KR20090117347A - 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치 - Google Patents

측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20090117347A
KR20090117347A KR1020080043353A KR20080043353A KR20090117347A KR 20090117347 A KR20090117347 A KR 20090117347A KR 1020080043353 A KR1020080043353 A KR 1020080043353A KR 20080043353 A KR20080043353 A KR 20080043353A KR 20090117347 A KR20090117347 A KR 20090117347A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
subject
movement
data
sprint
image data
Prior art date
Application number
KR1020080043353A
Other languages
English (en)
Inventor
이원진
김태일
김대현
Original Assignee
이원진
김태일
김대현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이원진, 김태일, 김대현 filed Critical 이원진
Priority to KR1020080043353A priority Critical patent/KR20090117347A/ko
Publication of KR20090117347A publication Critical patent/KR20090117347A/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04—Measuring instruments specially adapted for dentistry
    • A61C19/045—Measuring instruments specially adapted for dentistry for recording mandibular movement, e.g. face bows
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A61B5/1127—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique using markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A61B5/1128—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique using image analysis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/50—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications
    • A61B6/51—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment specially adapted for specific body parts; specially adapted for specific clinical applications for dentistry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04—Measuring instruments specially adapted for dentistry
    • A61C19/05—Measuring instruments specially adapted for dentistry for determining occlusion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C5/00—Filling or capping teeth
    • A61C5/007—Dental splints; teeth or jaw immobilisation devices; stabilizing retainers bonded to teeth after orthodontic treatments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/0006—Impression trays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004—Means or methods for taking digitized impressions
    • A61C9/0046—Data acquisition means or methods

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)

Abstract

본 발명은 측두하악관절의 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는, 대상자의 3차원 영상 데이터를 이용하여 3차원 상하악 모델을 형성하기 위해, 촬영 시 3차원 영상 데이터에 기록이 가능한 표지자가 부착된 표시 장치를 대상자에게 장착한다. 이때, 표시 장치를 고정시키기 위해 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트를 표시 장치에 결합하여 사용하는데, 대상자가 변경될 때마다 스프린트는 해당 대상자의 치열 교합상태가 기록된 것으로 교체가 가능하다.
측두하악관절, TMJ, 상악, 하악, 상하악 모델

Description

측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는 장치{Method and apparatus for estimating TMJ movement}
본 발명은 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
최근 사회가 고도화되고 전문화 됨에 따른 스트레스의 증가로 인해 측두하악관절(TemporoMandibular Joint, 이하 'TMJ'라고도 함) 질환의 발병률이 높아지고 있다. 이러한, TMJ 질환은 악성 턱관절 질환으로 발전하기 전에 정확히 진단하고 치료할 필요가 있다. TMJ는 하악골 운동의 중심축이 되며 회전운동 및 활주운동을 통해 씹는 기능, 발음기능에 필수적인 역할을 수행한다.
한편, 상악(upper jaw) 및 하악(lower jaw)의 외과적 치료 후 측두하악관절 구조(anatomy)의 기능적 변화 및 치료 효과에 대한 예측 데이터를 얻는 것은 매우 중요하다. 그러나, 하악의 움직임은 매우 복잡할 뿐만 아니라 측정하는 것이 쉽지 않다. 일반적으로 임상에서 사용하는 석고모델을 이용한 교합기 등에서는 이러한 하악의 움직임을 측정하기 위해 하나의 축을 중심으로 회전하는 단순화된 모델을 사용한다. 그러나, 턱의 개구 및 폐구 시 TMJ에서는 하악과두(condyle) 간 힌 지(hinge) 축을 중심으로 하는 단순 회전 운동이 아닌 회전운동과 활주운동 등이 복합된 움직임이 수행된다.
따라서, 하악이 하악과두를 중심으로 단순하게 회전하는 단순 재현은, 회전하는 축이 실제 하악의 움직임 경로와 연관되지 않을 수 있어 잘못된 턱의 움직임을 구현할 수 있다. 따라서 TMJ에서의 운동을 정확하게 재현하기 위해서는 3차원적으로 TMJ의 운동을 분석할 필요가 있다.
현재 임상에서는 하악 운동을 분석하기 위해 CCD 카메라를 포함하는 광학적 시스템을 이용하여 6차의 자유도로 하악 움직임을 측정한다. 이러한 시스템에서는, 상하악의 치아에 부착된 광학적 마커의 위치를 연속적으로 측정하여 하악 운동과 관련된 위치, 속도 및 가속도 등의 정보를 획득한다. 그러나, 이러한 측정 방법은 환자의 해부학적 구조물과 연관된 정보를 제공하지는 못하는 단점이 있다. 또한, 정확한 하악의 운동 정보를 측정하였더라도 표준적인 TMJ 모델을 사용하여 하악의 움직임을 재현할 경우 환자 간 하악 관절 형태의 기하학적 차이로 인해 부정확한 TMJ 운동을 재현할 수도 있다.
따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해서 환자 자신의 3차원 모델을 사용하여 TMJ에서의 운동을 분석하는 시스템이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 측두하악관절의 움직임을 정확하게 측정하고 재현할 수 있는 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 위한 움직임 정보 획득 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 대상자의 3차원 영상 데이터를 이용하여 3차원적 상하악 모델을 형성하기 위한 매핑 기준 데이터를 제공하는 영상 매핑용 표시 장치는,
상기 3차원 영상 데이터의 획득을 위한 촬영 시 상기 3차원 영상 데이터에 기록되어 상기 매핑 기준 데이터를 제공하는 적어도 하나의 표지자를 포함하는 표시부; 및 상기 표시부에 탈부착이 가능하고, 상기 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 대상자의 상하악 움직임을 획득하기 위한 움직임 표시 장치는,
적외선 물질이 도포된 반사체가 복수 개 부착되며, 상기 대상자의 이마에 장착되어 상기 상악의 움직임에 대응하는 제1 위치데이터 제공하는 고정 장치부; 및 상기 반사체가 복수 개 부착되며, 상기 대상자의 치열에 장착되어 상기 대상자의 하악의 움직임에 대응하는 제2 위치데이터를 제공하는 움직임 장치부를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 대상자의 측두하악관절 움직임을 추적 하고 재현하는 방법은,
상기 대상자의 치열 교합상태를 제1 장치에 기록하는 단계; 3차원 영상 데이터의 획득을 위한 촬영 시 상기 3차원 영상 데이터에 기록되는 표지자를 복수 개 포함하는 제2 장치를 상기 제1 장치와 결합하여 제3 장치를 형성하는 단계; 상기 촬영을 통해, 상기 제3 장치를 장착한 상기 대상자로부터 상기 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 3차원 영상 데이터에 기록된 상기 복수 개의 표지자의 위치 데이터와 상기 복수 개의 표지자의 물리적 공간에서의 위치 데이터에 기초해 상기 3차원 영상 데이터에 대응하는 3차원 영상공간을 상기 물리적 공간에 매핑하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 3차원 상하악 모델 형성을 위해 촬영 시, 촬영 대상자가 변경될 때마다, 3차원 영상 데이터에 나타나는 표지자가 포함된 표시부는 그대로 사용하고 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트만을 교체하여 사용하는 것이 가능하여, 영상 매핑용 표시 장치의 단가를 낮추는 효과가 있다.
또한, 광학적 위치추적 카메라를 이용하여 상하악 움직임 데이터 획득 시, 대상자의 이마에 장착된 장치를 통해 획득한 위치 데이터를 기준으로 대상자의 치열에 장착된 장치를 통해 획득한 위치 데이터의 상대적인 움직임을 이용하는 방법은, 상악의 움직임으로 인해 하악의 움직임이 부정확하게 측정됨으로써 잘못된 상하악 움직임 데이터를 산출하는 것을 방지하는 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 측두하악관절의 움직임 추적 및 재현 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
한편, 아래에서는 TMJ의 움직임을 추적하고자 하는 대상을 "대상자"라 명명하여 사용한다.
다음, 도 1 내지 도 7을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 3차원의 상하악 모델을 형성하기 위한 움직임 추적 및 재현 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 추적 및 재현 시스템을 도시한 개략도이다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 3차원 상하악 모델을 형성하기 위해 컴퓨터단층촬영술(Computed Tomography, 이하'CT'라고도 함) 데이터를 사용하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명에서는 다른 형태의 3차원 영상 데이터를 이용하여 3차원 상하악 모델을 형성하는 것 또한 가능하다.
도 1을 보면, 움직임 추적 및 재현 시스템은 영상 매핑용 표시 장치(100), 3차원 모델 생성 장치(200), 움직임 표시 장치(300), 움직임 데이터 획득 장치(400) 및 재현 장치(500)를 포함한다.
영상 매핑용 표시 장치(100)는 CT 데이터 획득을 위해 CT 촬영을 수행하는 경우, 대상자의 치열에 장착된다.
3차원 모델 생성 장치(200)는 영상 매핑용 표시 장치(100)를 장착한 대상자에 대한 CT 촬영을 통해 CT 데이터를 획득하고, 이 데이터를 이용하여 3차원의 상하악 모델을 형성한다.
움직임 표시 장치(300)는 복수의 반사체를 포함하며, 대상자의 이마 및 치열에 장착되어, 대상자의 시간에 따른 상하악 움직임을 광학적으로 표시하는 수단으로서의 기능을 수행한다.
움직임 데이터 획득 장치(400)는 대상자에 장착된 움직임 표시 장치(300) 상의 반사체들의 움직임을 연속적으로 기록하고, 기록된 반사체들의 움직임으로부터 상악 및 하악(upper jaw)의 움직임 데이터를 획득한다.
재현 장치(500)는 대상자의 상하악 움직임 데이터를 대상자의 3차원 상하악 모델에 대응시켜, 대상자의 상하악의 움직임을 재현한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 매핑용 표시 장치(100)의 일 예를 도시한 것이다.
도 2를 보면, 영상 매핑용 표시 장치(100)는 표시부(110) 및 스프린트(splint)(120)를 포함하며, 스프린트(120)를 표시부(110)에 탈부착 하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시 예에서는 블록 형태의 연결부(130)를 통해 스프린트(120)를 표시부(110)와 결합하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이러한 결합 방법은 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명에서는 나사 결합 등 다양한 방법으로 표시부(110)에 스프린트(120)를 결합하는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 표시부(110)의 일 예를 도시한 것으로서, 6개의 쇠구슬 형태의 매핑용 표지자(111)가 지지대 위에 일정 간격을 두고 배치된 경우를 예로 든 것이다.
도 3을 보면, 표시부(110)는 금속 구체 등 CT 데이터에 기록이 가능한 물질인 매핑용 표지자(111)를 다수 개 포함한다. 매핑용 표지자(111)의 위치데이터는 CT 촬영 시 CT 데이터에 기록되어, 대상자의 CT 데이터를 물리적 공간으로 매핑하기 위한 매핑 기준 데이터를 제공한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 표시부(110)에 6개의 매핑용 표지자(111)가 장착된 경우를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 표시부(110)에 장착되는 매핑용 표지자(111)의 개수를 변경하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는 매핑 용 표지자(111)를 표시부(110)의 지지대 위에 일렬로 삽입하여 장착하였으나, 본 발명에서는 매핑용 표지자(111)의 장착 방법을 변경하는 것 또한 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스프린트(splint)(120)의 일 예를 도시한 것이고, 도 5는 교합면 인상용 트레이(121)에 교합면 인기용 실리콘(122)이 부착되기 전의 스프린트(120)의 일 예를 도시한 것이다.
도 4를 보면, 스프린트(120)는 교합면 인상용 트레이(121) 및 교합면 인기용 실리콘(122)을 포함하며, 영상 매핑용 표시 장치(100)를 대상자의 치열에 고정시키는 역할을 수행한다.
교합면 인상용 트레이(121)는 표시부(110)와 결합되는 제1 구조물(1211)과 교합면 인기용 실리콘(122)이 삽입되는 제2 구조물(1212)로 구성된다.
제2 구조물(1212)의 윗면에는 도 5와 같이 반원형의 홀이 형성되며, 반원형의 홀에는 도 4와 같이 교합면 인기용 실리콘(122)이 삽입된다.
교합면 인기용 실리콘(122)은 교합면 인상용 트레이(121)의 제2 구조물(1212)에 삽입되며, 대상자의 치열 교합상태가 기록된다. 이와 같이 대상자의 치열 교합상태가 기록된 교합면 인기용 실리콘(122)는 영상 매핑용 표시장치(100)가 대상자의 치열에 정확하게 결합되도록 한다.
한편, 전술한 바와 같이 스프린트(120)는 대상자가 변경될 때마다 새롭게 제작할 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서와 같이 대상자가 변경되면 표시부(110)는 그대로 사용하고 스프린트(120)만을 교체하여 사용하는 방법은, 대상자가 변경될 때마다 매번 영상 매핑용 표시장치(100) 전체를 새로 제작해야 하는 방 법에 비하여 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 표시 장치(300)의 일 예를 도시한 것이다.
도 6을 보면, 움직임 표시 장치(300)는 고정 장치부(310) 및 움직임 장치부(320)를 포함하며, 고정 장치부(310) 및 움직임 장치부(320)는 적외선에 민감한 물질로 도포되어 광학적 위치추적 카메라에 의해 기록 가능한 복수의 반사체를 포함한다.
고정 장치부(310) 및 움직임 장치부(320)는 대상자의 이마 및 치열에 각각 장착되며, 고정 장치부(310) 및 움직임 장치부(320)에 부착된 반사체들은 상하악의 움직임 데이터 획득을 위해 움직임 데이터 획득 장치(400)에서 움직임을 연속적으로 기록하는 기록 대상이 된다.
움직임 데이터 획득 장치(400)는 광학적 위치추적 카메라 등을 이용하여, 고정 장치부(310) 및 움직임 장치부(320)에 부착된 반사체들의 움직임을 연속적으로 기록하여, 반사체들의 연속적인 위치데이터를 추출한다. 그리고, 고정 장치부(310)에 부착된 반사체들의 위치데이터를 기준으로 움직임 장치부(320)에 부착된 반사체들의 위치데이터의 변화를 감지하여 상하악 움직임 데이터를 산출한다. 여기서, 상하악 움직임 데이터는 3차원 벡터 형식의 이동(translation) 정보 및 3X3 행렬 형식의 회전(rotation) 정보를 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고정 장치부(310)의 일 예를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 광학적 마커(311)의 일 예를 도시한 것 이다.
도 7을 보면, 고정 장치부(310)는 제1 광학적 마커(311)와 헤드 고정 장치(312)를 포함한다
제1 광학적 마커(311)는 도 8과 같이, 적외선에 민감한 물질로 도포되어 광학적 위치추적 카메라에 의해 기록 가능한 복수의 반사체(3111)가 x자 형태의 지지대 끝에 부착된 형태로 구현된다. 이러한, 반사체(3111)들의 움직임은 움직임 데이터 획득 장치(400)에 의해 연속적으로 기록되고, 움직임 데이터 획득 장치(400)는 연속적으로 기록된 반사체(3111)의 움직임으로부터 추출한 제1 위치데이터를 움직임 데이터 산출 시 사용한다.
헤드 고정 장치(312)는 헤드셋의 변형된 형태로서, 고정 장치부(310)를 대상자의 이마에 고정하는 역할을 수행한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 장치부(320)의 일 예를 도시한 것이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 광학적 마커(321)의 일 예를 도시한 것이다.
도 9를 보면, 움직임 장치부(320)는 영상 매핑용 표시 장치(100)와 제2 광학적 마커(321)를 포함한다.
제 2 광학적 마커(321)는 도 10과 같이, x자 형태의 지지대 끝에 광학적 위치추적 카메라에 의해 기록 가능한 반사체(3211)가 부착된 형태로 구현된다. 이러한 반사체(3211)의 움직임은 움직임 데이터 획득 장치(400)에 의해 연속적으로 기록되고, 움직임 데이터 획득 장치(400)는 연속적으로 기록된 반사체(3211)의 움직 임으로부터 추출한 제2 위치데이터를 움직임 데이터 산출 시 사용한다.
영상 매핑용 표시 장치(100)는 움직임 장치부(320)를 대상자의 치열에 고정시키는 역할을 수행한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는, 상악의 움직임에 대응하는 제1 위치데이터를 기준으로 하악의 움직임에 대응하는 제2 위치데이터의 상대적인 변화를 추출하여 상하악 움직임 데이터를 획득하므로, 상악의 움직임으로 인해 하악의 움직임이 부정확하게 측정되는 것을 방지하여 잘못된 상하악 움직임 데이터를 산출하는 것을 방지하는 효과가 있다.
다음, 도 11 내지 도 13을 이용하여 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 추적시스템이 상하악의 움직임을 추적하는 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 TMJ의 움직임 추적 및 재현 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11을 보면, 움직임 추적 및 재현 시스템은 영상 매핑용 표시 장치(100)를 장착한 대상자를 CT 촬영하여 CT 데이터를 획득한다(S101).
그리고, 획득한 CT 데이터에 대응하는 3차원 CT 영상공간을 실제 물리적 공간에 매핑한다(S102). 이는 CT 촬영 시 대상자의 상하악 관계와 움직임 데이터 측정 시 초기 위치관계를 동기화하는 과정이다.
이를 위해서, 움직임 추적 및 재현 시스템은 영상 매핑용 표시 장치(100)에 부착된 매핑용 표지자(111)의 물리적 공간에서의 3차원 공간적 위치를 측정 장치 (미도시)를 이용하여 측정한다. 즉, 측정 장치(미도시)에 부착된 반사체들의 좌표를 광학적 위치추적 카메라를 이용해 측정하고, 측정된 좌표를 기준으로 오프셋 값을 적용하여 영상 매핑용 표시 장치(100)의 지지대 끝에 위치한 매핑용 표지자들(111)의 3차원 공간적 위치를 측정한다. 여기서, 측정 장치에 부착된 반사체들을 이용하여 매핑용 표지자(111)의 물리적 공간에서의 3차원 공간적 위치를 측정하는 방법은 널리 공지된 기술로서, 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 매핑용 표지자들(111)의 물리적 공간에서의 위치가 측정되면, 각 매핑용 표지자(111)의 물리적 공간에서의 위치를 3차원 CT 데이터에서의 위치와 일대일로 대응시켜, 다음의 수학식 1과 같이 어파인(Affine) 변환식을 결정한다.
Figure 112008033212148-PAT00001
여기서, x, y, z는 매핑용 표지자(111)의 물리적 공간에서의 위치를 의미하며, x', y', z'는 3차원 CT 데이터에서의 위치를 의미한다. 또한, α1 에서 α3는 세 축 방향의 평행이동과 연관된 값이고, 나머지 α4 에서 α12는 세 축을 중심으로 하는 회전이동과 관련된 값이다. 한편, 위 수학식 1을 보면, 12개의 파라미터를 결정하기 위해 3차원에서는 4개의 대응점만으로 결정되나 6개의 대응점을 이용할 수 있으므로 최소자승법에 의해 12개의 파라미터가 결정된다.
3차원 CT 영상공간을 물리적 공간에 매핑한 후, 움직임 추적 및 재현 시스템은 광학적 위치추적 카메라를 이용하여 대상자에 장착된 움직임 표시 장치(300)의 반사체(3111, 3211)들의 위치데이터(제1 위치데이터 및 제2 위치데이터)를 연속적으로 측정한다. 여기서, 제1 위치데이터 및 제2 위치데이터는 서로 동기화되며, 움직임 추적 및 재현 시스템은 위치데이터 기록 시 시간 정보를 함께 기록한다.
이후, 움직임 추적 및 재현 시스템은 시간 정보와 함께 기록된 위치데이터(제1 좌표데이터 및 제2 위치데이터)를 이용하여 시간 별 상하악의 움직임을 파악하여 움직임 데이터를 획득한다(S103). 여기서, 상하악 움직임 데이터는 연속적으로 측정되는 3차원 벡터 형식의 평행이동정보 및 3X3 행렬 형식의 회전이동정보를 포함하며, 평행이동정보는 상악의 위치에 대응하는 제1 위치데이터의 마이너스 값을 하악의 위치에 대응하는 제2 위치데이터에 더해서 산출하고, 회전이동정보는 제1 위치데이터의 역행렬을 제2 위치데이터에 곱하여 산출할 수 있다.
상하악 움직임 데이터를 획득한 움직임 추적 및 재현 시스템은, CT 데이터를 이용하여 상악과 하악이 서로 분리된 3차원의 상하악 모델을 생성하고(S104), 상하악 움직임 데이터를 3차원 상하악 모델에 대응시켜 상하악의 움직임, 즉 TMJ의 움직임을 재현한다(S105). 여기서, 3차원 상하악 모델에서의 상악 및 하악의 움직임 재현은 상악이 고정된 상태에서 하악의 상대적인 움직임으로 이루어진다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 CT 데이터를 획득하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12를 보면, 대상자를 CT 촬영하기 전에 우선, 스프린트(120)에 교합면 인 기용 실리콘(122)을 삽입하고, 대상자의 치열 교합상태를 기록한다(S201). 그리고, 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트(120)를 표시부(110)와 결합한다(S202).
그리고, 표시부(110) 및 스프린트(120)가 결합된 영상 매핑용 표시 장치(100)를 대상자의 치열에 장착하고(S203), 영상 매핑용 표시 장치(100)를 장착한 대상자를 CT 촬영하여 CT 데이터를 획득한다(S204). 여기서, CT 데이터는 표시부(110)에 부착된 매핑용 표지자(111)의 위치데이터를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 표시부(110)와 결합하기 전에 스프린트(120)에 대상자의 치열 교합 상태를 기록하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명에서는 표시부(110)와 스프린트(120)를 결합한 이후에 스프린트(120)의 교합면 인기용 실리콘(122)에 대상자의 치열 교합상태를 기록하는 것 또한 가능하다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 상하악의 움직임 재현 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원의 CT 영상에서 영역분할을 통해 형성된 상하악 표면 모델의 일 예를 도시한 것이고, 도 15는 3차원 상하악 모델을 이용하여 상악 및 하악의 움직임을 재현한 일 예를 도시한 것이다.
도 13을 보면, 움직임 추적 및 재현 시스템은 상하악의 움직임을 재현하기 위해서 우선, 영역 분할을 통해 3차원의 상하악 모델로부터 도 14와 같이 3차원의 상악 표면 모델(surface rendering model) 및 하악 표면 모델을 형성한다(S301).
그리고, 3차원 상하악 모델 내에서 상악 및 하악의 초기 위치를 설정한다(S302). 여기서, 상악 및 하악의 초기 위치는 CT 촬영 시와 동일한 위치 관계로 설정한다. 이는, 상하악의 움직임 데이터가 CT 촬영 시와 동일한 위치에서 시작된 상악 및 하악의 움직임을 기록한 것이므로, 움직임 재현 시 3차원 상하악 모델과 상하악 움직임 데이터의 초기 위치관계를 동기화하기 위한 것이다.
초기 위치가 동기화되면, 움직임 추적 및 재현 시스템은 상하악 움직임 데이터를 3차원의 상하악 모델에 대응시켜 상하악의 움직임을 재현한다(S303). 여기서, 움직임 추적 및 재현 시스템은 도 15에서와 같이 3차원 상하악 모델에서 상악을 고정한 상태에서 하악의 움직임으로 움직임을 재현하며, 3차원 상하악 모델에서의 하악의 위치(T man_image )는 다음의 수학식 2를 통해 산출된다.
T man_image = M req (T ref_init -1 T man_init ) -1 T ref -1 T man_physical
여기서, T ref_init 와 T man_init 은 물리적 공간에서의 상악 및 하악의 초기 위치이다. 그리고, T ref 와 T man_physical 은 물리적 공간에서의 상악 및 하악의 움직임에 따른 위치이다. 그리고, M req 는 물리적 공간에서의 하악의 위치를 3차원 상하악 모델에서의 하악의 위치로 대응시키기 위한 변환식으로서, 본 발명의 실시 예에서는 전술한 수학식 1의 Affine 변환식을 사용한다.
위 수학식 2를 보면, 3차원 상하악 모델에서의 하악의 움직임에 따른 위치는, 물리적인 공간에서의 상대적인 위치를 결정하기 위해 물리적 공간에서의 하악의 움직임에 따른 위치(T man_physical )에 상악의 위치의 역변환(T ref -1 )이 곱해지고, 초기 위치와 동기화하기 위해 하악의 초기 위치(T ref_init -1 T man_init )의 역변환이 곱해진다. 그리고, 최종적으로 Affine 변환(M reg )을 적용하여 3차원 상하악 모델에 해당하는 영상 공간에서의 하악의 위치(T man_image )가 계산된다.
움직임 추적 및 재현 시스템은 이러한 하악의 위치를 연속적으로 계산하여, 3차원 상하악 모델에 적용함으로써 하악의 움직임을 재현하는 것이 가능하다.
한편, 움직임 추적 및 재현 시스템은 하악의 움직임 재현 시, 하악의 해부학적인 특정 위치의 움직임을 분석하기 위해 하악의 임의의 위치에 측정점을 설정할 수 있다. 즉, CT 데이터에서 시상면, 관상면 및 축 방향에서 하악골의 형태를 관찰하면서, 관심 위치에 3차원적 측정점을 설정할 수 있다. 측정점이 설정되면, 움직임 추적 및 재현 시스템은 전술한 하악의 위치 계산 방법과 동일한 방법을 사용하여 하악의 움직임에 따른 측정점의 위치를 연속적으로 계산할 수 있다. 이는 하악에 위치한 모든 점들은 하악에 속하는 동일한 강체이므로 하악과 동일한 운동을 하기 때문이다.
한편, 측정점은 하악의 표면이나 내부 모두에 위치할 수 있다. 따라서, 인체 외부에서 비침습적으로 측정할 수 없는 하악과두(condylar prosess)의 표면이나 근육돌기(coronoid process) 표면 등에서 측정점들의 움직임을 추적하는 것이 가능하다. 연속적으로 추적된 측정점들의 위치 정보는 대상자 별로 특정적인 운동 궤적을 제공하며, 이러한 운동 궤적은 PCA 분석 방법 등을 통해 분석되어 대상자의 TMJ 운동 이상을 진단하는 것을 가능하게 한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 추적 및 재현 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 매핑용 표시 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 표시부의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스프린트의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 교합면 인상용 트레이에 교합면 인기용 실리콘이 부착되기 전의 스프린트의 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 표시 장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고정 장치부의 일 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제1 광학적 마커의 일 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 움직임 장치부의 일 예를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 제 2 광학적 마커의 일 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 TMJ의 움직임 추적 및 재현 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 CT 데이터를 획득하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 상하악의 움직임 재현 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원의 CT 영상에서 영역분할을 통해 형성된 상하악 표면 모델의 일 예를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 상하악 모델을 이용하여 상악 및 하악의 움직임을 재현한 일 예를 도시한 것이다.

Claims (17)

  1. 대상자의 3차원 영상 데이터를 이용하여 3차원적 상하악 모델을 형성하기 위한 매핑 기준 데이터를 제공하는 영상 매핑용 표시 장치에 있어서,
    상기 3차원 영상 데이터의 획득을 위한 촬영 시 상기 3차원 영상 데이터에 기록되어 상기 매핑 기준 데이터를 제공하는 적어도 하나의 표지자를 포함하는 표시부; 및
    상기 표시부에 탈부착이 가능하고, 상기 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트
    를 포함하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스프린트는,
    상기 치열 교합상태가 기록되는 교합면 인기용 실리콘; 및
    상기 교합면 인기용 실리콘이 삽입되는 홈이 형성되고, 상기 표시부와 결합되는 교합면 인상용 트레이
    를 포함하는 장치
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스프린트는 대상자가 변경되면, 상기 변경된 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트로 교체 가능한 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프린트는 상기 대상자의 치열에 장착되어, 상기 영상 매핑용 표시 장치를 고정하는 기능을 수행하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 3차원 영상 데이터는 컴퓨터단층촬영술 데이터인 장치.
  6. 대상자의 상하악 움직임을 획득하기 위한 움직임 표시 장치에 있어서,
    적외선 물질이 도포된 반사체가 복수 개 부착되며, 상기 대상자의 이마에 장착되어 상기 상악의 움직임에 대응하는 제1 위치데이터 제공하는 고정 장치부; 및
    상기 반사체가 복수 개 부착되며, 상기 대상자의 치열에 장착되어 상기 대상자의 하악의 움직임에 대응하는 제2 위치데이터를 제공하는 움직임 장치부
    를 포함하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 움직임 장치부는,
    상기 복수 개의 반사체가 부착된 광학적 마커; 및
    상기 광학적 마커에 탈부착이 가능하고, 상기 대상자의 치열 교합상태가 기 록되어 상기 움직임 장치부를 상기 대상자의 치열에 고정하는 기능을 수행하는 스프린트
    를 포함하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스프린트는 대상자가 변경되면, 상기 변경된 대상자의 치열 교합상태가 기록된 스프린트로 교체 가능한 장치.
  9. 대상자의 측두하악관절 움직임을 추적하고 재현하는 방법에 있어서,
    상기 대상자의 치열 교합상태를 제1 장치에 기록하는 단계;
    3차원 영상 데이터의 획득을 위한 촬영 시 상기 3차원 영상 데이터에 기록되는 표지자를 복수 개 포함하는 제2 장치를 상기 제1 장치와 결합하여 제3 장치를 형성하는 단계;
    상기 촬영을 통해, 상기 제3 장치를 장착한 상기 대상자로부터 상기 3차원 영상 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 3차원 영상 데이터에 기록된 상기 복수 개의 표지자의 위치 데이터와 상기 복수 개의 표지자의 물리적 공간에서의 위치 데이터에 기초해 상기 3차원 영상 데이터에 대응하는 3차원 영상공간을 상기 물리적 공간에 매핑하는 단계
    를 포함하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 대상자가 변경되면, 변경된 대상자의 치열 교합상태를 제4 장치에 기록하는 단계; 및
    상기 제2 장치에 상기 제4 장치를 결합하여 상기 제3 장치를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 대상자의 이마 및 치열에 각각 장착되며 적외선 물질이 도포된 반사체가 복수 개 부착된, 제4 장치 및 제5 장치의 움직임을 연속적으로 기록하는 단계;
    상기 기록된 제4 장치 및 제5 장치의 움직임으로부터 제1 위치데이터 및 제2 위치데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 위치데이터 및 상기 제2 위치데이터에 기초해 상하악 움직임 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 상하악 움직임 데이터는 평행이동정보 및 회전이동정보를 포함하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 평행이동정보는 상기 제1 위치데이터의 마이너스 값을 상기 제2 위치데이터에 더해서 산출하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 회전이동정보는 상기 제1 위치데이터의 역행렬을 상기 제2 위치데이터에 곱하여 산출하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 3차원 영상 데이터를 이용하여 상악과 하악이 서로 분리된 3차원의 상하악 모델을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 움직임 재현 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 움직임 데이터를 상기 3차원의 상하악 모델에 대응시켜 상기 측두하악관절의 움직임을 재현하는 단계
    를 더 포함하는 움직임 추적 및 재현 방법.
  17. 제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 영상 데이터는 컴퓨터단층촬영술 데이터인 움직임 추적 및 재현 방법.
KR1020080043353A 2008-05-09 2008-05-09 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치 KR20090117347A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080043353A KR20090117347A (ko) 2008-05-09 2008-05-09 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080043353A KR20090117347A (ko) 2008-05-09 2008-05-09 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100011147A Division KR100972456B1 (ko) 2010-02-05 2010-02-05 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090117347A true KR20090117347A (ko) 2009-11-12

Family

ID=41601839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080043353A KR20090117347A (ko) 2008-05-09 2008-05-09 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090117347A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8366442B2 (en) Dental apparatus for radiographic and non-radiographic imaging
US9922454B2 (en) Method for designing an orthodontic appliance
JP6623226B2 (ja) 顎の動きの追跡
JP5989234B2 (ja) 顎部バーチャル像の作成方法
US20070207441A1 (en) Four dimensional modeling of jaw and tooth dynamics
Kwon et al. A digital approach to dynamic jaw tracking using a target tracking system and a structured-light three-dimensional scanner
KR100972456B1 (ko) 측두하악관절 움직임 추적 및 재현 방법 및 이를 수행하는 장치
JPH11216135A (ja) 身体部分の３次元画像を記録するための方法及び装置
JPH03502770A (ja) 人体またはその一部の動きを測定および分析する装置
He et al. The use of a dynamic real-time jaw tracking device and cone beam computed tomography simulation
Hong et al. Setting the sagittal condylar inclination on a virtual articulator by using a facial and intraoral scan of the protrusive interocclusal position: A dental technique
US11633264B2 (en) Determining and tracking movement
JP2016513481A (ja) 空所を伴うバイトフォーク
Aslanidou et al. The fabrication of a customized occlusal splint based on the merging of dynamic jaw tracking records, cone beam computed tomography, and CAD-CAM digital impression
JP2022524532A (ja) 個人の歯列弓の仮想モデルとこの個人の顔のデジタルモデルとをレジストレーションする方法
JP2019512290A (ja) 顎変位を口内測定するシステム
US11576767B2 (en) Device and method for measuring a movement of a mandible
US20230320823A1 (en) Determining and tracking movement
WO2018156038A1 (en) A measurement device and a method for recording the positions of teeth
Zambrana et al. Jaw tracking integration to the virtual patient: A 4D dynamic approach
Li et al. Accuracy of a novel virtual articulator for recording three-dimensional dentition
US20180243061A1 (en) Method for treatment planning
Baeyens et al. In vivo measurement of the 3D kinematics of the temporomandibular joint using miniaturized electromagnetic trackers: technical report
CN112790888A (zh) 下颌运动捕捉系统、捕捉方法以及模拟方法
Chen et al. Feasibility of differential quantification of 3D temporomandibular kinematics during various oral activities using a cone-beam computed tomography-based 3D fluoroscopic method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
A107 Divisional application of patent
E601 Decision to refuse application