KR20160144850A - 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 - Google Patents

플라스틱 치아교정장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 치아교정장치의 제조에 사용되는 예비성형체에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법에 있어서, (a) 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(A 이미지 데이터)를 확보하는 단계와, (b) 확보된 A 이미지 데이터 중에서 교합면의 높낮이를 나타내는 좌표 값(Z축 좌표 값)에 대해서 로우패스필터링을 적용하여 교합면의 형상을 부드럽게 함으로써 교합면이 평활화된 3차원 이미지 데이터(B 이미지 데이터)를 얻는 단계와, (c) 상기 B 이미지 데이터를 이용하여 예비성형체를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 예비성형체는 환자의 치아배열 상태를 고려하여 형성된 캐비티를 구비하고 있으므로, 열성형을 통해서 치아교정장치를 제조하는 과정에서 부분적으로 치아교정장치의 두께가 너무 얇아지는 현상을 개선할 수 있다.

Description

플라스틱 치아교정장치의 제조방법{Method for producing preform for plastic dental positioning appliance}

본 발명은 투명한 강화 플라스틱 틀을 이용하여 치열을 교정하는 치아교정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱 치아교정장치의 제조에 사용되는 예비성형체의 제조방법에 관한 것이다.

교합이란 입을 다물었을 때 위아래 턱의 치아가 서로 맞물리는 상태를 말한다. 부정교합이란 어떤 원인에 의해 치아의 배열이 가지런하지 않거나 위아래 맞물림의 상태가 정상의 위치를 벗어나서 심미적, 기능적으로 문제가 되는 교합관계를 의미한다.

부정교합 발생의 가장 큰 원인은 유전적인 영향으로 알려져 있으며, 부정교합은 치아의 모양이나 크기, 환경적 영향, 좋지 않은 습관, 잘못된 자세, 치아 우식증, 구순구개열과 같은 선천성 장애 등 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다.

부정교합이 발생하면, 치아 배열이 가지런하지 않아 치아 사이에 음식물 찌꺼기가 남아 있기 쉽다. 정확한 잇솔질로 청결하게 관리하는 것도 쉽지 않기 때문에 구강 내 치태가 증가하게 되어 치아우식증이나 잇몸 염증 등 잇몸 질환으로 진행되기 쉽다. 또한, 정상 치열에서 많이 벗어난 치아가 있거나 턱의 위치가 비정상이라면 외부에서 충격이 가해질 때 치아 파절 등 치아에 손상을 입을 가능성도 커진다.

이러한 부정교합을 치료하는 것이 치아교정치료 또는 치열교정치료이다. 치아교정치료는 치아가 어떤 힘을 받으면 이동하는 성질을 이용한다. 부정교합의 치료는 원인이나 치료시기에 따라 다양한 장치와 방법을 이용한다. 습관을 제거하도록 고안된 장치, 위아래 턱뼈의 발육을 억제하거나 증진시키는 장치, 치아를 원하는 위치로 서서히 이동시키는 장치 등이 있으며, 구강 내에 넣었다 뺐다 할 수 있는 가철성 장치와 치아에 부착한 후 치료가 끝날 때 떼어내는 고정식 장치로도 나눠 볼 수 있다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 브래킷이라는 장치를 치아에 부착하고 교정용 철사와 고무줄 등의 탄력을 사용해 치아를 이동시키는 고정식 치료법이며, 어떤 종류의 부정교합에도 흔히 사용된다. 브래킷은 금속으로 된 것이 일반적인데, 치료 기간 동안 눈에 잘 띄는 단점이 있다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 브래킷이라는 장치를 치아에 부착하고 교정용 철사와 고무줄 등의 탄력을 사용해 치아를 이동시키는 고정식 치료법이며, 어떤 종류의 부정교합에도 흔히 사용된다. 브래킷은 금속으로 된 것이 일반적인데, 치료 기간 동안 눈에 잘 띄는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해서 투명 교정(orthodontics using clear aligner)방법이 제안되었다. 투명 교정은 교정 전 치아의 상태에서 교정 후 치아의 상태로 단계별로 변화하는 투명한 치아교정장치들을 제작하고, 이를 치아에 갈아 끼면서 치열을 교정하는 시술이다. 투명 교정에 사용되는 치아교정장치는 투명 플라스틱으로 만들어지므로 심미감이 뛰어나다. 등록특허공보 제10-0657724호에는 투명 교정에 사용되는 치아교정장치에 대해서 개시되어 있다.

투명 교정에 사용되는 치아교정장치는 치아의 본을 떠서 몰드를 만들고, 이 몰드에 1㎜ 정도의 투명 플라스틱 시트를 올려놓고 열을 가하면서, 몰드에 음압을 걸어서 성형하는 진공성형방법으로 만든다. 성형 가공된 치아교정장치의 두께는 치아 형상의 굴곡에 따라서 다르다.

이러한 치아교정장치의 가장 큰 문제점 중 하나는 성형과정에서 부분적으로 두께가 너무 얇아지는 현상이다. 플라스틱 시트는 두께가 균일하며, 치아의 형상이 전혀 고려되어 있지 않다. 따라서 성형과정에서 치아가 위치하는 부분은 늘어나면서 두께가 매우 얇아진다. 이렇게 두께가 얇아진 부분은 착용 시 쉽게 찢어질 수 있으며, 교정력이 감소한다. 치아에 교정력을 가하는 부분은 성형시 많이 늘어나는 부분으로서 평균 두께에 비해서 두께가 얇다. 투명 교정에 있어서, 치아교정장치에 의한 교정력은 치아교정장치가 탄성 변형할 때 발생하는 탄성 회복력에 의존하는 것으로서, 탄성 회복력은 치아교정장치의 재료인 플라스틱 재질과 치아교정장치의 두께 및 변형량에 의해서 결정된다. 따라서 두께가 얇아지면 교정력이 감소한다.

교정력을 증가시키기 위해서는 두꺼운 투명 플라스틱 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 두께가 증가하면 착용감이 떨어지는 문제, 진공성형시 늘어나지 않는 부분은 지나치게 두께가 두꺼워지는 문제, 피개 교합(overbite)이 생기는 문제 등이 발생한다.

등록특허공보 제10-0657724호

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 착용감이 우수하고 교정력이 높은 치아교정장치의 제조에 사용되는 예비성형체를 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법에 있어서, (a) 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(A 이미지 데이터)를 확보하는 단계와, (b) 확보된 A 이미지 데이터 중에서 교합면의 높낮이를 나타내는 좌표 값(Z축 좌표 값)에 대해서 로우패스필터링을 적용하여 교합면의 형상을 부드럽게 함으로써 교합면이 평활화된 3차원 이미지 데이터(B 이미지 데이터)를 얻는 단계와, (c) 상기 B 이미지 데이터를 이용하여 예비성형체를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면 환자의 치아배열 상태를 고려하여 형성된 캐비티를 구비하고 있는 예비성형체를 용이하게 제조할 수 있다. 이러한 예비성형체를 사용하면, 열성형을 통해서 치아교정장치를 제조하는 과정에서 부분적으로 치아교정장치의 두께가 너무 얇아지는 현상을 개선할 수 있다. 그 결과 착용감 및 교정력이 우수한 치아교정장치를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터를 확보하는 단계의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법 중에 치아 형상의 몰드가 획득된 상태를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법 중에 만들어진 교정 후 치아상태의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법 중에 평활화된 치아배열의 몰드가 획득된 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법 중에 예비성형체가 획득된 상태를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하는 도면에 있어서, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법은 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(A 이미지 데이터)를 확보하는 단계(S1)로 시작된다.

A 이미지 데이터를 확보하는 단계는 교정 전 환자의 치아배열 상태를 나타내는 치아 형상의 몰드를 제공하는 단계와 몰드를 스캔하여 3차원 이미지 데이터를 확보하는 단계를 포함할 수 있다.

몰드를 제공하는 단계에서는 치과의사 등 전문가가 알지네이트(alginate) 등 인상재가 배치되어 있는 트레이를 이용하여 환자의 치아의 본을 떠서 부정교합 치아 인상(impression)을 획득한다. 그리고 획득된 인상을 플라스틱이나 세라믹 등으로 채워 도 3에 도시된 바와 같이 치아 형상의 몰드(1)를 만든다.

3차원 이미지 데이터를 확보하는 단계에서는 레이저 등의 장비를 이용하여 치아 형상의 몰드(1)를 스캔하여 3차원 디지털 이미지 데이터를 확보한다. 얻어진 데이터는 적절한 소프트웨어가 구비된 컴퓨터 시스템에 이미지로 표현될 수 있다.

A 이미지 데이터는, 예를 들어,교정 전 환자의 치아배열 상태를 나타내는 3차원 이미지 데이터(Ai 이미지 데이터)이거나, 아니면 Ai 이미지 데이터를 이용하여 치아를 재배열하여 만든 교정 후 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Af 이미지 데이터)일 수 있다. 도 4는 교정 후 치아상태의 3차원 이미지를 나타낸다. 교정 후 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Af)는 치과 의사 등 전문적인 지식이 있는 사람이 이미지를 관찰하면서, 치아를 재배열하는 방법으로 얻을 수 있다. 또한, 치아의 재배열을 돕는 알고리즘이 구비된 소프트웨어를 이용하여 자동으로 재배열하는 것도 가능하다.

또한, A 이미지 데이터는, 복수의 치아 배열 이미지들의 합집합을 포함하는 3차원 이미지 데이터일 수도 있다. 도 2는 복수의 치아 배열 이미지들의 합집합을 포함하는 3차원 이미지 데이터를 얻는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 교정 전 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Ai 이미지 데이터)를 확보한다(S1-1). 그리고 Ai 이미지 데이터를 이용하여 치아를 재배열하여 교정 후 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Af 이미지 데이터)를 만든다(S1-2). 이 단계들은 상술한 바와 같다.

다음으로, 교정 전 치아배열로부터 교정 후 치아배열까지 진행되는 일련의 연속 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터 세트(Am 이미지 데이터 세트)를 만든다(S1-3). 이 단계에서 Am 이미지 데이터 세트에 포함되는 치아배열의 수는 환자의 치아 상태에 따라서 차이가 있다. 치아상태가 비교적 양호한 경우에는 10단계 정도의 단계를 포함하며, 일반적으로는 30 내지 40단계 정도를 포함한다. 일련의 연속 치아배열을 나타내는 Am 이미지 데이터 세트는 교정 전 치아배열과 교정 후 치아배열에 근거하여 생성된다.

일련의 연속 치아배열을 나타내는 Am 이미지 데이터 세트는 교정 전 치아배열의 각각의 치아를 분리하여 초기위치에서 최종위치로 이동하는 최단 경로를 결정하고, 그 경로를 따라서 이동하는 비율을 결정하는 방법으로 만들 수 있다. 이동 경로 상에서 분리된 치아 간에 충돌이나 간섭이 일어나면, 충돌이나 간섭을 피하면서 이동할 수 있는 최단 경로를 설정한다. 이러한 단계는 치아 간의 충돌이나 간섭을 고려해서 최단 경도를 설정할 수 있는 검출 알고리즘을 갖춘 소프트웨어에 의해서 자동으로 진행될 수 있다.

다음, Af 이미지 데이터 및 Am 이미지 데이터 세트의 이미지들의 합집합을 포함하는 3차원 이미지 데이터(본 실시예에서는 Af 이미지 데이터 및 Am 이미지 데이터 세트의 이미지들의 합집합이 A 이미지 데이터가 된다)를 만든다(S1-4). 이때 치아에서 치아교정 과정 내내 위치가 변경되지 않는 점들을 기준으로 데이터들을 겹친다.

복수의 치아 배열 이미지들의 합집합을 포함하는 3차원 이미지 데이터를 사용하여 예비성형체를 제조하는 경우에는 동일한 형태의 예비성형체를 일련의 교정단계에서 사용되는 복수의 투명 플라스틱 교정장치의 열성형에 사용할 수 있다. 따라서 교정단계별로 예비성형체 제조를 위한 몰드를 각각 따로 제작하지 않아도 된다는 장점이 있다. 일반적으로는 30 내지 40단계 정도를 거치므로, 각 단계별로 예비성형체 제조를 위한 몰드를 제작한다면, 예비성형체 제작을 위한 몰드를 30 내지 40개 제작해야 한다.

다시 도 1을 참고하여 다음 단계에 대해서 설명한다.

다음 단계에서는 확보된 A 이미지 데이터(하나의 치아 배열을 나타내는 이미지 데이터 또는 복수의 치아 배열의 합집합을 나타내는 이미지 데이터) 중에서 교합면의 높낮이를 나타내는 좌표 값(Z축 좌표 값)에 대해서 로우패스필터링을 적용하여 교합면의 형상을 부드럽게 함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 교합면이 평활화된 3차원 이미지 데이터(B 이미지 데이터)를 얻는다. 교합면에서 날카롭고 복잡한 형상은 주로 고주파 성분에 의한 것이므로, 저주파 성분만 통과하는 이미지 필터링 방법인 로우패스필터링을 적용하면 부드러운 교합면을 가진 3차원 이미지 데이터를 얻을 수 있다. 로우패스필터링은 안티알리아싱(Anti-aliasing)이라도 한다. 이때, 얻어지는 교합면의 형태는 유지하면서, 체적은 A 이미지 데이터에 의한 체적과 동일하도록 유지하는 것을 구속조건으로 한다.

마지막으로, 평활화된 3차원 이미지 데이터(B 이미지 데이터)를 이용하여 예비성형체를 만든다(S3).

먼저, B 이미지 데이터를 이용하여 도 5에 도시된 바와 같이 평활화된 치아배열의 몰드(2)를 제조한다. 몰드(2)는 광조형(Sterolithography)기술을 이용하여 제작할 수 있다. 광조형기술은 광 경화성 수지에 빛을 조사하여 광 경화성 수지를 수 마이크로미터 두께의 얇은 층으로 계속 경화 및 적층을 하여 물체를 만들어 내는 3차원 인쇄기술이다. B 이미지 데이터를 이용하여 단면정보를 생성하고, 이렇게 생성된 단면정보를 이용하여 광경화성 수지에 빛을 조사하여 얇은 층을 계속 만들어서 평활화된 치아배열의 몰드(2)를 제조한다. 제조된 몰드(2)는 경화되지 않은 광 경화성 수지로부터 분리된다. 이 몰드(2)에는 실제 치아와는 달리 부드러운 곡선으로 이루어진 치아들이 배열되어 있다.

다음, 몰드(2) 위에 플라스틱 시트를 올려놓고 가열하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 평활화된 치아배열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체(3)를 열성형한다. 본 단계는 진공 성형으로 진행된다. 진공 성형은 플라스틱 시트에 열과 압력을 가하여 3차원 형태로 성형하는 열성형(thermoforming)의 일종이다. 진공 성형은 널리 알려진 성형 방법이므로 간략하게 설명한다. 우선, 진공 플레이트 위에 몰드(2)를 올려놓고 그 위에 플라스틱 시트를 올리고, 플라스틱 시트의 연화점 이상으로 플라스틱 시트를 가열하여 플라스틱 시트를 유연하게 한다. 그리고 몰드(2)의 아래에 진공을 형성하여 유연하게 된 플라스틱 시트가 몰드에 밀착되도록 함으로써 평활화된 치아배열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 예비성형체(3)를 성형한다.

플라스틱 시트는 진공 성형 장치에 따라서 원형 또는 사각형 형태일 수 있으며, 두께는 1㎜정도이다. 재질은 PC, PET, Poly-urethane 등이 주로 사용된다. 다음, 예비성형체(3)를 몰드(2)에서 분리하여, 도 6에 도시된 바와 같이 몰드의 치아 형상과 동일한 형상의 평활화된 치아배열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 예비성형체(3)를 얻는다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 한도 내에서 여러 가지 변형을 할 수 있는 것은 명백하다.

예를 들어, 치아형상의 몰드를 먼저 만든 후 이를 레이저를 이용하여 스캔하여 치료 전 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터를 확보하는 것으로 설명하였으나, X-레이 이미지, 컴퓨터 단층촬영법(CAT 스캔)에 의해 만들어진 이미지, 자기공명 단층촬영(MRI)에 의해 만들어진 이미지 등을 디지털화하는 통상적인 기술에 의해서 치료 전 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터를 확보하는 것이 가능하다.

또한, 광조형기술을 이용하여 몰드(2)를 제작한 후 몰드(2)를 이용하여 예비성형체(3)를 열성형하는 것으로 설명하였으나, 광조형기술을 이용하여 직접 예비성형체를 제작할 수도 있으며, 사출성형 등 다른 성형 방법으로 예비성형체를 제조할 수도 있다.

1: 몰드
2: 평활화된 치아배열의 몰드
3: 예비성형체

Claims (5)

  1. 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법에 있어서,
    (a) 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(A 이미지 데이터)를 확보하는 단계와,
    (b) 확보된 A 이미지 데이터 중에서 교합면의 높낮이를 나타내는 좌표 값(Z축 좌표 값)에 대해서 로우패스필터링을 적용하여 교합면의 형상을 부드럽게 함으로써 교합면이 평활화된 3차원 이미지 데이터(B 이미지 데이터)를 얻는 단계와,
    (c) 상기 B 이미지 데이터를 이용하여 예비성형체를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    (c-1) 상기 B 이미지 데이터를 이용하여 치아배열의 몰드를 제조하는 단계; 및
    (c-2) 상기 몰드 위에 플라스틱 시트를 올려놓고 가열하여 치아배열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체를 열성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    환자 치아의 3차원 모델을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    (a-1) 교정 전 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Ai 이미지 데이터)를 확보하는 단계;
    (a-2) Ai 이미지 데이터를 이용하여 치아를 재배열하여 교정 후 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(Af 이미지 데이터)를 만드는 단계;
    (a-3) 상기 교정 전 치아배열로부터 상기 교정 후 치아배열까지 진행되는 일련의 연속 치아배열을 나타내는 3차원 이미지 데이터 세트(Am 이미지 데이터 세트)를 만드는 단계;
    (a-4) Af 이미지 데이터 및 Am 이미지 데이터 세트의 이미지들의 합집합을 포함하는 3차원 이미지 데이터(A 이미지 데이터)를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 확보된 B 이미지 데이터의 체적과 A 이미지 데이터의 체적이 동일한 것을 특징으로 하는 플라스틱 치아교정장치의 예비성형체의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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