KR20150016194A

KR20150016194A - 수술용 가이드를 설계하는 방법

Info

Publication number: KR20150016194A
Application number: KR1020140191110A
Authority: KR
Inventors: 권오형
Original assignee: 주식회사 사이버메드
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-02-11

Abstract

본 개시는 구강의 정보를 담고 있는 제1 이미지 데이터 및 제2 이미지 데이터를 이용하여 임플란트에 사용되는 수술용 가이드를 설계하는 방법에 있어서, 제1 이미지 데이터로부터 수술용 가이드 모델을 형성하는 제1 단계; 그리고, 제2 이미지 데이터 상에서 설계된 기능 요소를 수술용 가이드 모델에 이식하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 가이드를 설계하는 방법에 관한 것이다.

Description

수술용 가이드를 설계하는 방법{METHOD OF PLANNING A SURGICAL GUIDE}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 수술용 가이드를 설계하는 방법에 관한 것으로, 특히 두개의 이미지를 이용하여 수술용 가이드를 설계하는 방법에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

도 1은 미국특허 제5,320,529호에 기재된 임플란트 식립을 위한 드릴링의 일예를 나타내는 도면으로서, 수술용 가이드(100)가 뼈(110) 위에 위치하며, 가이드 홀(120)을 구비하여, 뼈(110)에 드릴(130)을 통해 구멍(140)을 형성할 때, 드릴(130)을 안내한다. 미설명 부호 150은 뼈(110) 내에 있는 신경이다. 뼈(110)에 형성될 구멍(140)을 계획(Planning)할 때 및/또는 수술용 가이드(100)를 제작할 때 뼈(110) 내의 신경(150)이 손상되지 않도록 주의하여야 한다. 미설명 부호 160은 가이드 홀(120)에 삽입되는 슬리브이다.

도 2는 임플란트 플랜닝의 일 예를 설명하는 도면으로서, CT 이미지 상에 4개의 임플란트 픽스쳐 모델(170A,170B,170C,170D)을 놓아 본 화면이 도시되어 있다.

도 3은 국제공개공보 WO95/28688호에 기재된 임플란트 플랜닝으로부터 수술용 가이드를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 먼저, 뼈(110)로부터 CT 장비 또는 MRI 장비와 같은 의료 영상 촬영장치를 이용하여, 뼈 이미지(111)를 취득한다. 뼈 이미지(112)는 뼈 이미지(111)의 확대 이미지이다. 다음으로, 세그멘테이션(Segmentation)을 통해 뼈 이미지(112)의 단면 형상을 따르는 가이드 이미지(101)를 형성하고, 여기에 플래닝된, 가이드 홀(120; 도 1 참조)과 같은 기능 요소(121); Functional Element)를 형성한다. 이렇게 기능 요소(121)가 형성된 가이드 이미지(101)에 대한 정보를 RP(Rapid Prototyping) 장치로 옮겨 가이드 홀(120)을 가지는 수술용 가이드(100)를 제조한다. 그러나 이러한 방법의 경우에, CT 이미지의 특성상, 뼈 및 치아의 형상은 명확히 알 수 있지만, 소프트 티슈인 잇몸의 형상 재현에 어려움이 있다. 또한 정밀도를 요하는 보철물의 설계를 CT 이미지만을 이용하여 행하는 것은 쉽지 않은 일이므로, 대부분의 경우에 구강을 석고 모형 또는 3차원 스캐너를 이용하여 재현한 후 보철물을 설계한다.

도 4는 수술용 가이드를 제작하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면으로서, 도 3의 방법과 달리, 수술용 가이드(100)의 예비 형태(preform)라 할 수 있는 라디오그래픽 가이드(200)가 임플란트 플래닝에 이용된다. 라디오그래픽 가이드(200)는 환자의 구강 내에 꼭 맞는 마우스 피스 형상을 가진 수지(resin)로 된 물체이며, 수술용 가이드(100)는 임플란트 플래닝을 통해 계획된 기능 요소인 가이드 홀(120)이 형성된 라디오그래픽 가이드(200)로 이해될 수 있다. 이러한 이미지 내지는 이미지 데이터는, CT 촬영에 앞서 환자 구강의 형상을 따르는 라디오그래픽 가이드(200)를 준비하고, 라디오그래픽 가이드(200)를 착용한 후 환자의 구강을 CT 촬영하는 한편, 라디오그래픽 가이드(200)만을 CT 촬영함으로써 얻어질 수 있다. 라디오그래픽 가이드(200)는 수술용 가이드(100)의 최종 형상을 결정하므로, 임플란트가 시술될 위치 등을 고려하여 디자인된다. 그러나 경험이 많지 않은 사용자가 라디오그래픽 가이드(200)를 디자인할 경우에, 라디오그래픽 가이드(200)가 잘못 설계되면, 최종적으로 수술용 가이드(100)가 환자의 치아에 끼워지지 않는 등의 문제가 발생할 수 있다.

도 5는 종래에 보철물을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 구멍(140)에 임플란트 픽스쳐가 식립되고 일정 기간이 지나면, 힐링 어버트먼트(34; Healing Abutment)를 제거하여 임플란트 픽스쳐(10)를 노출시키고, 여기에 인상 코핑(35; Impresssion Coping)을 삽입한다. 다음으로, 인상 채득을 통해 인상체(41)를 얻고, 여기에 인상 코핑(35)을 매개로 임플란트 픽스쳐(10)와 동일 형상의 임플란트 아날로그(11; Implant Analog)를 위치시킨다. 다음으로, 석고를 이용해 모형(50)을 만든다. 모형(50)에는 실제 임플란트 픽스쳐(10)에 대응하는 임플란트 아날로그(11)가 고정되며, 인상 코핑(35)을 제거하면, 모형(50)을 이용해 어버트먼트의 설계나 보철물의 설계를 할 수 있다. 따라서 보철물 설계 내지는 보철물의 제작 및 이식에 이르기까지는 CT 이미지를 이용한 임플란트 플래닝, 수술용 가이드를 이용한 드링릴, 임플란트 픽스쳐의 식립, 석고 모형의 제작, 임플란트 아날로그를 위치시킨 석고 모형을 이용한 보철물의 설계에 이르기까지 많은 시간이 필요함을 알 수 있다.

도 6은 종래에 보철물을 설계 및 제조하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 보철물의 설계에 이르기까지 소요되는 시간을 단축시키기 위해, 수술용 가이드(100)를 준비한 다음, 수술용 가이드(100)에 임플란트 아날로그(11)를 장착시키고, 댐(12)을 쌓고, 고무(13)로 잇몸을 만든 다음, 석고 본을 떠서 모형(50)을 만든 후, 모형(50)을 이용해 보철물을 설계하는 방법이 제시되어 있다. 이렇게 제작되는 모형(50)은 구강에 실제 형성되는 구멍(140)에 대응하는 구멍(140')을 실제 환자에 드릴링하지 않고도 모형(50') 상에 구현할 수 있다. 따라서, 이 방법에 의하면, 임플란트 플래닝 및 수술용 가이드의 제작 후에, 드릴링에 들어가기 전에 보철물을 설계하고 제작할 수 있게 되며, 환자가 드릴링을 위해 치과에 가서 수술을 할 때에, 보철이 즉시 이루어질 수 있는 장점이 있다. 이 방법은 드릴링 이전의 구강에 대한 정보와 임플란트 플래닝 정보를 이용하여 보철물을 설계하는 것이라 할 수 있다. 반면 도 5에 도시된 방법은 임플란트 플래닝을 통해 드릴링을 한 후의 구강에 대한 정보를 이용하여 보철물을 설계하는 것이라 할 수 있다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 구강의 정보를 담고 있는 제1 이미지 데이터 및 제2 이미지 데이터를 이용하여 임플란트에 사용되는 수술용 가이드를 설계하는 방법에 있어서, 제1 이미지 데이터로부터 수술용 가이드 모델을 형성하는 제1 단계; 그리고, 제2 이미지 데이터 상에서 설계된 기능 요소를 수술용 가이드 모델에 이식하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 가이드를 설계하는 방법이 제공된다.

도 1은 미국특허 제5,320,529호에 기재된 임플란트 식립을 위한 드릴링의 일예를 나타내는 도면,
도 2는 임플란트 플랜닝의 일 예를 설명하는 도면,
도 3은 국제공개공보 WO95/28688호에 기재된 임플란트 플랜닝으로부터 수술용 가이드를 제조하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 4는 수술용 가이드를 제작하는 방법의 다른 예를 설명하는 도면,
도 5는 종래에 보철물을 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 6은 종래에 보철물을 설계 및 제조하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면,
도 7은 임플란트의 일 예를 나타내는 도면,
도 8 및 도 9는 본 개시에 따라 보철물을 설계하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 10은 두 이미지를 연관시키는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 11 및 도 12는 본 개시에 따라 수술용 가이드를 설계하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 13은 본 개시에 따라 구강 모델을 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 14는 본 개시에 따라 치아를 결합하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 15는 본 개시에 따라 구강 모델을 형성하는 방법의 다른 예를 나타내느 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 7은 임플란트의 일 예를 나타내는 도면으로서, 임플란트는 뼈에 고정되는 임플란트 픽스쳐(10; Implant Fixture), 보철물(20; Prosthesis) 그리고 임플란트 픽스쳐(10)에 결합되어 보철물(20)을 지지하는 어버트먼트(30; Abutment)를 포함한다. 어버트먼트(30)는 연결부(31)가 임플란트 픽스쳐(10)에 삽입된 상태에서 나사(32)에 의해 임플란트 픽스쳐(10)에 고정되어 있다.

도 8 및 도 9는 본 개시에 따라 보철물을 설계하는 방법의 일 예를 나타내는 도면으로서, 먼저 구강 표면 내부에 대한 정보를 담고 있는 CT 이미지 데이터 또는 CT 이미지(70)와, 임플란트 픽스쳐(10; 도 5 및 도 7 참조)가 놓이지 않은 상태의 구강 표면에 대한 정보를 담고 있는 이미지 데이터 또는 이미지(60)를 생성한다. 이미지(60)는 구강의 인상 채득을 통해 인상체를 얻은 다음, 여기에 석고 본을 통해 모형을 형성하고, 이를 CT 촬영하거나 3차원 스캔함으로써 얻어질 수 있다. 또한 3차원 스캐너를 이용해 직접 구강을 스캐닝함으로써 얻어질 수도 있다.

다음으로, CT 이미지(70)에서 임플란트 플래닝을 통해 임플란트 플래닝 정보를 결정한다(도 2 및 도 9에서 좌측 그림 참조). 이 과정에서 임플란트 픽스쳐(10; 도 7 참조)에 대응하는 임플란트 픽스쳐 모델(170A 등)이 선정되고, 위치결정되며, 임플란트 픽스쳐(10)의 식립을 위한 구멍의 폭과 깊이가 결정된다.

다음으로, 결정된 임플란트 플래닝 정보를 이미지(60)에 부가한다. 보철물(20)의 설계는 컴퓨터 상에서 이루어지거나(도 9에서 가운데 그림 참조), 임플란트 플래닝 정보가 부가된 이미지(60)로부터 RP 장비를 이용해 구멍(140')이 형성된 모형(50)을 형성하여 행할 수 있다(도 9에서 우측 그림 참조). 이때 CT 이미지(70)에 대해 결정된 임플란트 플래닝 정보를 정확하게 이미지(60)에 대해 위치시키기 위해서는 두 이미지(60,70)를 연관시키는 것이 바람직하다. 설계의 과정은 구멍(140')에 임플란트 아날로그를 삽입한 후, 구강과 임플란트 아날로그에 맞추어 어버트먼트 및/또는 보철물을 제작하는 과정이다.

도 10은 두 이미지를 연관시키는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, CT 이미지(70)와 이미지(60)가 좌우에 도시되어 있으며, CT 이미지(70)의 영역(A,B)과 이미지(60)의 대응 영역(A',B')을 표면 등록(Surface Based Registration)함으로써, 두 이미지(60,70)가 연관지워질 수 있다. 등록(Registration)은 두 개의 이미지 또는 볼륨 데이터를 서로 연관지우는 과정으로서, 각각의 좌표계를 가지는 두개의 이미지를 연관시키는 변환 행렬을 찾는 과정으로 이해할 수 있다. 이러한 등록은 당업자에게 잘 알려져 있는 과정이다. 표면 등록을 이용하는 외에, 점 등록(Point Based Registration)을 이용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 마커(marker)가 삽입된 진공 폼(Vacuum Form)을 석고 모형과 환자에 각각 구비한 상태에서 CT 촬영한 이미지를 이용하는 경우에 점 등록이 가능하다. 도 10에서 CT 이미지(70)는 CT 이미지 데이터 또는 CT 이미지(70)에서 뼈의 인텐시티(Intensity)를 지정함으로써 취해진 이미지이며, 두 이미지(60,70)는 등록 설명의 편의를 위해 치아가 모두 있는 환자의 구강을 이용하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 구멍(140)의 형성에 수술용 가이드(100)를 이용할 경우에, 본 개시에 따른 두 이미지(60,70)를 사용하여 다음과 같이 수술용 가이드를 설계하고 제조할 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 개시에 따라 수술용 가이드를 설계하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 먼저 이미지(60)로부터 표면(61)을 추출한다. 표면(61)은 종래 라디오그래픽 가이드(200; 도 4 참조)가 구강에서 치아 및/또는 잇몸에 접촉하는 면에 해당한다.

다음으로, 표면(61)을 기준으로 볼륨을 주어 수술용 가이드 모델(62)을 형성한다. 수술용 가이드 모델(62)은 종래 라디오그래픽 가이드(200)에 대응한다.

다음으로, CT 이미지(70)와 수술용 가이드 모델(62)을 이용하여, 결정된 임플란트 플래닝 정보를 바탕으로, 구멍(140)의 드릴링을 위한 가이드 홀(120; 도 1 참조)과 같은 기능 요소를 설계하여, 수술용 가이드 모델(62)에 이식함으로써 기능 요소(63)를 구비하는 수술용 가이드 모델(62)의 설계가 완성된다. 미설명 부호 64는 RP를 통해 제작되는 수술용 가이드를 구강에 고정하는데 사용되는 나사 또는 핀의 가이드 홀이다.

도 13은 본 개시에 따라 구강 모델을 형성하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 개시에 의하면, 수술을 하기 앞서 구강 표면 내부의 정보를 포함하는 구강 모델을 형성하거나, 이로부터 실제 모델을 제작하는 것이 가능하다. 이하 치아의 아랫 부분 즉, 치근을 포함하는 구강 모델을 형성하는 방법을 예로 하여 설명한다.

이미지(60)의 경우에, 구강 표면의 정보만을 표현하고 있으며, 구강 표면 내부의 정보를 표현하지 못한다. 한편 CT 이미지(70)의 경우에, 소프트 티슈에 대한 정보를 정확히 반영하지 못하지만, 구강 표면 내부의 뼈에 대한 정보도 표현할 수가 있다. 그러므로, CT 이미지(70)로부터 잇몸에 의해 덮힌 치아 부분(91)에 대한 정보를 얻고, 이미지(60)로부터 잇몸 외부로 노출된 치아 부분(92)에 대한 정보를 얻어 이들을 결합한 치아(93)를 형성하여, 이미지(60)와 함께 표현하면, 구강 표면 및 구강 표면 내부 모두를 표현하는 구강 모델(94)을 얻을 수 있게 된다. 나아가, 구강 모델(94)에 적절한 볼륨 렌더링 기법을 사용하며, 치아(93)를 다른 부분과 구별되는 색으로 표현할 수 있으며, 또한 RP 장비를 이용해 치아(93)를 잇몸과 다른 재질로 만들 수 있게 된다.

도 14는 본 개시에 따라 치아를 결합하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 이미지(60) 상에서 치아 부분(92)과 잇몸(95)을 구분하는 경계선(96)을 형성한다. 서로 다른 좌표계([a,b,c],[d,e,f])를 가지는 두 이미지(60,70)의 관계는 등록을 통해 선형 변환(T)으로 알려져 있으므로, 이미지(60) 상에서 경계선(96)을 형성하면, 경계선(96)은 치아 부분(91)에 대해서도 적용이 가능하다. 따라서 필요한 볼륨 렌더링을 거치면, 치아(93)를 하나의 볼륨으로서 표현하는 것이 가능하며, 이를 이미지(60) 또는 CT 이미지(70)와 함께 표현하는 것이 가능해지고, 결합하여 RP 장비를 통해 재현하는 것이 가능해진다.

도 15는 본 개시에 따라 구강 모델을 형성하는 방법의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 치아(93) 및 잇몸(95)에 더하여, 뼈(110)가 함께 구강 모델화되고, 이로부터 실제 제작된 모형이 도시되어 있다. 실제 제작된 모형에서 치아(93)와 뼈(110)는 일체로 될 수도 있고, 구분될 수 있다. 이러한 모형을 통해, 잇몸(95)의 실제 재현, 치아(93)의 재현 및 상악/하악의 뼈(110)의 정확한 재현이 가능해지고, 이를 시각화할 수 있게 된다. 이러한 구강 모델은 뼈에 해당하는 인텐시티 값을 취함으로써 뼈(110)와 치아 부분(91)을 취하고, 이에 치아 부분(92)를 부가함으로써 얻어질 수 있다. 또한 뼈(110)를 별도로 취하고 치아(93)를 부가함으로써 얻어질 수도 있다. 잇몸(95)의 정보는 이미지 데이터 또는 이미지(60)에서 CT 이미지 데이터 또는 이미지(70)에서 얻어진 뼈(110)에 해당하는 볼륨을 제거함으로써 얻어질 수 있다. 또한 본 개시에 따른 구강 모델을 이용하면, 실제 모형을 제작함에 있어서 뼈(110) 전체를 RP 장비로 제작할 필요없이 관심이 되는 잇몸(95)이 위치하는 영역 또는 치아(93)가 존재하는 영역만을 실제 모형으로 제작할 수 있게 된다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 구강 표면에 대한 정보가 잇몸 외부로 노출된 치아 부분에 대한 정보를 담고 있으며, 구강 표면 내부에 대한 정보는 잇몸에 의해 덮힌 치아 부분에 대한 정보를 담고 있고, 구강 모델이 잇몸 외부로 노출된 치아 부분과 잇몸에 의해 덮힌 치아 부분이 결합된 정보를 담고 있는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(2) 제2 단계가 제1 이미지 데이터 상에서 잇몸과 치아를 구분하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(3) 제2 단계가 제1 이미지 데이터와 제2 이미지 데이터를 연관지우는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(4) 제1 이미지 데이터가 구강 표면에 대한 정보를 담고 있는 모형으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(5) 제1 이미지 데이터가 구강 표면을 스캔함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(6) 제2 이미지 데이터가 CT 촬영에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(7) 제1 이미지 데이터가 구강 표면에 대한 정보를 담고 있는 모형으로부터 얻어지고, 제2 이미지 데이터가 CT 촬영에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(8) 제2 단계가 제1 이미지 데이터로부터 잇몸에 대한 정보를 얻고, 제2 이미지 데이터로부터 뼈에 대한 정보를 얻은 다음, 구강 모델을 형성하는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(9) 구강 모델이 제1 이미지 데이터로부터 얻어진 치아에 대한 정보를 담고 있는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(10) 제2 단계가 제1 이미지 데이터와 제2 이미지 데이터를 연관지우는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법.

(11) 제2 단계가 제2 이미지 데이터에서 얻어진 뼈에 대한 정보를 바탕으로 제1 이미지 데이터로부터 잇몸에 대한 정보를 얻는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법. 제1 이미지 데이터는 잇몸의 표면 정보를 가진 덩어리이다. 제2 이미지 데이터에서 구해진 뼈에 볼륨을 제1 이미지 데이터로부터 제거하게 되면 잇몸의 표면 정보뿐만 아니라, 뼈와의 경계에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다.

(12) 관심 영역만을 특정하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법. 이러한 구성을 통해, 관심이 있는 잇몸, 치아 및/또는 뼈 영역만을 특정하여 데이터화하고, 이를 실제 모형으로 제작하여 비용을 절감할 수 있게 된다.

(13) 구강 모델은 제1 이미지 데이터를 기반으로 얻어진 잇몸 외부로 노출된 치아 부분에 대한 정보에 제2 이미지 데이터의 구강 표면 내부에 대한 정보가 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 구강 모델을 형성하는 방법. 이러한 구성을 통해, 잇몸을 제외하고 뼈와 치아만을 가지는 구강 모델을 만들 수 있게 된다.

본 개시에 따른 하나의 구강 모델을 형성하는 방법에 의하면, 두개의 이미지를 이용하여 하나의 구강 모델을 만들 수 있게 된다.

본 개시에 따른 다른 하나의 구강 모델을 형성하는 방법에 의하면, 구강 표면 및 표면 내부의 정보를 나타내는 구강 모델을 만들 수 있게 된다.

본 개시에 따른 또다른 하나의 구강 모델을 형성하는 방법에 의하면, 관심 영역만을 실제 모형 제작할 수 있으므로, 제작비를 절감을 가져올 수 있다.

93 치아

Claims

수술용 가이드를 설계하는 방법에 있어서,
구강의 정보를 담고 있는 제1 이미지 데이터 및 제2 이미지 데이터를 이용하여 임플란트에 사용되는 수술용 가이드를 설계하는 방법에 있어서, 제1 이미지 데이터로부터 수술용 가이드 모델을 형성하는 제1 단계; 그리고, 제2 이미지 데이터 상에서 설계된 기능 요소를 수술용 가이드 모델에 이식하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 가이드를 설계하는 방법.