KR102499333B1 - 치아 표면과 밀착되어 지지되는 치아교정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교정대상자의 치아에 들뜸이 없이 밀착 지지하는 치아교정장치에 관한 것이다.
구체적으로는 교정대상자 치아의 표면을 덮어 씌우는 치아교정장치에 있어서, 상기 치아교정장치는 치아 표면에 대응하는 순측면(10), 협측면(20), 설측면(30) 및 교합면(40)을 구비하고 있으며, 상기 순측면(10) 및 설측면(30)에는 응고시 수축 진행을 방해하는 개구부(51, 52, 53, 54)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치에 관한 것이다.

Description

치아 표면과 밀착되어 지지되는 치아교정장치{A orthodontic devices that are supported in close contact with the tooth surface}

본 발명은 3D 프린팅시 액상소재를 경화 응고시키는 과정에서 수축 방향을 방해하거나 수축이 되는 비율을 감소시켜 치아 표면과 밀착지지되는 치아교정장치에 관한 것이다.

일반적으로 나쁜 습관, 유전 또는 환경 등으로 인해 치아 및 구강 악안면 부위가 제자리에 바르게 자라지 못해 불균일한 치열, 부정교합 등으로 인하여 안면 돌출 등이 발생한다.

이러한 부정교합(abnormal occlusion)은 저작기능 장애, 발음 장애, 턱관절 기능 장애를 야기할 뿐만 아니라 치아우식증 및 치주질환의 원인이 되기도 한다.

부정교합에 의한 장애를 방지하기 위하여 치아나 악골에 물리적인 교정력을 가해 그 위치를 변화시키고 정상 교합상태로 개선하는 치료행위를 교정치료라고 한다.

이러한 교정치료를 함으로써 우리는 개개 치아의 위치 개선, 치열궁의 상하관계 개선, 악안면의 이상이나 기능 개선, 부정교합에 따른 각종 장애 제거, 구강질환의 예방이나 구강 주위 조직의 건강증진 등의 목적을 달성할 수 있다.

이러한 교정치료를 위하여 적용되는 장치로서, 크게 장치가 구강 내에 고정되어 있어 치과 전문의에 의해서만 착탈이 가능한 고정식 교정장치(fixed appliance)와 교정대상자가 직접 구강 외로 빼낼 수 있는 가철식 교정장치(removable appliance)가 있다.

일반적으로 고정식 교정장치는 브래킷(bracket)과 와이어(wire)를 사용하며 브래킷을 치아의 표면에 부착한 뒤 브래킷의 슬롯(slot)에 와이어를 넣고 그 와이어를 밀거나 당김으로써 치아의 위치를 서서히 변화시켜 치아가 비뚤어지거나 치열이 고르지 못한 것을 치료하게 된다.

또한, 가철식 교정장치는 베이스에 교정용 와이어가 고정된 교정장치로서, 교정대상자가 임의로 교정장치를 구강 내에 삽입하서나 제거할 수 있는 교정장치로 능동형 가철장치(active appliance)와 수동형 가철장치(passive appliance)로 구분이 된다.

위에 기술한 여러가지의 교정장치들은 금속와어이어로 만들어지기 때문에, 장기적인 교정치료기간 동안 교정대상자는 심미성이 떨어지는 브래킷과 와이어를 부착하고 지내야만 하는 불편함이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 치아의 색과 모양을 유지시키는 마우스피스 형태로 교정력을 제공하는 투명교정장치가 개발되었다. 투명교정장치는 교정 전 치아의 상태에서 교정을 원하는 치아의 상태로 단계별로 변화하는 투명한 재질의 온도 가변형 치아교정장치를 치아에 단계별로 갈아 끼우면서 치열을 교정하는 시술이다.

이에 대표적인 투명교정장치는 종래 인비절라인(Invisalign)이라는 이름으로 열가소성 필름을 이용한 치아교정장치 및 이를 이용한 제작 방법으로서, 미국특허 제5,975,893호와 제6,217,325호 등에 그 기술이 개시되어 있다.

인비절라인(Invisalign)은 치아교정장치를 제조하기 위하여 치아모델을 먼저 단계별로 제작하고, 상기 치아모델 위에 투명한 열가소성 필름지를 올려놓은 후 소정의 열을 가한 다음 옴니백이라는 진공압력성형장치(Vacuum Pressure Former)를 이용해 치아교정장치를 제작하게 된다

이와 같은 진공흡착방식은 치아모델 전체를 덮는 열가소성 수지에 열을 가하고 성형장치의 내부를 진공으로 유지시키게 되면 상기 열가소성 수지가 치아 모델을 감싸는 방식으로서, 필름지의 중앙부는 열이 상대적으로 많이 가해짐에 따라 치아의 교합면은 잇몸쪽에 비하여 상대적으로 두꺼워지게 되므로, 전반적인 치아교정장치는 균일한 두께를 얻을 수 없어 치아와 완멱한 밀착이 어렵게 되므로, 치아의 모든 면에 균일하고 효율적인 힘의 전달을 할 수 없게 되어 치아의 미세한 조정이 힘든 단점이 있다.

위와 같은 이유로 인해 인비절라인(Invisalign)을 이용한 치아 투명교정장치는 치아표면과 상기 교정장치의 내면 사이에 공간이 있게 되므로, 교정장치 안착이 잘 안되고 바람직한 치아 이동이 어렵다. 또한, 인비절라인 치아교정장치는 경질인 재료 특성 상 투명교정장치가 딱딱한 성질을 지니므로, 이러한 장치로 치료시 인위적으로 치아이동 거리를 늘릴 경우 장치의 장착 초기에 치아에 가해지는 힘이 생리적으로 허용하는 한계인 0.1㎜를 초과할 경우 통증을 유발하거나 때로는 치근의 흡수를 초래하기 때문에 치료목적을 달성하기 위해서는 많은 단계로 세분하여야 하고 이는 치료원가의 상승뿐만 아니라 치료기간이 늘어나는 단점이 되는 원인이 되고 있다.

상기와 같은 문제점인 치아모델을 교정단계별로 제작하여하는 문제점과 제조된 치아교정장치와 치아 사이의 공간이 존재하는 문제점을 해소하기 위하여, 온도가변형 형상기억 폴리머를 이용하고, 교정대상자의 교정 목표 치열을 컴퓨터 상에서 구현하고 이를 직접 3D 프린터로 제작하는 기술들이 개발되었다(공개특허공보 10-2022-0112393호, 3D프린터용 광경화형 조성물 및 이의 제조방법; 선행기술 1).

상기 3D 프린팅 기술은 소재로서 공지된 형상기억효과를 발휘하는 유리전이온도인 50℃ 내지 70℃보다 낮은 구강내 체온 온도인 36.5℃에서도 지속적이고 약한 탄성력을 발휘하며 기억된 원래 형상으로 회복되는 형상기억효과를 나타내는 광경화성인 공지된 온도가변형- 형상기억폴리머(thermoplastic shapememory polymer)를 사용하고 있으며, 공지된 3D 프린팅방식에 있어서 광경화성을 이용한 적층제조 방식 중 어느 하나가 주로 사용되고 있다.

그런데 상기 3D프린팅 기술은 액싱 소재를 경화 응고시키는 공정을 거치기 때문에 응고 과정에서 재료의 수축이 일어나게 되며, 상기 수축이 심할 경우 최초 설계된 형상과 일치하지 않게 되므로, 치아교정장치에 대한 신뢰성이 저하된다.

즉, 마우스피스형태의 치아교정장치는 주로 구강 내의 혀와 만나는 설측면, 입술과 접촉하는 순측면 및 뺨과 대응하는 부분인 협측면으로 구성이 되는데, 주로 상기 협측면의 하단부분인 치근에 가장 가까운 부분이 치아 표면과 이격되는 현상이 발생하게 된다.

이에 대한 원인으로는 치아교정장치의 수평방향은 설측면과 순측면이 이어져 있는 일체의 구조이고, 치아교정장치의 수직방향인 하단부에 해당하는 치근 부분은 개방된 상태이이어서, 응고시 치아교정장치가 전체적으로 수축이 되는 과정에서 상기 장치의 측면은 서로 연접된 상태이므로, 측면방향의 수축은 상기 장치가 전체적으로 수축되는 정도이나, 상하 방향인 수직방향으로는 치아교정장치의 하단부가 개방되어 있으므로, 치근에 가장 가까운 부분인 그 하단부가 치아 표면과 이격되는 현상이 발생하게 되고, 이는 수평방향에 비하여 현저하게 나타난다고 할 수 있다.

또 다른 원인으로는 치아교정장치에 있어서 소구치 및 대구치는 교합면이 없는 견치 및 절치에 비하여 교합면으로 인하여 면적이 상대적으로 크고, 응고시 수축되는 비율은 면적이 큰 부분에서 더 크게 발생하는 것이어서, 소구치와 대구치의 협측면에서 주로 발생하게 된다.

이상의 정리하면, 치아교정장치의 내면은 협측면인 소구치 및 대구치의 치근에 해당하는 부분에서 치아 표면과 이격되는 현상이 주로 발생하게 된다.

이와 관련된 기술로서는 공개특허공보 2019-00056931(2019. 5. 27.) 3D 프린팅용 의치상 레진에 관한 것으로서, 레진 기질의 주성분은 다이메타크릴레이트의 조합으로 중합도를 높여 기계적 성질을 증가시키면서 중합수축이 적은 방향으로 개발되어 왔다(선행기술 2).

또한, 공개특허공보 2020-0054946(2020. 5. 20.) 3차원 적층체의 경화성능을 향상시키기 위한 자외선 광 경화장치 및 공개특허공보 2021-0045951(2021. 4. 27.) 3D 프린팅 치의학 출력물의 진공 및 공기 후경화 장치에 개시된 기술은 3차원 적층체의 외면에 다수의 LED를 이용하여 이종 파장으로 이루어진 자외선을 조사하여 상기 수축율을 개선하려는 시도가 있었다(선행기술 3 및 4).

그러나, 상기 선행기술 1에는 마우스피스타입의 치아교정장치의 제조과정에 있어서 소재의 수축율에 관한 내용이 개시되어 있지 못하고, 선행발명 2는 소재의 개발, 그리고 선행발명 3 및 4는 제조공정 중 광원의 조사방법의 개선을 통하여 상기 수축율에 관한 내용이 개시되다.

이러한 상기 선행발명 중 특히 선행발명 3 및 4는 기존의 3D프린팅 설비에 있어서 별도의 조사장치를 부착하거나 광원의 파장을 조절하여야 하는 별도의 조치를 위한 설비가 추가되어야 하므로, 설비 추가 비용 및 운용 등이 더 추가되는 단점이 존재하는 것으로 볼 수 있다.

따라서, 기존의 공지된 광경화성 온도가변형 폴리머를 사용하여 치아교정장치를 3D로 프린팅하는 경우 설비의 변경이나 추가 등이 수반되지 않고 경제적으로 소재가 응고 경화과정에서 수축하는 문제를 해결하는 수단이 강구되어야 할 필요성이 절실히 제기된다.

공개특허공보 2022-0112393호(2022. 5. 11.), 3D프린터용 광경화형 조성물 및 이의 제조방법 공개특허공보 2019-00056931(2019. 5. 27.) 3D 프린팅용 의치상 레진 공개특허공보 2020-0054946(2020. 5. 20.) 3차원 적층체의 경화성능을 향상시키기 위한 자외선 광 경화장치 공개특허공보 2021-0045951(2021. 4. 27.) 3D 프린팅 치의학 출력물의 진공 및 공기 후경화 장치

본 발명의 목적은 응고 수축의 진행을 억제시켜 교정대상자의 치아 표면과 완벽하게 밀착된 치아교정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 응고 수축시 수축율을 제어하여 교정대상자의 치아표면과 완벽하게 밀착된 치아교정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 응고 수축의 진행을 억제하거나 응고 수축율 제어를 통하여 교정대상자의 치아표면과 완벽하게 밀착된 치아교정장치 제조방법을제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여,

교정대상자 치아의 표면을 덮어 씌우는 치아교정장치에 있어서, 상기 치아교정장치는 치아 표면에 대응하는 순측면(10), 협측면(20), 설측면 (30) 및 교합면(40)을 구비하고 있으며, 상기 협측면(20)에는 경화 응고시 수축 진행을 방해하는 협측면의 개구부(51) 또는 협측면(20)의 대응하는 설측면(30')에는 경화 응고시 수축 진행을 방해하는 설측면의 개구부(52)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

이때, 상기 협측면(20)에는 경화 응고시 수축 진행을 방해하는 협측면의 개구부(51, 52) 및 협측면(20)의 대응하는 설측면(30')에는 경화 응고시 수축 진행을 방해하는 설측면의 개구부(51, 52)가 모두 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

이때, 상기 개구부(51, 52)는 직사각형, 십자형, 원형, 타원형 등과 같이 상기 협측면(20) 또는 협측면(20)의 대응하는 설측면(30')의 일부가 제거된 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

또한, 교정대상자 치아의 표면을 덮어 씌우는 치아교정장치에 있어서, 상기 치아교정장치는 치아 표면에 대응하는 순측면(10), 협측면(20), 설측면(30) 및 교합면(40)을 구비하고 있으며, 상기 교합면(40)에는 상기 협측면(20) 및 협측면(20)에 대응하는 설측면(30') 각각에 비하여 그 부피가 작게 되도록 개구부(53)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

이때, 교정대상자 치아의 표면을 덮어 씌우는 치아교정장치에 있어서, 상기 치아교정장치는 치아 표면에 대응하는 순측면(10), 설측면(20) 및 설측면(30) 및 교합면(40)을 구비하고 있으며, 상기 교합면(40)은 협측면(30) 및 협측면(20)에 대응하는 설측면(30') 각각에 비하여 부피가 작게 되도록 두께에 있어서 차이가 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

이때, 상기 두께에 있어서 상기 교합면(40)은 협측면(30)과 협측면(20)의 대응하는 설측면(30')에 비하여 더 얇은 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

또한, 상기 각 면(10, 20, 30, 40)들은 실리콘 또는 가장 효율적인 형상기억효과를 발휘하는 유리전이온도인 50℃ 내지 70℃보다 낮은 구강내 체온 온도인 36.5℃에서도 지속적이고 약한 탄성력을 발휘하며 기억된 원래 형상으로 회복되는 형상기억효과를 나타낼 수 있는 온도 가변형-형상기억폴리머(thermoplastic shapememory polymer) 재질로 형성되고, 투명하거나, 색상발현을 위한 안료 또는 항균성 물질을 더 첨가할 수 있는 것을 특징으로 하는 치아교정장치를 제공하게 된다.

상기와 같은 치아교정장치는 교정대상자 치아를 3D스캐너를 이용하여 교정대상자의 치아를 스캔하는 단계(S10); 상기 교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10)에서 스캔된 데이터를 통하여 교정대상자의 현 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20); 상기 현 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)에서 획득된 데이터를 기반으로 교정 목표를 설정하는 교정 목표 설정 단계(S30); 교정 목표 설정 단계(S30)에서 설정된 교정 목표에 따라 현재 구강 상태에서 교정 목표까지의 단계를 치아 이동량의 기준에 따라 세분화 하는 단계(S40); 상기 세분화 단계(S40)에서 설정된 각 세분화 단계에 따라 각 세분화된 데이터를 바탕으로 치아교정장치를 디자인하는 단계(S50); 및 상기 치아교정장치를 디자인하는 단계(S50)에서 디자인된 치아교정장치의 완성된 디자인을 이용하여 치아교정장치를 3D프린팅 하는 단계(S60); 및 3D프린팅으로 형성된 치아교정장치를 경화기를 이용하여 응고시키는 단계(S70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 치아교정장치의 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.

이때 상기 치아교정장치를 디자인하는 단계(S50)에서는 교정대상자의 설정된 교정 목표에 따라 개구부(51, 52, 55)의 종류, 크기 및 형성 위치를 결정하고, 교합면(40), 협측면(20) 및 상기 협측면(20)에 대응되는 설측면(30')의 두께 등을 디자인하게 된다.

또한, 상기 3D프린팅 하는 단계(S60)에서 사용되는 재료는 가장 효율적인 형상기억효과를 발휘하는 유리전이온도인 50℃ 내지 70℃보다 낮은 구강내 체온 온도인 36.5℃에서도 지속적이고 약한 탄성력을 발휘하며 기억된 원래 형상으로 회복되는 형상기억효과를 나타낼 수 있는 광경화성인 온도 가변형 - 형상기억폴리머 (thermoplastic shapememory polymer)이며,공지된 3D 프린팅방식에 있어서 광경화성을 이용한 적층제조 방식 중 어느 하나가 주로 사용하여 본 발명의 목적을 보다 잘 달성할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 응고시 수축이 감소되어 치아 표면과 밀착지지되는 치아교정장치 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것에 의하여, 교정대상자는 치아교정장치가 치근부분에 들뜸이 없이 완벽하게 치아표면과 밀착되는 것에 의하여, 심리적인 안정감을 느낄수 있을 뿐만 아니라, 종래기술과 같이 하단부가 들뜸이 있는 치아교정장치와 같이 치아로 부터 자주 탈거하여 관리할 필요성이 없는 효과가 있다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 도시하기 위한 사시도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조를 도시하기 위한 사시도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구조를 도시하기 위한 사시도이다.
도 16은 본원 발명이 적용될 치아모델의 상악의 예시도이다.
도 17은 일반적인 치아교정장치의 예시도이다.

본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 발명의 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

통상, 액상의 소재가 응고되는 경우 수축이 발행하므로 상기 수축을 감안하여 원하는 형상 또는 치수보다 더 크게 성형하는 것이 일반적이나, 상기 방법은 재료의 소모가 크게 되는 점 등이 있는 것이므로, 본원발명의 가장 큰 특징은 수축의 진행을 완화하거나 각 면의 부피를 선택적으로 조절하는 것에 의하여 치아 표면과 완벽하게 밀착되어 지지되는 치아교정장치를 발명하게 된 것이다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

삭제

먼저, 도 16을 참조하여 설명하면, 치열은 앞니 중앙을 기준으로 뒤편으로 갈수록, 1번으로부터 점차 번호를 증가시켜 7번 또는 8번까지 부여하며, 상기 중앙을 기준으로 좌측과 우측은 대칭적인 구조를 갖으므로, 편의상 어느 한쪽만에 도면 부호를 병기하여 설명하기로 한다

또한, 8번 치아가 통상적인 “사랑니”라고 칭하므로, 첨부된 도면 상 8번의 표기가 미기재된 경우에는 치아가 발거된 상태를 예시로 나타낸 것임을 미리 밝혀둔다.

여기서 치열은 통상적으로 주변 신체부위와 접촉하는 부분에 따라 입술과 접하는 순측면, 특히 순측면 중 뺨부분과 접하는 부분을 협측면이라 부르며, 혀와 접하는 부분을 설측면이라 부르고 상, 하악 치아끼리 맞닿는 부분을 교합면이라고 하는데, 치열 중 교합면은 소구치와 대구치만이 가지고 있다.

따라서, 본원발명의 치아교정장치는 상기 각각의 치아를 칭하는 명칭을 그대로 사용하기로 한다.

즉 도 17에 도시된 바와 같이 치아교정장치는 순측면(A), 협측면(B), 설측면(C) 및 교합면(D)의 일측인 치열배열에 따라 형성되어 있으므로, 전체의 치열은 일측의 치아배열에 대응하는 구조와 상기 일측의 치아배열구조에 대응하는 타측의 치아배열구조로 이루어져 있고, 상악과 하악 역시 동일한 치아배열구조로 이루어져 있으므로, 본 발명에서는 상악 또는 하악의 한측의 구조를 기준으로 설명하기로 한다.

이하에서는 본 발명의 치아교정장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 구조를 도시하기 위한 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명의 치아교정장치는 교정대상자의 치아에 씌울 수 있는 마우스피스 형태로 형성되며, 치아교정장치의 일측 면에 응고시 수축을 방지하기 위한 개구부(51, 52)가 형성되도록 한다.

이때, 상기 개구부(51, 52)는 교정장치의 다양한 곳에 위치할 수 있는데, 치아교정장치의 협측면(B) 및 설측면(C) 등 다양한 위치에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 개구부(51, 52)는 수축이 진행하는 방향에 설치되어 치아교정장치를 3D 프린팅 이후 경화 응고시킬 때 치아교정장치가 수축되는 것을 방해하는 완충역할을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

보다 상세하게 설명하면, 상기와 같은 개구부(51, 52)는 후술하는 3D 프린팅된 이후 치아교정장치를 경화 응고시키는 단계에 있어서 모든 재료에서 발생하는 것과 같이 응고수축이 발생하게 되는데 수평방향으로의 수축은 순측면(10)과 설측면(30)이 치열의 형태로 서로 이어져 있는 일체의 구조이므로 치아교정장치의 전체가 수평방향으로 수축하는 경향으로 보이나, 수직방향으로는 치아교정장치의 하단부가 개방되어 있으므로 치근에 가장 가까운 부분인 그 하단부가 수축에 의하여 치아 표면과 이격되는 현상이 발생하게 되고, 이는 수평방향에 비하여 현저하게 나타난다.

또한, 상기 개구부(51, 52)는 다양한 형태로 선택적으로 적용될 수 도 있다.

따라서, 치아교정장치의 수직 방향으로의 수축을 어느 정도 줄이기 위하여 수축이 일어나는 진행방향에 개구부(51, 52)를 치아 측면과 접촉하는 협측면(20)과 협측면(20)에 대응하는 설측면(30')에 설치하게 되면, 수직방향으로의 수축되려는 힘의 방향이 상기 개구부(51, 52)에 의하여 분산 완화되는 작용을 하므로, 결론적으로 치아교정장치의 하단부가 치아 하단부인 치근 근처의 표면으로부터 이격되는 현상이 방지되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 치아교정장치의 개구부(51, 52)는 도 1 내지 도 9와 치아교정장치의 협측면(20) 또는 설측면(30') 그리고 협측면(20)과 설측면(30') 모두에 다양한 형태로 형성될 수 있다.

여기서 개구부(51, 52)를 치아교정장치의 협측면(20)에 형성할 것인지, 아니면 상기 협측면(20)에 대응되는 설측면(30')에 형성할 것인지, 아니면 상기의 모든 면(20, 30')에 형성할 것인지는 교정대상자의 개구부(51, 52)가 형성될 치아교정장치의 대응되는 치아의 형태나 상태 및 의사의 소견에 따라 결정이 된다.

또한, 상기 개구부(51, 52)는 직사각형, 십자형, 원형, 타원형 등과 같이 협측면(20) 또는 협측면(20)에 대응되는 설측면(30')의 일부가 제거된 형태로 형성될 수 있다.

여기서 직사격형의 경우는 수직 방향의 수축이 크게 나타나는 경우에 효과적이나, 통상적인 경우보다 구강이 크기가 큰 교정대상자의 경우는 치열의 크기 역시 크기 때문에 수직방향보다 수평방향의 수축 현상도 반드시 고려되어야 한다.

즉, 이러한 수평방향의 수축까지도 고려한 경우에는 상기와 같이 수평으로 형성된 직사각형상의 개구부(51, 52)와 함께 수직으로 길게 형성된 직사각형, 즉 십자형인 개구부(51, 52)를 형성한 경우에는 수직방향과 함께 수평방향의 수축도 동시도 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 개구부(51, 52)는 원형과 함께 타원형이 직각으로 교차한 것과 같이 다양한 형상으로 설계가 가능한 것이다.

이러한 개구부(51, 52)에 대하여 본 발명에서는 몇가지 형태를 예로 설명하고 있으나 이를 한정하는 것은 아니며 다양한 형태가 적용될 수 있음을 밝혀 둔다.

또한, 상기 개구부(51, 52)의 설치 위치에 있어서, 본 발명은 치아의 높이 기준으로 중단부분의 치아 표면과 접하는 일부분에 적용할 수 있는데, 예를 들어 도 1의 경우 수평방향으로는 바람직하게는 치아 표면이 지나가는 형태로 중앙 1/3 지점을 포함하고, 그 폭은 잇몸의 경계부터 치아 끝까지 거리인 치관 길이의 1/2을 넘지 않는 위치이고, 도 2와 같이 수직방향으로 설치된 경우 중앙 1/3 지점을 포함하고 치관 길이의 2/3를 넘지 않는 위치로 한정할 수 있다.

여기서, 중앙 1/3으로 한정하는 이유로서, 치아는 잇몸을 기준으로 높이를 3등분하여, 하측으로부터 치경 1/3, 중앙 1/3 및 교합 1/3으로 구분하여 통상적으로칭하는 것이고, 상기 중앙 1/3 부분은 치아가 측면으로 가장 많이 돌출된 부분이므로, 상기 개구부(51, 52)가 안정적인 지지될 수 있는 부분이므로 중앙 1/3 부분이 반드시 포함되어야 하는 것이다.

또한, 치경 1/3을 포함하는 경우에는 치아교정장치의 하단부와 가깝게 위치하는 것으로서, 응고시 수축이 발생하는 것을 효과적으로 감소시켜 치아교정장치 전체의 형상으로 설계대로 유지시킬 수 있는 장점이 있으나, 마우스피스타입인 치아교정장치에 있어서 하단부의 지지력이 감소되고, 교합 1/3을 포함하는 경우에는 치아교정장치 하단부로부터 거의 교합면에 이르기까지 수축이 계속 발행하는 단점이 그대로 나타나게 된다.

또한, 상기 개구부(51, 52)의 크기는 치아교정방법의 일종은 함입, 정출 또는 회전 교정으로 위하여 치아표면에 부착물을 부착하는 경우도 있으므로, 상기 부착물을 삽입시켜 지지력을 부여할 수 있는 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 개구부(51, 52)는 함입, 정출 또는 회전과 같은 치아교정방법 중 하나에도 적용할 수 있다.

상기 각각의 경우는 일반적인 치아의 크기나 형상 또는 잇몸으로 돌출된 치아의 높이 등을 고려한 것으로서, 교정대상자의 개개인 별로 상기의 조건 등이 모두 다르므로, 후술하는 치아교정장치제조방법 중 치아교정장치를 디자인하는 단계(S50)에서 개구부(51, 52)를 어느 면에 어떠한 형상으로 형성할 것인가 디자인하게 된다.

이때 상기 협측면(20) 및 상기 협측면(20)에 대응하는 설측면(30)들은 대구치나 소구치에 해당하는 부분을 예정하고 있으나, 절치와 견치의 경우도 순측면(10)에 비하여 순측면에 대응하는 설측면(30)에 해당하는 표면적이 더 작기 때문에 치아교정장치에 있어서도 상기 면들 부분에 있어서 부피의 차이로 인한 수축의 차이도 당연히 발생한다.

따라서, 도 10 및 도 11과 같이 절치와 견치의 경우도 상기 개구부(51, 52)와 동일한 형상을 갖는 개구부(53, 54)를 순측면(10)이나 상기 순측면(10)에 대응하는 설측면(30)에는 각각 또는 모두 형성할 수도 있다.

본원발명의 다른 실시예로서 도 12 내지 도 15를 참조하여 상세하게 설명을 하면, 치아교정장치는 치열에 씌워서 사용하는 마우스피스 형태로서, 치아교정장치의 교합면(40)에 개구부(55)를 형성하거나 상기 교합면(40)의 두께를 양 측면(20, 30)에 비하여 얇게 형성한 것이다.

그 이유로는 통상적인 소구치 및 대구치의 교합면은 협측면 및 설측면에 비하여 그 표면적이 넓어 그 부피 역시 상대적으로 큰 것이고, 이에 대응하는 치아교정장치의 교합부(40)에서 응고시 수축되는 비율이 크게 되고 이는 전체적인 치아교정장치의 횡 방향에서 수축하려는 힘의 근원이 되는 것이므로, 양 옆의 개방된 협측면(20) 및 이에 대응되는 설측면(30')의 끝단인 치근 부근에 접촉하는 치아교정장치의 하단부에서 치아 표면과 이격되는 들뜸이 자주 발생하는 것이다.

즉 앞선 실시예는 수축이 진행하는 방향에 이를 수축을 제거하거나 완화시키는 수단을 강구하여 개구부(51, 52)를 형성한 것이지만, 또 다른 실시예에서는 각 면이 차지하는 부피를 조절하는 것에 의하여 수축하는 힘을 조절하려는 것이다.

또한, 상기와 같이 교합면의 부피가 줄어드므로, 상대적으로 상기 양 측면인 협측면(20) 및 이에 대응되는 설측면(30')의 두께 역시 얇게 형성하는 것이 가능하므로, 교정대상자가 치아교정장치를 착용하는 경우 상기 측면부가 치아 또는 잇몸에 보다 잘 밀착될 수 있도록 하는 것이다.

이를 위하여 도 12 내지 도 14와 같이 교합면(40)에 다양한 형상의 개구부(55)를 형성하여 교합면(40)의 부피를 줄이는 것과 도 15와 같이 교합면(40)을 양 측면(20. 30')에 비하여 더 얇게 성형한 것이다.

예를 들어 각 면(10, 20, 30, 40)을 동일한 두께로 3D 프린팅하는 경우에 있어서, 대구치 한개의 교합면(40)의 면적을 1로 예정하는 경우, 협측면(20)의 상대적인 비율은 0.8 정도이고, 설측면(30')의 경우는 0.6 정도의 면적을 갖는다.

따라서, 양 측면(20, 30')의 평균 면적은 0.7이 되므로 상기 개구부(55)의 크기는 교합면(40) 면적의 30% 정도 크기로 형성하는 것이 가능하다.

또한, 교합면(40)의 부피를 줄이는 경우에는 교합면(40)의 두께를 낮추어 3D 프린팅하거나, 반대로 양 측면(20, 30')의 두께를 증가시켜 3D 프린팅하는 방법이 강구될 수 있는 것이다.

여기서 양 측면(20, 30')의 두께를 증가시키는 경우를 예를 들어 설명을 하면,

통상, 교합면(40)의 두께를 0.5t로 3D로 프린팅하는 경우 협측면(20)은 상대적인 비율이 0.8정도이므로 0.625t로 제작할 수 있다(1 : 1/0.8 = 0.5t : x).

또한, 설측면(30)은 교합면(40)에 비하여 상대적인 비율이 0.6정도이므로, 0.83t로 제작할 수 있다(1 : 1/0.6 = 0.5t : x).

즉, 도 15는 예를 들면, 교합면(40)의 두께를 0.5t로 3D로 프린팅한 것이고, 양 측면(20, 30)은 0.6t로 출력한 것으르서, 상기 면들이 접촉하는 부분에서는 단차부(60)가 도시되어 있으나, 서로 경계를 이루는 부분의 두께 비율을 조절하는 경우에는 상기 단차부(60)가 존재하지 않는 치아교정장치도 제작이 가능할 수 있다.

또한, 상기 각각의 경우는 일반적인 치아의 크기나 형상 또는 잇몸으로 돌출된 치아의 높이 등을 고려하여 결정되는 것으로서, 교정대상자의 개개인 별로 상기의 조건 등이 모두 다르므로, 후술하는 치아교정장치제조방법 중 치아교정장치를 디자인하는 단계(S50)에서 어떤 개구부(51, 52, 53, 54, 55)를 형성할 것인지 아니면 교합면(40), 협측면(20) 및 협측면(20)에 대응하는 설측면(30')의 각 두께를 어떻게 3D로 프린팅할 것인 결정하게 된다.

여기서, 상기와 같은 치아교정장치는 실시 형태에 따라 실리콘 또는 온도가변형-형상기억폴리머(thermoplastic shapememory polymer)으로 형성되고, 상기 온도가변형-형상기억폴리머는 공지된 광경화성 조성물을 이용한다.

상기 실리콘 또는 온도 가변형-형상기억폴리머는 기본적으로 투명한 재질로 형성되나, 색상을 발현할 수 있도록 안료를 더 첨가할 수 있다.

예를 들어, 심미적으로 미백효과를 나타낼 수 있도록 하는 백색의 안료를 첨가하던지, 교정대상자의 기본 치아와 색상이 유사한 색상의 안료를 첨가하는 등 다양한 색상의 안료를 추가로 더 첨가할 수 있다.

또한, 교정대상자가 치아교정을 위해 오랜시간 동안 착용할 때, 구강내 발생할 수 있는 다양한 균을 살균할 수 있는 항균물질을 더 첨가할 수 있다.

상기 항균물질은 통상적으로 항균성이 있으며, 인체에 무해한 성분은 무엇이든 가능하며, 그 예로, 은(Ag), 구리(Cu), 숯, 황토 등 다양한 재질이 될 수 있다.

상기 치아 교정장치를 제작하는 단계는 다음과 같다.

교정대상자치아를 3D스캐너를 이용하여 스캔하는 교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10), 상기 교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10)에서 스캔된 데이터를 통하여 교정대상자의 현 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20), 상기 현 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)에서 획득된 데이터를 기반으로 교정 목표를 설정하는 교정 목표 설정 단계(S30), 교정 목표 설정 단계(S30)에서 설정된 교정 목표에 따라 현재 구상 상태에서 교정 목표까지의 단계를 치아 이동량의 기준에 따라 세분화하는 단계(S40), 상기 세분화 단계(S40)에서 설정된 각 세분화 단계에 따라 각 세분화된 데이터를 바탕으로 치아 교정장치를 디자인하는 단계(S50) 및 상기 치아 교정장치를 디자인하는 단계(S50)에서 디자인된 치아 교정장치의 완성된 디자인을 이용하여 치아 교정장치를 3D프린팅하는 단계(S60) 및 3D프린팅된 치아교정장치를 경화시키는 단계(S70)로 구성된다.

1. 교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10)

교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10)은 상악 또는 하악의 치아를 3D스캐너로 스캔하여 치료 전 치아의 구조와 위치를 3D데이터로 획득하는 과정을 말하는 것이다.

여기서, 상기 치교 전 치아의 구조와 위치에 대한 3D데이터는 교정대상자의 현재 구강 상태를 데이터로 획득하여 교정방향 및 교정 목표를 설정하기 위한 것이다.

이때, 3D스캐너는 3D로 스캔할 수 있는 것이면 무엇이든 가능하나 치과용 3D스캐너를 이용하는 것이 바람직하다.

2. 교정대상자의 현재 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)

교정대상자의 현재 구상 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)는 교정대상자치아를 스캔하는 단계(S10)에서 획득된 3D데이터를 기반으로 하여 교정대상자의 현재 구강상태에 대한 정보를 획득하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 교정대상자의 구강 형태, 상악과 하악의 교합형태, 치아의 배열형태와 같은 정보를 그래픽을 포함하는 3D형태의 영상정보로 획득하고, 획득된 영상정보를 기반으로 각각의 특이한 부분에 대한 특징정보들도 획득하게 되는 것이다.

3. 교정 목표 설정 단계(S30)

교정 목표 설정 단계(S30)는 상기 현재 구강 상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)에서 획득된 데이터를 기반으로 교정 목표를 설정하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 교정대상자의 현재 구강상태를 데이터로 획득하는 단계(S20)에서 획득된 정보를 바탕으로 상기 교정대상자의 최종 교정치료 목표를 설정하는 것이다.

4. 세분화하는 단계(S40)

세분화하는 단계(S40)는 교정 목표 설정 단계(S30)에서 설정된 교정 목표에 따라 현재 구강 상태에서 교정 목표까지의 단계를 치아 이동량에 따라 세분화 하는 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 교정 목표 설정 단계(S30)에서 설정된 교정목표에 따라 교정이 요구되는 부분의 전단 및/또는 후단의 치아 이동량을 1STEP 당 0.2~0.3㎜로 설정하게 된다.

예를 들어, 교정이 요구되는 치아의 발거부분을 1.5㎝라고 가정하는 경우 총 60STEP(평균 이동거리는 0.25㎜인 경우)으로 세분화 과정을 설정하게 된다.

5. 치아 교정장치를 디자인하는 단계(S50)

치아 교정장치를 디자인하는 단계(S50)는 상기 세분화하는 단계(S40)에서 설정된 STEP별로 세분화된 데이터를 바탕으로 치아교정장치의 각 면의 형상을 각 STEP별로 디자인하게 된다

이때, 상기 치아 교정장치의 디자인은 3D 모델링 프로그램을 이용하여 디자인하는 것이 바람직하나 이를 한정하는 것은 아니다.

또한, 치아교정장치의 개구부(51, 52, 53, 54, 55)의 종류, 크기 및 위치 또는 교합면(40), 협측면(20) 및 상기 협측면(20)에 대응되는 설측면(30)의 상대적인 두께 등을 디자인하게 된다.

6. 3D프린팅 하는 단계(S60)

치아 교정장치를 디자인 하는 단계(S50)에서 디자인된 치아교정장치의 완성된 디자인을 이용하여 치아교정장치를 각 STEP별 3D프린팅 하는 것이다.

7. 3D프린팅된 치아교정장치를 경화시키는 단계(S70)

3D프린팅하는 단계(S60)에서 프린팅된 치아교정장치를 경화기를 이용하여 응고시키는 것이다.

3D프린터기의 종류 및 사용하는 광경화성폴리머의 종류마다 응고 및 경화의 방법 및 시간에 차이가 존재하지만, 일반적으로 자외선(UV)이 조사되는 기계에 3D 프린팅으로 제작된 결과물인 치아교정장치를 넣고 응고 및 경화시키게 된다.

이 과정을 통해 3D 프린팅 시 부족했던 응고 및 경화가 완전히 마무리 된다.

여기서 사용되는 방법으로는 공지의 3D 프린팅의 적층가공방식은 광경화성을 이용한 적층제조 방식 중 어느 하나의 방법을 적용하게 된다.

또한, 치아 모델을 의료 분야에서 3D 프린팅 방식에 적용할 수 있는 재질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 그 재질은 자외선(UV; Ultraviolet)을 이용해 경화시키는 광경화성 수지를 이용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

한편, 본 발명에서 치아 교정장치를 3D 프린터로 적층가공할 때는 광경화성인 온도 가변형-형상기억폴리머(thermoplastic shapememory polymer)를 이용하기 때문에 공지의 3D프린터의 적층가공방식 중 광경화성을 이용한 적층제조방식 중 어느 하나가 주로 사용될 수 있다.

공지의 3D 프린팅의 기본 원리는, 컴퓨터에서 만들고자 하는 모형을 3D 디자인 프로그램을 이용해 디자인한 후 이를 STL(Standard Triangle Language) 데이터 양식으로 저장하게 되나, 3D프린터가 요구하는 특정 파일 형식으로 선택될 수 있으며, 이 후 디자인된 3D 도면을 얇은 레이어로 한 층 한 층 미분하듯이 나눈 후, 마지막으로 얇은 층들을 바닥부터 차곡차곡 쌓아올리며 적분의 과정을 거치면 비로소 하나의 입체적인 인쇄물을 얻을 수 있게 된다. 이때, 레이어의 두께는 약 0.05 ~ 0.1㎜로서 종이 한 장보다 얇기 때문에 정교한 입체 모델을 만들 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기와 같은 광경화성인 온도 가변형- 형상기억폴리머(thermoplastic shapememory polymer)는 가장 효율적인 형상기억효과를 발휘하는 유리전이온도인 50℃ 내지 70℃보다 낮은 구강내 체온 온도인 36.5℃에서도 지속적이고 약한 탄성력을 발휘하며 기억된 원래 형상으로 회복되는 형상기억효과를 나타낼 수 있도록 한다.

여기서 상기 온도 가변형-형상기억폴리머는 공지의 광경화성 조성물을 이용한다.

또한, 프린팅 전에 사용자가 색상을 선택하는 선택단계를 포함할 수 있다.

사용자가 선택적으로 색상을 선택하지 않을 경우, 투명재질을 기본으로 사용하도록 한다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

110 : 순측면
20 : 협측면
30 : 설측면
30' : 협측면(20)에 대응하는 설측면
40 : 교합면
51 : 협측면의 개구부
52 : 협측면에 대응하는 설측면의 개구부
53 : 견치 및 절치의 순측면의 개구부
54 : 견치 및 절치 설측면의 개구부
55 : 교합면의 개구부
60 : 단차부
100A : 치아교정장치
100B : 치아교정장치
100C : 치아교정장치
100D : 치아교정장치
100E : 치아교정장치

Claims (6)

1. 교정대상자 치아의 표면을 덮어 씌우는 치아교정장치에 있어서,
   상기 치아교정장치는 치아 표면에 대응하는 순측면(10), 협측면(20), 설측면(30) 및 교합면(40)을 구비하고 있으며, 상기 순측면(10), 협측면(20) 및 설측면(30)에는 개구부(51, 52, 53, 54)가 각각 또는 모두 형성되어 있고, 상기 개구부(51, 52, 53, 54)들은 잇몸의 경계부터 치아 끝까지 거리인 치관 길이를 기준으로 치경 1/3, 중앙 1/3 및 교합 1/3으로 구분하되, 상기 중앙 1/3 지점을 포함하여 치아 표면을 지나가는 형태로 설치되어 응고시 수축을 방해하는 것을 특징으로 하는 치아 표면과 밀착되어 지지되는 치아교정장치..
   
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4. 제 1 항에 있어서 상기 개구부(51, 52, 53, 54)의 크기는 함입, 정출 또는 회전 교정을 위하여 치아표면에 부착하는 부착물이 삽입될 수 있는 크기로 설치되어 응고시 수축을 방해하는 것을 특징으로 하는 치아 표면과 밀착지지되는 치아교정장치.
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