KR102590774B1 - 아치라인 최적화 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 소정 곡률반경을 가지는 원의 원호를 기초로 스피곡선을 생성하는 단계, 및 상기 스피곡선을 기초로 3차원 아치라인을 변경하는 단계를 포함한다.

Description

아치라인 최적화 방법 및 이를 이용한 장치{Method for optimizing archline and apparatus using thereof}

본 발명은 아치라인 최적화 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측부에서 바라본 구강에 대한 스피곡선을 기초로 아치라인의 형상을 환자의 구강에 최적화하는 방법 및 이를 이용한 장치에 대한 것이다.

치아 교정 계획에 있어서, 종래에는 환자의 구강에 대한 인상 채득을 실시하여 석고 모형을 획득한 다음, 해당 석고 모형에 부합하도록 보철 치료물을 제작하여 환자에게 제공하였다. 석고 모형을 제작할 때 발생하는 오차는 환자에게 정밀한 보철 치료물 제공이 어렵도록 하였으며, 이러한 문제점을 해결하기 위해 구강에 대한 정보를 데이터로 획득하는 방법이 지속적으로 연구 및 발전되어 왔다.

3차원 스캐닝 기술이 발전함에 따라 환자의 치아, 치은, 악궁을 포함하는 구강 내부를 스캐닝하여 3차원 표면 모델 데이터를 획득할 수 있게 되었다. 획득한 3차원 표면 모델 데이터를 통해, 치료자는 가상으로 보철 치료물 적용, 교정 계획 시뮬레이션, 우식 치아 판단, 교합여부 판단 등 다양한 능동적인 활동이 가능하게 되었다.

한편, 3차원 표면 모델 데이터는 획득한 데이터를 통해 치료 계획 등을 수립함에 있어, 이미 제시된 치료 계획을 수정할 필요성이 있다. 이 때, 획득한 데이터 중 치아 데이터를 기초로 생성되는 아치라인(archline)을 변경하여 사용자 및/또는 환자의 요구에 부합하는 개별화된 치료 계획을 수립할 수 있는 방법 등이 연구되고 있다.

한편, 교정 프로그램은 상기 아치라인을 만든 후, 상기 아치라인에 치아들을 피팅(fitting)하여 교정 대상이 되는 치아 배열을 만든다. 이러한 악궁 형태의 아치라인을 옆에서 바라본 즉, '교합평면의 곡률'을 스피곡선(curve of Spee)이라 한다.

일반적으로, 교정학에서는 도 1에 도시된 바와 같이 미간(Px)을 중심으로 대략 일정 반경(d')의 원에 따른 곡률을 스피곡선으로 결정한다. 이 때, 4인치 반경의 원에 따른 곡률을 이상적인 스피곡선으로 본다. 스피곡선의 곡률 설정이 정확해질수록 스마일 라인 또한 정확하게 획득할 수 있으며, 환자의 구강에 가장 적합한 치료를 제공할 수 있다.

여기서, 스마일 라인(smile line)이란, 치아라인, 치아모양, 웃을 때 노출되는 치은의 정도와 치은라인, 입술의 길이 및 두께, 인중의 길이, 입술 주위의 근육 및 이와 연관된 근육들의 활성 정도 및 방향에 따라 만들어지며, 교정 치료를 통해, 환자는 원하는 스마일 라인을 가질 수 있다.

선행기술인 미국등록특허 US 9,844,420 B2 호에 따르면, 디폴트로 정해진 스피곡선을 사용자가 직접 변경해야 하고, 미국등록특허 US 8,118,593 B2 호에 따르면 원의 곡률로 변경하는 정도에 그치고 있어, 구체적으로 원의 반경을 어떻게, 원의 중심을 어디로 설정할지에 대한 해결수단을 제시하지 못한다. 또한, 환자에게 최적의 치료를 제공하기 위해서는 3차원 공간 상에 상기 스피곡선을 활용해야 하며, 따라서 생성된 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하여야 한다. 그러나 상기 선행기술들은 생성된 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하는 방법을 제시하지 못한다.

미국 등록특허 US 9844420 B2 (2017.12.19 공고)

이상의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 구강을 스캔하여 획득한 3차원 모델 상에 적어도 2개의 지점들을 생성하고, 상기 지점들을 기초로 소정 곡률반경을 가지는 스피곡선을 생성하며, 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하는 아치라인 최적화 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 입력된 3차원 모델을 분석하여 적어도 2개의 지점들을 생성하고, 상기 지점들을 기초로 소정 곡률반경을 가지는 스피곡선을 생성하며, 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하는 아치라인 최적화 장치를 제공한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 소정 곡률반경을 가지는 원의 원호를 기초로 스피곡선을 생성하는 단계, 및 상기 스피곡선을 기초로 3차원 아치라인을 변경하는 단계를 포함한다.

또한, 초기 아치라인을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 아치라인을 변경하는 단계는 상기 스피곡선을 기초로 상기 초기 아치라인을 변경할 수 있다.

또한, 상기 아치라인을 변경하는 단계는, 상기 초기 아치라인을 소정 평면 상에 사영하는 단계, 상기 초기 아치라인이 사영된 사영 아치라인의 위치를 상기 소정 평면에서 생성된 상기 스피곡선의 위치로 변경하는 단계, 및 상기 스피곡선의 위치로 변경된 상기 사영 아치라인을 사영된 거리만큼 3차원 공간으로 되돌리는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 초기 아치라인은, 교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델에서 소정 치아를 기준으로 생성될 수 있다.

또한, 상기 스피곡선을 생성하는 단계에서 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들이 소정 평면 상에 생성되고, 상기 스피곡선은 상기 지점들을 포함하는 상기 소정 평면 상의 2차원 원호일 수 있다.

또한, 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들은 복수의 치아들을 기초로 생성되어 소정 평면 상에 사영되고, 상기 스피곡선은 상기 지점들을 포함하는 상기 소정 평면 상의 2차원 원호일 수 있다.

또한, 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들은, 치아들 중 전치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 중앙부 지점과, 상기 치아들 중 대구치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 측부 지점을 포함할 수 있다.

또한, 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들 중 적어도 일부는, 치아들 중 대구치의 윤곽점을 지나고 상기 대구치의 윤곽에 접하는 라인과, 상기 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성되는 측부 지점을 포함할 수 있다.

또한, 상기 대구치의 윤곽점은 상기 치아들 중 적어도 일부의 윤곽과 접하는 아치라인(archline) 상의 참조점(reference point)일 수 있다.

또한, 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들 중 적어도 일부는, 치아들의 바운더리 박스(boundary box)의 외면을 통해 생성되는 중앙부 지점을 포함할 수 있다.

또한, 상기 중앙부 지점은 상기 치아들 중 전치들의 바운더리 박스 사이에 생성될 수 있다.

또한, 상기 중앙부 지점은 상기 전치들의 상기 바운더리 박스 중 전면의 마주보는 꼭지점들을 연결한 라인의 중심일 수 있다.

또한, 상기 스피곡선은 상기 치아들의 말단과의 편차를 최소화하는 상기 곡률반경을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아치라인 최적화 방법은, 소정 곡률반경을 가지는 2차원의 스피곡선을 생성하는 단계, 및 상기 스피곡선을 기초로 3차원 아치라인을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 아치라인이 소정 평면 상에 사영된 형태는 상기 스피곡선과 동일할 수 있다.

또한, 상기 아치라인은, 교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델로부터 생성된 초기 아치라인을 상기 스피곡선을 기초로 변경하여 생성될 수 있다.

또한, 상기 스피곡선은, 교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델을 기초로 생성된 적어도 2개의 지점들이 상기 소정 평면 상에 사영된 사영 지점을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사용자는 환자의 전체 얼굴에 대한 3차원 모델을 획득하지 않아도, 환자의 구강에 대한 3차원 모델을 기초로 정교한 스피곡선을 생성할 수 있고, 스피곡선을 통해 아치라인을 최적화하는 이점이 있다.

또한, 환자의 구강에 대한 3차원 모델을 기초로 스피곡선을 획득하고 아치라인을 최적화하므로, 시스템 리소스를 절약하고 신속하게 아치라인을 최적화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 3차원 모델별로 개별적인 스피곡선이 생성되어 환자에게 가장 적합한 소위 환자 맞춤형 치료계획을 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법의 비교예이다.
도 2는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에 사용되는 3차원 모델을 설명하기 위한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에 사용되는 3차원 모델에서, 초기 아치라인(archline)이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서 바운더리 박스(boundary box)가 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 7은 바운더리 박스로부터 중앙부 지점을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 8은 3차원 모델로부터 측부 지점을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 다른 실시예에 따라 3차원 모델로부터 측부 지점을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 10은 중앙부 지점이 소정 평면에 사영되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 11 및 도 12는 3차원 모델의 측면에 스피곡선이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 13은 중앙부 지점 및 측부 지점이 소정 평면에 사영되어 스피곡선이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서 S170의 세부 순서도이다.
도 15 및 도 16은 생성된 스피곡선에 기초하여 아치라인이 변경되는 과정을 설명하기 위한 것이다.
도 17은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법의 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 환자의 구강을 스캔하여 3차원 모델을 획득하는 단계(S110), 획득한 3차원 모델의 치아들을 개별화하는 단계(S120), 초기 아치라인을 생성하는 단계(S130), 복수의 치아들을 기초로 적어도 2개의 지점들을 생성하는 단계(S140), 지점들을 소정 평면에 사영하는 단계(S150), 스피곡선을 생성하는 단계(S160), 및 아치라인을 변경하는 단계(S170)를 포함한다.

이하에서는, 각 단계의 세부적인 수행 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에 사용되는 3차원 모델(100)을 설명하기 위한 것이다. 도 3을 참조하면, 스피곡선을 생성하고 생성된 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하기 위해 먼저 환자의 구강 내부에 대한 3차원 모델(100) 데이터를 획득(S110)한다. 구강 내부에 대한 3차원 모델(100)은 3차원 스캐너를 통해 획득될 수 있다. 한편, 구강 내부에 대한 3차원 모델(100)은 환자의 실제 구강을 스캔하여 데이터화한 것일 수도 있으나, 필요에 따라 환자의 실제 구강을 알지네이트(alginate) 등으로 인상채득하여 획득한 석고 모형을 데이터화한 것일 수도 있다. 3차원 스캐너는 트레이를 가지는 테이블 스캐너일 수도 있고, 환자의 구강 내부에 인입 또는 인출되는 구강스캐너(intraoral scanner)일 수도 있다. 3차원 스캐너를 사용하여 획득한 3차원 모델은 치아, 잇몸, 악궁에 대한 정보를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 획득한 3차원 모델로부터 치아를 개별화(segmentation)하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 치아를 개별화하는 것은 3차원 모델에서 치아에 해당하는 데이터들을 개별적으로 구분하는 것을 의미한다. 치아와 치은의 색상, 굴곡 등과 같은 정보들을 사용하여 치아를 치은으로부터 구분할 수 있다. 또한, 인공지능 학습을 사용하여 각각의 치아에 대한 식별이 가능하도록 할 수 있다. 예시적으로, 치아의 위치, 형상, 굴곡에 대한 학습된 데이터를 통해 3차원 모델의 치아들 각각이 어떤 치아인지 구별할 수 있다. 예시적으로, 상대적으로 높이가 낮고 구강의 내부에 위치된 치아를 대구치(큰어금니), 상대적으로 높이가 높고 구강의 외부 최전면에 위치된 치아를 전치(앞니)로 구별할 수 있으며, 이외에도 소구치(작은어금니), 견치(송곳니) 등을 각각 구별할 수 있다. 구별된 치아들은 각각 고유한 치아 번호가 부여될 수 있으며, 일측 대구치를 1번 치아로 하여 인접한 순서대로 치아 번호가 부여될 수 있다. 예시적으로, 치아 번호는 국제적으로 널리 사용되는 universal numbering system에 기초하여 부여될 수 있다. 예시적으로, 상악에 14개의 치아를 가지는 환자를 기준으로, 상악 좌측 첫번째 대구치로부터 1번 치아(301), 2번 치아(302), 3번 치아(303), 4번 치아(304), 5번 치아(305), 6번 치아(306), 7번 치아(307), 및 8번 치아(308)와 같이 치아 번호가 부여될 수 있으며, 각각의 부여된 치아 번호를 통해 3차원 모델(100)을 분석할 수 있다. 이와 같이, 치아를 개별화하는 단계(S120)에 의해 치아들이 개별화되면, 개별화된 치아를 기초로 후술할 스피곡선을 생성하기 위해 사용되는 지점들을 획득할 수 있다.

다만, 부여되는 치아 번호는 소정 기준에 따라 순차적으로 부여되는 것일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 다소 상이하게 환자의 상악 또는 하악에 16개의 치아를 가지는 경우, 총 16개의 치아들이 구별되고 구별된 치아들에 각각 고유한 치아 번호가 부여될 수 있다. 예시적으로, 상악 좌측 첫번째 대구치로부터 상악 우측 마지막 대구치까지 순서대로 1번 치아 내지 16번 치아와 같이 치아 번호가 부여될 수 있으며, 각각의 부여된 치아 번호를 통해 3차원 모델(100)이 분석될 수 있다.

이하에서는, 초기 아치라인(archline)을 생성하는 단계(S130)를 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에 사용되는 3차원 모델에서, 초기 아치라인(200)이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.

아치라인이란, 환자의 악궁을 나타내는 곡선을 의미할 수 있다. 이 때, 초기 아치라인(200)은 소정 기준에 따라 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 초기 아치라인(200)은 교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 치아의 3차원 모델에서 소정 치아를 기준으로 생성될 수 있다.

상기 초기 아치라인(200)은 복수의 치아들 중 일부의 윤곽을 지나도록 형성될 수 있다. 이 때, 초기 아치라인(200)이 복수의 치아들 중 일부의 윤곽을 지나는 것은, 초기 아치라인(200)이 복수의 치아들 중 일부의 윤곽과 외접하는 것으로 해석될 수 있다. 또한, 초기 아치라인(200)이 복수의 치아들 중 일부의 윤곽을 지나는 것은, 초기 아치라인(200)이 복수의 치아들 중 일부의 윤곽을 관통하는 것으로 해석될 수도 있다. 일 예시로, 치아의 개수가 14개인 환자의 상악을 기준으로, 초기 아치라인(200)은 1번 치아(301), 3번 치아(303), 및 6번 치아(306)와 접하도록 형성될 수 있다. 또한, 초기 아치라인(200)은 9번 치아(309), 12번 치아(312) 및 14번 치아(314)와 접하도록 형성될 수 있다. 초기 아치라인(200)은 소정 치아의 윤곽에 위치하는 윤곽점들(Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, 및 Pf)에 접하도록 형성될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 초기 아치라인(200)은 소정 치아의 윤곽을 지나도록 형성되면 어떠한 형상이라도 가능한 것이며, 소정 치아를 통과하여 하나의 치아에 초기 아치라인(200)이 지나는 윤곽점이 2 이상 형성될 수도 있다. 초기 아치라인(200)은 사용자의 입력신호에 따라 그 형상이 변경될 수 있으며, 3차원 모델(100)의 치아는 변경되는 초기 아치라인(200)의 형상에 대응되도록 평행이동될 수 있다.

초기 아치라인(200)이 생성되는 과정에 대하여 보다 상세히 설명한다. 한편, 도 5는 설명상 편의를 위해 필요한 일부분에 대해서만 도시되었으며, 나머지 부분들은 생략되었다.

도 5를 참조하면, 3차원 모델은 xy 사영 평면(Txy) 상에 사영된다. 이 때, 사영된 데이터는 각각의 치아의 윤곽을 표현할 수 있다. 예시적으로, 치아의 개수가 14개인 환자의 상악을 기준으로, 1번 치아(301), 3번 치아(303), 6번 치아(306), 9번 치아(309), 12번 치아(312), 및 14번 치아(314)를 포함한 치아들의 모든 윤곽이 xy 사영 평면(Txy) 상에 표시될 수 있다. 즉, 상기 치아들은 각각 사영된 1번 치아(301’), 사영된 3번 치아(303’), 사영된 6번 치아(306’), 사영된 9번 치아(309’), 사영된 12번 치아(312’), 및 사영된 14번 치아(314’)를 포함할 수 있다. 한편, 사영된 치아들은 xy 사영 평면(Txy)에서 윤곽선을 가지며, 상기 사영된 치아들 중 일부의 윤곽선을 지나는 사영 아치라인(200’)이 생성될 수 있다. 이 때, 사영 아치라인(200’)은 예시적으로, 사영 아치라인(200’)은 사영된 1번 치아(301’)의 윤곽점(Pa’), 사영된 3번 치아(303’)의 윤곽점(Pb’), 사영된 6번 치아(306’)의 윤곽점(Pc’), 사영된 9번 치아(309’)의 윤곽점(Pd’), 사영된 12번 치아(312’)의 윤곽점(Pe’), 및 사영된 14번 치아(314’)의 윤곽점(Pf’)을 지나면서 상기 사영된 치아들(301’, 303’, 306’, 309’, 312’, 314’)과 접하는 곡선일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 사영 아치라인(200’)은 사영된 치아들 중 일부의 윤곽을 지나도록 형성되면 어떠한 형상이라도 가능한 것이며, 소정 사영된 치아를 통과하여 하나의 사영된 치아에 사영 아치라인(200’)이 지나는 윤곽점이 2 이상 형성될 수도 있다.

생성된 사영 아치라인(200’)은 3차원 모델에 적용될 수 있다. 보다 상세하게는, 사영 아치라인(200’)은 3차원 모델에 적용되어, 각각의 사영된 치아의 윤곽점들(Pa’, Pb’, Pc’, Pd’, Pe’, Pf’)에 대응되는 3차원 모델 상의 윤곽점들(Pa, Pb, Pc, Pd, Pe, Pf)을 지나는 3차원 곡선을 형성할 수 있다. 즉, 초기 아치라인(200)은 사영 아치라인(200’)이 3차원 모델에 적용된 상기 3차원 곡선을 의미한다.

한편, 사영된 치아들을 기초로, 각각의 사영된 치아의 버컬라인(buccal line)이 생성될 수 있다. 사영된 소정 치아의 버컬라인은 해당 치아와 인접하는 치아의 치아 중심을 기초로 생성될 수 있다. 예시적으로, 사영된 소정 치아의 버컬라인은 해당 치아의 치아 중심과, 해당 치아의 양측에 위치한 사영된 치아들의 치아 중심들을 지나는 가상의 원에서, 상기 가상의 원의 중심으로부터 사영된 소정 치아의 치아 중심을 지나는 직선의 적어도 일부로 정의될 수 있다. 또한, 상기와 같이 생성된 버컬라인을 이용하여, 각각의 사영된 치아의 윤곽점들(Pa’, Pb’, Pc’, Pd’, Pe’, Pf’) 또한 구해질 수 있다. 예시적으로, 윤곽점들(Pa’, Pb’, Pc’, Pd’, Pe’, Pf’)은 버컬라인과 각각의 사영된 치아의 윤곽선들이 교차하는 지점들 중 일부 또는 전부로 정의될 수 있다. 한편, 버컬라인은 후술하는 다른 제1 측부 지점(P3’)을 구하기 위해 사용될 수 있다.

이하에서는 3차원 모델에 기초하여 스피곡선을 생성하고 아치라인을 최적화하기 위한 지점들을 생성하는 단계(S140)에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 복수의 치아들을 기초로 적어도 2개의 지점들을 생성하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. 이 때, 지점들은 3차원 모델(100) 중 치아들의 윤곽을 기초로 소정의 데이터 처리를 통해 생성될 수 있다. 상기 데이터 처리는 치아를 감싸는 바운더리 박스(boundary box)를 이용하거나, 소정 치아의 특정 위치로부터 연장되는 접선을 이용할 수 있다. 다만, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니며, 3차원 모델이 가지는 정보를 사용하여 스피곡선 생성 및 아치라인 최적화에 기초가 되는 지점들을 생성할 수 있다.

지점들을 생성하기 위해, 3차원 모델의 일부분만 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 환자의 구강을 스캔하여 상악 데이터, 하악 데이터, 교합 데이터를 모두 획득하였더라도, 이 중 어느 하나만 사용하는 것이 가능하다. 예시적으로, 스피곡선을 생성하기 위해 상악 데이터만 사용할 수 있다.

한편, 지점들은 적어도 하나의 중앙부 지점과, 적어도 하나의 측부 지점을 포함한다. 이 때, 중앙부 지점은 3차원 모델의 치아들 중 전치를 기초로 생성되고, 측부 지점은 3차원 모델의 치아들 중 대구치를 기초로 생성된다. 예시적으로, 상악에 14개의 치아를 가지는 환자를 기준으로, 전치는 중절치에 해당하는 7번 치아와 8번 치아를 의미할 수 있으며, 대구치는 1번 치아 내지 3번 치아, 및 12번 치아 내지 14번 치아 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 보다 상세하게는, 측부 지점을 생성하기 위해 기초가 되는 대구치는 환자의 구강에서 가장 안쪽에 위치한 1번 치아 및 14번 치아 중 적어도 하나일 수 있다. 다만 이러한 치아 번호에 한정되는 것은 아니며, 중앙부 지점 및 측부 지점을 생성할 수 있는 적합한 치아(들)이 사용될 수 있다.

다른 예시로서, 상악에 16개의 치아를 가지는 환자를 기준으로, 전치는 중절치에 해당하는 8번 치아와 9번 치아를 의미할 수 있으며, 대구치는 1번 치아 내지 3번 치아, 및 14번 치아 내지 16번 치아 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 보다 상세하게는, 측부 지점을 생성하기 위해 기초가 되는 대구치는 환자의 구강에서 가장 안쪽에 위치한 1번 치아 및 16번 치아 중 적어도 하나일 수도 있다.

스피곡선을 생성하고 스피곡선을 기초로 아치라인을 최적화하기 위해 적어도 하나의 중앙부 지점과 적어도 하나의 측부 지점이 필요한 이유는, 중앙부 지점과 측부 지점이 각각 일측에서 바라본 3차원 모델의 치아 영역 양 말단을 대표하여, 스피곡선의 양 말단을 표현하기에 용이하기 때문이다. 중앙부 지점과 측부 지점을 스피곡선의 양 말단으로 결정함으로써, 간단하면서도 정교한 스피곡선을 획득할 수 있고, 이를 기초로 아치라인을 최적화할 수 있다.

이하에서는 지점들을 생성하기 위한 일 예시를 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서 바운더리 박스(boundary box)가 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이고, 도 7은 바운더리 박스로부터 중앙부 지점을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 지점들 중 적어도 일부는 치아들의 바운더리 박스의 외면을 통해 생성되는 중앙부 지점을 포함한다. 이 때, 중앙부 지점은 3차원 모델에 포함된 치아들의 중간 부분에 생성될 수 있으며, 3차원 모델의 측면에서 바라보았을 때 중앙부 지점이 치아들의 일 말단에 생성될 수 있다. 예시적으로, 중앙부 지점은 치아들 중 전치들의 바운더리 박스 사이에 생성될 수 있다.

바운더리 박스는 특정 치아를 감싸는 직육면체의 구조를 가질 수 있으며, 감싸지는 치아는 바운더리 박스 바깥으로 돌출되지 않는다. 바운더리 박스는 치아를 감싸면서 바운더리 박스와 치아 사이의 빈 공간이 최소화되는 크기로 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상악에 14개의 치아를 가지는 환자를 기준으로, 7번 치아(307)와 8번 치아(308)가 전치로서 형성되고, 각각의 전치를 감싸는 바운더리 박스(B1, B2)가 형성된다.

한편, 도 7을 참조하면, 중앙부 지점은 전치들의 바운더리 박스 중 전면의 마주보는 꼭지점들을 연결한 라인의 중심일 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 바운더리 박스(B1)의 전면 꼭지점(P11’)과, 제2 바운더리 박스(B2)의 전면 꼭지점(P12’)이 연결되어 가상의 제1 라인(l1)을 생성하고, 상기 제1 라인(l1)의 중심을 중앙부 지점(P1’)으로 결정할 수 있다. 이와 같이 중앙부 지점(P1’)을 결정함으로써, 좌측 스피곡선과 우측 스피곡선을 생성하기 위해 사용되는 지점을 줄일 수 있어 시스템 리소스를 절약할 수 있다.

다만, 전술한 내용에 한정되어서만 중앙부 지점(P1’)이 생성되는 것은 아니며, 각각의 전치를 감싸는 바운더리 박스의 한 점을 중앙부 지점(P1’)으로 결정할 수도 있다. 예시적으로, 7번 치아(307)와 8번 치아(308)가 소정 간격 이상 이격되어 있는 경우, 상기와 같은 방법을 사용하는 것이 정교한 스피곡선을 생성하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 이러한 경우 1번 치아(301)로부터 7번 치아(307)까지를 포함하는 측의 중앙부 지점(P1’)은 7번 치아(307)의 바운더리 박스(B1)에서 전면과 상면이 접하는 모서리의 일 지점일 수 있다. 또한, 8번 치아(308)로부터 14번 치아(314)까지를 포함하는 측의 중앙부 지점(P1’)은 8번 치아(308)의 바운더리 박스(B2)에서 전면과 상면이 접하는 모서리의 일 지점일 수 있다. 이와 같이, 각각의 측에 대해 서로 다른 중앙부 지점을 결정하면, 전치들(307, 308)이 서로 소정 간격 이상 이격된 경우에도 3차원 모델에 부합하는 스피곡선들을 획득할 수 있는 이점이 있다.

또한, 중앙부 지점(P1’)은 후술할 아치라인에서 평면상 기울기가 0이 되는 지점으로 결정될 수도 있으며, 치아들의 최전방 부분을 표현할 수 있는 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다.

이하에서는, 스피곡선을 생성하기 위해 사용되는 측부 지점이 생성되는 과정을 상세히 설명한다.

도 8은 3차원 모델(100)로부터 측부 지점(P2’)을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 도 8을 참조하면, 측부 지점은 초기 아치라인(200)으로부터 소정 거리 이격되어 형성된 지점일 수 있다. 예시적으로, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서, 측부 지점(P2’)은 지점들 중 적어도 일부는 치아들 중 대구치의 윤곽점을 지나고 대구치의 윤곽에 접하는 라인과, 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성될 수 있다. 보다 상세하게는, 지점들 중 측부 지점은 대구치의 윤곽에 접하는 라인과, 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성될 수 있다. 이 때, 대구치의 윤곽점은 치아들 중 적어도 일부의 윤곽과 접하는 아치라인 상의 참조점일 수 있다. 보다 상세하게는, 상악에 14개의 치아를 가지는 환자를 기준으로, 대구치의 윤곽점은 1번 치아(301)의 윤곽점(Pa)을 참조점으로 할 수 있다. 다른 측부 지점을 생성할 때, 대구치의 윤곽점은 14번 치아(314)의 윤곽점(Pf)을 참조점으로 할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 3번 치아(303), 6번 치아(306) 등이 사용될 수도 있다.

한편, 대구치의 윤곽점을 지나고 대구치의 윤곽에 접하는 제2 라인(l2)이 가지는 기울기는 초기 아치라인(200)의 1번 치아 윤곽점(Pa)에서의 기울기와 동일할 수 있다. 이 때, 1번 치아 윤곽점(Pa)은 대구치의 윤곽점(P21)에 해당한다. 초기 아치라인(200)은 3차원 곡선의 형태로 형성되고, 제2 라인(l2)의 기울기 또한 초기 아치라인(200)의 1번 치아 윤곽점(Pa)에서의 순간기울기와 동일하게 형성된다. 즉, 제2 라인(l2)은 초기 아치라인(200)의 연장선처럼 작용할 수 있다.

또한, 최후방 윤곽점(P22)은 1번 치아(301)의 가장 후방에 위치한 윤곽점을 의미할 수 있다. 제3 라인(l3)은 최후방 윤곽점(P22)을 지나고 1번 치아(301)의 윤곽에 접하도록 형성될 수 있다. 예시적으로, 제3 라인(l3)은 1번 치아(301)를 감싸는 바운더리 박스의 일 모서리와 평행하면서 최후방 윤곽점(P22)을 지나도록 형성될 수 있다.

1번 치아(301) 부분에서 생성되는 제1 측부 지점(P2’)은 제2 라인(l2)과 제3 라인(l3)이 각각 연장되어 교차되는 지점에 생성될 수 있다. 일반적으로, 3차원 모델(100)에서 치아는 전치에서부터 대구치까지 점진적으로 높게 형성되므로, 제1 측부 지점(P2)도 대구치의 윤곽점(P21)보다 높거나 같은 위치에 생성될 수 있다. 한편, 전치에 대한 중앙부 지점은 3차원 모델(100) 중 치아가 최전방에 위치된 부분을 표현할 수 있고, 제1 측부 지점(P2’)은 3차원 모델(100) 중 치아가 최후방에 위치된 부분을 표현할 수 있다.

한편, 전술한 내용은 3차원 모델(100)의 일 측부인 제1 측부 지점(P2’)을 생성하는 방법에 대하여 예시적으로 설명하였으나, 타 측부인 제2 측부 지점(미도시) 또한 동일한 방법을 사용하여 생성될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따라 3차원 모델로부터 측부 지점을 생성하는 과정을 설명한다.

도 9는 다른 실시예에 따라 3차원 모델로부터 측부 지점을 생성하는 과정을 설명하기 위한 것이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 아치라인 최적화 방법에서, 대구치의 다른 윤곽점(P23)은 치아의 중심(P24)을 지나는 버컬라인(bl)과 대구치의 윤곽이 교차하는 지점일 수 있다. 이 때, 대구치는 1번 치아(301)일 수 있다. 버컬라인(bl)은 해당 치아의 중심(P24)과 인접하는 양측의 치아(미도시)들의 중심들을 지나도록 생성되는 가상원에서, 상기 가상원의 중심으로부터 치아의 중심(P24)을 향해 연장되는 라인을 의미할 수 있다.

한편, 다른 제1 측부 지점(P3’)은 1번 치아(301)의 다른 윤곽점(P23)에서 소정 거리 이격된 특정 지점으로 결정될 수 있다. 예시적으로, 다른 제1 측부 지점(P3’)은 1번 치아(301)의 다른 윤곽점(P23)으로부터 이격된 제3 라인(l3) 상의 특정 지점으로 결정될 수 있다.

또다른 예시로, 다른 제1 측부 지점(P3’)은 다른 윤곽점(P23)으로부터 연장된 라인과 제3 라인(l3)이 만나는 지점으로 결정될 수 있다. 보다 상세하게는, 1번 치아(301)의 다른 윤곽점(P23)에서, 버컬라인(bl)과 수직한 방향을 가지는 제4 라인(l4)이 형성될 수 있다. 제4 라인(l4)은 일방향 또는 양방향으로 연장되어 최후방 윤곽점(P22)을 지나는 제3 라인(l3)과 교차될 수 있다. 이 때, 제3 라인(l3)과 제4 라인(l4)이 교차되는 지점을 다른 제1 측부 지점(P3’)으로 결정할 수 있다.

전술한 내용들은 상악에 14개의 치아를 가지는 환자를 기준으로 설명되었으나, 상악에 16개의 치아를 가지는 환자에게도 적용될 수 있다. 또한, 상악 뿐만 아니라 환자의 하악 데이터를 사용하여 상기와 같은 과정이 수행될 수 있음은 물론이다.

이하에서는, 중앙부 지점과 측부 지점을 소정 평면 상에 사영하는 과정을 설명한다.

도 10은 중앙부 지점이 소정 평면에 사영되는 과정을 설명하기 위한 것이다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법은, 지점들을 소정 평면 상에 사영하는 단계(S150)를 더 포함한다. 지점들을 소정 평면 상에 사영하는 단계(S150)는 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)을 사영할 수 있다. 예시적으로, 지점들은 치아들 중 대구치를 기초로 생성되는 측부 지점을 포함하는 평면에 사영될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 측부 지점(P2’)을 포함하는 사영 평면(T1)이 형성될 수 있다. 사영 평면(T1)은 제3 라인(l3)과 평행한 법선 벡터를 가질 수 있다. 중앙부 지점(P1’)은 사영 평면(T1)에 최단거리로 사영될 수 있다. 즉, 중앙부 지점(P1’)은 사영 평면(T1)에 수직으로 사영될 수 있다. 중앙부 지점(P1’)이 사영 평면(T1)에 사영됨으로써, 사영 중앙부 지점(P1)이 생성되고, 제1 측부 지점(P2’)과 사영 제1 측부 지점(P2)은 동일할 수 있다. 이에 따라, 사영 중앙부 지점(P1)과 사영 제1 측부 지점(P2)이 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 사영 평면(T1)이 제1 측부 지점(P2’)을 포함함으로써, 제1 측부 지점(P2’)과 사영 제1 측부 지점(P2)이 동일하게 되어 제1 측부 지점(P2’)의 사영 과정이 생략될 수 있으며, 시스템 리소스를 절약할 수 있는 이점이 있다.

다만, 지점들이 측부 지점을 포함하는 평면에 사영될 수 있는 것은 예시적인 것에 불과하며, 어느 지점도 포함하지 않는 평면에 지점들이 사영될 수 있는 것 또한 가능할 것이다.

이하에서는, 스피곡선이 생성되는 과정을 설명한다.

도 11 및 도 12는 3차원 모델의 측면에 스피곡선이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 동일한 사영 평면(T1)에 배치된 사영 중앙부 지점(P1)과 사영 제1 측부 지점(P2)이 소정 곡률반경(d)을 가지는 원의 원호를 구성하고, 원호를 기초로 스피곡선(400)이 생성(S160)될 수 있다. 예시적으로, 스피곡선(400)은 원주의 일부인 2차원의 원호일 수 있으며, 사영된 지점들인 사영 중앙부 지점(P1)과 사영 제1 측부 지점(P2)이 스피곡선(400)의 양 말단을 구성할 수 있다. 또한, 스피곡선은 사영 중앙부 지점(P1)과 사영 제1 측부 지점(P2)을 곡선으로 연결하되, 치아들의 말단과의 편차를 최소화하는 곡률반경(d)을 가질 수 있다. 예시적으로, 3차원 모델 중 상악 데이터를 사용하여 스피곡선(400)을 생성하는 경우, 상악을 구성하는 치아들의 말단과 스피곡선(400)과의 거리 편차를 최소화하도록 곡률반경(d)이 결정될 수 있다. 거리 편차를 최소화하는 방식은 스피곡선(400)을 기준으로 치아 말단까지의 거리 합계, 영역 합계, 또는 거리의 제곱평균제곱근 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 최적의 스피곡선(400)을 획득하기 위한 어떠한 방식이라도 사용 가능하다.

다만, 전술한 바와 다르게, 사영 평면(T1)은 반드시 제1 측부 지점(P2’)을 포함하지 않을 수 있다. 도 13은 중앙부 지점(P1’) 및 측부 지점이 소정 평면에 사영되어 스피곡선이 생성되는 과정을 설명하기 위한 것이다. 한편, 도 13에서는 설명상 편의를 위해 필요한 일부분에 대해서만 도시되었으며, 나머지 부분들은 생략되었다.

도 13을 참조하면, 3차원 모델에서 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)이 생성될 수 있다. 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)은 스피곡선(400)을 생성하기 위해 소정 평면에 사영될 수 있으며, 상기 소정 평면은 yz 사영 평면(Tyz)일 수 있다. yz 사영 평면(Tyz)은 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)을 포함할 수 있으며, 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2’’)을 포함하는 스피곡선(400)을 획득할 수 있다. 또한, yz 사영 평면(Tyz)에는 치아들의 윤곽점들(Pa, Pb, Pc)이 사영되어 또다른 사영 윤곽점들(Pa’’, Pb’’, Pc’’)을 형성할 수 있다. 사영 윤곽점들(Pa’’, Pb’’, Pc’’)에 대응되는 윤곽점들(Pa, Pb, Pc)과 사영 중앙부 지점(P1)에 대응되는 중앙부 지점(P1’), 및 사영 제1 측부 지점(P2)에 대응되는 제1 측부 지점(P2’)을 사용하여, 생성된 스피곡선(400)을 기초로 아치라인이 변경될 수 있으며, 변경된 아치라인이 3차원 모델에 적용될 수 있다. 한편, 전술한 내용에 따르면 중앙부 지점(P1’) 및 제1 측부 지점(P2’)을 사용하여 스피곡선(400)을 생성하는 과정에 대해 설명하였으나, 중앙부 지점(P1’) 및 다른 제1 측부 지점(P3’)을 사용하여 스피곡선(400)을 생성하는 것 또한 가능할 것이다.

이하에서는, 생성된 스피곡선(400)을 기초로 3차원 아치라인을 변경하여 3차원 모델에 적용하는 단계(S170)에 대해 상세히 설명한다.

도 14는 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서 S170의 세부 순서도이고, 도 15 및 도 16은 생성된 스피곡선에 기초하여 아치라인이 변경되는 과정을 설명하기 위한 것이다.

도 14 내지 도 16을 전체적으로 참조하면, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 방법에서, 아치라인을 변경하는 단계(S170)는 소정 평면 상에 형성된 스피곡선(400)을 기초로 초기 아치라인(200)을 변경할 수 있으며, 변경된 아치라인을 편의상 최종 아치라인(500)으로 명명한다.

보다 상세하게는, 아치라인을 변경하는 단계(S170)는 초기 아치라인(200)을 소정 평면 상에 사영하는 단계(S171)를 포함한다. 스피곡선(400)을 생성하기 위해 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)이 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영되어 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)이 생성될 수 있고, 초기 아치라인(200) 또한 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영될 수 있다. 즉, 3차원의 초기 아치라인(200)이 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영되어 제2 사영 아치라인(200’’)이 생성된다. 이 과정에서, 3차원의 초기 아치라인(200)을 구성하는 각각의 점들과 yz 사영 평면(Tyz)으로 사영되어 생성된 제2 사영 아치라인(200’’)의 대응되는 점들 간의 사영거리가 측정될 수 있다.

초기 아치라인(200)이 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영되어 제2 사영 아치라인(200’’)이 생성되면, 초기 아치라인(200)이 사영된 사영 아치라인(보다 상세하게는, 제2 사영 아치라인(200’’))의 위치를 소정 평면에서 생성된 스피곡선(400)의 위치로 변경하는 단계(S172)가 수행될 수 있다. 예시적으로, 제2 사영 아치라인(200’’)의 위치는 yz 사영 평면(Tyz)에 생성된 스피곡선(400)의 위치로 변경될 수 있으며, 보다 상세하게는 제2 사영 아치라인(200’’)의 z 좌표가 스피곡선(400)의 z 좌표에 대응되도록 변경될 수 있다.

제2 사영 아치라인(200’’)의 위치를 변경한 후, 제2 사영 아치라인(200’’)은 사영된 거리만큼 3차원 공간으로 되돌려질 수 있다(S173). 제2 사영 아치라인(200’’)은 yz 사영 평면(Tyz)에서 스피곡선(400)에 대응되는 위치로 변경되어 사영 최종 아치라인(500’)이 생성된다. 상기 사영 최종 아치라인(500’)은 3차원 공간으로 되돌려져 3차원 모델(100)의 새로운 아치라인인 최종 아치라인(500)으로 형성될 수 있다. 사영 최종 아치라인(500’)이 최종 아치라인(500)으로 형성되기 위해, 사영 최종 아치라인(500’)을 구성하는 점들은 초기 아치라인(200)이 yz 사영 평면(Tyz)으로 사영될 때 이동했던 x축 거리(사영 거리)만큼 3차원 공간 상으로 이동되어 최종 아치라인(500)을 구성할 수 있다. 예시적으로, 최종 아치라인(500)은 초기 아치라인(200)과 x 좌표 및 y 좌표는 동일하되, 스피곡선(400)을 기초로 최적화된 z 좌표를 가질 수 있다. 즉, 최종 아치라인(500)을 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영시킨 형태는 스피곡선(400)과 동일할 수 있다. 이와 같이 생성된 최종 아치라인(500)은 초기 아치라인(200)을 대체할 수 있으며, 초기 아치라인(200)과 비교하여 환자의 구강에 더욱 최적화된 자연스러운 스마일 라인을 표현할 수 있고, 환자에게 최적의 치료계획을 제공할 수 있는 이점이 있다.

전술한 내용에 따르면, 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)은 치아의 3차원 모델에서 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)이 결정되고, 상기 중앙부 지점(P1’)과 제1 측부 지점(P2’)을 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영시킴으로써 결정되었다. 한편, 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)은 yz 사영 평면(Tyz) 상에서 직접 결정될 수도 있다.

예시적으로, 제2 사영 아치라인(200’’)이 생성되면, 제2 사영 아치라인(200’’)의 양 말단으로부터 소정 반경 내에 위치한 지점이 각각 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)으로 결정될 수 있다. 이 때, 제2 사영 아치라인(200’’)은 초기 아치라인(200)에 포함된 적어도 2개의 지점을 yz 사영 평면(Tyz) 상에 사영함으로써 획득될 수 있다. 예를 들면, 적어도 2개의 지점은 1번 치아(301)의 윤곽점(Pa) 및 6번 치아(306)의 윤곽점(Pc)일 수 있다. 사영된 윤곽점들(Pa’’, Pc’’)은 제2 사영 아치라인(200’’)의 양 말단을 구성할 수 있으며, 상기 사영된 윤곽점들(Pa’’, Pc’’) 각각을 중심으로 yz 사영 평면(Tyz)에서 소정 반경 범위 내의 임의의 지점이 사영 중앙부 지점(P1) 및 사영 제1 측부 지점(P2)으로 결정될 수 있다. 사영 중앙부 지점(P1)과 사영 제1 측부 지점(P2)을 기초로 스피곡선(400)이 생성될 수 있음은 물론이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)에 대하여 설명한다. 아치라인 최적화 장치를 설명함에 있어, 전술한 아치라인 최적화 방법에서 이미 기술한 내용은 간략하게 언급하거나 생략한다.

도 17은 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)의 구성도이다. 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)는 스캔부(11)를 포함한다. 스캔부(11)는 환자의 구강 내부의 이미지 데이터를 획득한다. 이 때, 환자의 구강 내부의 이미지 데이터는 실제 환자의 구강의 이미지 데이터일 수도 있고, 구강을 인상채득한 석고 모형의 이미지 데이터일 수도 있다. 이미지 데이터는 2차원의 평면 데이터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 획득한 이미지 데이터는 아치라인 최적화 장치(10)의 데이터베이스부(미도시)에 저장될 수 있다. 데이터베이스부는 물리적인 저장 장치이거나, 가상의 클라우드 저장 공간을 의미할 수 있다.

또한, 아치라인 최적화 장치(10)는 3차원 모델 생성부(12)를 포함한다. 3차원 모델 생성부(12)는 스캔부(11)로부터 획득한 이미지 데이터를 3차원 모델로 변환한다. 3차원 모델은 환자의 치아를 포함한 구강 내부의 정보들을 유저 인터페이스(user interface) 상에서 입체적으로 표현하며, 사용자는 3차원 모델을 사용하여 환자의 구강을 분석하고, 최적의 치료 계획을 제공할 수 있다. 아치라인 최적화 장치(10)는 3차원 모델 중 적어도 일부를 사용하여 스피곡선을 생성할 수 있으며, 예시적으로 상악 데이터, 하악 데이터 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.

변환된 3차원 모델에서, 치아들은 치아 식별부(13)에 의해 개별화되어 각각의 치아가 개별적으로 식별될 수 있다. 치아 식별부(13)는 데이터베이스부에 의해 각각의 치아의 특성을 3차원 모델에 적용하여, 해당 특성과 부합하는 치아들을 식별하여 치아 번호를 부여할 수 있다. 예시적으로, 상악 데이터에서 좌측 치아부터 순서대로 치아 번호가 부여될 수 있으며, 치아 번호를 부여하는 과정에 대해서는 전술한 바와 같다.

한편, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)는 아치라인 생성부(14)를 포함할 수 있다. 아치라인 생성부(14)는 3차원 모델 생성부(12)에 의해 획득한 3차원 모델과, 치아 식별부(13)에 의해 개별적으로 식별된 치아의 데이터를 기초로, 초기 아치라인을 생성할 수 있다. 초기 아치라인은 교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 치아의 3차원 모델에서 소정 치아를 기준으로 생성될 수 있다. 초기 아치라인을 생성하는 과정에 대해서는 전술한 바와 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)는 3차원 모델로부터 복수의 치아들을 기초로 적어도 2개의 지점들을 생성하는 지점 생성부(15)를 포함한다. 지점 생성부(15)는 스피곡선을 생성하기 위해 사용되는 지점들을 생성할 수 있다. 생성되는 지점들은 치아들 중 전치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 중앙부 지점과, 치아들 중 대구치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 측부 지점을 포함한다. 예시적으로, 3차원 모델의 좌측에 제1 스피곡선을 생성하기 위해 제1 중앙부 지점과 제1 측부 지점을 생성할 수 있고, 3차원 모델의 우측에 제2 스피곡선을 생성하기 위해 제2 중앙부 지점과 제2 측부 지점을 생성할 수 있다.

이 때, 제1 중앙부 지점과 제2 중앙부 지점은 동일할 수 있다. 전술한 바와 같이, 중앙부 지점은 특정 치아들의 바운더리 박스의 외면을 통해 생성될 수 있으며, 특정 치아들은 상악에 14개의 치아를 가지는 환자의 구강을 기준으로 할 때, 7번 치아와 8번 치아를 포함하는 전치일 수 있다. 보다 상세하게는, 중앙부 지점은 전치들의 바운더리 박스 중 전면의 마주보는 꼭지점들을 연결한 제1 라인의 중심일 수 있다. 이와 같이 제1 스피곡선과 제2 스피곡선을 생성할 때 동일한 중앙부 지점을 사용함으로써, 시스템 리소스를 절약할 수 있는 이점이 있다.

한편, 전치에 해당하는 7번 치아와 8번 치아가 소정 거리 이격되어 있는 경우 제1 스피곡선을 생성할 때 7번 치아만을 사용하여 제1 중앙부 지점을 생성하고, 제2 스피곡선을 생성할 때 8번 치아만을 사용하여 제2 중앙부 지점을 생성할 수 있다. 이 경우, 서로 다른 중앙부 지점을 사용함으로써, 정교한 제1 스피곡선과 제2 스피곡선을 획득할 수 있는 이점이 있다.

또한, 지점 생성부(15)는 측부 지점을 생성할 수 있으며, 생성되는 측부지점은 대구치의 윤곽점을 지나고 대구치의 윤곽에 접하는 라인과, 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성될 수 있다. 예시적으로, 대구치는 1번 치아일 수 있다. 이 때, 대구치의 윤곽점은 치아들 중 적어도 일부의 윤곽을 지나는 아치라인 상의 참조점일 수 있으며, 아치라인은 아치라인 생성부(14)에 의해 생성될 수 있다. 아치라인은 악궁의 형상을 표현하는 3차원 라인일 수 있으며, 아치라인은 1번 치아, 3번치아, 6번 치아의 윤곽들을 지나도록 형성될 수 있다.

또한, 측부 지점은 버컬라인에 수직인 라인과, 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성될 수도 있다. 측부 지점을 생성하는 과정에 대해서는 전술한 바와 같다.

한편, 스피곡선 생성부(16)는 생성된 지점들(중앙부 지점, 측부 지점)을 소정 사영 평면 상에 사영시킨다. 일 예시적으로, 스피곡선 생성부(16)는 측부 지점을 포함하는 사영 평면을 생성할 수 있고, 상기 사영 평면 상에 중앙부 지점을 최단 거리로 사영시킬 수 있다. 사영 평면은 yz 평면과 평행하도록 생성될 수 있으며, 중앙부 지점이 사영 평면 상에 사영됨으로써, 3차원 모델을 일측에서 바라보았을 때 스피곡선이 평면적으로 표시될 수 있다. 다만, 사영 평면은 반드시 측부 지점을 포함하여야 하는 것은 아니며, 중앙부 지점 및 측부 지점을 포함하지 않는 사영 평면에 지점들이 사영되고, 스피곡선이 생성될 수도 있다.

스피곡선 생성부(16)는 사영된 지점들이 소정 곡률중심으로부터 소정 곡률반경을 가지는 원호를 구성하도록 스피곡선을 생성할 수 있다. 이 때, 곡률중심은 3차원 모델의 외부에 배치될 수 있으며, 곡률반경은 상기 스피곡선이 치아들의 말단과의 편차를 최소화하는 값으로 결정될 수 있다. 이와 같이 스피곡선이 치아들의 말단과의 편차를 최소화하는 값으로 결정됨으로써, 실제 구강에 가장 부합하는 스피곡선을 획득할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 아치라인 최적화 장치(10)는 아치라인 적용부(17)를 더 포함한다. 아치라인 적용부(17)는 스피곡선 생성부(16)에 의해 생성된 스피곡선을 기초로 초기 아치라인을 최종 아치라인으로 변경할 수 있다. 변경된 아치라인(즉, 최종 아치라인)은 환자의 구강에 보다 적합한 형상을 가질 수 있고, 환자에게 자연스러운 스마일 라인을 제공할 수 있다. 아치라인 적용부(17)는 초기 아치라인을 소정 평면 상에 사영시키고, 스피곡선 생성부(16)에 의해 생성된 스피곡선에 사영된 초기 아치라인을 대응시켜 사영 최종 아치라인을 생성하며, 사영 최종 아치라인을 다시 3차원 공간으로 되돌린다. 최종 아치라인을 통해, 사용자는 환자에게 환자 맞춤형 아치라인을 제공할 수 있고, 환자에게 최적의 치료계획을 제공할 수 있는 이점이 있다.

한편, 전술한 구성들이 수행하는 과정들 중 적어도 일부는 디스플레이부(18)를 통해 사용자에게 시각적으로 표시될 수 있다. 디스플레이부(18)는 사용자가 상기 아치라인 최적화 장치(10)의 수행 과정들을 시각적으로 인식할 수 있는 요소일 수 있으며, 예시적으로 모니터 장치, 태블릿 장치 등일 수 있다. 사용자는 생성되는 초기 아치라인, 스피곡선, 및 최종 아치라인 중 적어도 하나를 디스플레이부(18)를 통해 시각적으로 용이하게 확인할 수 있으며, 획득한 최종 아치라인을 기초로 환자에게 적합한 치료 계획을 수립할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S110: 3차원 모델을 획득하는 단계
S120: 치아들을 개별화하는 단계
S130: 초기 아치라인을 생성하는 단계
S140: 치아들을 기초로 지점들을 생성하는 단계
S150: 지점들을 소정 평면에 사영하는 단계
S160: 스피곡선을 생성하는 단계
S170: 아치라인을 변경하는 단계
100: 3차원 모델
200: 아치라인
300: 치아
10: 아치라인 최적화 장치
11: 스캔부 12: 3차원 모델 생성부
13: 치아 식별부 14: 아치라인 생성부
15: 지점 생성부 16: 스피곡선 생성부
17: 아치라인 적용부 18: 디스플레이부

Claims (16)

1. 스피곡선 생성부가 소정 곡률반경을 가지는 원의 원호를 기초로 스피곡선을 생성하는 단계; 및
   아치라인 적용부가 상기 스피곡선을 기초로 3차원 아치라인을 변경하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   아치라인 생성부가 초기 아치라인을 생성하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 아치라인을 변경하는 단계는 상기 아치라인 적용부가 상기 스피곡선을 기초로 상기 초기 아치라인을 변경하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 아치라인을 변경하는 단계는,
   상기 초기 아치라인을 소정 평면 상에 사영하는 단계;
   상기 초기 아치라인이 사영된 사영 아치라인의 위치를 상기 소정 평면에서 생성된 상기 스피곡선의 위치로 변경하는 단계; 및
   상기 스피곡선의 위치로 변경된 상기 사영 아치라인을 사영된 거리만큼 3차원 공간으로 되돌리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 초기 아치라인은,
   교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델에서 소정 치아를 기준으로 생성되는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 스피곡선을 생성하는 단계에서 상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들이 소정 평면 상에 생성되고,
   상기 스피곡선은 상기 지점들을 포함하는 상기 소정 평면 상의 2차원 원호인 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들은 복수의 치아들을 기초로 생성되어 소정 평면 상에 사영되고, 상기 스피곡선은 상기 지점들을 포함하는 상기 소정 평면 상의 2차원 원호인 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들은,
   치아들 중 전치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 중앙부 지점과, 상기 치아들 중 대구치를 기초로 생성되는 적어도 하나의 측부 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들 중 적어도 일부는,
   치아들 중 대구치의 윤곽점을 지나고 상기 대구치의 윤곽에 접하는 라인과, 상기 대구치의 최후방 윤곽점에 대해 수평한 라인이 교차되어 생성되는 측부 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 대구치의 윤곽점은 상기 치아들 중 적어도 일부의 윤곽과 접하는 아치라인(archline) 상의 참조점(reference point)인 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 원호를 구성하는 적어도 2개의 지점들 중 적어도 일부는,
    치아들의 바운더리 박스(boundary box)의 외면을 통해 생성되는 중앙부 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 중앙부 지점은 상기 치아들 중 전치들의 바운더리 박스 사이에 생성되는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 중앙부 지점은 상기 전치들의 상기 바운더리 박스 중 전면의 마주보는 꼭지점들을 연결한 라인의 중심인 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 스피곡선은 상기 치아들의 말단과의 편차를 최소화하는 상기 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
14. 스피곡선 생성부가 소정 곡률반경을 가지는 2차원의 스피곡선을 생성하는 단계; 및
    아치라인 적용부가 상기 스피곡선을 기초로 3차원 아치라인을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 아치라인이 소정 평면 상에 사영된 형태는 상기 스피곡선과 동일한 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 아치라인은,
    교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델로부터 생성된 초기 아치라인을 상기 스피곡선을 기초로 변경하여 생성되는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 스피곡선은,
    교정 전 환자의 치아를 스캔하여 획득한 상기 치아의 3차원 모델을 기초로 생성된 적어도 2개의 지점들이 상기 소정 평면 상에 사영된 사영 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 아치라인 최적화 방법.
    

Images