔 데이터의 편집 예시를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 고정성 보철물(교의치 포함)의 스캔 데이터의 편집 예시를 나타낸 것이다.
그리고 상기 (S5) 단계는, (S2) 단계에서 편집된 3차원 디자인 데이터와 (S4) 단계에서 편집된 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 이용해 중첩시킨 후 중첩된 데이터의 정렬 결과에 의한 오차의 범위를 분석하여 보철물 제작의 정확성을 평가하는 공정이다.
도 5에 따르면, 상기 (S5) 단계는 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 이동/변환 알고리즘, 베스트핏 알고리즘, 전체편차 알고리즘을 순차적으로 활용하여 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터를 중첩시켜 분석하는데, 도 5의 (a)는 가철성 보철물의 중첩 및 분석 예시를 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 고정성 보철물의 중첩 및 분석 예시를 나타낸 것이다.
한편, 상기 (S5) 단계는, (S5-1) 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 활용하여 상기 3차원 디자인 데이터 및 3차원 스캔 데이터에 임의의 정렬 포인트를 설정하는 단계;
(S5-2) 상기 정렬 포인트를 기준으로, 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 이동/변환 알고리즘을 활용하여 상기 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터의 1차 정렬을 수행하는 단계;
(S5-3) 상기 1차 정렬된 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 베스트핏 알고리즘을 활용하여 2차 정렬을 수행하는 단계;
(S5-4) 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 전체편차 알고리즘을 활용하여 상기 2차 정렬 결과에 의한 오차의 범위가 미리 설정된 값 이하인지를 판단하여 보철물의 3차원 정확성을 평가하는 단계를 더 포함한다.
이 경우 상기 (S5-1) 단계에서 설정되는 임의의 정렬 포인트는 네 개 이상으로 3차원 디자인 데이터 및 3차원 스캔 데이터에 각각 포인트를 선정하여 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터가 상호 중첩되기 위한 기준점으로 활용하도록 한다.
도 6에 따르면, 상기 정렬 포인트는, 보철물이 가철성 보철물인 경우 전방 변연부의 좌우 위치; 및, 후방 변연부의 좌우 위치에 형성할 수 있다.
또한, 도 7에 따르면, 상기 정렬 포인트는, 보철물이 고정성 보철물인 경우 도 7의 (a) 전치부는 순면, 설면의 중앙 및 첨각의 좌우 위치에 형성할 수 있고, 도 7의 (b) 구치부는 협면, 설면의 중앙 및 첨각의 3개 이상의 위치에 형성할 수 있다.
또한, 도 8에 따르면, 상기 정렬 포인트는, 보철물이 교의치인 경우 한 개 치아의 협면, 설면의 중앙 및 첨각의 3개 이상의 위치에 형성할 수 있다.
이 경우 상기 정렬 포인트는 보철물의 대상에 따라 상기와 같은 위치에 선택적으로 정렬 포인트를 형성시켜 다양한 보철물에 대응하여 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 이동/변환 알고리즘을 활용할 수 있도록 한다.
상기와 같이 (S5-1) 단계에서 설정된 정렬 포인트를 기준으로 (S5-2) 단계에서 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터를 서로 중첩시켜 정렬하고, (S5-3) 단계에서 정렬된 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터의 최종 정렬을 수행하여 적합도 평가를 위한 준비를 한다.
이때, 상기 (S5-4) 단계는 최종 중첩 정렬된 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터의 상호 편차의 오차 범위가 미리 설정된 값 이하인지 판단하고, 미리 설정된 값 이하이면 환자 구강 내 보철물을 장착하고, 미리 설정된 값 이상이면 보철물을 다시 수정한 후 전술한 단계를 다시 거쳐 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터의 상호 오차 범위를 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 평가를 계속 진행한다.
이때, 상기 (S5-4) 단계에서 미리 설정되는 값은 ㎛ 단위로 보철물의 종류 및 환자의 상태나 기타 다양한 환경에 대응하여 설정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 특정의 바람직한 실시 예를 예시한 설명과 도면으로 표현하였으나, 여기서 사용하는 용어들은 본 발명을 용이하게 설명하기 위함으로 이 용어들에 대한 의미에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 예에 따른 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 발명을 용이하게 실시하기 위해 통상의 기술 수준에서 다양하게 활용할 수 있음을 누구나 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
11; 회전판 12; 보철물

Claims (7)

  1. (S1) 보철물 제작을 위한 3차원 디자인 데이터를 생성하는 단계와;
    (S2) 상기 3차원 디자인 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와;
    (S3) 상기 3차원 디자인 데이터에 의해 제작된 보철물을 3차원 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 단계와;
    (S4) 상기 3차원 스캔 데이터를 중첩 및 분석하고자 하는 부위별로 편집하는 단계와;
    (S5) 편집된 3차원 디자인 데이터와 편집된 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 이용해 중첩 및 분석하여 보철물 제작의 정확성을 평가하는 단계;를 포함하여 구성되고,
    상기 (S2) 단계 또는 (S4) 단계는 전용 편집 소프트웨어를 활용하여 데이터의 3차원 형상모델을 내면 및 외면으로 분리시켜 편집하고 저장하는 것을 더 포함하며,
    상기 (S4) 단계는 (S2) 단계에서 편집된 3차원 디자인 데이터에 맞추어 형상모델의 경계라인이 최소한의 두께가 되도록 편집하는 것을 더 포함하고,
    상기 (S3) 단계는,
    (S3-1) 보철물을 회전판 위에 고정시키는 단계와;
    (S3-2) 상기 회전판이 회전하는 과정에서 일정 거리에서 스캔 스프레이를 보철물에 분사시키는 단계;를 더 포함하고,
    상기 스캔 스프레이를 일정 거리에 고정시키는 것을 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (S5) 단계는,
    (S5-1) 3차원 중첩/분석 소프트웨어를 활용하여 상기 3차원 디자인 데이터 및 3차원 스캔 데이터에 임의의 정렬 포인트를 설정하는 단계;
    (S5-2) 상기 정렬 포인트를 기준으로, 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 이동/변환 알고리즘을 활용하여 상기 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터의 1차 정렬을 수행하는 단계;
    (S5-3) 상기 1차 정렬된 3차원 디자인 데이터와 3차원 스캔 데이터를 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 베스트핏 알고리즘을 활용하여 2차 정렬을 수행하는 단계;
    (S5-4) 3차원 중첩/분석 소프트웨어의 전체편차 알고리즘을 활용하여 상기 2차 정렬 결과에 의한 오차의 범위가 미리 설정된 값 이하인지를 판단하여 보철물의 3차원 정확성을 평가하는 단계;를 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (S5-1) 단계의 임의의 정렬 포인트는 네 개 이상인 것을 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 포인트는 보철물이 가철성 보철물인 경우,
    전방 변연부의 좌우 위치; 및,
    후방 변연부의 좌우 위치에 형성된 것을 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 포인트는 보철물이 고정성 보철물인 경우,
    전치부는 순면, 설면의 중앙 및 첨각의 좌우 위치; 및,
    구치부는 협면, 설면의 중앙 및 첨각의 3개 이상의 위치에 형성된 것을 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 정렬 포인트는 교의치인 경우,
    한 개 치아의 협면, 설면의 중앙 및 첨각의 3개 이상의 위치에 형성된 것을 더 포함한 보철물의 3차원 정확성 평가 방법.
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