KR20120065376A

KR20120065376A - 구강-악안면 객체들을 디지털화하는 방법

Info

Publication number: KR20120065376A
Application number: KR1020127008524A
Authority: KR
Inventors: 바우테르 몰레만스; 비엘레 바우테르스; 필립 슈티제
Original assignee: 메디심 엔브이
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-06-20
Also published as: EP2722818B1; BR112012004927B1; DK2722818T3; EP2722818A1; BR112012004927A2; JP2013503662A; EP2306400A1; US20120201443A1; ES2536523T3; AU2010291554B2; AU2010291554A1; CN102576465A; US8824764B2; WO2011026609A1; JP5696146B2; ZA201201072B; BR112012004927B8; KR101710022B1; CN102576465B; EP2306400B1

Abstract

본원 발명은 구강-악안면 객체의 입체 영상 데이터의 범위 중에서 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 a) 계산 절차에서 유도되고, 구강-악안면 객체와 이의 배경 사이의 구분을 나타내는 하나 이상의 계산된 분할 파라미터로 상기 입체 영상 데이터의 분할을 실시하는 단계, 및 b) 상기 분할된 입체 영상 데이터로부터 상기 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 단계를 포함한다.

Description

구강-악안면 객체들을 디지털화하는 방법{METHOD FOR DIGITIZING DENTO-MAXILLOFACIAL OBJECTS}

본원 발명은 객체의 입체 영상(volumetric image) 데이터의 범위 중에서 구강-악안면 객체(dento-maxillofacial object)의 모양을 포착하는 방법에 관한 것이다. 더욱이, 본원 발명은 구강-악안면 객체를 디지털화(digitizing)하는데 사용하기 위한 파라미터를 결정하는 방법에 관한 것이다.

구강-악안면 치료들은 치아 상태, 두개골 및 안면 연조직들에 관한 것이다. 치료들의 범위는 치근(root) 및 치관(crown)을 포함하는 복원(restoring), 발치, 치관들의 복원, 교정(aligning)과 같은 치아를 다루는 것에서부터, 교정, 특히, 턱교정 수술(orthognathic surgery), 턱관절(temporomandibular joint: TMJ) 치료로 불리우는, 또 다른 부분과 관련된 턱의 잘못된 위치(mis-positioning)의 수술적 개입들을 포함하고, 두개골 및 치아상태의 수술적 복원 또는 리모델링(remodelling)을 포함한 악안면 수술, 조직 형상화(tissue sculpting), 리프팅(lifting)과 같은 안면 연조직 치료들까지에 이른다. 이러한 치료들에 있어서 중요한 것은 흡족한 교합 및 미소선(smile line)을 만들어 내는 것이다. '교합'이란 입이 닫혀 지는 동시에 위쪽 및 아래쪽의 아치형의 치아가 모아지는 방식을 의미한다.

구강-악안면 치료들은 복잡하고, 환자의 안면 형태(outlook)에 대하여 큰 영향을 가지므로, 정확한 치료 계획이 요구된다. 컴퓨터를 이용한(aided) 구강-악안면 계획 시스템들이 사용될 수 있게 되었으며, 이는 전통적인 수동식 치료 계획 과정을 디지털화한다. 치료 계획을 최적화할 수 있게 하기 위하여, 이러한 시스템들 내에 치과용 인상(dental impressions)들, 치석 모델(dental stone model)들 또는 제거 가능한 보철들 등과 같이, 구강-악안면 객체들의 디지털화된 버전을 병합시킬 필요가 종종 있다. 따라서, 구강-악안면 객체들의 정확한 디지털화를 용이하게 하기 위한 필요가 존재한다.

구강-악안면 객체들은 다양한 공동(undercut)들 및 작은 세부 부분(detail)을 나타내는 매우 불규칙한 모양에 의해 특징화된다. 이러한 특징들은 모양의 디지털화를 해볼 만한 과제로 만든다.

구강-악안면 객체들을 디지털화하기 위하여, 스트레오-영상(stereo-imaging), 구조 광 영상(structure light imaging)을 기반으로 한 표면 스캐닝(scanning), 레이저 스캐닝, 또는 그 중에서도 간섭 홀로그래피(conoscopic holography)가 적용될 수 있다. 이러한 방법들은 객체들의 매우 상세한 표면 스캔들을 제공할 수 있다. 일부 기술들이 스캔할 수 있는 다양한 모양들에 관하여 더 적응성이 있을지라도, 여하한 모양들은 디지털화하기 어려운 점이 남아있다.

구강-악안면 물질의 모양을 디지털화하는 대안적인 방법은 파괴적 스캐닝 또는 단층 영상(tomographic imaging)과 같은 입체 영상 기술들을 사용하는 것이다. 단층 영상은 단층 영상들을 산출하는 모든 영상의 양식(modality)을 포함한다. 이러한 단층 영상들은 3D 체적 영상(3D image volume)으로 조정될 수 있다.

이러한 단층 영상의 예시는 CT 스캐닝이다. 이러한 양식에 있어서, X-선이 구강-악안면 물질의 모양을 디지털화하는데 이용된다. 전형적으로, 산업용 CT 스캐너 또는 마이크로-CT 스캐너를 기반으로 한 산업적 환경에서 이루어진다. 그러나 이러한 접근은 중대한 투자를 필요로 하고, 물류적 혼잡을 일으킨다. 예를 들어, 치과용 인상이 건조되는 경우, 이는 변형된다. 그러므로, 가능한 한 빠르게 인상을 디지털화하는 것이 바람직하고, 저장되는 환경을 신중하게 통제하는 것이 바람직하다.

다양한 영상 기술들이 객체들을 스캐닝하기 위하여 존재할지라도, 입체 영상 데이터의 범위 중에서 상기 객체들의 모양 또는 정확한 윤곽을 포착하는 데에 문제점이 남아있다. 더욱더, 이러한 윤곽 형성(contouring) 또는 모양 형성(shaping)은 일반적으로 주관적인 방식으로 실시된다. 또한, 이러한 윤곽 형성 과정은 종종 입체 영상 데이터의 구분(segmentation)이라고 불리 운다.

따라서, 더 믿을 수 있는 방식으로 구강-악안면 물질들의 모양과 같은, 입체 영상 데이터의 범위 중에서 모양을 포착하는 정확한 방법에 대한 필요성이 존재한다.

WO 00/19929에서, 입체 영상(volume imaging) 기술은 파괴적 스캐닝에 대하여 설명되어 있고, 이에 의해서 일부분(slice)들의 영상들이 얻어진다.

US 7,123,767 문서에는, 예를 들어 CT 스캔들을 사용하여 디지털화된 치아상태 모델을 개별적인 구성요소들의 모델들로 분할시키는 기술들을 설명한다. 몇몇의 3D 구분 기술들이 설명되고, 많은 기술들이 사람을 보조한다(human-assisted). 여타의 컴퓨터로 수행되는 기술들은 정확한 역치 대신에 인접 치간의(interproximal) 가장자리에서만 야기된다는 결점을 가진다. 그러나, 이 문서에서는 비록 이것이 필수적인 요소일지라도 디지털화된 치아상태 모델의 구분의 정확도에 대해서는 관여하지 않는다.

또한, 치과 진료실 내에서 쉽게 접근가능하거나 설치되는, 단층 영상과 같은 입체 영상 기술들로 구강-악안면 물질들을 스캔할 수 있는 가능성을 치과 전문의들에게 제공할 필요가 있다. 이러한 단층 영상 방법의 예시는 표준 의학용 CT 스캐너 또는 콘-빔(Cone-Beam) CT 스캐너로 CT 스캐닝하는 것이다.

단층 영상은 입체 영상 데이터 세트(dataset), 또는 심지어 몇몇의 구분될 필요가 있는 구강-악안면 객체의 표면의 범위 중에 있는 것들을 야기한다. 주어지는 매우 다양한 단층 영상 장치, 쉽고 매우 자동화된 방법은 구강-악안면 객체들의 모양의 편리하고, 정확한 디지털화를 위하여 요구된다.

'Geometric accuracy of digital volume tomography and conventional computed tomography' (Eggers et al., British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, vol.46, no.8, Dec.2008, pp. 639-644)지는 디지털 입체 단층 영상이 영상-유도 수술(image-guided operating)에 적합한지 아닌지에 대한 의문에 대하여 관여된다. 기하학적 정확도는 정확한 환자에게 등록 사항(registration)을 영상화하는 것이 중요하며, 그래서 환자들의 안정성에 중요하다. 디지털 입체 단층법(Digital volume tomography)이 적절한 방법으로 발견되었다.

유럽 특허 출원 EP1808129에는 알려지지 않은 인체 요소에 관하여 기준 위치로부터의 위치 정보와 같은 것 또는 CT 정보에서 얻어지는 인체 요소들에 대한 3D 정보에서, 기준 위치로부터의 위치 정보를 포함하는 인체 정보를 추출하는 인체 정보 추출 장치를 설명한다. 제안된 해결책에서, 위치(positioning)에 대한 기준면(reference plane)이 인체 모델에 대한 3D 모델 정보 및 CT 정보로부터 3D 인체 정보 모두에 함유된 일반적인 위치 항(member)에서 정보를 검출함으로써 검출된다.

본원 발명은 입체 영상 데이터 세트의 범위 중에서 구강-악안면 객체의 모양에 대한 디지털 모델을 산출하는 방법을 제공하는 것을 목표로 하고, 이에 의해서 이전 기술분야의 결점들 및 제한들이 극복된다.

본원 발명은 상기 구강-악안면 객체의 입체 영상 데이터의 범위 중에서 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 구강-악안면 객체와 이의 배경 사이의 구분을 나타내는 하나 이상의 계산된 분할(segmentatioin) 파라미터로 상기 입체 영상의 분할을 실시하는 단계, 및 상기 분할된 입체 영상 데이터로부터 상기 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 단계를 포함한다.

최첨단의 방법들은 물질의 디지털화를 얻기 위하여 시스템의 사용자의 직관적 분할에 의존한다. 그러나, 이러한 주관적인 방법은 모양의 정확성과 관련되는 큰 위험을 내포한다. 본원 발명에 따른 해결책에서, CT 스캐너와 같은, 임상의 또는 치과의에게 이미 이용가능한 장비 사용의 요건을 유지하면서, 이러한 문제점은 자동적으로 해결된다.

또한, 본원 발명은 구강-악안면 객체의 입체 영상 데이터의 하나 이상의 분할 파라미터를 결정(즉, 계산)하는 방법에 관한 것이고, 이에 의해서 상기 방법은 상기 구강-악안면 객체의 상기 입체 영상 데이터를 얻기 위하여 사용되는 것과 같은 동일한 영상 프로토콜로 교정 객체(calibration object)의 입체 영상을 얻기 위한 단계들이 포함되며, 그리고 상기 교정 객체의 상기 입체 영상 데이터 및 상기 교정 객체의 모양에 의하여 상기의 하나 이상의 분할 파라미터를 결정하는 방법에 관한 것이다. 제안된 방법에서, 하나 이상의 분할 파라미터는 교정 객체의 입체 영상 데이터 및 교정 객체의 영상 데이터 세트들을 정렬시키고, 정렬된 데이터 세트들과 비교하기 위하여 측정을 유도하며, 그리고 상기 측정에 대한 선발 기준을 기반으로 한 하나 이상의 분할 파라미터를 유도함으로써 결정된다.

일 실시형태에서, 상기 방법은 하나 이상의 분할 파라미터를 적용시킴으로써 얻어지는 구분의 정확한 측정을 컴퓨터로 처리하는(computing) 단계를 포함한다.

특정 실시형태에서, 정렬은 복셀-기반 등록(Voxel-based registration) 또는 포인트 기반 정렬법에 의해 실시된다.

다른 특정 실시형태에서, 선발 기준은 정렬된 교정 객체의 표면에서 교정 객체의 입체 영상 데이터 내에 영상 수치들을 측정함으로써 형성(built)되는 히스토그램을 기반으로 한다.

바람직한 실시형태에서, 입체 영상 데이터는 CT 스캐닝을 포함하는 단층 영상 기술에 의해 얻어진다.

실시형태에서, 교정 객체는 특정 영상 기술에 대한 구강-악안면 객체의 물질 성질들과 실질적으로 동일한 물질 성질들을 가진다. 다른 실시형태에서, 교정 객체는 구강-악안면 객체의 모양과 실질적으로 동일한 모양 특징들을 가진다. 추가적인 실시형태에서, 교정 객체는 구강-악안면 객체의 치수들과 실질적으로 동일한 치수들을 가진다.

다른 측면에서, 본원 발명은 a) 단층 영상 기술에 적합한 물질적 성질들, 및 선택적으로 모양 및 치수들 모두에서 구강-악안면 객체와 실질적으로 동일하게 설계된 교정 객체를 취하는 단계; b) 단층 영상 장치로 교정 객체를 스캐닝하는 단계; c) 하나 이상의 분할 파라미터를 유도하는 단계; d) 단계 b에서의 교정 객체를 위하여 사용된 바와 같은 동일한 영상 장치 및 설정들로 구강-악안면 객체를 스캐닝하는 단계; 및 e) 단계 c에서 얻어진 하나 이상의 분할 파라미터로 스캐닝된 구강-악안면 객체 상에 구분을 적용하는 단계를 포함하는 구강-악안면 객체를 디지털화하는 방법에 관한 것이다.

바람직한 실시형태에서, 상기의 본원 발명의 방법에 대한 구분은 영상 분할(thresholding)이다.

또 다른 측면에서, 본원 발명은 지시사항을 포함하는 프로그램이 가능한 장치 상에서 실행할 수 있는 프로그램에 관한 것이며, 실행될 때에는 상기에 설명된 바와 같이 여하한의 방법들과 같은 방법으로 실시된다.

추가적인 측면에서, 본원 발명은 상기에 설명되는 바와 같은 프로그램을 포함하는 데이터 캐리어(data carrier) 및 교정 객체를 포함하는 키트(kit)에 관한 것이다. 일 실시형태에서, 상기 키트는 영상 장치 내에 교정 객체를 위치시키기 위한 캐리어 객체(carrier object)를 더 포함하며, 상기 캐리어 객체는 교정 객체보다 상당히 상이한 영상을 나타낸다.

본 발명은 교정 객체를 설계하는 방법을 더 개시한다.

본원 발명의 방법에 대한 주요한 이점은 임상의들 또는 치과의들에게 쉽게 사용될 수 있는 장비로 물질을 정확하게, 견고하게 및 확실하게 디지털화한다는 점이다. 상기 방법은 상세하고 정밀한 표면이 단층 영상법에 의해 얻어지는 입체 영상의 체적에 대하여 주어진 해상도로 자동적으로 산출되는 것을 보장한다.

도 1은 본 발명에 따라 디지털화하는 방법에 대한 작업의 흐름(workflow)을 나타낸다.
도 2는 최적의 역치를 정의하기 위한 알고리즘의 개략도를 나타낸다.
도 3은 스캔한 대로 교정 객체 모형(calibration object design)[a] 및 폴리카보네이트로 생성된 교정 객체 모형(b)을 나타낸다.
도 4는 용기부(container part) 및 상부(top part)을 가지는 교정 객체(a); 및 용기부 상에 상부의 위치(b)를 나타낸다.
도 5는 치과용 인상재로 충전된 상부 및 용기부(a); 및 상부의 제거 후에 용기부 내에 치아상태들의 인상(b)을 나타낸다.

"체적측정 스캔(volumetric scan)"이란 용어는 단층 영상 또는 파괴적 스캐닝과 같은 입체 영상 기술에 의해 얻어지는 데이터를 의미한다. 본 명세서의 모든 부분에서 사용되는 동의어들은 "입체 영상 데이터" 또는 "입체 영상 데이터 세트"이다.

추가적으로 의학 분야에서 다양한 제품들의 생산, 설계, 공정 및 저장을 위하여, 인체의 모양을 반영하는 물질의 정확한 디지털화가 실시될 필요가 있다. 이러한 모양은 매우 불규칙할 수 있으므로, 하나의 고속 포착(fast acquisition)으로 전체의 모양을 영상화하는 것은 어렵다.

구강-악안면 분야에서, 이러한 목적을 위하여 다양한 객체들이 사용된다. 물질들의 하나의 일원은 인상재(impression material)들이다. 인상은 치아, 안면, 귀와 같은 해부학적 부분들로 이뤄진다. 물질들의 다른 일원은 석고 모형(plaster cast)이다. 다양한 해부학적 모델들의 석고 모델들은 전형적으로 인상에서부터 생성된다. 보철과 같은 또 다른 물질들, 또는 방사선 유도(radiographic guide) 및 왁스-업(wax-ups)과 같이 특히 설계된 물질들은 디지털화될 필요가 있다.

구강-악안면 객체들을 디지털화하기 위하여, 파괴적 영상 또는 단층 영상과 같은 입체 영상 기술이 사용될 수 있다. 다른 실시형태에서, 표면 스캐닝 기술들이 적용될 수 있다.

전형적인 단층 스캐닝 기술은 X-선을 사용한다. 임상적 또는 치과의 환경에서, CT 스캐너로 스캐닝하는 것이 환자의 해부적 구조를 디지털화하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 CT 스캐너는 의료용 CT 스캐너, 콘-빔 CT 스캐너(cone-beam CT scanner: CBCT) 또는 마이크로 CT 스캐너(μCT)일 수 있다.

인체의 모양을 반영하는 구강-악안면 객체는 매우 다르게 영상화되는 캐리어 물질(carrier material) 상에 위치될 수 있다. 이러한 두 가지 물질들의 물질 성질들이 상이한 경우, 인체의 모양을 반영하는 객체가 분명하게 보여질 수 있다. 물질이 스캔되는 경우, 떠오르게 되면 나타난다. X-선을 사용하여 영상화하는 경우에, 스폰지 같은 고 방사선 투과성(very radio-lucent) 캐리어 물질이 적합하다. 그러나, 이러한 체적측정 스캔의 범위 중에서 정확한 모양의 구분을 위하여, 주어진 넓은 범위의 장비가 의학 및 치의학 분야에 존재하고, 새로운 단계가 요구되며, 이는 의료 작업 또는 치과 작업 환경에 적합하다. 이러한 목적을 위하여, 본원 발명은 교정 및 구분 절차를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따라 객체를 디지털화하는 방법에 대한 작업의 흐름(workflow)을 나타낸다.

일 실시형태에서, 단층 스캐너(2)는 교정 객체(3)의 스캔을 실시함(4)으로써 교정(calibrated)된다. 이러한 스캔에서, 하나 이상의 분할 파라미터(6)가 자동적으로 컴퓨터로 처리(5)된다. 상기 교정 객체(3)는 교정되는 단층 스캐너(7)로 디지털화되는 객체(1)에 대하여 특정하게 설계된다(10). 교정된 분할(8)은 상기 물질의 정확한 표면 모델(9)을 제공하도록 스캐닝된 물질 상에서 실시된다.

교정 객체(3)가 설계된다. 교정 객체에 대한 물질은 디지털화될 필요가 있는 표적 물질로서 단층 영상법에 사용하기 위한 유사한 물질의 성질들을 가진다. 디지털화될 필요가 있는 실제 물질의 모양과 유사할 수 있는 정확한 모양 정보(10)는 모형에 의해 알려진다.

교정 객체가 표적 물질이 스캔되는 것과 같이 동일한 스캐너로 동일한 방식으로 스캔(4)된다. 스캔에 의한 입체 영상 데이터(11) 및 모형에 의하여 알려진 모양(10), 특정한 분할 접근법(segmentation approach)을 위한 정확한 모양을 산출하는 파라미터들을 기반으로 결정된다(5). 이러한 파라미터들로, 스캔되는 객체의 정확한 모양이 위치되는 이진 결정점(binary decision point)이 결정된다. 이에 추가적으로, 결과적인(resulting) 구분의 정확도의 측정이 컴퓨터로 처리될 수 있다(12).

목하, 실제적인 물질이 교정 스캔과 같은 동일한 스캔 프로토콜로 스캔된다(7). 분할 알고리즘은 결정되는 파라미터(6)들로 적용된다(8). 이러한 방식으로, 물질의 정확한 모양이 얻어진다(9).

상기 교정 스캔은 CT-스캐닝 장치의 변화나 개정(update) 또는 사용되는 물질들의 변화나 개정이 발생하는 경우, 또는 시간에 대하여 규칙적인 빈도로 쉽게 다시 실행될 수 있다. 이러한 방법은 빠르며, 임상의들 및 이들의 팀 스스로에 의해 다뤄질 수 있다.

특정한 실시형태에서, 입체 영상 체적의 범위 중에서 표면의 분할은 영상 분할(thresholding)에 의해 실시된다. 역치는 물질과 배경의 사이의 변화(transition), 및 그러므로 물질의 표면을 정의한다.

도 2는 최적의 역치 또는 분할 파라미터들을 자동적으로 컴퓨터로 처리(5)하기 위한 알고리즘을 도시한다.

알고리즘은 두 개의 입력 데이터 세트: 교정 객체 모형(10) 및 교정 객체의 영상 체적(들)[11]를 요구한다. 알고리즘은 주요한 단계들: 두 개의 입력 데이터 세트를 정렬시키는 단계(13-14), [예를 들어, 히스토그램을 형성함(15-16)으로써] 정렬되는 데이터 세트들을 비교하기 위한 측정을 유도하는 단계, 및 분할 파라미터의 수치, 예를 들어 최적의 역치를 최종적으로 유도하는 단계(17-20)를 포함한다.

교정 객체 모형(10) 및 영상 체적(11)이 정렬되지 않으므로, 정렬 단계가 요구된다. 정렬은 변형된 객체와 영상 체적이 동일한 3D 공간을 공유함으로써, 동시에 동일 공간을 차지(coincide)하기 위한 변형을 탐색하는 것으로 정의된다. 이러한 정렬을 얻기 위하여, 상이한 절차들이 사용될 수 있다. 가능한 접근법은 다음과 같다. 첫번째로, 교정 객체 모형(10)을 기반으로 한 영상 체적이 컴퓨터로 처리된다. 다음으로, 이러한 영상 체적 데이터가 단층 영상을 통해서 얻어지는 교정 객체의 영상 체적 데이터(11)로 정렬된다. 이러한 알고리즘의 결과는 정렬되는 교정 객체 모형(14)을 얻기 위한 교정 객체 모형(10)에 이후에 적용되는 변형이다. 정렬된 교정 객체 모형(14)은 동일한 3D 공간 내에 교정 객체의 영상 체적(11)과 동시에 동일 공간을 차지한다.

일 실시형태에서, 정렬은 상호 정보의 최대화를 기반으로 한 복셀-기반 등록에 의해 처리될 수 있다('Multimodality image registration by maximization of mutual information' , Maes et al., IEEE Trans. Medical Imaging, 16(2):187-198, April 1997). 다른 실시형태에서, 점 기반 정렬법(point based alignment method)['Least square fitting of Two 3D Point Sets', Arun et al., IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 9(5), Sept. 1987]이 사용된다. 이러한 점 기반 정렬법은 첫번째로 교정 객체의 영상 체적(11) 내에서 및 교정 객체 모형(10) 상에서 특징들 또는 잘 정의할 수 있는 점들을 얻어낸다. 다음으로, 이러한 방법은 데이터 세트들 모두의 대응하는 3D 점들을 정렬시키는 변형을 탐색한다.

두번째 단계에서, 알고리즘은 정렬된 교정 객체 모형(14)의 표면에서 교정 객체의 영상 체적(11) 내에 영상 수치들을 측정한다. 측정된 모든 영상 수치들은 저장되고, 저장된 영상 수치들의 히스토그램(15)이 형성된다. 알고리즘의 안정성을 향상시키기 위하여, 측정 범위가 정렬된 교정 객체 모형(14)의 표면 주위의 작은 영역쪽으로 확장될 수 있다. 이러한 방식에서, 정렬의 알고리즘 또는 스캔된 데이터 내의 노이즈(noise)가 부분적으로 제거될 수 있다.

적어도 최적의 역치(19), 즉 분할 파라미터가 산출되는 영상 수치의 히스토그램(16)과 결합한 선발 기준(18)을 사용함으로써 유도된다(17). 가능한 선발 기준(18)은 평균적인 영상 수치, 최고 빈도의(most frequent) 영상 수치, 최대 영상 수치 등이다. 상이한 선발 기준은 약간 상이한 역치들을 야기할 수 있으며, 최적의 선발 기준은 최종 적용물에 따른다.

최적의 역치를 정의한 후에, 구분의 예상되는 전반적인 정확도(20)의 측정이 얻어질 수 있다. 이러한 수치를 계산하기 위하여, 표면 표현이 매칭 큐브(marching cubes) 알고리즘(Proc. of SIGGRAPH, pp.163-169, 1987) 및 유도되는 최적의 역치를 사용하여 교정 객체의 스캔된 영상 체적(11)의 범위 중에서 산출된다. 다음으로, 이러한 표면 표현과 교정 객체 모형(10) 사이의 거리 지도가 계산될 수 있다. 이러한 거리 지도 또는 이러한 거리 지도로부터의 여하한의 통계적으로 유도된 측정은 물질을 영상화 프로토콜에 따르는 장비 및 주어진 단층 영상법으로 디지털화하기 위한 전반적인 디지털화 절차의 예상되는 정확도를 나타낸다.

최적의 역치를 자동적으로 컴퓨터로 처리하는 대안적인 방법은 스캔된 교정 객체 및 가상 교정 객체 모형을 정렬시키는 단계, 객체 모형의 실제 표면과 스캔된 객체의 복원된 표면 사이의 거리 지도에 대한 여하한 역치를 산출하는 단계, 및 계산된 거리 지도들을 기반으로 한 최적을 역치를 유도하는 단계를 포함한다.

실시예 1 : 아크릴 보철( acrylic prosthesis )에 대한 교정 객체의 모형(10)

디지털화된 물질(1)이 아크릴 치과용 보철인 경우에, 교정 객체가 설계될 때(10)에 일부 특정한 지침들이 고려될 수 있다. 첫번째로, 설계된 객체의 체적은 전형적인 치과용 보철의 체적에 대하여 바람직하게 다소 동일하다. 더욱더, 상기 객체의 표면이 알고리즘의 정확도를 보증할 수 있도록, 충분하고 상세한 3D 정보, 즉 모양 변화를 함유하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 교정 객체에 사용되는 물질의 성질들은 특정한 단층 영상 기술용의 디지털화되는 물질의 성질들과 유사하거나 동일해야 한다.

단층 영상법이 상기 아크릴 보철에 대한 CT 스캐닝인 경우에, 교정 객체(10)는 다음과 같이 설계될 수 있다. 교정 객체는 낮은 높이(small height)를 가지는 실린터 상에 실질적으로 설치되는 전형적인 치과용 표면으로 구성된다. 설계된 객체는 치과용 보철을 생산하는데 사용되는 아크릴 물질들과 같이 유사한 방사선-비투과성 특성들을 가지는 폴리카보네이트로 생산된다(도 3). 이러한 폴리카보네이트의 예시는 TECANAT™이다.

실시예 2: 치과용 인상에 대한 교정 객체의 모형(10)

디지털화되는 물질이 치과용 인상이고, 단층 영상법이 CT 스캐닝인 경우에, 교정 객체가 설계될 때(10)에 일부 특정한 지침들이 고려될 수 있다. 첫번째로, 많은 치과용 인상재들이 존재할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 이러한 모든 물질들은 상이한 방사선-비투과성 특성들을 가진다. 그러므로, 설계된 교정 객체는 이러한 여하한의 치과용 인상 물질재들에 대하여 사용가능할 수 있어야 한다. 두번째로, 교정 객체의 체적은 전형적인 치과용 인상의 체적과 다소 동일한 것이 바람직하다. 마지막으로, 교정 객체는 바람직하게 알고리즘의 정확도를 보증할 수 있도록, 충분하게 상세한 3D 정보, 즉 모양 변화를 포함한다. 이러한 지침들을 충족시키기 위하여, 교정 객체가 생성될 수 있으며, 특별한 교정 절차가 정밀하게 고안될 수 있다.

특정한 설계의 실시형태는 다음과 같다. 특정한 실시형태에서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 설계된 객체(10)는 두 개의 부분: 상부 및 용기부로 구성된다. 상부는 하부측(lower side)에 상부의 치아상태와 닮은 구조를 가지는 3차원(cubic) 모양의 블록이다. 용기부는 두 개의 공동(cavity)으로 구성된다. 제 1 공동(도 4b에서의 C1)의 크기는 상부보다 약간 더 크다. 제 2 공동(도 4b에서의 C2)은 상부보다 약간 더 작다. 두 개의 공동의 크기가 상이하므로, 상부는 잘 알려진 위치 내에 용기부의 상부(top) 상에 위치될 수 있다. 인상재를 교정하기 위하여, 더 낮은 공동(C1)은 인상재로 채워진다(도 4b 참조). 다음으로, 상부는 용기부 상에 위치되고, 두 개의 부분들이 서로 단단한 접촉 내로 밀어 붙여진다. 인상재가 경화되고 몇 분 후에, 상부는 제거될 수 있다. 유지되는 부분, 즉 인상재를 가지는 용기부는 교정 객체의 영상 체적을 얻기 위하여 스캔되는 최종 교정 객체로 정의된다. 상부의 하부측에서의 치아상태 표면은 교정 객체 모형(10)으로서의 역할을 한다.

본원 발명은 특정한 실시형태들을 참고함으로써 설명될지라도, 본 발명이 앞에서 말한 설명적인 실시형태들의 자세한 설명들로 제한되지 않으며, 본원 발명은 이의 범위에서 벗어나지 않는 다양한 변화들 및 변형들로 구체화될 수 있다는 것을 본 기술분야의 전문가에게는 명백할 것이다. 그러므로, 본원 실시형태는 제한적이지 않고 설명적인 모든 사항들에 대하여 고려되고, 본 발명의 범위는 앞에서 말한 설명에 의해서라기 보다는 첨부된 청구항들에 의해 나타내며, 그러므로, 청구항들의 동등한 범위 및 의미 내에서 오는 모든 변화들은 본 명세서에 포용되는 것으로 의도된다. 바꿔 말하면, 기초적이고 근본적인 원리들 내로 주어지고 이의 필수적인 특질들이 본 특허 출원 내에 청구되는 여하한의 모든 변형들, 변화들 또는 등가물들을 망라하는 것으로 의도된다. 더욱이, "포함" 또는 "포함한다"라는 단어들은 여타의 요소들 또는 단계들을 제외하지 않고, "a" 또는 "an"이라는 단어들은 복수를 제외하지 않으며, 컴퓨터 시스템, 프로세서 또는 다른 통합 유닛(integrated unit)과 같은 단일 요소가 청구항들 내에 상술되는 몇몇 의미들의 기능들을 이행할 수 있다는 것을 본 특허 출원의 독자에 의해 이해될 것이다. 청구항들 내에 여하한 참조 부호들은 관련되는 각각의 청구항들을 제한하는 것으로 파악되지 않는다. 청구항들 내에 또는 명세서 내에 사용될 때에 용어 "첫번째", "두번째", "세번째", "a", "b", "c" 및 이와 유사한 것들은 유사한 요소들 또는 단계들 사이에서 구별하기 위하여 도입되며, 반드시 결과순 또는 연대순(chronological order)으로 설명되지 않는다. 유사하게, 용어 "상부", "하부(bottom)", "위(over)", "아래(under)" 및 이와 유사한 것들은 설명 목적으로 도입되며, 상대적인 위치들을 표시하는데 필요하지는 않다. 이렇게 사용되는 용어들은 적절한 상황들 하에서 상호교환적이고, 본 발명의 실시형태들은 상기에 설명되는 또는 도시되는 것(들)과 상이한 대응(orientation)들로 또는 여타의 순서들로 본원 발명에 따라 작동될 수 있다는 것이 이해된다.

Claims

구강-악안면 객체의 입체 영상 데이터의 범위 중에서 상기 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 방법에 있어서,
a. 상기 구강-악안면 객체와 이의 배경 사이의 구분을 나타내는 하나 이상의 계산된 분할 파라미터로 상기 입체 영상 데이터의 분할을 실시하는 단계, 및
b. 상기 분할된 입체 영상 데이터로부터 상기 구강-악안면 객체의 모양을 포착하는 단계를 포함하는 방법.
구강-악안면 객체의 입체 영상 데이터의 하나 이상의 분할 파라미터를 결정하는 방법에 있어서,
a. 상기 구강-악안면 객체의 상기 입체 영상 데이터를 얻기 위하여 사용되는 것과 같은 동일한 영상 프로토콜로 주어진 모양의 교정(calibration) 객체(10)의 입체 영상 데이터를 얻는 단계;
b. 상기 교정 객체의 영상 데이터 세트들(11)로 상기 교정 객체(10)의 상기 입체 영상 데이터를 정렬시키는 단계;
c. 상기 정렬된 데이터 세트들을 비교하기 위한 측정을 유도하는 단계;
d. 상기 측정을 바탕으로 한 선발 기준을 사용하여 상기의 하나 이상의 분할 파라미터를 결정하고, 이에 의해서 상기 교정 객체(10)의 모양 및 상기 교정 객체의 상기 입체 영상 데이터(11)가 고려되는 단계를 포함하는 방법.
제 2항에 있어서,
상기의 하나 이상의 분할 파라미터를 적용함으로써 얻어지는 분할의 정확도 측정(12)을 컴퓨터로 처리하는 단계를 포함하는 방법.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 정렬의 단계가 복셀-기반 등록(voxel-based registration) 또는 점 기반 정렬법(point based alignment method)에 의해 실시되는 방법.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선발 기준이 정렬된 교정 객체(14)의 표면에서 상기 교정 객체의 입체 영상 데이터(11) 내의 영상 수치들을 측정함으로써 형성되는 히스토그램을 기반으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입체 영상 데이터가 CT 스캐닝을 포함하는 단층 영상 기술에 의해 얻어지는 방법.
제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교정 객체(10)가 상기 영상 프로토콜에 대한 상기 구강-악안면 객체의 물질 성질들과 실질적으로 동일한 물질 성질들을 가지는 방법.
제 2항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교정 객체(10)가 상기 구강-악안면 객체의 모양과 실질적으로 동일한 모양을 가지는 방법.
제 2항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교정 객체(10)가 상기 구강-악안면 객체의 치수들과 실질적으로 동일한 치수들을 가지는 방법.
구강-악안면 객체를 디지털화(digitizing) 하는 방법에 있어서,
a. 단층 영상 기술에 적합한 물질 성질들로, 그리고 선택적으로 모양 및 치수들 모두에서 상기 구강-악안면 객체와 실질적으로 동일하게 설계된 교정 객체(10)를 취하는 단계;
b. 단층 영상 장치로 상기 교정 객체(10)를 스캐닝하는 단계;
c. 하나 이상의 분할 파라미터를 유도하는 단계;
d. 단계 b에서의 교정 객체(10)를 위하여 사용된 것과 같은 동일한 영상 장치 및 설정들로 구강-악안면 객체를 스캐닝하는 단계;
e. 단계 c로부터 얻어진 하나 이상의 분할 파라미터로 스캐닝된 구강-악안면 객체 상에 분할을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분할이 영상 분할(thresholding)인 방법.
제 2항 내지 제 11항 중 어느 한 항에서와 같은 방법을 실시하고, 실행할 때에, 지시사항을 포함하는 프로그램이 가능한 장치 상에서 실행할 수 있는 프로그램.
제 12항의 프로그램을 포함하는 데이터 캐리어(data carrier) 및 교정 객체(10)를 포함하는 키트(kit).
제 13항에 있어서,
영상 장치 내에 상기 교정 객체(10)를 위치시키기 위한 객체를 더 포함하며, 상기 객체가 상기 교정 객체(10)보다 상당히 상이한 영상을 나타내는 키트.