KR20140033826A - 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법 - Google Patents

Abstract

환자맞춤형 어버트먼트의 가공에 있어서의 생산성을 높일 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명의 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법은 환자에게 최적화되게 설계된 다수의 환자맞춤형 어버트먼트를 판상의 소재 내에서 동시에 가공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 치조골에 식립된 픽스츄어에 안착되어 인공치관을 지지하기 위한 어버트먼트의 설계 데이터를 생성하는 방법이 제공된다. 어버트먼트 설계 데이터를 생성함에 있어서는, 먼저, 각각이 환자에게 맞춤화되어 있는 환자맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수 생성한다. 이어서, 상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 연결시킨 다음, 연결된 어버트먼트 설계 데이터를 출력하여, CNC 가공장치를 통해 다수의 어버트먼트가 일괄하여 가공되도록 하게 된다.
본 발명에 따르면, 환자 개개인의 구강내 환경을 정확히 반영하는 환자맞춤형 어버트먼트를 설계하여 제작함에 있어서, 다수의 어버트먼트를 동시에 가공하기 때문에 생산성이 높아지고, 이에 따라 가공단가와 환자의 부담 또는 치과의 비용이 감소시키게 되는 효과가 있다. 이에 따라 임플란트 시술에 사용되는 어버트먼트를 사용함에 있어, 기성 어버트먼트보다 훨씬 환자에게 최적화된 환자맞춤형 어버트먼트의 채용을 확대시키는 것을 기대할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

환자맞춤형 어버트먼트 가공방법{Method of Fabricating Customized Implant Abutment}

본 발명은 치과용 보철재료 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 임플란트 픽스츄어의 식립 위치 및 식립 상태에 적합하도록 환자에게 최적화된 어버트먼트를 가공하는 방법에 관한 것이다.

치아나 치아주변 조직이 손상된 경우에는 인공적인 보철물을 사용하는 보철치료를 통해 치아의 기능과 심미성을 회복시켜주게 된다. 하나 이상의 치아가 부분적으로 손상된 경우에는 손상된 치아의 상측을 덮는 크라운(Crown)을 보철물로써 제작하여 사용하게 되지만, 하나 이상의 치아가 빠져서 결손된 경우에는 주변의 치아를 기둥삼아 다리를 놓듯이 양쪽 치아와 상실된 부분을 연결한 고정성국소의치 즉, 브릿지(Bridge)를 제작하여 치료하거나, 틀니를 사용하게 된다. 그런데, 브릿지 치료 과정에서 필요한 옆치아 삭제를 원치 않거나 기능적 또는 정신적으로 틀니 사용을 원치 않는 경우에는 임플란트 보철치료를 행하게 된다.

임플란트 보철치료에 사용되는 임플란트 장치는 예컨대 티타늄과 같은 금속으로 제작되는 인공치근인 임플란트 픽스츄어(Implant Fixture, 이하, '픽스츄어'로 약칭함)와, 상기 임플란트 픽스츄어에 나사(Abutment Screw)에 의해 체결되는 어버트먼트(Implant Abutment, '지대주' 내지 '지대치'라고도 칭함)로 구성된다. 임플란트 시술을 행함에 있어서는, 먼저 치아가 결손된 위치에서 픽스츄어를 치조골에 식립하여 골조직과 융합되도록 한 후, 어버트먼트를 픽스츄어에 체결하고, 어버트먼트 상에 인공치관 즉, 크라운을 얹어서 결합시키게 된다. 이와 같이 형성되는 구조에 있어서, 어버트먼트는 인공치관을 픽스츄어에 연결시키고, 인공치관에 가해지는 힘을 픽스츄어를 통해 턱뼈로 전달하는 역할을 한다.

통상적으로, 어버트먼트로는 임플란트 제작사에서 픽스츄어와 함께 제공하는 기성 어버트먼트가 많이 사용된다. 그런데, 기성 어버트먼트는 환자 개개인의 구강구조(예컨대, 주변치아 및 대합치와의 교합, 잇몸의 상태 및 잇몸 라인)의 차이를 전혀 반영하지 않을 뿐만 아니라, 보철에 사용되는 인공치관의 크기나 형상도 반영하지 못한다. 이에 따라, 기성 어버트먼트가 지나치게 작아서 시술완료 후 인공치관을 충분히 지지하지 못하게 될 수도 있고, 지나치게 커서 인공치관 설계/가공 상의 여유도가 감소하여 인공치관의 강도가 저하되는 원인이 될 수도 있다. 특히, 환자의 치조골에 픽스츄어를 식립할 때 부정확한 방향으로 식립이 이루어진 경우에는, 어버트먼트의 방향도 틀어지게 되고, 픽스츄어와 어버트먼트가 인공치관을 지지하지 못하여 보철물의 기능성과 심미성이 현저히 저하될 수 있다.

이를 감안하여, 환자 개개인에게 적합화되도록 환자맞춤형 어버트먼트를 제작하는 방법이 제시된 바 있다.

예컨대, 등록특허 제795645호(발명의 명칭: 임플란트용 일체형 어버트먼트 제조방법)에는 픽스츄어가 식립된 환자 구강으로부터 얻어진 석고 치아모형으로부터 3차원 이미지를 생성하고, 이 이미지를 기초로 가상치아를 디자인한 후, 디자인된 가상치아의 형상에 부합하는 어버트먼트의 형상을 디자인하여 절삭가공하는 어버트먼트 제조방법이 기재되어 있다. 등록특허 제1134062호(발명의 명칭: 임플란트 어버트먼트를 만드는 방법)에는 석고모형을 만들지 아니하고 인상체를 3차원 스캔하거나 구강 내부를 직접 3차원 스캔한 후 스캔된 이미지를 토대로 어버트먼트를 설계하는 방안이 제시되어 있다. 등록특허 제1075394호(발명의 명칭: 임플란트의 제조방법) 및 등록실용신안 제408616호(고안의 명칭: 임플란트용 지대주 아날로그)에는 석고모형 제작 및 기공 과정에서 픽스츄어 아날로그(Analog) 또는 어버트먼트 아날로그를 활용함으로써 구강내 상황이 최대한으로 석고모형에 재현하기 위한 방안이 제시되어 있다.

또한, 본 출원인의 특허출원 10-2012-0076339호(발명의 명칭: 개인화된 어버트먼트 제작방법)에는 소정 형상의 스캔핀을 픽스츄어에 체결한 상태에서 스캔핀과 주변치아에 대하여 인상을 채득하여 인상체를 제작하고 구강 석고모형을 제작한 후, 구강 석고모형을 스캐닝하여 3차원 석고모형 영상을 생성하고, 이를 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜서 3차원 석고모형 영상에서의 스캔핀의 위치와 방향을 결정하고, 어버트먼트를 설계하는 방안이 제시되어 있다.

그런데, 이와 같은 방식으로 설계가 완료된 환자맞춤형 어버트먼트를 실제로 가공함에 있어서는 각각의 어버트먼트를 개별적으로 가공해야 하기 때문에, 생산성이 떨어지고, 이에 따라 가공비용과 환자의 부담 또는 치과의 비용이 증가되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 환자에게 최적화되도록 설계가 이루어진 환자맞춤형 어버트먼트가 실제로 널리 활용하는데 장애가 될 수 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환자맞춤형 어버트먼트의 가공에 있어서의 생산성을 높일 수 있는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법은 환자에게 최적화되게 설계된 다수의 환자맞춤형 어버트먼트를 판상의 소재 내에서 동시에 가공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 치조골에 식립된 픽스츄어에 안착되어 인공치관을 지지하기 위한 어버트먼트의 설계 데이터를 생성하는 방법이 제공된다.

어버트먼트 설계 데이터를 생성함에 있어서는, 먼저, 각각이 환자에게 맞춤화되어 있는 환자맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수 생성한다. 이어서, 상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 연결시킨 다음, 연결된 어버트먼트 설계 데이터를 출력하여, CNC 가공장치를 통해 다수의 어버트먼트가 일괄하여 가공되도록 하게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 연결함에 있어서는 일정한 형태의 지지날개를 통해 연결시키게 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 예컨대 CNC 가공 시스템에 있어서, 환자의 치조골에 식립된 픽스츄어에 안착되어 인공치관을 지지하기 위한 어버트먼트를 가공함에 있어서, 각 환자에게 최적화되어진 맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수개 받아들이고 가공하는 방법이 제공된다.

환자맞춤형 어버트먼트를 가공함에 있어서는, 먼저, 각각이 환자에게 맞춤화되어 있는 환자맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수 개 받아들인다. 이어서, 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합하고, 결합된 어버트먼트 설계 데이터를 토대로 다수의 어버트먼트를 일괄하여 가공하게 된다.

다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합함에 있어서는, 일정하게 정해진 소재가공 영역을 복수의 분획 구역으로 구분한 후, 상기 복수의 분획 구역 중 적어도 하나 이상에서, 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 배치하고 인접한 어버트먼트 설계 데이터들을 연결시키게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 다수의 환자맞춤형 어버트먼트를 일괄하여 가공함에 있어서는, 판상의 가공소재를 상방 및 하방 중 일 방향에서 절삭하여 상기 다수의 어버트먼트를 일부 형상을 형성한 다음, 상기 가공소재를 상방 및 하방 중 다른 방향에서 절삭하여 상기 다수의 어버트먼트를 나머지 형상을 형성하게 된다.

본 발명에 따르면, 환자 개개인의 구강내 환경을 정확히 반영하는 환자맞춤형 어버트먼트를 설계하여 제작함에 있어서, 다수의 어버트먼트를 동시에 가공하기 때문에 생산성이 높아지고, 이에 따라 가공단가와 환자의 부담 또는 치과의 비용이 감소시키게 되는 효과가 있다. 이에 따라 임플란트 시술에 사용되는 어버트먼트를 사용함에 있어, 기성 어버트먼트보다 훨씬 환자에게 최적화된 환자맞춤형 어버트먼트의 채용을 확대시키는 것을 기대할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 각 어버트먼트 설계 데이터를 최대한 밀착, 배치시켜 연결하고 이를 가공함으로써, 각 어버트먼트를 개별적으로 가공하는 경우에 비하여, 소재에서 사전가공 과정에서 또는 절삭공정에서 폐기되는 부피를 최소화함으로써 자원 활용도를 극대화할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 도면 중,
도 1은 본 발명에 의한 환자맞춤형 어버트먼트 제작방법의 일 실시예의 전체적인 공정을 보여주는 흐름도;
도 2는 본 발명에 의한 맞춤형 어버트먼트 설계과정을 개략적으로 보여주는 흐름도;
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에서 사용할 수 잇는 스캔핀의 실시예들을 보여주는 사진;
도 4는 도 3a의 스캔핀을 치아모형에 삽입한 예를 보여주는 사진;
도 5는 도 4의 예에 따른 석고모형을 보여주는 사진;
도 6은 본 발명에 의한 맞춤형 어버트먼트를 설계 및 가공하는데 사용되는 인공치아 제작 시스템의 일 실시예의 블록도;
도 7은 구강 석고모형을 토대로 맞춤형 어버트먼트를 설계하는 과정을 상세하게 보여주는 흐름도;
도 8은 상기 3차원 석고모형 영상의 예를 보여주는 사진;
도 9는 3차원 석고모형 영상과, 이에 결합할 표준 스캔핀 영상을 함께 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 10a는 전체 3차원 석고모형 영상과 표준 스캔핀 영상을 정렬시킨 상태를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 10b는 3차원 석고모형 영상에서 스캔핀 영상부분을 추출하여 표준 스캔핀 영상과 정렬시킨 상태를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 11a는 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용한 예를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 11b는 인공치관 및 어버트먼트의 설계 과정의 화면을 와이어프레임 형태로 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 11c는 인공치관 및 어버트먼트 경계 설정을 위한 설계 과정의 화면을 보여주는 캡쳐 사진;
도 12는 설계가 완료된 치관의 일 예를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 13은 설계가 완료된 환자맞춤형 어버트먼트의 일 예를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 14는 실제 환자의 구상에서 인상을 채득한 후 제작한 구강 석고모형을 보여주는 사진;
도 15는 도 14의 구강 석고모형을 스캐닝하여 생성한 3차원 석고모형 영상의 화면 캡쳐 사진;
도 16은 3차원 석고모형 영상 내에서의 스캔핀 영상부분을 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합하기 위해 준비한 상태를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 17 및 도 18은 스캔핀 영상부분을 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합시킨 상태를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 19는 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용하기 위해 표준치아 모형을 준비한 상태를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 20은 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용한 상태에서 인공치관의 설계 과정을 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 21은 어버트먼트의 설계 과정을 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 22는 인공치관 및 어버트먼트의 설계 과정의 화면을 와이어프레임 형태로 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 23은 설계가 완료된 환자맞춤형 어버트먼트의 화면 캡쳐 사진;
도 24는 설계가 완료된 인공치관과 환자맞춤형 어버트먼트 결합 구조를 보여주는 화면 캡쳐 사진;
도 25는 설계 데이터에 의해 밀링머신으로 가공한 어버트먼트의 사진;
도 26은 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합하는 일 실시예를 보여주는 평면도;
도 27은 본 발명에 의한 환자맞춤형 어버트먼트 제작방법의 다른 실시예의 전체적인 공정을 보여주는 흐름도; 그리고
도 28은 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합하는 다른 실시예를 보여주는 평면도이다.

도 1은 본 발명에 의한 환자맞춤형 어버트먼트 제작방법의 전체적인 공정을 보여준다.

먼저. 설계 프로그램을 사용하여, 환자에게 최적화된 맞춤형 어버트먼트를 설계한다(제10단계). 구체적인 설계 방법은 위에서 언급한 본 출원인의 선출원 10-2012-0076339호에 기재된 방법에 의할 수 있는데 이에 한정된 것은 아니다. 위 특허출원 10-2012-0076339호에 기재된 어버트먼트 설계방법에 대해서는 후술한다.

이어서, 다수의 환자에 대한 맞춤형 어버트먼트를 한꺼번에 가공할 수 있도록 다수의 어버트먼트 설계데이터를 결합한다(제12단계). 결합은 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 어버트먼트(150)를 배치하고 이를 접속날개(180)으로 연결함으로써 이루어질 수 있다.

그 다음, 결합된 설계 데이터를 CNC 프로그램을 통해 CNC 밀링머신에 제공함으로써(제14단계), CNC 밀링머신이 이를 가공하도록 한다(제16단계).

도 2는 본 발명에 의한 맞춤형 어버트먼트 설계과정을 개략적으로 보여준다.

어버트먼트 제작은 환자의 치조골에 픽스츄어를 식립한 다음, 식립 위치가 상악인지, 하악인지에 따라 그리고 치조골 상태에 따라 3~6개월 경과 후에 시행된다. 픽스츄어는 다수의 회사에서 제조하여 공급하고 있으며, 각 회사는 다양한 규격의 제품을 판매하고 있다. 일반적으로 픽스츄어 제조업체는 각 픽스츄어 규격에 상응하여 기성 어버트먼트를 공급한다. 기성 어버트먼트는 픽스츄어에 안착시킨 후, 스크류에 의해 체결된다. 기성 어버트먼트가 픽스츄어에 정확한 방향으로 안착되고, 치료 완료 후 스크류 체결이 헐거워져서 어버트먼트가 픽스츄어 상에서 회전하게 되는 것을 방지하기 위하여, 기성 어버트먼트와 픽스츄어의 결합부위에는 소정의 안착형상, 예컨대 육각형 횡단면(Hex) 구조가 상보적으로 마련되어 있어서, 이 단면구조가 일치될 때에만 기성 어버트먼트 하단이 픽스츄어 상부 내측에 삽입될 수 있게 되어 있다.

본 발명에 의해 어버트먼트를 설계함에 있어서는, 먼저, 픽스츄어가 환자의 치조골에 식립된 상태에서 스캔핀(Scan Pin)을 픽스츄어에 삽입하고 스크류에 의해 체결하게 된다(제100단계).

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에서 사용할 수 잇는 스캔핀의 예들을 보여준다. 도 3a는 기성 어버트먼트와 동일한 형태의 스캔핀이고, 도 3b는 하부 형태는 기성 어버트먼트와 동일하고 상부는 하부형태와 대칭이 되도록 가공한 스캔핀이며, 도 3c는 하부 형태는 기성 어버트먼트와 동일하고 상부는 작업의 편의성을 고려하여 별도로 설계된 스캔핀이다.

본 발명에서 사용되는 스캔핀은 기성 어버트먼트와 마찬가지로 픽스츄어에 정확한 방향으로 안착될 수 있도록, 기성 어버트먼트와 동일한 하부 형태를 가진다. 즉, 스캔핀은 하측에 픽스츄어 안착부를 구비하며, 상기 픽스츄어 안착부는 픽스츄어 상부 구조에 대응하여 마련되는 소정의 안착형상을 가진다. 예컨대 도 3a 내지 도 3c에 도시된 스캔핀의 하측에 있는 픽스츄어 안착부(300, 310, 320)에는 육각형 횡단면구조의 안착형상(302, 312, 322)을 가진다. 한편, 도 3a 내지 도 3c에 도시되어 있지 않지만, 본 발명에 의해 제작되는 맞춤형 어버트먼트 역시 스캔핀과 동일한 안착형상을 가지는 픽스츄어 안착부를 하측에 구비한다. 스캔핀 및 맞춤형 어버트먼트의 구체적인 안착형상은 환자에게 식립된 픽스츄어에 상응하게 형성된다. 이에 따라, 스캔핀은 다수의 픽스츄어 제조업체 및 규격에 상응하도록 다양하게 마련된다.

한편, 스캔핀의 상부에는, 인식표지(304, 314, 316)가 형성된다. 상기 인식표지(304, 314, 316)는 픽스츄어 안착부(300, 310, 320)에 대하여 일정한 위치와 방향성을 유지하도록 형성되며, 이에 따라 픽스츄어 안착부(300, 310, 320)가 없거나 가려진 상태에서도 픽스츄어 안착부(300, 310, 320)의 안착형상의 위치와 방향을 추정할 수 있게 해준다. 인식표지는 도 3a 또는 도 3b와 같이 스캔핀의 상부 외측면에서 그 경계가 분명하게 형성되는 하나 이상의 절삭평면일 수도 있고, 도 3c와 같이 입체적인 구조가 될 수도 있다.

스캔핀에는 상하방향으로 관통하는 나사공(미도시됨)이 형성되어 있어서, 스캔핀을 픽스츄어에 안착시킨 상태에서 스크류에 의해 체결할 수 있게 되어 있다. 도 5는 도 3a의 스캔핀을 치아모형에 삽입한 예를 보여준다.

다시 도 2를 참조하면, 제102단계에서는 스캔핀과 주변치아 위에 인상재를 씌워서 인상을 채득한다. 그리고, 일정시간 경과 후, 구강 내의 스캔핀 및 인접치아로부터 인상체를 분리한다. 인상체에는 환자의 치아 형상 및 배열 등의 등 환자 구강의 구조와, 스캔핀 상부 형태가 음각으로 반영되어 있다.

제104단계에서는, 상기 인상체에 응고제 즉, 석고를 사용하여 구강 석고모형을 제작한다. 도 5는 도 4의 치아모형 및 스캔핀 사용시의 석고모형을 보여준다. 도시된 바와 같이, 구강 석고모형에는 스캔핀의 상부에 있는 인식표지가 정확히 반영되며, 그 경계 역시 명확히 인식할 수 있게 되어 있다.

이와 같이 완성된 구강 석고모형은 인공치아 제작장소, 예컨대 본 발명에 따라 어버트먼트를 설계, 제작하는 기공소나 설계센터에 작업의뢰서와 함께 전달된다. 작업의뢰서에는 픽스츄어 규격 또는 스캔핀 종류에 대한 정보가 표시되는 것이 바람직하다. 구강 석고모형을 접수한 기공소 내지 설계센터는 석고모형을 토대로 맞춤형 어버트먼트를 설계하게 된다(제106단계). 이때, 어버트먼트에 부착될 인공치관 즉, 크라운이 함께 설계될 수 있으며, 이에 따라 동일한 석고모형을 사용하여 환자맞춤형 어버트먼트와 크라운을 제작하는 것이 가능해진다.

제작된 인공치관 및 어버트먼트는 작업을 의뢰한 치과병원에 전달되어 환자에게 시술될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 가공된 어버트먼트는 픽스츄어에 안착된 상태에서 스크류에 의해 체결되며, 인공치관은 어버트먼트의 상부 외측에 시멘트(cement)로 접착된다.

일 실시예에 있어서, 인상 채득(제102단계) 및 구강 석고모형 제작(제104단계)은 치과병원에서 수행되고, 제106단계의 어버트먼트 제작은 기공소 내지 설계센터에서 수행될 수 있다. 그렇지만, 변형된 실시예에 있어서는, 치과병원이 기공소 내지 설계센터에 인상체를 전달되고, 기공소 내지 설계센터가 구강 석고모형 제작(제104단계)을 수행할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는 모든 과정이 치과병원에서 수행될 수도 있다.

도 6은 본 발명에 의한 맞춤형 어버트먼트를 설계 및 가공하는데 사용되는 인공치아 제작 시스템의 일 실시예를 보여준다. 이 시스템은 기공소 내지 설계센터에 설치되어 운용될 수 있다. 도시된 인공치아 제작 시스템은 스캐너(150), 설계/가공 프로그램(160), 및 가공기(180)를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 스캐너(150)는 피사체 즉, 구강 석고모형에 구조화된 광(Structured Light)을 출사하고, 반사광을 수신하여 해석하는 3차원 스캐너인데, 스캐너가 이에 한정되는 것은 아니다.

설계/가공 프로그램(160)은 PC에 설치되어 실행될 수 있으며, 스캔핀 정보 DB(162), 표준치아 모형 DB(163), 설계 제어부(164), 3D 영상 생성부(166), 데이터변환/렌더링부(168), 및 가공제어부(170)를 포함한다.

스캔핀 정보 DB(162)는 시스템 운영자 또는 제3자에 의해 제공되는 다양한 스캔핀에 대한 정보를 저장한다. 특히, 본 발명에 있어서, 스캔핀 정보 DB(162)는 다양한 규격의 스캔핀 각각에 대한 표준 영상을 저장한다. 상기 표준 스캔핀 영상의 예로는, 스캔핀에 대한 3차원 캐드 데이터를 렌더링한 3차원 캐드 영상, 또는 해당 스캔핀을 사전에 정밀하게 스캐닝하여 저장해둔 3차원 스캐닝 영상을 들 수 있다.

표준치아 모형 DB(163)는 인공치관 및 어버트먼트 제작에 사용하기 위한 표준치아 모형 정보를 저장한다. 상기 표준치아 모형 정보는 각 치아 위치에 대한 치아의 형태, 배열, 사이즈에 대한 정보를 포함하며, 각 표준치아에 대한 3차원 데이터를 포함한다.

설계 제어부(164)는 사용자의 입력부(172) 조작에 응답하여 3D 영상 생성부(166) 및 데이터변환/렌더링부(168)의 동작을 제어하여, 인공치관 및 어버트먼트의 설계가 이루어질 수 있도록 한다.

3D 영상 생성부(166)는 스캐너(150)의 동작을 제어하고, 3D 영상을 받아들인다. 한편, 3D 영상 생성부(166)는 스캐너(150)로부터 입력되는 2D 영상을 토대로 3차원 영상을 생성할 수도 있다.

데이터변환/렌더링부(168)는 설계 제어부(164)의 지시 또는 입력부(172) 조작에 응답하여 영상 데이터에 대한 회전, 축소/확대, 이동, 변형, 결합, 삭제 등의 변환 작업을 수행하여, 어버트먼트에 대한 설계를 가능하게 해준다. 특히, 본 발명에 따르면, 데이터변환/렌더링부(168)는 3차원 치아 석고모형 영상 내의 스캔핀 상부 부분(이하, '스캔핀 영상부분'이라 칭함)과 상기 표준 스캔핀 영상을 결합함으로써, 스캔핀 영상부분으로부터 스캔핀 전체, 특히 픽스츄어 안착부의 형상, 위치, 방향을 추정할 수 있게 해준다. 특히, 본 발명에 따르면, 데이터변환/렌더링부(168)는 다수의 환자에 대하여 각각 제작된 어버트먼트 설계 데이터를 결합함으로써, 다수의 어버트먼트를 한꺼번에 가공할 수 있게 해준다.

가공제어부(170)는 데이터변환/렌더링부(168)에 의해 생성된 설계 데이터를 가공기(180)에 제공하여, 가공기(180)가 환자맞춤형 어버트먼트를 가공할 수 있게 해준다. 가공기(180)로는 예컨대 수치제어형 밀링머신이 사용될 수 있다. 본 실시예가 변형된 실시예에 있어서는, 가공제어부(170)가 별도의 프로그램으로 구분되어 있을 수 있다. 본 명세서에 있어서, "CNC 프로그램"이란 도 6에 도시된 설계/가공 프로그램(160)의 가공제어부(170)와, 설계/가공 프로그램(160)과 별도로 마련되는 CNC 제어 프로그램을 총칭하는 의미로 사용한다.

일 실시예에 있어서, 가공기(180)는 상기 기공소 내지 설계센터에 설치되어 설계/가공 프로그램(160)과 함께 운용된다. 그렇지만, 다른 실시예에 있어서는 가공기(180)가 별도의 가공업체에 의해 운용될 수도 있다.

도 7은 구강 석고모형을 토대로 도 6의 인공치아 제작 시스템을 활용하여 맞춤형 어버트먼트를 설계하는 과정을 상세하게 보여준다.

먼저, 구강 석고모형을 스캐닝하여 3차원 석고모형 영상을 생성한다(제200단계). 도 8은 상기 3차원 석고모형 영상의 예를 보여준다.

이어서, 3차원 석고모형 영상 내에서 스캔핀 영상부분을 스캔핀 정보 DB(162)에 저장되어 있는 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합한다(제202단계). 즉, 도 9의 우측에 있는 스캔핀 영상부분을 도 9의 좌측에 있는 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합시키게 된다. 영상의 정렬 및 결합은 도 10a와 같이 전체 석고모형 영상에 대하여 표준 스캔핀 영상을 결합시킬 수도 있고, 도 10b와 같이 석고모형 영상에서 스캔핀 영상부분만을 추출하여 표준 스캔핀 영상과 정렬, 결합한 후, 다시 전체 석고모형 영상에 결합시킬 수도 있다.

영상의 정렬은, 석고모형 영상의 크기를 조절하여, 석고모형 영상에서의 스캔핀의 인식표지의 크기가 표준 스캔핀 영상에서의 인식표지의 크기와 동일해지도록 한 후, 각 영상에서의 인식표지의 경계가 정확히 일치하도록 두 영상 중 하나를 3방향으로 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 영상의 정렬 및 결합을 통해서, 최초의 석고모형 영상에서는 드러나지 않는 스캔핀 하부구조, 특히 픽스츄어 안착부 안착형상의 위치와 방향을 결정할 수 있게 된다(제204단계).

제206단계에서는, 결합된 영상에서의 픽스츄어 안착부에 있는 안착형상의 위치와 방향, 그리고 인접치아 및 교합치아를 기준으로, 표준치아모형 DB(163) 내에 있는 표준치아 모형을 적용해서, 인공치관 및 어버트먼트를 설계한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 인공치관 및 어버트먼트는 함께 설계가 행해진다. 즉, 인접치아 및 교합치아를 기준으로 표준치아 모형을 적용하고, 표준치아 모형 데이터를 변형해가면서 인공치관을 설계함과 아울러, 픽스츄어 안착부의 위치와 인공치관 형태를 고려하여 인공치관 및 어버트먼트의 경계 설계가 행해지게 된다. 도 11a는 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용한 예를 보여주고, 도 11b는 인공치관 및 어버트먼트의 설계 과정의 화면을 와이어프레임 형태로 보여주며, 도 11c는 인공치관 및 어버트먼트 경계 설정을 위한 설계 과정의 화면을 보여준다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 최종적인 설계 단계에서는 픽스츄어와 중심축이 일치하고, 어버트먼트를 관통하는 나사공이 대략 상하방향으로 형성된다.

설계 과정이 완료되면, 도 12와 같은 치관의 설계 데이터와, 도 13과 같은 환자맞춤형 어버트먼트의 설계 데이터가 확보된다. 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 설계가 어버트먼트는 하부 구조가 기성 어버트먼트 및 스캔핀과 동일하게 되어 있어서, 픽스쳐에 정확히 들어맞게 되어 있고, 상부는 인접치아 및 교합치아와 잘 맞추어진 형상을 가지게 된다. 특히, 설계 과정에서, 픽스츄어의 식립각도 및 인접치아들 사이의 간격, 인공치관의 크기 등을 토대로, 어버트먼트 상부에 있는 치관결합부위의 각도 및 크기가 정해지기 때문에, 어버트먼트가 식립 과정에서의 오류를 보상하면서, 충분히 인공치관을 지지하여, 인공치관의 저작 기능을 높이는 것이 가능하다.

설계 데이터의 생성이 완료되면, 설계 데이터는 각각의 수치제어 가공기로 전송되어 절삭가공된다. 일 실시예에 있어서, 인공치관 소재로는 지르코니아가 사용되고, 어버트먼트 소재로는 티타늄 합금이 사용되는데, 소재들이 이에 한정되는 것은 아니다.

설계 데이터에 따른 어버트먼트 가공은 각 어버트먼트 단위로 이루어질 수도 있지만, 본 발명에 따르면 다수의 어버트먼트를 일괄하여 가공하는 것이 바람직하다.

도 14 내지 도 25는 본 발명에 의한 환자맞춤형 어버트먼트 제작방법을 임상에 적용하여, 실제 환자의 임플란트 시술용 어버트먼트를 제작하는 과정의 일 예를 보여준다. 도 14 내지 도 25의 실시예는, 설명의 편의를 위해, 일단 각 어버트먼트 단위로 가공이 이루어지는 경우를 중심으로 설명한다.

먼저, 도 14는 환자의 턱뼈에 픽스츄어를 식립하고, 스캔핀을 결합시킨 상태에서 인상을 채득한 다음, 인상체를 사용하여 제작한 구강 석고모형을 보여주고, 도 15는 상기 구강 석고모형을 스캐닝하여 생성한 3차원 석고모형 영상이다.

도 16은 3차원 석고모형 영상 내에서의 스캔핀 영상부분을 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합하기 위해 준비한 상태를 보여준다. 도면에서, 좌측부분이 3차원 석고모형 영상 내에서의 스캔핀 영상부분이고, 우측부분이 표준 스캔핀 영상이다. 도 17 및 도 18은 스캔핀 영상부분을 표준 스캔핀 영상과 정렬시켜 결합시킨 상태를 보여준다.

도 19는 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용하기 위해 표준치아 모형을 준비한 상태를 보여준다. 도 20은 결합된 석고모형 영상에 표준치아 모형을 적용한 상태에서 인공치관의 설계 과정을 보여주고, 도 21은 어버트먼트의 설계 과정을 보여준다. 도 22는 인공치관 및 어버트먼트의 설계 과정의 화면을 와이어프레임 형태로 보여준다.

도 23은 설계가 완료된 환자맞춤형 어버트먼트를 보여주고, 도 24는 설계가 완료된 인공치관과 환자맞춤형 어버트먼트 결합 구조를 보여준다.

도 25는 설계 데이터에 의해 밀링머신으로 가공한 어버트먼트를 보여준다. 도면에서 좌측에는 가공과정에서 지그로 물려 고정하기 위한 가공 보조 부위로서, 줄톱 등에 의해 제거된다.

이와 같이 실제 임상에 적용하여 제작한 환자맞춤형 어버트먼트는 픽스쳐에 정확히 들어맞았고, 상부의 치관결합부위 역시 인공치관의 내면과 시멘트로 접착시키기에 이상적으로 밀착되었다.

이하, 도 1, 도 26 내지 도 28을 참조하여, 본 발명에 의해 다수의 맞춤형 어버트먼트를 일괄 가공하는 과정을 구체적으로 설명한다.

도 1을 다시 참조하면, 제10단계에서는 위에서 설명한 방식으로 각 환자에게 최적화된 맞춤형 어버트먼트를 설계한다.

제12단계에서는, 다수의 환자에 대한 맞춤형 어버트먼트를 한꺼번에 가공할 수 있도록 다수의 어버트먼트 설계데이터를 결합한다. 결합은 도 26에 도시된 바와 같이 다수의 어버트먼트(550)를 배치하고 이를 접속날개(580)으로 연결함으로써 이루어질 수 있다. 여기서, 다수의 어버트먼트(550)를 배치함에 있어서는, 예컨대, 각 어버트먼트(550)를 관통하는 나사공이 직립되도록 어버트먼트 설계데이터를 정렬시킨 상태에서 일정한 간격으로 배열함으로써 이루어질 수 있다.

그 다음, 결합된 설계 데이터를 CNC 프로그램을 통해 CNC 밀링머신에 제공함으로써(제14단계), CNC 밀링머신이 이를 가공하도록 한다(제16단계).

가공 과정에 있어서는, 판상의 가공소재 예컨대 티타늄 패널을 마련하여 지그에 의해 고정시킨 상태에서, 각 어버트먼트의 상방에서 상측을 일괄해서 가공한 후, 이를 뒤집은 다음 하방에서 하측을 일괄해서 가공하게 된다. 이때, 절삭공구가 취부되는 스핀들이 가공소재의 면에 대하여 직교하는 방향으로 설치되어 있는 경우에는, 측면에서 만입된 부위에 대하여 정상적인 가공이 어려울 수 있다. 이와 같은 경우에는 4축-가공 또는 5축-가공에 의하여 설계시 의도했던 형상이 정확히 가공되도록 하는 것이 바람직하다.

도 26에 도시된 바와 같이, 각 어버트먼트 설계 데이터가 접속날개(580)를 통해 결합되어 있기 때문에 각 어버트먼트는 가공과정에서 티타늄 패널에서 이탈하지 않고 유지될 수 있다. 각 어버트먼트의 형상 가공이 완료되고, 픽스츄어에 결합하기 위한 나사공 형성이 완료되면, 핀셋 가공을 통해 접속날개(580)가 용이하게 분리될 수 있도록 하게 된다.

한편, 도 26에서 가공소재의 외곽 테두리는 설계 프로그램이 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합할 때 설정할 수도 있지만, CNC 프로그램에 의해 설정될 수도 있다. CNC 프로그램에 의해 외곽 테두리가 설정될 때에도 테두리의 안쪽 경계는 설계 프로그램에서 설정될 수도 있다.

도 27은 본 발명에 의한 어버트먼트 가공방법의 다른 실시예를 보여준다.

먼저. 설계 프로그램을 사용하여, 환자맞춤형 어버트먼트를 설계한다(제10단계).

이어서, 각 어버트먼트 설계 데이터를 CNC 프로그램에 제공한다(제32단계).

그 다음, CNC 프로그램을 통해서 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합한다(제34단계). 결합은 도 26에 도시된 바와 같이 다수의 어버트먼트(550)를 배치하고 이를 접속날개(580)으로 연결함으로써 이루어질 수 있다.

그 다음, 제CNC 밀링머신을 사용하여 설계 데이터가 결합된 다수의 어버트먼트를 가공한다(제36단계).

도 26에서는 10행x10열로 100개의 어버트먼트 설계 데이터가 결합되어 일괄 가공되는 것으로 도시되어 있지 않지만, 결합되는 어버트먼트 숫자가 이에 한정되는 것은 아니다.

결합되는 어버트먼트 숫자가 증가할수록, CNC 밀링머신에서 가공하는 과정에서 티타늄 패널이 출렁거려 정밀한 가공에 어려움이 발생할 수 있다. 이를 감안하여, 결합되는 어버트먼트 숫자가 큰 경우에는 어버트먼트 설계 데이터의 결합 형태를 변경할 수도 있다.

도 28은 어버트먼트 설계 데이터를 결합하는 다른 실시예를 보여준다. 본 실시예에 따르면, 상대적으로 두께가 두꺼운 지지대(570)를 가로 및 세로 방향으로 배치하고, 지지대(570)들로 분획된 각 구역 내에서 복수의 어버트먼트(550)를 배치하고 어버트먼트들(550) 사이, 그리고 어버트먼트들(550)과 지지대(570)를 접속날개(580)으로 연결하게 된다.

도 28에 도시된 바와 같이 어버트먼트 설계 데이터를 결합하는 경우에는, 가공과정에서 티타늄 패널의 강성이 유지되어 각 어버트먼트가 더욱 견고하게 지지되고, 보다 정밀한 가공이 가능하게 된다.

이와 같은 실시예에 있어서, 어버트먼트 설계 데이터는 어버트먼트 설계 프로그램에 의해 전체적인 형태로써 결합되어 CNC 프로그램에 제공될 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예에 있어서는, 지지대(170)들로 분획된 각 구역 단위로 설계 프로그램에 의해 결합되어 CNC 프로그램에 제공되고, CNC 프로그램에 의해 각 각 구역 단위로 배치될 수도 있다. 또 다른 실시예에 있어서는, 개별 어버트먼트 단위로 설계 데이터가 CNC 프로그램에 제공되고, CNC 프로그램을 통해 전체적인 레이아웃을 행할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다양한 방식으로 변형될 수 있고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다.

예컨대, 이상에서는 어버트먼트 설계 데이터가 정방형으로 배치되는 실시예를 예시하였지만, 티타늄 패널 및 결합 데이터가 정방형이 아니라, 장방형 또는 원형 등 다른 형태가 될 수도 있다.

또한, 전체적인 설계 레이아웃 중 일부에 대해서만 어버트먼트 설계 데이터가 채워지고, CNC 밀링머신으로 가공한 후, 나머지 영역에 대해서는 추후에 별도의 설계 및 가공 과정에서 활용함으로써, 폐기되는 부위를 최소화할 수 있다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

300, 310, 320: 픽스츄어 안착부
302, 312, 322: 안착형상
304, 314, 316: 인식표지
550: 어버트먼트 부위
570: 지지대
580: 지지날개

Claims (5)

1. 환자의 치조골에 식립된 픽스츄어에 안착되어 인공치관을 지지하기 위한 어버트먼트의 설계 데이터를 생성하는 방법으로서,
   각각이 환자에게 최적화되어 있는 환자맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수 생성하는 단계;
   상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 연결시키는 단계; 및
   연결된 어버트먼트 설계 데이터를 출력하는 단계;
   를 포함하는 어버트먼트 설계 데이터 생성 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 연결함에 있어서 일정한 형태의 지지날개를 통해 연결시키는 어버트먼트 설계 데이터 생성 방법.
3. 환자의 치조골에 식립된 픽스츄어에 안착되어 인공치관을 지지하기 위한 어버트먼트의 설계 데이터를 받아들이고 가공하는 방법으로서,
   (a) 각각이 환자에게 최적화되어 있는 환자맞춤형 어버트먼트 설계 데이터를 다수 개 받아들이는 단계;
   (b) 상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 결합하는 단계; 및
   (c) 상기 결합된 어버트먼트 설계 데이터를 토대로 다수의 어버트먼트를 일괄하여 가공하는 단계;
   를 포함하는 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 (b)단계가
   소재가공 영역을 복수의 분획 구역으로 구분하는 단계;
   상기 복수의 분획 구역 중 적어도 하나 이상에서, 상기 다수의 어버트먼트 설계 데이터를 배치하고 인접한 어버트먼트 설계 데이터들을 연결시키는 단계;
   를 포함하는 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 (c)단계가
   판상의 가공소재를 상방 및 하방 중 일 방향에서 절삭하여 상기 다수의 어버트먼트를 일부 형상을 형성하는 단계; 및
   상기 가공소재를 상방 및 하방 중 다른 방향에서 절삭하여 상기 다수의 어버트먼트를 나머지 형상을 형성하는 단계;
   를 포함하는 환자맞춤형 어버트먼트 가공방법.

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