KR20080034472A - 3차원 물체의 3차원 화상 정합 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치의학 및 관련 의학(그리고 적절한 비의학) 용례에 맞게 구성된 3차원 기반 모델링 방법 및 시스템에 관한 것이다. 데이터 캡쳐 수단은 물체(예컨대, 치열궁)의 3차원 표면을 나타내는 점 집합을 생성한다. 3차원 인식용 물체는 특히 화상 필드 내에서 화상의 선명도가 낮은 영역 내에 마련되어, 인접 및 중첩 화상의 매우 정확한 결합(또는 '스티칭')을 가능하게 하기에 충분한 위치, 각도 및 방위 정보를 3차원 화상 처리 소프트웨어에 제공하는데, 상기 영역은 특히 2개 이상의 화상의 중첩 부분에 나타나는 것이다. 본 발명에 따르면, 상악골 치열궁 및 하악골 치열궁 등과 같은 연관된 물체 또는 그 모델의 정렬 및 형성이 용이해진다.

Description

3차원 물체의 3차원 화상 정합{REGISTRATION OF 3D IMAGING OF 3D OBJECTS}

본 발명은 복수 개의 스캔 화상에서 물체 및 특징부의 상대적 위치를 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이며, 구체적으로는 개개의 환자의 해부학적 구조에 의해 정해지는 정확한 치수로 외과적 장치 및 보철물을 설계 및 제조할 필요가 있는 것 등을 비롯한 의학 및 치과 용례에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 환자의 하악골 및 상악골 또는 이에 상당하는 모형이나 인상(印象)의 디지털 3D 스캔 화상을 가능한 정확하게 정합하는 문제에 관한 것이다.

대부분의 외과 수술 절차는, 환자의 해부학적 구조에 매우 높은 정확도 및 정밀도로 맞춰질 필요가 있는 보철물과 그 밖의 인공 장치를 환자의 연조직이나 골조직에 임시적으로 또는 영구적으로 삽입하는 것과 관계가 있다. 한 가지 이러한 용례는 임플란트 치의학, 즉 환자가 잃은 하나 이상의 자연 치아를 가상 설치하고 대체하도록 구성된 보철 요소를 수용하고 지지하는 하나 이상의 (대개 금속제) 임플란트 앵커를 환자의 턱뼈 내에 외과적으로 설치하는 과정과 관계가 있다. 완전히 성공적인 결과를 얻기 위해서는, 임플란트 절차가 기존의 뼈 구조와 치열에 의해 정해지는 매우 엄격한 배치, 방위 및 치수 요건을 고수하여야만 하고, 이로써 외과적으로 설치된 임플란트 앵커 상에 끼워 맞춰지는 보철 요소가 인접 치아의 위 치, 형상 및 크기를 비롯한 환자의 정확한 해부학적 구조에 특별하게 맞춰진 구조, 형상 및 크기를 가져야만 하는 것이 바람직하며, 지지용 임플란트 앵커의 주축을 정확한 방위로 매우 정확하게 바꾸어야만 한다는 것은 잘 알려져 있다.

또한, 치과 교정학 및 수복 치의학 분야에서 이루어진 많은 제품 및 서비스의 개발은 컴퓨터 보조 설계(CAD) 및 컴퓨터 보조 제조(CAM)의 사용을 추구한다. 예컨대, 환자의 구강의 인상으로부터 만들어진 치아의 석재 또는 석고 모형에서는 대개 필요한 제품 또는 서비스를 제공하는데 사용되고, 환자의 치열 또는 환자의 치열을 나타내는 모형을 3차원(3-D) 스캔하는 것은 적절한 구조를 나타내는 데이터를 치과 CAD 시스템에 제공하는 데 사용된다. 그러나, 이러한 용례에서 치과 CAD 모델링을 하려면, 상악골(혹은 상부 모형의 복제품)과 하악골(혹은 하부 모형의 복제품)의 화상을 매우 정확하게 정렬할 필요가 있다.

이러한 엄격한 요건을 충족시키기 위한 종래의 방법에서는 환자의 턱과 치열의 모델을 형성하는데, 이러한 모델의 형성은 전체 치열궁을 구성하는 환자의 구강 내에 있는 치아의 위와 둘레에 씌우는 연성 물질을 이용하여 소위 환자의 치열의 "인상"을 취하는 것을 포함한다. 임플란트와 수복 요소의 설치가 인자인 경우에는, 대개 임플란트 앵커를 외과적으로 삽입한 이후에 상기 인상을 취한다. 대개, 인상용 코핑이라 불리우는 기준 요소는 삽입된 임플란트 앵커의 외측 말단에 부착되어, 앵커의 위치 및 각도 방위를 지시하는 역할을 한다. 그 결과, 상기 인상에 기초한 형틀로부터 만들어진 모델은 환자의 턱 내에 있는 앵커를 본뜬 소위 "닮은꼴" 앵커를 포함할 것이며, 상기 앵커에 대한 보철물은 전술한 바와 형성된 상기 모델의 기 하 구조에 기초하여 설계 및 제조될 것이다.

전술한 종래의 절차는 실제 매우 많은 난제와 단점을 내포하고 있다. 치아 전문가는 치수 및 위치 오차가 항상 없는 치아의 인상 및 이에 따른 모델을 제조하는 것이 불가능하고; 서브-밀리미터의 치수 오차, 또는 1도 혹은 2도의 방위 오차조차도 보철물의 설치에 있어서 용납할 수 없는 스트레스와 조건을 일으키는 용례에 수반되는 기하 구조의 요건이 매우 엄격한 것으로 판명되었다.

최근 몇 년 동안에는 종래의 임플란트 치의학 절차의 전술한 잘 알려진 문제를 해결하기 위해 화상-기반 모델링 기술을 이용하려는 시도가 이루어졌다. 이러한 시도에서는, 환자의 구강의 화상을 취하고, 소위 3차원 화상 처리 기술 및 소프트웨어를 이용하여 해당 영역의 3차원 모델을 재현한다. 1830년대에 사진 촬영이 발명되고 10년이 지난 후에 유래한 사진 측량 분야는, "사진 화상과 전자기 방사 에너지의 패턴과 그 밖의 현상을 기록, 측정 및 해석하는 과정을 통하여 물리적 대상 및 환경에 대한 믿을만한 정보를 확보하는 방법, 과학 및 기술"이다(American Society of Photogrammetry and Remote Sensing의 Manual of Photogrammetry 제4판, 1980). 특히, 빠른 처리 속도와 큰 메모리를 가진 컴퓨터가 등장하고, 저가의 디지털 카메라와 그 밖의 화상 캡쳐 장치가 등장함으로써, 다양한 가상 모델링 용례에 적용 가능한 기성의 3차원 화상 처리 소프트웨어를 쉽게 이용할 수 있게 되었다. 이러한 소프트웨어의 사용을 통해, 화상화할 대상 필드의 3차원 모델을 시판 제품을 이용하여 적절히 정확하게 재구성할 수 있게 되었다. 그러나, 인체를 화상화하는 것은 특히 큰 정확도를 필요로 하고 물리적인 제약을 갖기 때문에, 치의학 분야에서 인체의 화상화는 만족스러운 3차원 화상화 기술 없이는 요원해졌다. 특히, 화상화할 현장을 가상 모델 형태로 정확하게 재구성할 할 필요가 있다는 것이 문제가 된다. 대개, 하나 이상의 위치에서 물체의 화상을 취하여, 보다 완전한 3차원 모델을 제공한다.

1998년 12월 22일자로 칼슨(Carlsson) 등에게 허여된 미국 특허 제5,851,115호에는, 환자의 구강의 가상 모델을 형성하고 이로부터 치아 부분을 설계 및 제조하기 위해 구강을 화상화하는 사진 측량 방법 및 시스템이 기술되어 있다. 상기 칼슨 등의 특허에 따른 시스템에서는, 단일 노출로 2개의 서로 다른 각도로부터의 입체 화상을 구현할 수 있게 하는 미러 세트를 포함하는 특수 카메라가 이용된다. 또한, 칼슨 등의 특허의 시스템은 미러 시스템에 의해 형성된 가상 "렌즈"의 상대적 기하 구조를 정확하게 파악하는 것을 필요로 한다. 칼슨 등의 특허에서는 화상화할 특징부의 위치 및 방위를 소프트웨어가 확정하는 것을 돕기 위해, 화상화할 필드 내의 평평한 표면에 부가하는, 예컨대 원 등의 기준 표시를 사용하는 것을 교시한다.

또한, 1999년 1월 12일자로 판 니프테릭(van Nifteric) 등에 허여된 미국 특허 제5,857,853호에는, 임플란트 치의학에 사용되는 치아 보철 부품을 제조하는 데 필요한 치수 및 방위 데이터를 획득하기 위한 사진 측량 기반의 방법이 개시되어 있다. 사진 측량 소프트웨어의 3각 측량 엔진이 필요로 하는 2개 이상의 시점을 확보하기 위해, 판 니프테릭 등의 방법은 정확히 파악된 상대적 위치를 갖는 복수 개의 카메라, 또는 서로 떨어져 있지만 정확하게 정해져 있는 위치 사이에서 이동 가능한 회전 운반대 상에 장착된 단일 카메라를 이용한다. 또한, 판 니프테릭 등의 특허는 화상화할 현장의 특징부를 좌표계 내에 배치하는데 있어서, 사진 측량 소프트웨어에 의해 사용되는 기준점의 역할을 하는 물체 및 지점의 인식을 이용하는 것을 교시한다. 따라서, 판 니프테릭 등의 특허는 측정 눈금 표시를 갖는 바(bar)와 핀 상에 장착된 2개의 구체를 인식용 물체로서 사용하는 것을 개시한다.

칼슨 등의 특허와 판 니프테릭 등의 특허에 개시된 방법은 상당한 발전을 이루었지만, 이들 방법에는 대부분의 임플란트 치의학 전문가가 이들 방법을 실행할 수 없게 만드는 몇 가지 중요한 약점 및 단점이 여전히 있다. 상기 두 가지 방법은 모두 매우 특수하고 그에 따라 고가인 카메라 설비를 사용할 필요가 있으며, 또한 상기 두 가지 방법은 모두 이러한 카메라 설비를 정확하게 정렬하여 복수 개의 화상을 정확히 파악된 상대적인 렌즈 위치로부터 캡쳐할 필요가 있다. 상기 두 가지 방법은 넓은 가시 영역, 구체적으로는 특징부의 선명도가 매우 낮은 것을 특징으로 하는 넓은 가시 영역, 즉 무치(이가 없는) 턱을 나타내며 그에 따라 임플란트 치의학 업무에 있어서는 매우 일반적인 상태를 정확하게 화상화하기에는 기능적으로 불충분하다. 본 발명은 전술한 종래 기술의 단점을 해결하며, 또한 본 발명은 매우 저렴하고 특히 복합 3차원 화상의 사용을 필요로 하는 용례에 있어서 특징부의 재구성 정확도를 개선한 3차원 기반 가상 모델링 방법, 특히 의학 및 치과 용례와 관련한 3차원 기반 가상 모델링 방법을 제공한다.

구체적으로 치과 CAD 시스템에 상악골 및 하악골의 상대적 위치를 제공하는 문제에 관해서, 종래 기술의 방법은 공통의 특징을 공유하는 2가지 방법에 의존하 였는데, 첫 번째 종래 기술의 방법은 상악골 및 하악골 모두의 표면의 3차원 화상을 단일 화상에 캡쳐하는 것에 의존한다. 그 후, 상악골 및 하악골의 서로 다른 개개의 스캔 화상은 상기 상악골 및 하악골 모두의 표면의 화상에 의해 제공되는 공통 템플릿과 매칭된다. 두 번째 종래 기술의 방법은 윗니와 아랫니 모두의 교합면 또는 대합면의 "교합 인상" 혹은 인상을 캡쳐하는 것에 의존한다. 하악골의 기하 구조를 캡쳐한 후에, 하악골의 표면에 교합 인상을 놓고, 이를 스캔한다. 그 후, 상악골의 스캔 화상은 교합 인상의 교합면의 화상과 매칭된다.

이전 단락에 기술된 두 가지 종래 기술의 방법은 모두 두 가지 기본적인 문제가 있다. 한 가지 문제는 계산의 복잡도이며, 매칭된 화상의 상대적 위치와 관련하여 작업자가 적합한 초기 추정을 행하는 것을 통해 계산의 복잡도를 한층 더 최소화할 필요가 있다는 것이다. 두 번째 더욱 큰 난제는 환자가 부분적으로 또는 완전히 이를 잃은 상태일 때 야기되는데, 이 경우 상악골 및 하악골의 스캔 화상을 매칭하는데 필요한 3차원 정보가 부족하다. 또한, 교합 인상으로부터 전치(前齒)의 기하 구조를 획득하기가 어렵다.

몇몇 종래 기술에서는, 스캔되는 필드의 3차원 특징부를 나타내는 데이터 점의 집합을 캡쳐할 수 있는 임의의 적절할 스캔 수단을 사용하여 물체를 스캔한다. 이러한 스캔은 대개 총체적으로 화상 필드를 메우는 복수 개의 중첩 화상을 취하여 필요한 기하 구조를 커버할 것을 필요로 한다. 대개 이러한 서로 다른 스캔 화상으로부터 완전한 3차원 모델을 재현하기 위해 다양한 방법을 이용한다. 이러한 종래 기술의 방법 중 하나에서는, 카메라에 대한 모델의 정확한 위치 관련 정보를 사 용하여 복수 개의 화상의 위치 및 방위를 정한다. 또한, 시판 3차원 화상 처리 소프트웨어 제품도 화상들의 중첩 영역을 매칭하는 것을 통해 별개의 스캔 화상을 단일 모델로 결합하는 툴을 제공한다. 잘 알려진 적절한 화상 처리 소프트웨어의 예로는 Raindrop Geomagic, Inc에서 판매하는 the Studio 소프트웨어가 있다.

본 명세서에는 치의학 및 관련 의학 (및 적절한 비의학) 용례용으로 구성된 3차원 기반 모델링 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 이러한 방법 및 시스템의 한 가지 양태는 특수 카메라에 대한 필요성을 없애는 대신에, 3차원 표면을 나타내는 점 집합을 생성하는 임의의 데이터 캡쳐 수단을 사용할 수 있게 한다. 이러한 데이터 캡쳐 수단은, 예컨대 휴대형 또는 프레임 고정형의 3차원 레이저 스캐너, 통상의 디지털 카메라, 또는 특수한 의학 용례에 특히 적합한 임의의 다른 촬상 수단일 수 있다.

본 명세서에 개시된 다른 양태는, 3차원 인식용 물체를 사용하여, 3차원 화상 처리 소프트웨어로 하여금 물체의 위치 및 방위를 화상 필드 내에서 자동적으로 파악하고 정확하게 결정할 수 있게 하는 것이다.

본 명세서에 개시된 다른 양태는, 토포그래피가 잘 한정되어 있는 인식용 물체를 화상 필드에 있어서 화상의 선명도가 낮은 영역(저선명도 영역) 내에, 특히 2개 이상의 화상의 중첩 부분에서 나타나는 이러한 저선명도 영역에 배치하여, 인접 및 중첩 화상의 매우 정확한 결합(또는 "스티칭")을 가능하게 하기에 충분한 위치, 각도 및 방위 정보를 3차원 화상 처리 소프트웨어에 제공하는 것이다.

본 명세서에 개시된 또 다른 양태는, 상악골과 하악골의 공간 관계를 정확하게 캡쳐하기 위한 방법을 포함하는데, 이 방법은 치열의 존재 유무에 좌우되지 않으므로, 부분적으로 혹은 전체적으로 이를 잃은 환자로부터도 정확한 CAD 모델링 데이터를 획득하는데 충분히 사용될 수 있다. 전술한 방법들에서는, 완벽하게 정확한 기하학적 기준을 제공하기 위해, 비생리적 인식용 물체 또는 기하 구조를 상악골과 하악골에 또는 환자의 상악골과 하악골을 나타내는 형틀에 추가한다.

본 발명의 다른 양태에서, 치아 모델의 상부 요소와 하부 요소의 상대적 위치를 캡쳐하기 위한 대안적인 방법은 상기 모델의 상부 요소와 하부 요소 중 비치아 부분의 평면 3차원 기하 구조를 이용한다. 이러한 대안적인 방법에서, 소프트웨어는 3차원 스캔 데이터로부터 모델의 기하학적 위치 결정 특징부를 정합하고, 이러한 기하학적 위치 결정 특징부의 기지(旣知)의 특징을 이용하여, 모든 해부학적 및 치의학적 특징부를 포함하는 모델과 관련된 모든 토포그래피 특징을 완벽하고 정확하게 찾아낸다. 이러한 기하학적 위치 결정 특징부는 각 모델의 요소 상에 있는 최소 3개의 교차 평면일 수 있고; 그 대신에 이러한 기하학적 위치 결정 특징부는 평면, 및/또는 모델의 요소의 평면에 배치되거나 도포되는 디스크, 구체 혹은 임의의 다른 비치아 물체 등과 같은 특징부의 조합을 포함하여 명확한 위치 데이터(각 물체당 6개의 자유도)를 제공한다.

이러한 방법들에서, 기지의 기하 구조를 갖는 인식용 물체는 정확하게 파악된 상대적 위치 또는 정확히 결정 가능한 상대적 위치에 배치되어 있는 잘 한정된 특징부를 포함하는 것으로서, 화상 필드 내에, 특히 화상 필드 내에서 특징부의 선명도가 낮은 영역에 고정 배치된다. 인식용 물체의 예로는 기지의 반경을 갖는 하나 이상의 구체와, 기지의 기하 구조 및 치수를 갖는 하나 이상의 평면형 물체(예컨대 피라미드 등) 등이 있다. 그 후, 화상 필드를 스캔하는데, 이러한 스캔은 상기 화상 필드를 커버하여 필요한 기하 구조를 제공하도록 화상 필드를 유효하게 "패닝(panning)"한다. 그 후, 바람직하게는 본 명세서에 기술된 알고리즘을 포함하는 3차원 화상 처리 소프트웨어를 이용하여, 스캔 수단으로 확보한 3차원 화상 데이터를 결합하고, 스캔된 화상 필드의 기하 구조를 높은 정확도로 재구성한 가상 3차원 모델을 결정한다.

따라서, 물리적으로 연결된 기지의 기하학적 특징부를 중요한 가시 영역을 총체적으로 커버하는 개개의 화상, 중첩 화상, 또는 비중첩 화상에서 인식용 물체로서 이용하면, 이들 화상의 상대적 위치 및 방위를 결정할 수 있다. 이러한 본 발명의 양태는, 스캔 화상이 정렬될 때 전위(轉位), 뒤틀림, 및/또는 그 밖의 왜곡을 야기하는 공지된 "스티칭" 방법에서 생기는 부정확한 소스를 제거하는 역할을 한다.

본 발명의 또 다른 양태는 상악골 치열궁과 대향 하악골 치열궁의 3차원 스캔 화상 데이터를 결합하고 정렬하는 3차원 모델 구성을 위한 방법이다. 이 방법은, 상악골 치열궁과 하악골 치열궁 각각의 위치 및 방위를 결정할 수 있기 하기에 충분하게 이들 치열궁의 표면 가까이 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 단계; 상기 치열궁의 토포그래피 특징을 내포하고 나타내는 3차원 화상 데이터를 확보하기 위해, 그리고 상기 치열궁 각각에 관련된 인식용 특징부를 캡쳐하기 위해 상기 치열궁을 개별적으로 3차원 스캔하는 단계; 상기 개별적인 3차원 스캔 단계에서 캡쳐된 인식용 특징부를 내포하는 상기 치열궁 각각에 대한 3차원 화상 데이터를 확보하기 위해, 상기 상악골 치열궁과 상기 하악골 치열궁을 교합 관계로 놓고 이들 치열궁을 3차원 스캔하는 단계; 및 상기 3차원 화상 데이터를 처리하여 3차원 모델을 구성하는 단계를 포함하고, 이러한 3차원 모델에서 해당 상악골 치열궁 표현물은 해당 하악골 치열궁 표현물과 정확하게 정렬된다. 상기 치열궁은 환자의 상악골 치열궁과 하악골 치열궁의 인상 또는 형틀에서 형성될 수 있다. 하나 이상의 인식용 특징부는 상기 치열궁 중 적어도 하나에 대해 외부에 배치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 인식용 특징부는 상기 치열궁 중 적어도 하나에 대해 내부에 배치된다. 상악골 치열궁과 하악골 치열궁 각각의 위치 및 방위를 결정할 수 있기 하기에 충분하게 이들 치열궁의 표면 가까이 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 단계는, 인식용 특징부가 상기 치열궁의 하나 이상의 치의학적 특징부와 함께 찍혔을 때 적어도 하나의 치열궁의 위치 및 방위를 결정할 수 있게 하기에 충분한 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 상기 치열궁 중 적어도 하나가 무치 치열궁이거나, 또는 상기 치열궁 모두가 무치 치열궁이 아니거나, 또는 상기 치열궁 중 적어도 하나가 무치 영역을 가질 수 있다.

다른 양태는 상부 치아 모델 요소와 대향 하부 치아 모델 요소의 3차원 스캔 화상 데이터를 결합하고 정렬하는 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법이다. 이 방법은, 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소 각각을 3차원 스캐너를 사용하여 3차원 스캔하는 단계로서, 이들 치아 모델 요소 중 적어도 하나는 평면형 특징부를 구비하여 상기 스캔 동안에 상기 치아 모델 요소의 평면형 특징부가 상기 3차원 스캐너의 평평한 표면과 맞닿게 위치하게 되고, 상기 치아 모델 요소는 추가적인 인식용 특징부를 더 구비하며, 이 인식용 특징부는 상기 평면형 특징부(기저 특징부)와 합동으로 각 치아 모델 요소의 위치 및 방위를 결정하기에 충분한 것인 3차원 스캔 단계; 상기 상부 치아 모델 요소와 상기 하부 치아 모델 요소를 교합 관계로 하여 상기 3차원 스캐너에 대해 배치하는 단계; 첫 번째 단계(상기 3차원 스캔 단계)에서 스캔되는 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소의 상기 인식용 특징부를 충분하게 내포하는 3차원 화상 데이터를 확보하여 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소를 정렬할 수 있게 하도록, 상기 상부 치아 모델 요소와 상기 하부 치아 모델 요소를 3차원 스캔하는 단계; 및 상기 3차원 화상 데이터를 처리하여 3차원 화상 모델을 구성하는 단계를 포함하고, 이러한 3차원 화상 모델에서 상기 상부 치아 모델 요소의 표현물은 상기 하부 치아 모델 요소의 표현물과 정확하게 정렬된다. 상기 추가적인 인식용 특징부 중 적어도 하나는 평면형 특징부일 수 있고, 이러한 평면형 특징부는 스캔 시에 상기 3차원 스캐너의 위치 맞춤용 표지(標識)와 맞닿게 위치하게 될 수 있다. 몇몇 예에서, 상기 위치 맞춤용 표지는 상기 3차원 스캐너의 평평한 표면 영역에 대해 수직하다. 상기 치아 모델 요소 중 적어도 하나가 무치 치아 모델 요소이거나, 또는 상기 치아 모델 요소 모두가 무치 치아 모델 요소가 아니거나, 또는 상기 치아 모델 요소 중 적어도 하나가 무치 영역을 가질 수 있다.

도 1은 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템에 따라 사용 가능한 제1 인식용 물체의 사시도.

도 2는 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템에 따라 사용 가능한 제2 인식용 물체의 사시도.

도 3은 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템에 따라 사용 가능한 제3 인식용 물체의 사시도.

도 4는 제3 인식용 물체를 포함하는 치열궁의 사시도.

도 5는 제4 인식용 물체를 포함하는 치열궁의 사시도.

도 6은 환자의 상악골 및 하악골에 상당하는 형틀에 대해 외부에 배치된 인식용 물체의 사시도.

도 7은 내부에 배치된 3개의 인식용 물체를 포함하는 하악골 형틀의 도면.

도 8은 도 7의 형틀 중 3개의 인식용 물체에 의해 만들어지는 인상을 보여주는 상악골 형틀의 도면.

도 9는 도 8에 보이는 인상 내에 배치된 구체를 이제 포함하는 도 8에 도시된 형틀의 도면.

도 10은 특유의 평평한 표면을 보여주는 조립된 치아 모델의 사시도.

도 11은 도 10에 도시된 치아 모델 중 하부 요소의 사시도.

도 12는 도 10에 도시된 치아 모델 중 상부 요소의 사시도.

이제 전술한 방법의 여러 양태를 기술한다. 이러한 양태의 기술 시에는 상 기 방법 및 시스템의 특징을 예시하기 위해 실시예를 이용할 것이다. 이들 실시예는 단지 예로서 나타내어진 것이며 어떤 식으로든 제한하려는 의도는 없는 것임은 물론이다. 본 발명은 이러한 형태로 그리고 그 밖의 많은 형태로 실시될 수 있다. 이러한 실시예는 구성 요소 및 단계의 다양한 조합을 예시하지만, 이러한 구성 요소 또는 단계의 일부 또는 전부는 본 발명을 여전히 실시하고 있는 한 다른 방식으로, 다른 구성 요소나 단계를 포함하고서, 또는 다른 구성 요소나 단계를 포함하지 않고서 조립되거나 실행될 수 있음은 물론이다.

본 명세서에 사용된 몇몇 용어 또는 표현은 문맥상의 용도가 명백히 다른 것으로 보이지 않는다면 이하의 의미를 갖는 것으로 이해되어야 하며, 즉 치열궁의 표면 "가까이"는 치열궁의 바로 위 혹은 치열궁으로부터 약간 떨어진 위치라는 의미를 포함한다. "내부" 및 "외부"는 각각 구강의 안쪽 또는 바깥쪽에 있는 특징부에 관한 표현으로서, 치열궁에 대한 내부 또는 외부는 각각 U자형의 치열궁 안의 영역 또는 U자형의 치열궁 외측을 따르는 영역과 관련이 있다. 무치 치열궁은 치아가 전혀 없는 치열궁이다. 무치 영역을 갖는 치열궁은 하나 이상의 치아를 갖고 하나 이상의 치아를 잃은 부분을 갖는다.

본 발명의 양태는 스캔되는 가시 영역의 가상 3차원 모델을 형성하기 위한 방법 및 시스템으로서, 중첩하는 캡쳐 화상의 "스티칭" 시에 비생리적 물체를 기준점으로 사용하며, 그리고 추가적으로 이러한 인식용 물체를 상기 가시 영역 중 특징부의 선명도가 낮은 것을 특징으로 하는 영역에 배치하여 이러한 영역의 3차원 모델링의 정확도를 높이는 것이다.

본 발명의 다른 양태는, 특히 치과 환자의 상악골 및 하악골 등과 같은 요소의 각각으로부터 3차원 데이터를 개별적으로 스캔하여야만 하는 경우에, CAD 및 CAM 응용 프로그램에서 사용할 수 있는 상기 개개의 요소의 상대적 위치에 관한 3차원 데이터를 확보하기 위한 방법 및 시스템이다.

전술한 방법 및 시스템은 특히 의학 및 치의학 용례를 목적으로 하여 이러한 용례에 적합하고, 임플란트 치의학 및 관련 용례의 분야에 사용하기에 특히 적합하다. 치아 임플란트는 상실 치아의 수복을 수행하는데 사용된다. 인공 치근은 치과 의사에 의해 외과적으로 식립된다. 이러한 치아 임플란트는 대개 교각치와 크라운을 이용하여 "수복"을 수행하는데, 즉 인공 치근을 환자의 턱에 성공적으로 식립한 이후에, 교각치와 크라운을 포함하는 대응 요소를 상기 식립된 인공 치근에 부착하여 환자의 자연 치아를 수복할 것이다.

소정 양태에서, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 방법 및 시스템은, 치아 수복 요소의 제조자로 하여금 주변 구강 환경에 관한 임플란트의 위치 및 방위를 정확하게 측정할 수 있게 함으로써, 환자의 해부학적 구조 및 기존 치열에 맞춰진 수복 요소를 매우 높은 정확도 및 정밀도로 설계 및 기계 가공할 수 있게 한다.

치의학 관련 용례와 관련 의학 용례에서, 이러한 방법 및 시스템은 특수 카메라(들) 및 카메라 장비에 대한 필요성을 없앤다. 그 대신에, 이러한 방법 및 시스템은 3차원 표면을 나타내는 점 집합을 생성하는 임의의 데이터 캡쳐 수단을 사용할 수 있게 한다. 이러한 데이터 캡쳐 수단은, 예컨대 휴대형 또는 프레임 고정형의 3차원 레이저 스캐너, 통상의 디지털 카메라, 또는 특수한 의학 용례에 특히 적합한 임의의 다른 촬상 수단일 수 있다. 본 발명에 사용 가능한 화상-데이터 캡쳐 수단은 시중의 공급자로부터 쉽게 입수할 수 있으며, 이러한 캡쳐 수단의 예로는 미놀타 코포레이션에서 시판한 VIVID 900 모델 스캐너 등과 같은 3차원 레이저 스캐너가 있다.

본 발명의 다른 양태는 도 1 내지 도 7에 예시된 것과 같은 인식용 물체(12∼26)를 사용하여, 3차원 화상 처리 소프트웨어가 물체의 위치 및 방위를 화상 필드 내에서 자동적으로 파악하고 정확하게 결정하는 것을 돕는 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는, 토포그래피가 잘 한정되어 있는 인식용 물체를 화상 필드에 있어서 화상의 선명도가 낮은 영역(저선명도 영역) 내에, 특히 2개 이상의 화상의 중첩 부분에서 나타나는 이러한 저선명도 영역에 배치하여, 인접 및 중첩 화상의 매우 정확한 결합(또는 "스티칭")을 가능하게 하기에 충분한 위치 및 방위 정보를 3차원 화상 처리 소프트웨어에 제공하는 것이다. 이와 같이 특징부의 선명도가 낮은 영역은 무치 조건에서 일반적으로 나타나므로, 무치 턱의 촬상에 대한 고질적인 문제가 존재하였으며, 본 발명에서는 이러한 고질적인 문제를 성공적으로 해결하는 것을 최우선시하고 있다.

본 명세서에 교시된 문제 해결 방법에 있어서, 기지의 기하 구조를 갖는 인식용 물체는 정확하게 파악된 상대적 위치 또는 정확히 결정 가능한 상대적 위치에 배치되어 있는 잘 한정된 특징부를 포함하는 것으로서, 화상 필드 내에, 특히 화상 필드 내에서 특징부의 선명도가 낮은 영역에 고정 배치된다. 이러한 기술에 사용하기 위한 인식용 물체의 몇몇 실시예는, 앵글형 기둥(13-A, 13-B, 13-C) 상에 각 각 정확히 파악된 위치로 고정되며 정확히 파악된 반경을 갖는 3개의 링크된 구체(12-A, 12-B, 12-C)를 구비하는 도 1에 예시된 인식용 물체(12) 등과 같은 물체를 포함한다. 인식용 물체의 다른 유용한 형태는, 치수가 파악된 피라미드형 다각형의 예를 보여주는 도 3의 인식용 물체(16)에서 평면(16-A, 16-B)으로 도시되어 있는 것과 같은 복수 개의 평면을 사용하는 것이다. 인식용 물체의 또 다른 유용한 형태는, 도 4에 도면 부호 18로 표시되어 있는 중실 타입의 직사각형 물체를 양단부에 구비한 바(bar)와, 도 5에 도면 부호 22로 표시되어 있는 소정 간격을 두고 배치된 식별용 특징부를 구비하는 명확한 원호 형상의 와이어, 그리고 도 5(이 예에서 상기 식별용 특징부는 구체임), 도 7 및 도 9의 예에 예시된 반경이 파악된 단순 구체이다. 도 8은 구형 물체를 상악골에 부착하고 인상을 만든 이후에 형성되는 인상을 보여준다. 도 4 및 도 5는 상악골 치열궁 또는 하악골 치열궁의 형틀(40) 가까이로 옮겨진 인식용 물체를 보여준다. 도 6에서 인식용 물체는 상악골(42) 및 하악골(44)의 인상의 외부에 배치된 구체이다.

본 명세서에 교시된 방법을 실행하는 경우에, 도 1 내지 도 7과 도 9에 도시된 바와 같은 인식용 물체는 화상 필드 내에 넣어진다. 임플란트 치의학의 경우에, 하나 이상의 인식용 물체는 환자의 턱에 외과적으로 식립되어 있는 치아 임플란트에 고정될 수 있다. 이러한 인식용 물체는 각각 치아 임플란트의 계면 부분에 대응하는 교각치 부분을 각각 구성하는 것이 바람직하다. 인식용 물체는 인공 치근의 주축을 따라 배향될 수 있는 인식용 물체의 보어 내에 삽입 가능한 나사 샤프트를 갖는 패스너로 고정될 수 있다. 가시 영역이 환자의 상악골 및 하악골의 교 합 형틀을 포함하는 경우, 이 형틀에 나사 결합되거나 혹은 다른 방식으로 고정되는 기둥에 인식용 물체를 고정할 수 있다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 치아 수복 필드의 가상 3차원 모델을 구현하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 한 가지 양태에서, 본 발명은 3차원 스캔 수단으로 확보한 하나 또는 복수 개의 스캔 화상에서 인식용 물체와 인식용 물체의 특징부의 상대적 위치를 결정하고, 3차원 스캔된 물체에서 기지의 특징부의 위치 및 방위를 검출하기 위한 수단을 제공한다.

다른 양태에서, 본 발명은 치과 환자의 상악골 및 하악골 등과 같은 2개의 개체 사이의 공간 관계를, 이들 개체(즉, 상악골과 하악골, 또는 상악골과 하악골을 나타내는 형틀이나 인상) 상에 배치되거나 혹은 이들 개체에 고정된 인식용 물체를 이용하여 정확하게 캡쳐하는 방법 및 시스템을 포함한다.

인식용 물체는 본래 구비된 것일 수 있지만, 본래의 물체(또는 물체의 세트)의 비해부학적 특징부는 본래의 물체의 필드에 추가된 인공물일 수도 있다. 어느 경우라도 인식용 물체는 기지의 기하 구조를 갖는다. 이러한 인식용 물체의 기지의 기하 구조에 대한 정보를 사용하여, 소프트웨어는 인식용 물체의 정확한 위치 및 방위가 상기 스캔된 화상 데이터에 대해 식별될 수 있게 한다. 또한, 소정의 가시 영역에 대한 복수 개의 스캔 화상은 "정합"될 수 있고, 이러한 스캔 화상의 상대적 위치 및/또는 방위는 사람의 개입이 전혀 없어도 정확하게 정렬될 수 있다. 마찬가지로, 특히 상악골과 하악골이나 혹은 이들을 나타내는 형틀 등과 같은 2개의 개별적인 스캔 대상 요소로 이루어진 가시 영역을 포함하는, 2개 이상의 물체의 상대적 위치 및 방위는 각 시야 영역의 복수 개의 스캔 화상과, 인식용 물체를 내포하는 각 시야 영역으로부터의 하나 이상의 스캔 화상을 이용하여 정밀하게 그리고 높은 치수 정확도로 정확히 정렬될 수 있다.

따라서, 스캔되는 가시 영역은 기지의 기하 구조 및 치수를 갖는 하나 이상의 인식용 특징부를 구비하는 물체를 하나 이상 가져야만 하는데, 상기 인식용 특징부는 위치 및/또는 방위를 완벽하게 한정하기에 충분한 것이다. 이러한 타입의 물체의 비제한적인 예가 도 1 내지 도 7에 도시되어 있다. 인식용 (위치 파악용) 물체는 3차원 스캐너를 사용하여 스캔되고, 이렇게 스캔된 데이터는 대개 무순서 ASCII 텍스트 포맷으로 수집되지만, 3차원 점 데이터의 임의의 집합도 사용된다.

화상 처리 소프트웨어는 상기 스캔된 화상 데이터로부터 상기 인식용 물체(들)를 검출하고, (각 인식용 물체의 기지의 기하 구조를 이용하여) 각 인식용 물체의 위치 및/또는 방위를 결정하는 것을 통해, 상기 스캔된 데이터에 캡쳐된 그 밖의 모든 물체 및 특징부의 위치 및 방위를 결정하는 것도 가능해진다.

이러한 프로세스는 효율적인 컴퓨터 코드를 이용하는 완전 자동화된 프로세스에서 신속하게 실행될 수 있다. 예컨대, 위치 및 방위를 한정하는데 사용되는 3개의 구체의 예에서(도 1 참조), (직경과 서로 간의 거리를 알고 있는) 3개의 구체의 중심은 소프트웨어에 의해 검출된다. 그 후에, 이러한 기하학적 관계를 이용하여 원점을 계산하고, 이 원점의 위치를 대개 3중 데이터 점(x, y, z)으로서 출력한다. 또한, 소프트웨어는 인식용 물체의 방위를 2개의 단위 벡터로서 계산할 수 있는데, 이 단위 벡터 역시도 3중 데이터 점으로서 표현된다. 도 1 내지 도 7에 도 시된 구형, 평면형, 다각형, 원통형 및 그 밖의 형상 등과 같은 기지의 기하 구조를 갖는 대상 필드 내의 나머지 물체에 의해 한정되는 위치 및 방위를 결정하는 데에도 유사한 방법이 이용된다. 이러한 방식으로, 각 인식용 물체의 위치 및 방위를 완벽하게 한정하는 데이터 세트를 확보한다.

기지의 기하 구조를 갖는 물체를 3차원 스캔 화상에서 검출하는 것은 다양한 잠재적 응용 분야를 갖는다. 본 발명에서 주로 지향(志向)하고 있는 용례인 의학 및 치의학 용례는 생물체의 표면과 가공 물체의 조합을 포함하고, 이러한 용례에서는 해부학적 가시 영역 내에 배치된 기지의 기하 구조를 갖는 물체의 위치 및 방위를 높은 정확도로 검출하는 능력을 통해, 상기 해부학적 가시 영역의 토포그래피에 맞춰진 구성 요소를 설계하는 것이 가능해진다.

구체적으로, 치아 임플란트의 경우에는, 예컨대 도 1 내지 도 3에 도시된 인식용 물체 중 하나를 기존의 가공 부품(즉, 임플란트 자체) 상에 장착하는 것을 통해, 환자의 치열궁 내에서 상기 부품의 정확한 위치 및 방위가 다른 인식용 물체와 관련하여 결정될 수 있다. 더 나아가, 이러한 결정을 통해 가상의 조립체가 만들어질 수 있게 되는데, 이러한 가상의 조립체는 환자의 해부학적 조건의 기하학적 요구 사항을 정확하게 보완하는 교체 및 보완 부품을 선택한 후 제조하기 위해, 스캔 화상과 제안된 교체 및 보완 부품(즉, 대체 치아)을 결합한 것이다. 또한, 인식용 물체를 무치 영역 또는 뚜렷한 해부학적 특징이 없는 그 밖의 영역 내에 배치하는 것을 통해, 인식용 물체를 포함하는 스캔 화상을 정확하게 정합하는 것이 가능해진다.

(예컨대 크기 또는 뚜렷하지 않은 시계로 인하여) 물체의 3차원 화상을 복수 개 취한 경우, 캡쳐된 화상 데이터를 본래의 가시 영역에 대한 완벽하고 정확한 표현물에 재정렬하기 위해, 각 화상의 상대적 위치 및 방위를 한정할 필요가 있다. 이를 행하려면, 화상의 세트에 있는 각 화상에는 기지의 기하 구조를 갖는 인식용 물체(예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 것과 같은 것)가 반드시 캡쳐되어야 하는데, 이러한 인식용 물체는 또한 상기 화상의 세트에서 두 번째 화상에도 나타난다. 그 후, 각 화상에 있어서 기지의 물체의 위치 및/또는 방위는 본래의 가시 영역을 재현하기 위해 상기 화상들을 서로에 대해 배치하는데 사용될 수 있다.

이러한 방법은 또한 현재 실시되고 있는 "스티칭" 또는 "정합" 방법과 함께 이용되어 이를 보완할 수 있다. 이러한 현재 실시되고 있는 방법은 기지의 기하 구조를 사용하지 않고서 스캔을 행하지만, 대부분의 용례에 있어서 정확도가 불충분하다. 도 1 내지 도 6에 예시된 바와 같이 본 발명에 따라 하나 이상의 인식용 물체를 가시 영역에 추가하면, 인접 화상의 스티칭 정확도가 크게 향상된다. 또한, 특징부의 선명도가 낮은 것을 특징으로 하는 가시 영역 중의 임의의 영역 내에 이러한 인식용 물체를 배치하는 것은, 이러한 영역의 3차원 모델링을 크게 향상시킬 뿐만 아니라, 각각 소정의 인식용 물체를 포함하는 인접 화상 사이에서 상대적 기준점을 제공하는 역할을 한다.

특히, 전술한 방법에 의하면, 치과 환자의 상악골 및 하악골에 대한 개별적인 디지털 스캔 화상(또는 환자의 상악골 및 하악골을 각각 나타내는 형틀에 대한 스캔 화상)을 정확하게 서로 연관시키고 정합하는 것이 가능해진다. 이러한 방법 에 의해 구현된 3차원 모델은, 교합 특징을 결정하는 토포그래피 양태를 정확하게 결정하는 것을 비롯하여, 상악골 및 하악골의 위치 및 방위를 정확하게 한정할 수 있게 한다. 그 후, 교합 접촉부 및 표면의 최적 위치/방위를 적절하게 밝힌 이러한 3차원 모델은 치아 수복물을 구현하는데 사용될 수 있다.

상악골 및 하악골의 상대적 위치를 정확하게 정합하기 위한 첫 번째 방법은 도 6에 예시된 인식용 요소를 이용한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 기지의 반경을 갖는 3개의 구체(24)의 세트는 환자의 상악골의 형틀과 환자의 하악골의 형틀 각각에 대해 외부에 부착되어 있다. 상악골 및 하악골의 디지털 스캔을 개별적으로 실시한 이후에, 도 6에 도시된 바와 같이 상악골 및 하악골에 배치된 구체를 모두 캡쳐한 하나의 스캔 화상 또는 스캔 화상의 세트를 사용하여, 상악골 및 하악골과 이들 각각의 특징부의 각 위치, 방위 및 치수를 정확하게 나타내는 3차원 모델을 구성할 수 있다.

환자의 상악골과 하악골 사이의 교합 관계에 관한 3차원 모델을 구현하기 위한 본 발명에 따른 두 번째 방법에서는, (바람직하게는) 3개의 구체로 이루어진 단 하나의 세트가 사용된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 세트 구체(26)가 환자의 상악골 치열궁 또는 하악골 치열궁(44) 내에 배치되거나, 또는 도 7에서와 같이 이러한 치열궁을 나타내는 형틀 내에 배치되는데, 이렇게 배치된 인식용 물체의 세트를 대향 턱 요소 내에 놓인 유연한 재료에 밀어 넣어 "인상"을 취한다. 그 후, 인식용 물체에 의해 형성된 요입부(46)를 촬상하기 위해 (도 8에 도시된 바와 같이) 그대로 남겨진 "밀어 넣어진" 표면을 갖거나, 혹은 조도(照度)를 개선하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이 이후에 상기 요입부 내에 동일한 크기의 반사성 구체(48)를 추가 배치한 각각의 턱 요소를 스캔한다.

물리적으로 연결된 기지의 기하학적 특징부를 중요한 가시 영역을 총체적으로 커버하는 개개의 화상, 중첩 화상, 또는 비중첩 화상에서 인식용 물체로서 이용하면, 이들 화상의 상대적 위치 및 방위를 결정할 수 있다. 이러한 본 발명의 양태는, 스캔 화상이 정렬될 때 전위, 뒤틀림, 및/또는 그 밖의 왜곡을 야기하는 공지된 "스티칭" 방법에서 생기는 부정확한 소스를 제거하는 역할을 한다. 도 4는 이러한 해결 방안의 예를 예시하는데, 이 경우에는 치열궁이 스캔된다. 기지의 치수를 갖는 바(bar)에 의해 연결되는 기지의 치수를 갖는 2개의 다각형 형태로 스캔 화상에 도입되는 기지의 기하 구조는, 치아 부분에 대한 스캔 화상의 위치 및/또는 방위를 검출할 수 있게 한다. 구강 내부의 스캔은 소형 스캐너의 사용을 필요로 하며, 그 결과 각 스캔 화상은 치열궁의 일부분만을 캡쳐할 수 있게 된다.

본 발명의 실시에 있어서, 공간 정보는 구강 내부의 스캔을 이용하여 직접 확보될 수 있으며, 이러한 공간 정보는 이후에 전술한 바와 같이 처리된다. 그러나, 전술한 바와 같이 본 발명은, 환자의 치열의 인상을 취한 후 상기 치열을 상기 인상으로부터 제조된 마스터 형틀의 형태로 복제하는 종래의 실시예와 관련하여 사용될 수 있다. 임플란트의 경우에, 마스터 형틀은 치아 임플란트의 상사체(相似體)를 포함할 것이다. 임플란트에 의해 지지되는 수복 요소의 설계를 목적으로 하여 결정될 수 있는 상기 치아 임플란트의 상사체의 위치 및 방위의 정확도는, 본 발명에 따른 인식용 물체를 사용함으로써 향상된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 치아 모델의 상부 요소와 하부 요소의 상대적 위치를 캡쳐하여 상기 치아 모델 요소들을 "정렬"하기 위한 대안적인 방법이, 상기 치아 모델 요소들의 비치아 부분의 평면 3차원 기하 구조를 이용한다. 이러한 대안적인 방법에서, 소프트웨어는 스캔 데이터로부터 모델의 기하학적 위치 결정 특징부를 정합하고, 이러한 기하학적 위치 결정 특징부의 기지의 특징을 이용하여, 모든 해부학적 및 치의학적 특징부를 포함하는 모델과 관련된 모든 토포그래피 특징을 완벽하고 정확하게 찾아낸다. 이러한 기하학적 위치 결정 특징부는 각 모델의 요소 상에 있는 최소 3개의 교차 평면일 수 있고; 그 대신에 이러한 기하학적 위치 결정 특징부는 평면, 및/또는 모델의 요소의 평면에 배치되거나 도포되는 디스크, 구체 혹은 임의의 다른 비치아 물체 등과 같은 특징부의 조합을 포함하여 명확한 위치 데이터(각 물체당 6개의 자유도)를 제공한다.

도 10, 도 11 및 도 12를 참조하면, 하부 요소(52)(도 11에 개별적으로 도시됨)와 상부 요소(62)(도 12에 개별적으로 도시됨)를 포함하는 통상적인 치아 모델(50) 예시되어 있다. 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 치아 모델은 대개 이들 치아 모델의 제조의 결과로서 복수 개의 평면(또는 이러한 평면은 쉽게 추가될 수 있다)을 구비하고, 이러한 평면은 위치 결정 데이터의 풍부한 소스를 제공하는데, 이러한 위치 결정 데이터는 모델의 스캔 화상으로 뽑아내어져, 모델과 관련된 모든 토포그래피 특징부의 위치를 파악하기 위한 근간(根幹)을 이룰 수 있다.

도 11을 참조하면, 모델(50)의 하부 요소(52)가 예시되어 있다. 하부 요소(52)는 모델 제조의 부산물이거나, 혹은 모델 제조 이후에 형성되는 복수 개의 평평한 표면을 포함하는데, 이러한 평평한 표면은 특히 위치 결정용 기준 특징부의 역할을 한다. 상기 평평한 표면은 기저 평면(54)[도 11에 보이지 않지만, 하부 치열궁(55)의 반대편에 있음]과, 후방 평면(56)과, 제1(예컨대, 오른쪽) 측부 평면(58), 그리고 제2(예컨대, 왼쪽) 측부 평면(도시 생략)을 포함한다. 이와 마찬가지로, 도 12에 개별적으로 도시된 모델의 상부 요소(62)는 기저 평면(64)[도 12에 보이지 않지만, 상부 치열궁(65)의 반대편에 있음]과, 후방 평면(66)과, 제1 측부 평면(68A), 그리고 제2 측부 평면(68B)을 포함한다. 특히, 각 모델 요소의 "기저부"를 형성하는 평평한 표면은 기준 특징부로서 사용될 수 있다(모델 요소의 "기저부"는 모델 요소의 치열궁 표면의 반대편에 있는 평평한 표면이다). 후술하는 예에서, (도 11에 개별적으로 도시된) 모델의 하부 요소(52)의 기저 평면(54)이 기준 평면으로서 사용되지만, 각 모델 요소의 다른 평평한 표면도 기준 평면으로서 대신 사용될 수 있다. 이와 마찬가지로, 이 예에서는 3개의 평면이 선택되었지만, 3개 이상의 평면 또는 평면과 다른 비치아 특징부의 조합도 선택될 수 있다. (몇몇 예에서는, 하나 이상의 치아 특징부도 평면 및/또는 다른 비치아 특징부가 더해져서 인식용 특징부로서 사용될 수 있다.)

이 예에서 모델의 하부 요소와 모델의 상부 요소의 정렬은 각 모델 요소에서 3개의 평면을 사용하는 것을 통해 수행된다. 하부 요소 및 상부 요소의 정확한 정렬을 구현하기 위해, 이러한 정렬을 실행하는데 이용되는 각 모델 요소 특유의 화상에서, 하부 요소 및 상부 요소로부터 선택된 평면을 임의의 특수한 방식으로 정렬할 필요는 없다는 점을 유의하라. (중요 평면 상에 또는 중요 평면 가까이에 비 평면형 부분이 존재하는 경우, 이러한 부분은 당업계에 공지된 적절한 처리 기술을 이용하여 제거되어야만 한다.)

조립된 모델(도 10 참조)은 모델의 하부 요소(도 11 참조)와 모델의 상부 요소(도 12 참조) 각각의 개별적인 3차원 화상을 조립하는데 필요한 평면의 상대적 위치를 제공한다. 각 모델에서 3개의 평면이 선택된다. 조립된 모델은 도 10에 예시되어 있고, 모델의 하부 요소(52)는 하부 요소(52)의 기저 평면(54)이 보이지 않는 도 11에 도시되어 있으며, 이와 유사하게 도 12에서는 모델의 상부 요소(62)의 기저 평면(64)이 보이지 않는다. 그러나, 각 모델 요소의 기저 평면은 스캔 시에 3차원 스캐너의 기준 평면 상에 놓이며, 바람직하게는 하나 이상의 기준 표지와 정렬되므로, 스캔 화상에 있어서 이들 기저 평면의 기하학적 방위가 파악된다.

3개의 화상(조립된 모델, 모델의 하부 요소, 모델의 상부 요소의 화상) 각각에서 기저 평면은 파악되어 있으므로, 상부 요소 및 하부 요소의 기하학적 형상을 정확하게 결정하려면, 이후에 상부 요소 및 하부 요소 각각에 대하여, 하부 요소의 화상, 상부 요소의 화상 및 조립된 모델의 화상에서 각각 보일 수 있는 단 2개의 추가 평면을 소프트웨어로 결정할 필요가 있다. 이와 마찬가지로, 완전 조립된 모델의 기하 구조를 결정하고, 그에 따라 상부 요소 및 하부 요소의 정렬을 결정하려면, 각 모델 요소로부터 선택된 2개의 평면 이외에도 이전에는 보이지 않았지만 "파악하고 있는" 모델의 상부 요소(62)의 기저 평면(64) 만을 도 10에 나타내어진 조립된 모델의 화상으로부터 결정할 필요가 있다.

예컨대, 모델의 하부 요소(52)의 기하 구조는 (도 11에는 보이지 않는) 하부 요소의 기저 평면(54)에 대해 파악하고 있는 사항을 통해 그리고 하부 요소의 후방 평면(56)과 하부 요소의 측부 평면(58)을 측정하는 것을 통해 결정될 수 있다. 마찬가지로, 모델의 상부 요소(62)의 기하 구조는 (도 12에는 보이지 않는) 상부 요소의 기저 평면(64)에 대해 파악하고 있는 사항을 통해 그리고 상부 요소의 후방 평면(66)과 상부 요소의 측부 평면(68A 또는 68B)을 측정하는 것을 통해 결정될 수 있다. 이러한 평면들에 대한 위치가 주어진다면, 조립된 모델에서 이들 평면의 위치를 매칭하도록 개개의 화상을 조립할 수 있다.

따라서, 도 10에 도시된 조립된 모델의 화상으로부터 모델(50)의 상부 요소 및 하부 요소의 정렬을 실행하려면, 이 화상에서 전술한 4개(각 모델 요소로부터 2개씩)의 평면[즉, 상부 요소의 후방 평면(56) 및 측방 평면(58)과, 하부 요소의 후방 평면(66) 및 측방 평면(68)]에 대한 방위를 결정하고, 이와 더불어 도 10에 도시된 바와 같은 상부 요소의 기저 평면(64)의 방위를 결정하기만 하면 된다.

또한, 3개 이상의 평면뿐만 아니라, 모델의 요소들의 위치에 대한 해답을 과도하게 한정하는 다른 물체(과도하게 한정되더라도 최소 자승, 또는 유사한 해답이 대개 바람직하다)가 사용될 수 있다. 선택적으로, 추가적인 기준 특징부가 모델의 요소의 평평한 표면에 부착되어, 위치 결정용 기준 특징부의 역할을 할 수도 있다. 예컨대, 모델 표면의 색과는 대비되는 색의 작은 원형 디스크를 임의의 표면에 도포하거나 혹은 그 밖의 방식으로 부착할 수 있다. 또한, 2개 이상의 이러한 디스크는 동일 평면 상에 정확하게 측정된 이격 위치로 배치되어, 스칼라 측정량을 제공할 수 있다.

Claims (14)

1. 상악골 치열궁(maxillar dental arch)과 대향 하악골 치열궁(mandibular dental arch)의 3차원 스캔 화상 데이터를 결합하고 정렬하는 3차원 모델 구성을 위한 방법으로서,

   (a) 상악골 치열궁과 하악골 치열궁 각각의 위치 및 방위를 결정할 수 있기 하기에 충분하게 이들 치열궁의 표면 가까이 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 단계;

   (b) 상기 치열궁들의 토포그래피 특징을 내포하고 나타내는 3차원 화상 데이터를 확보하기 위해, 그리고 상기 치열궁 각각에 관련된 인식용 특징부를 캡쳐하기 위해 상기 치열궁들을 개별적으로 3차원 스캔하는 단계;

   (c) 상기 개별적인 3차원 스캔 단계에서 캡쳐된 인식용 특징부를 내포하는 상기 치열궁들 각각에 대한 3차원 화상 데이터를 확보하기 위해, 상기 상악골 치열궁과 상기 하악골 치열궁을 교합 관계로 놓고 이들 치열궁을 3차원 스캔하는 단계;

   (d) 상기 3차원 화상 데이터를 처리하여 3차원 모델을 구성하는 단계로서, 이러한 3차원 모델에서 해당 상악골 치열궁 표현물은 해당 하악골 치열궁 표현물과 정확하게 정렬되는 것인 3차원 모델 구성 단계

   를 포함하는 3차원 모델 구성을 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 치열궁들은 환자의 상악골 치열궁과 하악골 치열궁의 인상 또는 형틀에서 형성되는 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 인식용 특징부는 상기 치열궁들 중 적어도 하나에 대해 외부에 배치되는 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 인식용 특징부는 상기 치열궁들 중 적어도 하나에 대해 내부에 배치되는 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상악골 치열궁과 하악골 치열궁 각각의 위치 및 방위를 결정할 수 있기 하기에 충분하게 이들 치열궁의 표면 가까이 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 단계는, 인식용 특징부가 상기 치열궁들의 하나 이상의 치의학적 특징부와 함께 찍혔을 때 적어도 하나의 치열궁의 위치 및 방위를 결정할 수 있게 하기에 충분한 복수 개의 인식용 특징부를 배치하는 것을 포함하는 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치열궁들 중 적어도 하나는 무치 치열궁인 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치열궁은 양자 모두가 무치 치열궁이 아닌 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 치열궁들 중 적어도 하나는 무치 영역을 갖는 것인 3차원 모델 구성을 위한 방법.
9. 상부 치아 모델 요소와 대향 하부 치아 모델 요소의 3차원 스캔 화상 데이터를 결합하고 정렬하는 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법으로서,

   (a) 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소 각각을 3차원 스캐너를 사용하여 3차원 스캔하는 단계로서, 이들 치아 모델 요소 중 적어도 하나는 평면형 특징부를 구비하여 상기 스캔 동안에 상기 치아 모델 요소의 평면형 특징부가 상기 3차원 스캐너의 평평한 표면과 맞닿게 위치하게 되고, 상기 치아 모델 요소들은 추가적인 인식용 특징부를 더 구비하며, 이 인식용 특징부는 상기 평면형 특징부(기저 특징부)와 합동으로 각 치아 모델 요소의 위치 및 방위를 결정하기에 충분한 것인 3차원 스캔 단계;

   (b) 상기 상부 치아 모델 요소와 상기 하부 치아 모델 요소를 교합 관계로 하여 상기 3차원 스캐너에 대해 배치하는 단계;

   (c) 단계 (a)의 실행 시에 스캔되는 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소의 상기 인식용 특징부를 충분하게 내포하는 3차원 화상 데이터를 확보하여 상부 치아 모델 요소와 하부 치아 모델 요소를 정렬할 수 있게 하도록, 상기 상부 치아 모델 요소와 상기 하부 치아 모델 요소를 3차원 스캔하는 단계;

   (d) 상기 3차원 화상 데이터를 처리하여 3차원 화상 모델을 구성하는 단계로 서, 이러한 3차원 화상 모델에서 상기 상부 치아 모델 요소의 표현물은 상기 하부 치아 모델 요소의 표현물과 정확하게 정렬되는 것인 3차원 화상 모델 구성 단계

   를 포함하는 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 추가적인 인식용 특징부 중 적어도 하나는 평면형 특징부이고, 이러한 평면형 특징부는 상기 단계 (a)의 실행 시에 상기 3차원 스캐너의 위치 맞춤용 표지(標識)와 맞닿게 위치하게 되는 것인 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 위치 맞춤용 표지는 상기 3차원 스캐너의 평평한 표면 영역에 대해 수직한 것인 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 치아 모델 요소 중 적어도 하나가 무치 치아 모델 요소인 것인 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.
13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 치아 모델 요소는 양자 모두 무치 치아 모델 요소가 아닌 것인 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 치아 모델 요소 중 적어도 하나는 무치 영역을 갖는 것인 3차원 화상 모델 구성을 위한 방법.

Images