KR20050082526A

KR20050082526A - 치열 교정 데이터 제공방법

Info

Publication number: KR20050082526A
Application number: KR1020040010991A
Authority: KR
Inventors: 차경석; 김승종; 차부호
Original assignee: 차경석; 김승종; 차부호
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-08-24
Also published as: KR100583183B1

Abstract

컴퓨터를 이용하여 환자의 치열 교정 데이터를 제공하는 방법이 개시된다. 우선 이상적인 치열 데이터를 포함하는 기준 치열 데이터베이스를 유지하는 단계, 환자의 교정전 치열 데이터를 측정하는 단계, 환자의 교정전 치열 데이터를 이용하여 환자의 각 치아에 대해 기준축 및 기준점을 정의하는 단계, 아이디얼 아치를 생성하는 단계, 아이디얼 아치 및 기준점을 이용하여 환자의 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계, 교정전 및 교정후 치열 데이터를 비교하여 각 치아의 이동 파라미터를 계산하는 단계 및 이동 파라미터를 이용하여 치열 교정 데이터를 제공하는 단계를 구비하는 치열 교정 데이터 제공방법이 제공된다. 치아의 내부에 기준점을 정의하고, 기준점을 기초로 치열 교정 데이터를 제공함으로써, 치아의 불규칙적인 치면과 무관하게 통일된 치열 교정 데이터를 제공할 수 있으며, 컴퓨터를 이용한 치열 교정을 정확하게 시술할 수 있도록 보조할 수가 있다.

Description

치열 교정 데이터 제공방법{METHOD FOR PROVIDING PROCESSING DATA FOR STRAIGHTENING TEETH}

본 발명은 치아교정(straightening teeth or orthodontia)에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 컴퓨터를 이용하여 치아의 교정전 배열 상태를 파악하고 치아들이 이상적으로 배열되도록 이상적인 치열 교정 데이터를 제공할 수 있는 방법에 관한 것이다.

치아 교정이라 함은 치아에 적당한 힘을 가하여 치조골 내에서 원하는 위치로 치아를 움직여 주는 기능적/심미적 치료를 말한다. 치아가 고르게 나아 있지 않는 경우를 부정 교합이라 하는데, 부정 교합인 경우 외관상 보기 좋지 않을 뿐만 아니라, 기능적으로도 음식을 잘 씹을 수가 없고, 발음에 악영향을 미칠 수가 있다. 게다가 부정 교합을 방치하게 되면 충치 또는 잇몸질환의 발생 가능성이 높아지게 되고, 신체의 다른 부분에도 장기간 영향을 미치게 되어 다른 질병을 유발하거나 더 악화시킬 수 있는 가능성이 있다.

따라서, 부정 교합이 있는 경우 치열 교정을 통해 치아를 올바른 위치 및 자세로 움직여 바른 치열 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 실제로 많은 사람들이 치열 교정을 통해 외모에 대한 자신감을 획득하고 있으며, 그 밖에도 치열 교정을 통해 치아와 무관하다고 오해하던 다른 병들을 치유하는 경우가 종종 있기도 하다.

치열 교정은 치아를 점진적으로 이동시켜 치아의 위치를 고정시키기 위한 치열 교정기를 사용하고 있다. 종래의 일반적인 치열 교정기는 교정용 브라켓(bracket)과 탄성을 갖는 아치 와이어(Arch wire)를 포함한다. 이 치열교정기에서 브라켓은 교정 대상이 되는 치아의 치면(tooth face)에 견고하게 부착되고, 부착된 브라켓들을 아치 와어어로 고정한 후, 아치 와이어에 가해지는 장력을 조절하여 아치 와이어에 가해지는 힘의 방향 및 크기를 다양하게 조절한다. 부정 교합된 치아는 아치 와이어의 장력에 의해서 그 위치 및 자세를 변경하게 되고, 치아가 조금씩 이동하면서 치아 교정이 이루어진다.

하지만, 종래의 치열 교정은 객관적이지 못하고 주관적이다라는 단점을 갖는다. 즉, 종래의 치열 교정기들은 대부분이 치과 의사의 경험에 의해서 제조된 것으로서, 치과 의사는 환자 치아의 치면에 부착된 브라켓을 와이어로 직접 당기거나 풀어주는 과정을 반복하여 치열을 미세하게 조정하고 있다. 이러한 치열 교정은 치과 의사의 역량에 크게 의존하기 때문에 객관적이지 못하고 주관적이며, 환자는 치과 의사의 경험 및 능력에 전적으로 의지해야 하는 문제점이 있다.

또한, 치과 의사의 경험과 지식은 구체적인 자료로써 기록이 불가한 매우 정성적인 데이터이며, 의사 개개인의 능력과 경험에 따라 서로 상이하다는 특징을 가진다. 게다가, 교정의 최종 목적이 되는 이상적인 치열 모델 자체도 시술하고자 하는 치과 의사의 주관적 관점 또는 경험에 의해서 형성된 것이어서 치열 교정이 통일적이지 못하다는 문제점도 있다.

이러한 종래 치열 교정 방법에서 의사의 직관이나 순간적 판단은 시술의 성공 여부에 큰 비중을 차지하기 때문에 종래의 치열 교정 방법은 컴퓨터 등을 통해 시현되기가 쉽지 않다는 단점을 갖는다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 제2002-0072318호인 "컴퓨터를 이용한 치열 교정기의 제조방법"이 개시되어 있다. 상기 "치열교정기의 제조방법"은 컴퓨터를 이용하여 최적화된 치열 교정기를 제조하는 것으로서, 보다 구체적으로는 환자의 성장방향과 잔여 성장량을 반영하여 교정치료 후의 환자의 얼굴 형태를 시뮬레이션하고, 치료 후의 최적의 얼굴 형태를 고려하여 치아배열 및 위치를 결정한다. 이외에도 교합기 프로그램을 이용하여 각 치아의 상악과 하악 간의 교합 접촉관계를 최적화하며, 완성된 치열에 따라 아치 와이어 플랜 위치를 선택하고, 아치 와이어와 치면 사이의 공간에 브라켓이 들어 갈 수 있도록 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작하기 위한 데이터를 출력하고, 브라켓과 브라켓 포지셔너를 제작한다. 아치 와이어와 스프링, 고무줄, 자석 등에 의해 치면에 가해지는 압력을 시뮬레이션하여 최적의 압력으로 교정치료를 하도록 아치 와이어와 탄성부재 등 치열 교정기를 선택한다.

상기 "치열교정기의 제조방법"을 포함한 종래의 일반적인 치열교정기는 환자의 치면을 중심으로 치열을 교정한다. 즉, 종래의 치열 교정에서는 이상적인 배열된 치열에서 각 치아의 표면에 가상 포인트를 정의하고, 브라켓 및 브라켓 포지셔너 등을 이용하여 환자 치아의 표면이 가상 포인트를 통과하도록 교정한다. 물론, 상기 "치열교정기의 제조방법"에서도 환자의 치열을 3차원 스캐너로 읽어 컴퓨터에 저장하고, 컴퓨터 연산을 통해 올바른 치열 교정기를 제시하지만, 치아의 표면을 기준으로 치열을 교정하기 때문에 브라켓의 설치 위치 선정, 브라켓 포지셔너의 미세 조정 등은 사람의 수동 조절에 의존할 수 밖에 없다. 게다가 3차원 스캐너를 통해 획득된 데이터로부터 교정 데이터를 생성하는 간접적인 방법을 택하고 있기 때문에, 오히려 치과 의사가 직접 시술하는 것보다도 나쁜 결과를 얻을 수가 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 목적은 객관적인 치열 교정 체계를 이용하여 환자에게 통일화되고 올바른 교정 데이터를 제공할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 컴퓨터를 이용한 자동 연산을 통해 정확하고 신속하게 치열 교정 데이터를 제공할 수 있으며, 의사의 경험이나 주관적 판단에 대한 의존도를 현저하게 경감시킬 수 있는 치열 교정 데이터 제공방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 교정 전후의 치열 데이터를 비교하여 치아가 이동해가는 수개의 가상 모델들을 생성하고, 상기 가상 모델을 이용하여 환자의 치열을 단계적으로 교정할 수 있는 치열 교정 데이터 제공방법을 제공하는 것이다. 상기 제공방법을 통해 환자는 시술될 자신에게 맞는 교정기를 제작할 수가 있을 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 치열 교정 데이터를 제공하기 위해서 이상적인 치열 데이터를 포함하는 기준 치열 데이터베이스를 유지하고, 환자의 교정전 치열 데이터를 측정한 후, 각 치아에 대해 기준축 및 기준축 상에 위치한 기준점을 정의한다. 정의된 기준축 및 기준점은 이상적인 치열 형상으로의 자동 정렬을 위한 파라미터로 사용된다. 그 다음, 기준 치열 데이터베이스로부터 아이디얼 아치를 생성하고, 생성된 아이디얼 아치를 기준으로 각 치아의 기준점을 이용하여 환자의 교정 후 치열 데이터를 생성한다. 교정 전 및 교정 후 치열 데이터를 비교하여 치아 각각의 이동 파라미터를 생성하고, 마지막으로 생성된 이동 파라미터를 이용하여 치열 교정에 필요한 데이터를 제공하게 된다.

사람마다 다양한 형상의 치아를 갖고 있기 때문에, 치아의 치면은 통일적으로 규정할 수 없는 불규칙한 곡률의 자유 곡면이라 할 수 있다. 따라서, 치아의 치면을 기준으로 하는 종래의 치열 교정에서 의사의 경험, 임기응변, 주관적 판단 및 눈대중 등과 같이 불확실한 요소들이 큰 비중을 차지하고 있다. 하지만, 이렇게 객관적이지 못한 종래의 치열 교정 과정은 수학적 모델과 규칙이 필요한 소프트웨어로써 해석하기에 매우 큰 어려움이 존재한다. 따라서 본 발명에 따른 치열 교정 원리는 종래에 치아 외부형상의 임의의 지점을 기준점으로 사용하는 방법과 달리 치아 내부의 점을 지정하여 사용하는 것이다. 즉, 치아 내부에 기준점을 정하고 그 기준점을 이용함으로써 치면의 형상 또는 치면의 거친 상태 등과 무관하게 치아에 기준점을 정할 수 있다.

환자의 교정전 치열 데이터로부터 환자의 각 치아에 대해 기준축 및 기준점을 정의하기 위해서 각 치아의 솔리드 모델을 생성한다. 일반적으로 3차원 스캐너를 통해서 치열의 외형에 대한 점군 데이터가 얻어지게 되고, 얻어진 점군 데이터로부터 치열의 서피스 모델이 생성된다. 컴퓨터는 솔리드 모델의 생성 모듈을 통해 서피스 모델로부터 부피 등을 계산할 수 있는 솔리드 모델을 생성할 수 있다. 솔리드 모델이 정해진 후 치아의 솔리드 모델을 상하 종방향으로 통과하는 기준축을 정의하고, 기준축 상에 위치하고 치아의 정점으로부터 일정 거리만큼 이격된 기준점을 정의할 수 있다. 기준점은 치아의 기준축 상에 위치하는 내부 점으로서, 기준점을 통해 치아의 위치를 결정하여 치열 교정을 수행할 수 있다.

여기서, 기준축은 치아의 자세 결정의 기준이 되며, 치아의 자세를 결정하는 요소(Inclination, Angulation) 등을 적용하기 위하여 먼저 정의 되어야 한다. 기준축은 치아 단면의 중심과 치아 끝단의 정점을 지나는 선이어야 하지만, 설계자 등의 선택에 따라 다르게 적용될 수가 있다. 기준축은 치아의 각 방향으로의 회전 이동의 기준이 되는 선이며 기준점 및 중심점을 정의하기 위한 기준선이 된다.

기준점은 기준축을 따라 치아의 끝 단에서 치축을 따라 치근 쪽으로 일정한 거리에 위치하는 점으로써 정의될 수 있다. 기준점을 정의하는 치아 끝 단에서의 거리는 각 치아마다 다르며 이 거리의 결정은 임상적으로 추출된 표준 데이터 또는 이상적인 치열 구조로부터 얻을 수 있다. 기준점은 치아의 회전 운동과 병진 운동의 기준점이 되며, 이상적으로 배열된 기준점을 연결하는 스플라인(Spline) 곡선은 아이디얼 아치(Ideal Arch)로 적용될 수 있다. 중심점은 기준점과 마찬가지로 치아의 끝 단에서 치근쪽으로 일정한 거리에 위치하는 점으로써 전체적인 치아의 길이를 의미한다. 기준점과 중심점을 연결하는 선은 치축이 된다.

구체적으로 치아 각각의 솔리드 모델에 상호 평행한 2개의 평면을 가상으로 교차시키고, 교차에 의해서 생성된 2개 교차면들의 무게 중심을 서로 연결하여 기준축을 정의할 수 있다. 그 다음 기준 치열 데이터베이스로부터 이상적인 치열 구조에서 치아에 대응하는 기준점 거리를 획득하고, 치아의 교합면과 기준축의 교점으로부터 기준점 거리만큼 이격된 지점에 기준점을 정의할 수 있다.

교정전 및 교정후 치열 데이터로부터 이동 파라미터를 생성한 후, 치열 교정 데이터는 수 단계에 걸쳐 치열 교정을 수행하기 위한 중간 단계 모델을 생성할 수 있다. 일 예로, 중간 단계의 스텝 수를 결정하기 위해서 다음과 같은 과정을 거칠 수 있다. 우선 각 치아 각각의 이동 파라미터를 검색하여 최대 회전 및 최대 병진 이동을 하는 치아를 찾고, 각 중간 단계별 적용될 수 있는 최대 이동량을 이용하여 최대 회전 이동을 하는 치아 및 상기 최대 병진 이동을 하는 치아에 적용될 수 있는 스텝 수를 각각 계산한다. 계산된 스텝 수 중 큰 값을 상기 중간 단계 모델의 수로 결정할 수 있다.

환자의 교정전 치열 데이터를 얻은 후부터 치열 교정 데이터를 제공할 때까지 대부분의 과정이 컴퓨터에 의해서 수행될 수 있으며, 기준축 및 기준점을 이용하기 때문에 캐드 같은 컴퓨터 프로그램 상에서 데이터를 용이하게 처리할 수가 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 설명하기 컴퓨터 시스템의 구성도이며, 도 2는 치열 교정 데이터 제공방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 치열 교정 데이터 제공시스템(100)은 컴퓨터 및 컴퓨터와 연결된 주변 장치로 구성된다. 구체적으로, 컴퓨터는 CPU(110), ROM(114) 및 RAM(112) 등의 메모리, 데이터베이스를 유지하는 저장장치(120)를 포함한다. 저장장치(120)는 환자의 치열 교정에 필요한 기준 치열 데이터베이스(122) 및 초진/교정 중인 환자의 치열 데이터 등을 기록한 환자 치열 데이터베이스(124)를 포함한다. 컴퓨터와 연결된 주변장치로는 모니터(132), 입력장치(키보드 또는 마우스 등)(134) 및 3차원 스캐너(136) 등이 있으며, 상기 주변장치들은 컴퓨터의 인터페이스부(130)를 통해 CPU(110)와 연결된다. 본 발명에 따른 치열 교정 데이터를 제공하기 위해서 상기 시스템(100)은 환자 신상정보 및 치열 입력 모듈, 솔리드 모델 생성 모듈, 아이디얼 아치 생성 모듈, 중간 단계 모델의 생성 모듈(140)을 포함한다.

본 발명에 따른 치열 교정 시스템(100)은 3차원 스캐너(136) 또는 입력장치(134)로부터 환자의 치열을 입력 받고, 저장장치에 기록된 데이터베이스를 이용하여 환자에게 맞는 최적의 교정 데이터를 제공하는 것을 주 목적으로 한다. 치열 교정 데이터는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 교정후의 치열 데이터를 제공할 수 있으며, 교정후의 최종 단계에 다다르기 위한 중간 단계 모델을 제공할 수 있다. 또한, 교정후 치열 데이터 또는 중간 단계 모델은 그래픽을 통해 3차원 영상으로 제공될 수 있으며, 다르게는 치열 교정기를 제작할 수 있는 파일 형태로 제공될 수도 있다.

그 외에도 치열 교정 시스템(100)은 제공된 치열 교정 데이터를 이용하여 치열 교정기구를 제작하기 위한 치열 교정기 제조 모듈을 포함할 수 있으며, 외부의 치열 교정기 제조장치와 직접 연결되어 치열 교정기 제조에 필요한 데이터를 실시간으로 제공할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법은 교정전 치열 데이터를 입력하는 단계(S10), 환자 치아 각각의 기준축 및 기준점을 정의하는 단계(S20), 아이디얼 아치를 생성하는 단계(S30), 각 치아의 이동 속성을 설정하는 단계(S40), 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계(S50), 교정 전후를 비교하여 각 치아의 이동 파라미터를 생성하는 단계(S60), 중간 단계 모델을 생성하는 단계(S70) 및 각 중간 단계 모델에 대한 STL파일을 생성 및 저장하는 단계(S80)를 포함한다.

3차원 스캐너(136)를 통해 입력된 치열 및 잇몸의 구조는 서피스 모델(surface model) 현태로 인터페이스(130)를 거쳐 CPU(110) 등에 전달된다. 시스템(100)으로 전달되는 데이터는 환자의 교정전 3차원 치열 데이터와 상기 데이터에 매칭되는 환자의 신상정보이다.

시스템(100)은 환자의 신상정보 및 환자의 3차원 치열 데이터를 포함하는 환자 파일을 준비한다. 신상정보 및 3차원 치열 데이터가 이미 환자 치열 데이터베이스에 입력되어 있는 환자는 그 신상정보만 입력함으로써 저장된 환자 파일을 불러올 수 있으며, 신규로 입력된 환자는 입력장치(134) 및 3차원 스캐너(136)를 통해 데이터베이스에 환자의 신상정보 및 3차원 치열 데이터를 새로 추가한다.

도 3은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법 중 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위한 순서도이며, 도 4는 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위한 개략도이며, 도 5는 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위해 치아의 측면을 도시한 측면도이다.

도 3을 참조하면, 3차원 스캐너(136)로부터 치열 및 잇몸의 서피스 모델을 임포트(import)한다. 일반적으로 치열의 3차원 구조를 스캐너로 읽기 위해서 환자의 상악 또는 하악 치아의 인상을 떠서 치아모형을 제조한다. 3차원 스캐너(136)는 치아모형으로부터 점군 데이터를 획득한 후, 점군 데이터로부터 서피스 모델(surface model)을 생성하고, 서피스 모델은 솔리드 모델을 생성하기 위해 컴퓨터로 임포트된다(S21).

치아의 솔리드 모델을 생성하기 위해 우선적으로 잇몸의 서피스 모델을 임포트(import)하며, 상악 또는 하악 중 하나를 선택하여 우선적으로 임포트한 후 다른 하나를 다음에 임포트한다. 상기와 같이, 서피스 모델을 솔리드 모델로 전환하는 이유는 후에 교정기 제작을 위한 프로토타입(Rapid Prototype; RP) 모델 출력을 위한 파일 데이터(예, STL file)의 생성과 캐드상의 각종 작업(Boolean Operation)을 위한 것이다.

시스템(100)으로 임포트된 서피스 모델은 솔리드 모델 생성 모듈에 의해서 솔리드 모델로 전환된다(S22). 각 치아의 솔리드 모델이 생성된 후, 솔리드 모델에서 기준축(AX), 기준점(BP) 및 중심점(CP)가 정의된다.

도 4를 참조하면, 각 치아의 기준축(AX)을 정의하기 위해서 치아의 솔리드 모델을 통과하는 평행한 두 평면(P1, P2)을 이용한다. 평면에 의해서 폐곡선을 이루는 2개의 교차면이 형성되고, 교차면의 무게중심점을 연결하는 직선을 기준축(AX)으로 정의한다. 이러한 방식에 의해서 정의된 기준축(AX)은 대체로 치아의 정점을 통과하게 된다. 단, 치아의 형상에 따라, 혹은 두 평면을 어떤 벡터 또는 간격으로 결정하느냐에 따라 기준축(AX)이 조금씩 다르게 정의될 수가 있다. 따라서 이러한 오차의 가능성을 최대한 줄이기 위해서는 두 평면은 치아의 정점, 즉 교합면에 인접하게 접근하여 형성되는 것이 바람직하다.

기준 치열 데이터베이스(122)에는 이상적인 치열 데이터가 포함되어 있으며, 상기 이상적인 치열 데이터부터 공통된 기준점의 위치를 얻을 수 있다. 참고로 이상적인 치열은 치아의 정점이 동일 평면 상에 위치한 것이기 때문에, 상기 기준축(AX)에 의해서 제공되는 치아의 정점으로부터 일정한 기준점 거리만큼 이격된 점을 기준점으로 정의할 수 있다.

종래의 치열 교정은 치과 의사가 직접 외부에서 교정 시술을 하여야 했고, 브라켓을 치아의 치면에 부착하기 위해 치면 상에 브라켓 포인트를 정의하였던 것에 비해, 본 발명에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에서는 치면과 무관하게 치아의 내부를 통과하는 기준축(AX)을 정의하고, 기준축(AX) 상에 기준점(BP) 위치를 정하여 치열 교정의 기준으로 삼는다. 따라서 다양하면서 불규칙한 치면을 치열 교정의 기준으로 삼는 종래의 치열 교정 방법에서는 치아의 위치, 각도 등을 수치적으로 판단하기가 쉽지 않았던 것과는 다르게, 본 발명의 치열 교정 제공방법은 치아의 위치, 각도 등 여러 파라미터들을 수치적으로 정의할 수 있어 컴퓨터를 이용한 치열 교정에 유용하게 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 치아의 솔리드 모델이 생성된 후, 기준축(AX)이 정의 되고, 기준 치열 데이터베이스로부터 이상적인 치열의 기준점 거리(BP distance)를 검색하여 기준점(BP)이 정의된다. 기준축(AX) 상에는 기준점(BP)과 동시에 중심점(CP)도 같이 정의될 수 있다.

도 6은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위해 모니터 윈도우를 도시한 개략도이며, 도 7은 프로그램에서 정의된 기준축을 도시한 개략도이다.

도 6을 참조하면, 치아의 서피스 모델을 임포트한 후, 치아를 일정한 순서에 의하거나 임의로 선택하여 기준축을 찾는다. 치아의 선택은 컴퓨터의 솔리드 모델 생성 모듈에 의해서 자동으로 수행될 수 있거나, 도시된 바와 같이 사용자가 마우스나 키보드 등을 이용함으로써 수동으로 수행될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 선택된 치아는 반전되어 표시될 수 있으며, 선택창을 통해서도 치아를 선택할 수가 있다. 만약에 어금니와 같이 상기 두 평면을 이용하여 기준축을 찾는 것이 부적절한 치아의 경우, 사용자가 직접 또는 간접적으로 기준축을 찾을 수가 있다.

도 7을 참조하면, 선택된 치아의 솔리드 모델이 표시되고, 소정의 방법에 의해서 정의된 기준축이 표시된다. 사용자는 기준축 등을 확인하여, 치아의 적절한 경우 확인 또는 어셉트(accept) 버튼을 클릭하여 다음 단계로 넘어갈 수 있다.

교정전 치열 데이터로부터 각 치아의 기준축(AX) 및 기준점(BP)을 정의한 후, 교정전 치열 데이터에 대응하는 아이디얼 아치(I-Arch)를 생성한다. 아이디얼 아치(I-Arch)는 환자의 교정 전 치열을 치료하기 위해서 교정의 목표가 되는 곡선을 의미한다.

종래의 아이디얼 아치는 환자 치아의 치면 상에 정해진 브라켓 포인트를 기준으로 형성되었지만, 환자 치아의 치면이 매우 불규칙하게 형성되었기 때문에 브라켓을 붙이는 것 외에도 브라켓의 위치 조정 및 각도 조정을 하는 것이 매우 어렵다. 결국 종래의 치열 교정에서는 아이디얼 아치가 있음에도 불구하고 의사의 경험 및 직관적 판단에 의존하여 주관적으로 시술되고 있다. 이와는 달리 본 발명에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에서는 객관적 방법에 의해서 기준축 및 기준점이 정의되고, 기준점을 지나는 스플라인 곡선을 이용하여 아이디얼 아치(I-Arch)를 생성한다. 이상적인 아치에 대한 치열 데이터는 기준 치열 데이터베이스를 통해 얻을 수 있다. 기준 치열 데이터베이스는 치료가 완성되거나 다른 이상적인 모델로부터 추출한 데이터로 구성되며, 기존의 데이터와 새로 기록되는 데이터를 비교하여 지속적으로 갱신될 수가 있다.

도 8 내지 도 10은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 아이디얼 아치를 생성하는 단계를 설명하기 위해 모니터 윈도우를 도시한 개략도들이며, 도 11은 새롭게 정의된 아이디얼 아치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 8을 참조하면, 사용자는 우선적으로 환자의 상악 또는 하악 치열 중 하나를 선택하여 제1 아이디얼 아치를 생성한 후, 다른 치열을 선택하여 제1 아이디얼 아치에 대응하는 제2 아이디얼 아치를 생성한다.

본 실시예에서는, 일 예로, 상악을 먼저 선택하여 제1 아이디얼 아치를 생성하고, 하악에서 제2 아이디얼 아치를 생성한다. 우선 상악 치열의 솔리드 모델로부터 3개 치아를 임의로 선택한다. 상기 선택에 의해서 각 치아의 기준점들(CP)이 특정되며, 3개의 기준점(BP)에 의해서 제1 아이디얼 아치(I-Arch)가 형성되는 제1 아치 평면을 특정할 수 있다.

도 9를 참조하면, 제1 아치 평면을 특정한 상악 치열의 중선을 설정하기 위한 2개의 점이 선택된다. 3개의 기준점(BP) 및 제1 아치 평면이 특정된 후, 3개의 치아뿐만 아니라 다른 치아들의 기준점(BP)을 지나는 스플라인 곡선을 형성하고, 스플라인 곡선은 중선의 2점을 기준으로 좌우 대칭으로 형성함으로써 제1 아이디얼 아치(I-Arch)를 정의할 수 있다.

도 10을 참조하면, 1 아이디얼 아치(I-Arch)를 생성한 후, 하악의 치열로부터 제2 아이디얼 아치를 생성한다. 하악 치열 중 1개의 치아를 선택하고, 선택된 치아의 기준점을 통과하며 제1 아치 평면과 평행한 제2 아치 평면을 정의한다. 제2 아치 평면에 하악 치열의 기준점들(CP)을 전체적으로 통과하는 스플라인 곡선을 형성하여 제2 아이디얼 아치(I-Arch)를 생성할 수 있다.

생성된 제1 및 제2 아이디얼 아치(I-Arch)가 설정된 이후에도 사용자는 수동으로 제1 및 제2 아이디얼 아치의 정점들 간의 수평 또는 수직거리를 조정할 수 있으며, 제1 및 제2 아이디얼 아치를 함께 회전시켜 수평도를 조정할 수도 있다.

도 12는 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 치아의 이동 속성을 설정하는 단계를 설명하기 위해 설정창을 도시한 개략도이다.

각 치아의 솔리드 모델이 결정되고, 상악 및 하악에 대한 아이디얼 아치가 결정되면, 각 치아에 대한 이동 속성을 부여할 수가 있다.

도 12를 참조하면, 치열 교정에 의한 이동 속성은 고정(FIX), 링크(LINK), 그룹(GROUP) 및 자유이동(FREE)으로 규정될 수 있다. 고정(FIX)은 치아를 이동하지 않고 초기의 위치와 자세를 유지하는 것이고, 링크(LINK)는 상악과 하악의 대응되는 치아를 함께 이동시키는 것으로 회전 이동은 발생하지 않고 병진 이동만 행하여 진다. 또한, 그룹(GROUP)은 치아를 일정 그룹번호로 지정하고 동일한 그룹번호를 가지는 치아를 함께 이동시키며, 자유이동(FREE)는 이동 조건에 제한이 없는 상태로 아치를 따라 회전, 병진 또는 회전-병진 이동이 함께 발생할 수 있다.

사용자는 설정창을 통해 고정되는 치아, 상하로 링크되는 치아 및 그룹을 형성하는 치아를 결정할 수 있으며, 선택되지 않은 치아는 자유이동에 해당하여 다른 치아들의 이동과 함께 회전 또는 병진 이동을 하게 된다.

상기 각 치아에 대한 이동 속성이 설정된 후, 설정된 이동 속성을 바탕으로 컴퓨터는 가상으로 환자의 치열을 이상적인 치열 구조에 맞게 위치 및 자세를 재배열시키는 작업을 수행한다.

도 13은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계를 설명하기 위해 교정후 치열을 도시한 개략도이다.

도 13을 참조하면, 이상적인 치열 구조는 새롭게 정의한 아이디얼 아치(I-Arch), 기준점(BP) 및 중심점(CP)을 참고하여 생성된다. 일반적으로 32개의 치아를 일일이 수동으로 움직여 재배열하는 것으로 현실적으로 불가능하다. 하지만, 본 실시예에 따른 제공방법은 아이디얼 아치(I-Arch) 및 기준점(BP) 등을 새롭게 정의하여 치아들을 이상적인 위치 및 자세로 자동 이동시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 제공방법에 따른 이동 파라미터를 설명하기 위한 개략도이다.

도 14를 참조하면, 기준점(BP) 및 중심점(CP) 외에도 기준 치열 데이터베이스로부터 이상적인 치열 구조에서 각 치아의 노멀 경사각(Inc; Inclination or Normal tilt angle) 및 접선 경사각(Ang; Angulation or Tangent tilt angle), 그리고 이동 룰 등을 읽어 들여 얻을 수 있다. 여기서 노멀 경사각(Inc)은 치아의 기준축(AX)이 기준점(BP)에서 아이디얼 아치(I-Arch)의 노멀 벡터(normal vector)에 대해 기울어진 각을 의미하며, 접선 경사각(Ang)은 치아의 기준축(AX)이 동일한 기준점(BP)에서 아이디얼 아치(I-Arch)의 접선 벡터(tangent vector)에 대해 기울어진 각을 의미한다.

이에 따라 환자의 치열 구조 및 이상적인 치열 구조를 갖도록 이동된다. 즉, 각 치아의 기준점이 아이디얼 아치 상에 위치하도록 이동되며, 기준 치열 데이터베이스에 의해서 제공되는 노멀 경사각 및 접선 경사각의 값에 따라 각 치아의 기준축의 노멀 경사각 및 접선 경사각이 이동한다. 또한, 치아는 아치의 곡선을 따라 이동하게 되며, 각 치아가 서로 타이트(tight)하게 접촉하도록 조정되고, 치아의 정점이 동일한 평면 상에 위치하도록 조정된다.

종래의 치열 교정 역시 정렬된 아치를 형성하고, 치아가 서로 타이트 하게 접촉되는 것을 목적으로 하고 있지만, 치아의 불규칙적인 치면을 기준으로 하기 때문에 의사의 주관적 관점에 의지해야만 하였고, 통일적인 방법을 규정할 수가 없었다. 그 결과 종래의 치열 교정 방식은 컴퓨터를 통해 교정 데이터를 제공하는 것이 매우 어려웠으며, 설령 컴퓨터를 이용하더라도 대부분의 작업이 사람의 수작업에 의해서 결정되어 자동으로 이상적인 치열 구조를 제공하고, 교정에 필요한 이동 파라미터를 제공하는 것이 실질적으로 불가능하다.

도 15는 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에서 중간 단계 모델을 생성하는 단계를 설명하기 위한 순서도이며, 도 16은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에 의해서 생성된 중간 단계 모델을 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면, 교정 치료를 치열 교정기를 제작하기 위해 교정 전, 후의 환자의 치열 구조 사이의 중간 단계 모델을 생성한다. 교정 전, 후의 각 치아의 이동 파라미터를 계산하고 치열 교정의 이동 룰을 고려하여, 정해진 단계에 따라 중간 단계 모델이 생성한다.

각 중간 단계의 치열 모델은 필요에 따라 선택된 치아의 선형 또는 비선형적 이동량을 반영할 수 있으며, 최종적으로 중간 단계 모델은 치열 교정기를 제조할 수 있는 파일 형태(ex. STL file)로 출력된다.

중간 단계의 스텝 수를 결정하기 위해서 이동 파라미터를 검색하여 최대 회전 또는 병진 이동을 하는 치아를 찾는다(S71). 그리고, 단계별 적용될 수 있는 소정의 최대 이동량을 이용하여 회전 및 병진 각각에 적용될 수 있는 스텝 수를 계산한다(S72). 회전 및 병진에 대해 각각 계산된 스텝 수 중 큰 값을 전체 중간 단계의 스텝 수로 정한다(S73). 최종적으로 정해진 스텝 수에 따라 단계별로 중간 단계의 치열 모델을 생성한다.

도 16에 도시된 바와 같이, 최종적으로 결정된 스텝 수에 따라 중간 단계 모델(step 1~step 5)이 생성되며, 생성된 중간 단계 모델들은 치열 교정 데이터로 제공된다. 일반적으로 각 중간 단계 모델별 치열 교정 데이터는 STL파일로 제공되고 있다. 하지만, 이 외에도 치열 교정 시스템(100)은 치열 교정기 제조장치와 연결되어 제공된 치열 교정 데이터를 기초로 직접 중간 단계 모델을 생산할 수 있으며, 외부 치열 교정기 제조장치와 연결되어 생산에 필요한 치열 교정 데이터를 전송할 수 있다. 물론, 기록매체 등에 기록된 형태로도 제공될 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 치열 교정 데이터 제공방법은 객관적인 치열 교정 체계를 이용하여 환자에게 통일화되고 올바른 교정 데이터를 제공할 수 있다.

또한, 새롭게 정의된 아이디얼 아치, 기준축, 기준점 등의 개념을 이용하기 때문에 컴퓨터를 이용한 자동 연산이 용이하고, 불규칙하고 주관적이었던 종래의 치열 교정 원리에 비해 정확하고 신속하게 치열 교정 데이터를 제공할 수 있다.

또한, 의사의 경험이나 주관적 판단에 대한 의존도를 현저하게 경감시킬 수 있어, 치과 의사를 보조하여 대중적으로 사용될 수가 있다.

또한, 교정 전후의 치열 데이터를 비교하여 수개의 중간 단계 모델을 생성하고, 상기 중간 단계 모델을 이용하여 환자의 치열을 단계적으로 교정할 수 있는 치열 교정 데이터 제공하여, 환자는 정확하고 올바른 치열 교정을 받을 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 설명하기위한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.

도 2는 치열 교정 데이터 제공방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법 중 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.

도 4는 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5는 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위해 치아의 측면을 도시한 측면도이다.

도 6은 본 실시예에 따른 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 기준축 및 기준점을 정의하는 단계를 설명하기 위해 모니터 윈도우를 도시한 개략도이다.

도 7은 프로그램에서 정의된 기준축을 도시한 개략도이다.

도 8 내지 도 10은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 아이디얼 아치를 생성하는 단계를 설명하기 위해 모니터 윈도우를 도시한 개략도들이다.

도 11은 새롭게 정의된 아이디얼 아치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 12는 본 실시예에 따른 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 치아의 이동 속성을 설정하는 단계를 설명하기 위해 설정창을 도시한 개략도이다.

도 13은 본 실시예에 따른 제공방법을 실시하기 위한 프로그램에서 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계를 설명하기 위해 교정후 치열을 도시한 개략도이다.

도 15는 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에서 중간 단계 모델을 생성하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.

도 16은 본 실시예에 따른 치열 교정 데이터 제공방법에 의해서 생성된 중간 단계 모델을 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100：치열 교정 시스템 110：CPU

112：RAM 114：ROM

120：저장장치 122：기준 치열 데이터베이스

124：환자 치열 데이터베이스 130：인터페이스

132：모니터 134：입력장치

136：3차원 스캐너 AX：기준축

BP：기준점 CP：중심점

I-Arch：아이디얼 아치

Claims

이상적인 치열 데이터를 포함하는 기준 치열 데이터베이스를 유지하는 단계;

환자의 교정전 치열 데이터를 측정하는 단계;

상기 환자의 교정전 치열 데이터를 이용하여 상기 환자의 각 치아에 대해 기준축 및 상기 기준축 상에 위치한 기준점을 정의하는 단계;

상기 환자의 측정된 치열 데이터를 이용하여 아이디얼 아치를 생성하는 단계;

상기 아이디얼 아치 및 상기 기준점을 이용하여 상기 환자의 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계;

상기 교정전 및 교정후 치열 데이터를 비교하여 상기 치아 각각의 이동 파라미터를 계산하는 단계; 및

상기 치아 각각의 이동 파라미터를 이용하여 치열 교정 데이터를 제공하는 단계를 구비하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 환자의 교정전 치열 데이터를 이용하여 상기 환자의 각 치아에 대해 기준축 및 상기 기준축 상에 위치한 기준점을 정의하는 단계에서 상기 측정된 치열 데이터로부터 상기 치아 각각의 솔리드 모델을 생성하고, 상기 치아의 솔리드 모델을 통과하는 종방향으로 통과하는 기준축을 정의하고, 상기 기준축 상의 소정의 위치에 기준점을 정의하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제2항에 있어서,

상기 치아 각각의 상기 솔리드 모델에 상호 평행한 복수개의 평면을 가상으로 교차시키고, 상기 교차에 의해서 생성된 교차면의 무게 중심을 서로 연결하여 상기 기준축을 정의하며,

상기 기준 치열 데이터베이스로부터 이상적인 치열 구조에서 상기 치아에 대응하는 기준점 거리를 획득하고, 상기 치아의 교합면과 상기 기준축의 교점으로부터 상기 기준점 거리만큼 이격된 지점에 상기 기준점을 정의하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제3항에 있어서,

상기 기준축 및 상기 기준점을 정의하는 단계에서, 상기 솔리드 모델과 교차하는 교차면은 상기 치아의 교합면에 인접하게 접근하여 형성되는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제3항에 있어서,

상기 기준 치열 데이터베이스로부터 이상적인 치열 구조에서 상기 치아에 대응하는 중심점 거리를 획득하고, 상기 치아의 교합면과 상기 기준축의 교점으로부터 상기 중심점 거리만큼 이격된 지점에 중심점을 더 정의하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 환자의 치열 데이터는 3차원 스캔에 의해서 측정되어 서피스 모델로 생성되고, 상기 기준축 및 상기 기준점을 정의하기 전에 상기 서피스 모델은 솔리드 모델로 전환되는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 환자의 측정된 치열 데이터를 이용하여 상기 아이디얼 아치를 생성하는 단계는 상기 환자의 상악 또는 하악 치열 중 적어도 3개의 치아를 선택하고, 상기 선택된 치아의 상기 각각의 기준점을 연결하여 상기 아이디얼 아치가 형성되는 제1 아치 평면을 정의하고, 상기 제1 아치 평면에 형성되며 상기 기준점들을 전체적으로 통과하는 스플라인 곡선을 형성하여 상기 제1 아이디얼 아치를 생성하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제7항에 있어서,

상기 환자의 상악 또는 하악의 치열의 상기 제1 아치 평면을 정의한 후, 다른 치열의 중 적어도 한 치아를 선택하고, 상기 선택된 치아의 상기 기준점을 통과하며 상기 제1 아치 평면과 평행한 제2 아치 평면을 정의하고, 상기 제2 아치 평면에 형성되고 상기 다른 치열의 상기 기준점들을 전체적으로 통과하는 스플라인 곡선을 형성하여 제2 아이디얼 아치를 생성하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제8항에 있어서,

상기 제1 및 제2 아이디얼 아치를 생성한 후에, 상기 제1 및 제2 아이디얼 아치의 정점들의 수평 또는 수직거리를 조정하고, 상기 제1 및 제2 아이디얼 아치를 함께 회전시키는 수평도를 조정하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 스플라인 곡선은 좌우 대칭을 이루며 형성되는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 아이디얼 아치 및 상기 기준점을 이용하여 상기 환자의 교정후 치열 데이터를 생성하는 단계에서 상기 치아의 이동 속성을 선택하고, 상기 선택된 이동 속성에 따라 자동으로 상기 교정후 치열 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제11항에 있어서,

상기 이동 속성은 고정, 링크, 그룹 및 자유이동 중 하나로 선택되며, 상기 고정으로 선택된 치아는 이동하지 않고 교정전 위치 및 자세를 유지하고, 상기 링크로 선택된 치아는 상악 또는 하악에서 서로 대응되는 치아와 함께 이동하며, 상기 그룹으로 선택된 동일 그룹에 속하는 다른 치아와 함께 이동하며, 상기 자유이동으로 선택된 치아는 이동에 제한 없이 상기 아이디얼 아치를 따라 회전 또는 병진 이동하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 이동 파라미터는 상기 기준점으로부터 상기 아이디얼 아치까지의 거리, 상기 아이디얼 아치에서 상기 기준점에 대한 노멀 벡터 방향에 대해 상기 기준축이 기울어진 노멀 경사각 및 상기 기준점에서 상기 아이디얼 아치의 접선 방향에 대해 상기 기준축이 기울어진 접선 경사각 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항에 있어서,

상기 이동 파라미터를 이용하여 상기 치열 교정 데이터를 제공하는 단계는 상기 교정전 및 교정후 치열 데이터를 소정의 단계로 나누는 중간 단계 모델을 생성하여 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제14항에 있어서,

상기 치아 각각의 상기 이동 파라미터를 검색하여 최대 회전 및 최대 병진 이동을 하는 치아를 찾고, 각 중간 단계별 적용될 수 있는 최대 이동량을 이용하여 상기 최대 회전 이동을 하는 치아 및 상기 최대 병진 이동을 하는 치아에 적용될 수 있는 스텝 수를 각각 계산하고, 상기 계산된 스텝 수 중 큰 값을 상기 중간 단계 모델의 수로 결정하는 것을 특징으로 하는 치열 교정 데이터 제공방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체.