KR20170091847A

KR20170091847A - 임플란트 수술 가이드 방법

Info

Publication number: KR20170091847A
Application number: KR1020160012614A
Authority: KR
Inventors: 김도현; 김유진
Original assignee: 김도현; 김유진
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-10
Also published as: KR102330616B1

Abstract

임플란트 시술 중에 시술자에게 픽스츄어의 식립위치와 방향 및 깊이 등을 영상으로 가이드함으로써, 오류 발생 가능성을 크게 저감하고 시술자로 하여금 올바르게 시술이 이루어지고 있다는 확신을 심어줄 수 있는 임플란트 수술 가이드 방법. 본 발명의 임플란트 수술 가이드 방법은 (a) 임플란트 식립이 필요한 환자에 대한 3차원 구강 영상을 생성하는 단계; (b) 상기 3차원 구강 영상에서 임플란트 픽스츄어의 식립 예정 위치를 설계하는 단계; (c) 제1 패턴을 포함하는 구강 마커를 상기 식립예정 위치가 속하는 환자의 턱뼈에 부착하고, 제2 패턴을 포함하는 핸드피스 마커를 치과의사의 핸드피스에 부착하며, 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커를 카메라로 촬영하면서 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커의 움직임을 추적하는 단계; 및 (d) 상기 구강 마커 및 상기 핸드피스 마커의 위치와 방향 변화를 토대로 상기 턱뼈와 상기 핸드피스의 위치를 추정하고, 상기 식립 예정 위치에 대한 정보가 부가된 상기 3차원 구강 영상과 상기 핸드피스를 나타내는 핸드피스 영상의 적어도 일부를 화면에 표시하는 단계;를 구비한다.

Description

임플란트 수술 가이드 방법{Method for Guiding Dental Implant Surgery}

본 발명은 의료 영상의 생성 및 표시 방법에 관한 것으로서, 특히, 치과에서의 치료를 지원하기 위한 영상 생성 및 표시 방법에 관한 것이다.

치과 보철치료의 일종인 임플란트 시술을 행함에 있어서는, 티타늄과 같은 금속으로 제작되는 인공치근인 임플란트 픽스츄어(Implant Fixture, 이하, '픽스츄어'로 약칭함)를 치조골에 식립하여 골조직과 융합되도록 한 후, 상기 임플란트 픽스츄어에 어버트먼트(Implant Abutment, '지대주' 내지 '지대치'라고도 칭함)를 나사(Abutment Screw)에 의해 체결한 다음, 상기 어버트먼트 상에 인공치관 즉, 크라운 또는 브릿지를 부착하게 된다. 상기 어버트먼트는 인공치관을 픽스츄어에 연결시키고, 인공치관에 가해지는 힘을 픽스츄어를 통해 턱뼈로 전달하는 역할을 한다.

그런데 이와 같은 임플란트 보철치료에서 가장 전문성이 요구되는 것은 픽스츄어 식립위치를 잘 결정하고 올바른 방향으로 필요한 깊이까지 드릴링을 행하여, 픽스츄어를 정확히 식립하는 것이다. 픽스츄어의 식립위치나 방향 또는 깊이가 미미하게 잘못된 경우에는 해당 환자에게 적합화된 개인화 어버트먼트(Customized Abutment)를 제작, 사용함으로써 오류를 보완할 수 있지만, 오류가 큰 경우에는 임플란트 보철물의 기능성과 심미성이 현저히 저하될 수 있다.

이에 따라 임플란트 치료는 경험많은 일부 치과의사들만이 시술하고 있으며, 이러한 현상은 치료비가 낮아지는 것에 대한 장애로 작용하고 있다. 한편, 경험많은 치과의사들의 경우에도 실수를 범할 수 있기 때문에, 현재 시술 중인 작업이 제대로 이루어지고 있는지 확인할 수 있는 방안이 요구되고 있지만, 아직까지는 이러한 확인 및/또는 검증 방안이 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 임플란트 시술 중에 시술자에게 픽스츄어의 식립위치와 방향 및 깊이 등을 영상으로 가이드함으로써, 오류 발생 가능성을 크게 저감하고 시술자로 하여금 올바르게 시술이 이루어지고 있다는 확신을 심어줄 수 있는 임플란트 수술 가이드 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 임플란트 수술 가이드 방법은 (a) 임플란트 식립이 필요한 환자에 대한 3차원 구강 영상을 생성하는 단계; (b) 상기 3차원 구강 영상에서 임플란트 픽스츄어의 식립 예정 위치를 설계하는 단계; (c) 제1 패턴을 포함하는 구강 마커를 상기 식립예정 위치가 속하는 환자의 턱뼈에 부착하고, 제2 패턴을 포함하는 핸드피스 마커를 치과의사의 핸드피스에 부착하며, 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커를 카메라로 촬영하면서 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커의 움직임을 추적하는 단계; 및 (d) 상기 구강 마커 및 상기 핸드피스 마커의 위치와 방향 변화를 토대로 상기 턱뼈와 상기 핸드피스의 위치를 추정하고, 상기 식립 예정 위치에 대한 정보가 부가된 상기 3차원 구강 영상과 상기 핸드피스를 나타내는 핸드피스 영상의 적어도 일부를 화면에 표시하는 단계;를 구비한다.

일 실시예에 있어서, 상기 (a)단계는 상기 환자의 상기 턱뼈를 포함한 구강 내부에 대한 적어도 하나의 기초 영상을 획득하는 단계; 상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 상기 구강 석고 모형에 대한 석고모형 영상을 획득하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 기초 영상과 상기 석고모형 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;를 구비한다.

일 실시예에 있어서, 상기 (a)단계는 일부가 구강 외부로 노출되는 인상 보조 도구에 인상재를 도포한 후 상기 환자가 치아로 상기 인상재가 도포된 부분을 물도록 하고, 제1 기초 영상을 획득하는 단계; 상기 인상재가 경화된 인상체가 부착되어 있는 상기 인상 보조 도구에 대하여 제2 기초 영상을 획득하는 단계; 및 상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 상기 구강 석고 모형에 대한 제3 기초 영상을 획득하는 단계;를 구비한다. 여기서, 상기 (a)단계는 상기 제1 내지 제3 기초 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;를 더 구비할 수도 있다.

제1 내지 제3 기초 영상 중 적어도 일부가 CT 영상인 경우에는, 제1 내지 제3 기초 영상 중에서 CT 영상으로 된 영상을 벡터 영상으로 변환하여, 제1 내지 제3 기초 영상으로부터 제1 내지 제3 벡터 영상을 결정하고, 제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 3차원 구강 영상을 생성하는 것이 바람직하다.

제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 3차원 구강 영상을 생성하는 과정에서, 제1 및 제2 벡터 영상은 제1 및 제2 벡터 영상 내에서 인상 보조 도구에 대응하는 부분을 이용하여 결합되고, 제2 및 제3 벡터 영상은 치아 부분의 표면형상 정보를 이용하여 결합될 수 있다.

제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 3차원 구강 영상을 생성함에 있어서는,

제2 벡터 영상에서 상기 인상체 부분에 대하여 버텍스를 변환하여 음각을 양각으로 변환하고, 제2 벡터 영상에서 양각으로 변환된 치아 부분을 제3 벡터 영상의 대응하는 치아 부분과 결합하는 것이 바람직하다.

식립 예정 위치를 설계함에 있어서는, 먼저 3차원 구강 영상에 소정의 표준치아 모형에 따른 치아들을 배치하고 상기 표준치아 모형의 치열을 조정한 다음, 임플란트 픽스츄어의 식립이 필요한 치아결손 위치에 표준치아 모형에 따른 표준치아를 배치한 후, 턱뼈 내에 있는 신경관에 저촉되지 않고 턱뼈의 외부로 노출되지 않도록 하면서 임플란트 픽스츄어의 식립 예정 위치를 결정하는 것이 바람직하다. 식립 예정 위치를 결정할 때, 식립할 임플란트 픽스츄어의 종류를 함께 결정하고, 식립 예정 위치에 관한 설계 데이터를 영상 요소의 형태로 3차원 구강 영상에 부가하는 것이 바람직하다.

구강 마커를 환자의 구강에 부착할 때에는, 하나 이상의 볼 조인트 및 하나 이상의 링크와 상기 구강 마커를 부착하기 위한 마커 부착부를 구비하는 구강 마커 부착 도구를 사용하여 부착하는 것이 바람직하다. 또한, 핸드피스 마커를 핸드피스에 부착할 때에도, 하나 이상의 볼 조인트 및 하나 이상의 링크와 상기 핸드피스 마커를 부착하기 위한 마커 부착부를 구비하는 핸드피스 마커 부착 도구를 사용하여 부착하는 것이 바람직하다.

상기 구강 마커를 부착하는 것과 관련하여, 3차원 구강 영상을 생성하는 단계는 (a1) 일부가 구강 외부로 노출되는 인상 보조 도구에 인상재를 도포한 후 상기 환자가 치아로 상기 인상재가 도포된 부분을 물도록 하고, 제1 기초 영상을 획득하는 단계; (a2) 인상재가 경화된 인상체가 부착되어 있는 인상 보조 도구에 대하여 제2 기초 영상을 획득하는 단계; (a3) 상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 구강 석고 모형을 소정의 형태와 크기를 가지는 거치대에 거치하고 촬영하여 구강 석고 모형에 대한 제3 기초 영상을 획득하는 단계; 및 (a4) 제1 내지 제3 기초 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;를 구비할 수 있다.

이와 같은 상태에서 구강 또는 3차원 구강 영상 내에 있는 각 점의 좌표를 좌표로 정밀하게 표시하고 추적할 수 있도록, 환자의 구강에서 구강 마커가 부착되는 부위에 대응하는 구강 석고 모형의 부위에 구강 마커를 부착하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 거치대에서 소정의 위치에는 제1 보조 마커를 부착되어 있는 것이 바람직한데, 제1 보조 마커는 구강 마커가 부착되는 시기를 전후하여 부착될 수도 있고, 제3 기초 영상을 획득하기 이전에 미리 부착되어 있을 수도 있다.

제1 보조 마커와 구강 마커가 구강 석고 모형에 부착된 상태에서, 제1 보조 마커와 구강 마커를 카메라로 촬영하여 이 마커들 간의 공간적 관계를 결정할 수 있다.

제1 보조 마커와 구강 마커 간의 공간적 관계를 알게 되면, 구강 마커의 위치와 방향을 검출하였을 때, 제1 보조 마커와 구강 마커의 공간적 관계를 토대로 하여, 구강 마커의 위치 검출량과 방향 검출량으로부터 턱뼈의 위치를 추정하는 것이 가능해진다.

3차원 구강 영상과 핸드피스를 화면에 표시함에 있어서는, 3차원 구강 영상을 카메라의 시점 또는 치과의사의 시점에서 렌더링할 수도 있다. 이 때, 핸드피스의 필요 이동량 및 이동방향과, 필요 회전량 및 회전방향을 추가적으로 표시할 수도 있다. 또한, 드릴링이 진행된 깊이 또는 남은 깊이를 화면에 추가적으로 표시할 수도 있다.

본 발명의 임플란트 수술 가이드 방법은 기록매체에 적재되어 데이터 처리장치에 의해 실행될 수 있는 프로그램을 토대로 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면, 임플란트 시술 중에 시술자에게 픽스츄어의 식립위치와 방향 및 깊이 등을 안내함으로써, 오류 발생 가능성을 크게 저감하고 시술자로 하여금 올바르게 시술이 이루어지고 있다는 확신을 심어줄 수 있게 된다.

이에 따라 정확한 시술이 이루어질 수 있도록 함과 아울러, 임플란트 시술을 행할 수 있는 치과의사의 숫자를 증대시킬 수 있고, 각 치과의사의 치료 생산성을 높일 수 있게 되며, 치료비 인하를 기대할 수 있게 된다는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다. 도면 중,
도 1은 본 발명에 의한 임플란트 이미지 가이드 시스템의 일 실시예를 보여주는 블록도;
도 2는 도 1에 도시된 설계용 PC에서 실행되는 설계 프로그램의 일 실시예의 블록도;
도 3은 도 1에 도시된 카메라 센서의 일 실시예의 블록도;
도 4는 도 1에 도시된 수술 가이드 PC에서 실행되는 수술 가이드 프로그램의 일 실시예의 블록도;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임플란트 수술 가이드 방법의 전체적인 공정을 개략적으로 보여주는 흐름도;
도 6은 인상 보조 도구의 일 실시예를 보여주는 사진;
도 7은 환자 기초 영상을 획득하는 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여주는 흐름도;
도 8은 제1 CT 영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 9는 인상체가 부착된 인상 보조 도구의 일 예를 보여주는 사진;
도 10은 도 9의 구조물에 대한 제2 CT 영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 11는 구강 석고 모형의 일 예를 보여주는 사진;
도 12는 일 실시예에 있어서 제3 CT 영상 촬영을 위하여 하악에 대한 구강 석고 모형을 거치대 위에 얹은 상태의 일 예를 보여주는 사진;
도 13a는 하악골에 대한 제3 CT 영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 13b는 제3 CT 영상에서 치아 부분만을 추출한 것을 보여주는 화면 스크린샷;
도 14는 영상 결합 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여주는 흐름도;
도 15a 및 도 15b는 제1 벡터 영상과 제2 벡터 영상의 결합 영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷으로서, 도 15a는 얼굴을 포함한 전체 외관에 관한 영상에 대한 화면 스크린샷이고, 도 15b는 인상 보조 도구에 관련된 레이어만을 추출한 영상에 대한 화면 스크린샷;
도 16은 제2 벡터 영상과 제3 벡터 영상의 결합 영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 17은 수술 설계 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여주는 흐름도;
도 18은 환자의 3차원 구강 영상에 표준치아 모형에 따른 치아들을 중첩시켜 표시한 화면의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 19는 임플란트 픽스츄어의 목표위치와 방향을 결정하는 화면의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 20은 임플란트 픽스츄어 식립 수술에 대한 이미지 가이드 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여주는 흐름도;
도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 마커의 패턴 예들을 보여주는 도면;
도 22는 구강 마커를 구강에 부착하기 위한 구강 마커 부착 도구의 일 실시예를 보여주는 사진;
도 23은 인상체가 부착된 구강 마커 부착 도구의 일 예를 보여주는 사진;
도 24는 핸드피스 마커를 핸드피스에 부착하기 위한 핸드피스 마커 부착 도구의 일 실시예를 보여주는 사진;
도 25는 핸드피스 마커를 매개로 하여 핸드피스 마커가 핸드피스에 부착된 상태의 일 예를 보여주는 사진;
도 26은 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계와, 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 결정하는 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도;
도 27은 제1 보조 마커가 부착된 거치대에 구강 석고 모형이 안착되어 있고, 구강 석고 모형에 구강 마커 부착 도구에 의해 구강 마커가 부착된 상태를 보여주는 사진;
도 28은 제2 보조 마커를 핸드피스에 부착한 상태의 일 예를 보여주는 사진;
도 29는 핸드피스에 핸드피스 마커와 제2 보조 마커가 부착된 상태의 일 예를 보여주는 사진;
도 30은 식립 수술 직전의 마커 등록 과정에서 카메라 센서(150)에 의해 포착되어 화면에 표시되는 영상들과 그 안에 있는 마커들의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷;
도 31은 마커 등록시에 제1 보조 마커와 구강 마커 간의 공간적 관계만을 기록하는 실시예에서, 수술 진행 중의 ??뼈 위치 결정 및 렌더링 과정을 보여주는 흐름도;
도 32는 마커 등록시에 제1 보조 마커의 좌표계로 기술된 턱뼈 및 기타 구강구조에 대한 좌표를 구강 마커의 좌표계로 재기술하는 실시예에서, 수술 진행 중의 ??뼈 위치 결정 및 렌더링 과정을 보여주는 흐름도;
도 33은 도 26에 도시된 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계와, 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 결정하는 방법에 대한 변형된 실시예를 보여주는 흐름도;
도 34는 수술 이미지 가이드를 위한 출력영상의 일 예를 보여주는 화면 스크린샷; 그리고
도 35는 수술 이미지 가이드를 위한 출력영상의 다른 예를 보여주는 화면 스크린샷이다.

임플란트 이미지 가이드 시스템

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 이미지 가이드 시스템은 기초 영상 획득부(100)와, 저장장치(110)와, 설계용 PC(120)와, 카메라 센서(150)와, 수술 가이드 PC(160)를 구비한다.

기초 영상 획득부(100)는 임플란트 픽스츄어 식립 수술(이하, '식립 수술'이라 함)에 앞서, 환자의 턱뼈와 구강 내부 등에 대한 환자 기초 영상을 획득한다. 일 실시예에 있어서, 기초 영상 획득부(100)는 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캐너를 포함하며, 기초 영상 획득부(100)가 획득하는 환자 기초 영상은 환자의 턱뼈를 포함한 두부 전체에 대한 CT 영상을 포함한다. 또한, 환자 기초 영상은 환자의 구강에서 채득한 인상체를 토대로 제작된 구강 석고모형에 대한 CT 영상을 포함할 수 있다. 여기서, CT 영상 데이터는 의료용 디지털 영상 및 통신(Digital Imaging and Communications in Medicine: DICOM) 표준에 부합하는 데이터 형식을 따를 수 있다. 한편, 기초 영상 획득부(100)는 상기 CT 스캐너 이외에, 예컨대 광학 카메라 방식의 3차원 스캐너를 추가적으로 포함할 수 있다. 이와 같은 3차원 스캐너가 출력하는 3차원 스캔 영상 데이터는 벡터 기반의 스테레오리소그래피(stereolithography: STL) 형식으로 되어 있을 수 있다.

저장장치(110)는 기초 영상 획득부(100)로부터 환자 기초 영상에 대한 영상 데이터(이하, '기초 영상 데이터'라 함) 즉, CT 영상 및/또는 3차원 스캔 영상 데이터를 받아들여 저장한다. 위에서 언급한 바와 같이, 기초 영상 데이터는 DICOM 포맷으로 되어 있을 수 있으며, 적어도 일부가 STL 포맷으로 되어 있을 수도 있다. 한편, 저장장치(110)는 후술하는 바와 같이 설계용 PC(120)에 의해 설계된 식립 설계 데이터를 받아들여 저장한다. 상기 식립 설계 데이터는 STL 포맷으로 되어 있는 것이 바람직한데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

설계용 PC(120)는 저장장치(110)에 저장되어 있는 기초 영상 데이터를 토대로 임플란트 픽스츄어의 식립 위치와 방향을 설계하는데 사용된다. 설계용 PC(120)는 본 발명에 의한 설계 프로그램을 저장하고 실행한다. 상기 설계 프로그램은 저장장치(110)에 저장된 기초 영상 데이터 중에서 DICOM 포맷으로 된 데이터의 포맷을 STL 포맷으로 변환하고, 둘 이상의 영상을 결합(merging)하여, 3차원 구강 영상을 생성한다. 예컨대, 설계용 PC(120)는 턱뼈와 잇몸뼈에 대한 정보를 포함하고 있는 두부 CT 영상에 치아 석고 모형에 대한 CT 영상 또는 3차원 스캔 영상을 결합하여, 두부 CT 영상에 정밀한 치아 형상이 보강되어진 3차원 구강 영상을 형성하게 된다. 3차원 구강 영상에 대한 구강 영상 데이터는 저장장치(110)에 저장된다. 구강 영상 데이터는 STL 포맷으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 시스템 구성을 간편하게 할 목적으로 설계용 PC(120)에서 실행되고 있지만, 위와 같은 영상의 포맷 변환과 결합 작업은 설계 과정의 일환이라기보다는 획득된 환자 기초 영상 데이터를 정돈하는 기초 작업이라고 볼 수도 있다.

또한, 설계용 PC(120)는 3차원 구강 영상을 토대로 임플란트 픽스츄어의 식립 위치와 방향을 설계할 수 있게 해준다. 일 실시예에 있어서, 식립 위치와 방향에 대한 설계는 설계자가 3차원 구강 영상에 표준치아 모형을 참고하여 가상의 치아를 배치하고, 다양한 픽스츄어 중에서 적절한 것을 선택하여, 선택된 픽스츄어에 대한 그래픽 요소를 3차원 구강 영상에 적절한 위치에 적절한 방향으로 배치함으로써, 이루어진다. 그렇지만, 변형된 실시예에 있어서는 가상 치아의 배치, 픽스츄어 선택, 그래픽 요소의 배치 등 설계 작업이 설계 프로그램에 의해 자동으로 이루어질 수도 있다.

상기 식립 설계 데이터는 픽스츄어의 종류에 따른 제원, 정확한 식립 목표위치 및 목표방향에 대한 정보를 나타내며, 이 데이터는 수술 과정에서 이미지 가이드에 활용할 수 있도록 저장장치(110)에 저장된다. 일 실시예에 있어서 상기 식립 설계 데이터는 상기 3차원 구강 영상에 하나의 레이어 형식으로 부가되는 데이터이며, 따라서 설계 후에는 구강 영상의 일부를 구성할 수 있다. 그렇지만, 본 발명과 본 명세서의 이해도를 높일 수 있도록 설명의 편의를 위하여, 이하의 설명에서는 필요에 따라 식립 설계 데이터가 3차원 구강 영상과 마치 별개인 것처럼 기술하기로 한다.

카메라 센서(150)는 식립 수술 중에 환자의 치아, 턱뼈 또는 얼굴에 부착된 구강 마커(200)의 위치와 방향을 지속적으로 검출한다. 이와 동시에, 카메라 센서(150)는 치과의사의 핸드피스(199)에 부착된 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향을 지속적으로 검출한다. 카메라 센서(150)는 구강 마커(200) 및 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보를 수술 가이드 PC(160)에 제공하여, 수술 가이드 PC(160)가 턱뼈 움직임과 핸드피스 움직임을 추적할 수 있게 해준다.

수술 가이드 PC(160)는 저장장치(110)로부터 식립 설계 데이터가 부가된 3차원 구강 영상을 받아들이고, 그 자체 내에 마련된 하드디스크나 SSD와 같은 저장 매체에 저장한다. 수술 가이드 PC(160)는 설계 데이터가 부가된 3차원 구강 영상을 화면에 표시한 상태에서, 카메라 센서(150)로부터의 구강 마커(200) 및 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보를 토대로 구강과 핸드피스의 위치를 실시간으로 업데이터하여 표시함과 아울러 부가적인 정보를 제공함으로써, 치과의사의 식립 수술을 영상을 통해 가이드한다.

수술 가이드 PC(160)는 본 발명에 의한 수술 가이드 프로그램을 저장하고 실행한다. 상기 수술 가이드 프로그램은 식립 설계 데이터에 따른 픽스츄어의 목표 배치형태를 중첩시켜 3차원 구강 영상을 모니터(190) 상에 표시해준다. 그리고 수술 가이드 프로그램은 카메라 센서(150)로부터의 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보를 토대로, 모니터(190)에 표시된 3차원 구강 영상에 핸드피스가 중첩되어 표시되게 해준다. 또한, 수술 가이드 프로그램은 구강 마커(200)의 위치와 방향 정보에 응답하여 모니터(190)에 표시된 턱뼈를 실시간 이동 및/또는 회전시키고, 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보에 응답하여 모니터(190)에 표시된 핸드피스를 모두 실시간 이동 및/또는 회전시킴으로써, 모니터(190)에 표시되는 영상이 턱뼈와 핸드피스의 움직임을 정확히 반영할 수 있게 해준다.

도 2는 설계용 PC(120)에서 실행되는 설계 프로그램(130)의 일 실시예를 보여준다. 도시된 실시예에서, 설계 프로그램(130)은 데이터 변환부(132)와, 영상 결합부(134)와, 식립 설계부(136)를 포함한다. 또한, 설계 프로그램(130)은 표준치아 모형 테이블(142)과 픽스츄어 정보 테이블(144)을 구비할 수 있다. 표준치아 모형 테이블(142)은 통계를 통해 사전에 정의된 각 치아들 간의 상대적인 위치관계 내지 배열과, 각 치아의 크기와, 각 치아의 축 방향에 대한 통계적 표준모형 정보를 저장한다. 여기서, 통계적 표준모형이란 인류학적, 해부학적으로 확인되고 치의학 학계에서 공통적으로 인정되는 모형일 수도 있고, 본 발명의 시스템 운영자가 경험적으로 축적한 모형일 수도 있다. 픽스츄어 테이블(144)은 상업적으로 이용가능한 픽스츄어들의 내경과 길이에 대한 정보를 저장한다.

데이터 변환부(132)는 저장장치(110)에 저장된 환자의 기초 영상 데이터의 포맷을 일정하게, 예컨대 STL 포맷으로, 변환한다. 이에 따라 DICOM 포맷의 CT 데이터는 모두 STL 포맷으로 변환될 수 있다. 또한, 기초 영상 데이터의 일부가 3차원 스캐너에 의해 획득되었고 STL 이외의 포맷으로 되어 있다면, 이와 같은 데이터 역시 STL 포맷으로 변환될 수 있다.

영상 결합부(134)는 STL 포맷으로 된 둘 이상의 3차원 영상을 하나로 결합한다. 앞서 설명한 바와 같이, 영상 결합은 턱뼈와 잇몸뼈에 대한 정보를 포함하고 있는 두부 CT 영상에 치아 석고 모형에 대한 정밀 영상을 결합하는 것이며, 두부 CT 영상에 정밀한 치아 형상이 보강되어진 3차원 구강 영상을 형성하게 된다. 영상 결합의 목적과 구체적인 예에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

식립 설계부(136)는 STL 포맷의 3차원 구강 영상을 토대로, 잇몸뼈의 위치와 두께를 감안하고 신경을 건드리지 않으면서 임플란트 픽스츄어의 식립후 배치형태를 결정하게 해준다. 특히, 식립 설계부(136)는 환자의 치아 배열과 표준치아 모형(142)의 대응관계 관계를 참작하여, 치료할 치아 위치에 가상의 치아를 배치하고, 다양한 픽스츄어 중에서 적절한 것을 선택하여, 선택된 픽스츄어에 대한 그래픽 요소를 3차원 구강 영상에 적절한 위치에 적절한 방향으로 배치하게 된다. 이 과정에서 식립 설계부(136)는 픽스츄어 정보 테이블(144)에 있는 제품 정보의 범위 내에서 임플란트 픽스츄어의 크기 내지 종류를 정할 수 있게 해준다. 임플란트 픽스츄어의 식립후 배치형태에 대한 설계 데이터는 픽스츄어의 종류에 따른 제원, 식립 목표위치 및 목표방향에 대한 정보를 포함하는 형태로 저장장치(110)에 저장된다.

일 실시예에 있어서, 설계 프로그램(130)은 영상의 포맷 변환, 영상 결합, 및 설계 작업을 설계원의 명령 입력을 기초로 수행한다. 그렇지만 다른 실시예에 있어서는, 설계 프로그램이 영상의 포맷 변환, 영상 결합, 및 설계 작업을 자동으로 수행할 수도 있다.

도 3은 도 1에 도시된 카메라 센서(150)의 일 실시예를 보여준다. 도시된 실시예에서, 카메라 센서(150)는 제1 이미지 센서(152), 제2 이미지 센서(154), 마커 검출부(156), 및 위치/방향 산출부(158)를 구비한다. 바람직한 실시예에 있어서는 제1 및 제2 이미지 센서(152, 154)가 스테레오스코픽 카메라를 구성하게 되는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 이미지 센서(152, 154)는 환자에게 부착된 구강 마커(200)와 치과의사의 핸드피스(199)에 부착된 핸드피스 마커(220)를 수술 과정에서 화각 내에 포함하도록 설치되고, 이에 따라 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)를 지속적으로 촬영한다. 마커 검출부(156)는 제1 및 제2 이미지 센서(152, 154)의 출력 이미지에서 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)를 검출한다. 위치/방향 산출부(158)는 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향을 계산한다. 시간이 경과함에 따라, 카메라 센서(150)는 위와 같은 촬영과 마커 검출, 그리고 계산을 반복하게 되며, 이를 통하여 산출되는 구강 마커(200) 및 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보를 실시간으로 예컨대 USB 케이블을 통해서 수술 가이드 PC(160)에 전송한다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 조도에 따른 감도 차이를 해소하기 위하여 카메라 센서(150)에는 적외선 조명을 구비하는 것이 바람직하다.

도 4는 도 1에 도시된 수술 가이드 PC(160)에서 실행되는 수술 가이드 프로그램(170)의 일 실시예를 보여준다. 도시된 실시예에서, 수술 가이드 프로그램(170)은 위치 정합부(172), 렌더링부(174), 모드 선택부(176), 화면 표시부(178), 및 음성 알람부(180)를 포함한다. 또한, 수술 가이드 프로그램(170)은 상업적으로 이용가능한 핸드피스들의 크기 및 제원과 3차원 영상 데이터에 대한 정보를 저장하는 핸드피스 정보 테이블(182)을 구비할 수 있다.

위치 정합부(172)는 식립 수술 초기에 환자의 3차원 구강 영상과 핸드피스 영상을 하나의 좌표계, 예컨대 카메라 센서 좌표계로 통합시켜서, 모니터(190)에 표시되는 모든 영상 객체에 관한 점들이 단일 좌표계에 의한 좌표로 통일되게 표시될 수 있게 해준다. 렌더링부(174)는 설계 데이터가 부가된 3차원 구강 영상을 모니터(190)에 표시해준다. 여기서 모니터(190)에는 환자의 구강 중에서 식립 수술이 행해지는 턱뼈를 중심으로 한 부위가 확대 표시되는 것이 바람직하다. 그리고 렌더링부(174)는 핸드피스 정보 테이블(182)에 저장된 핸드피스 3차원 영상 데이터와, 핸드피스 마커(220)의 위치 및 방향 정보를 토대로, 모니터(190)에서 3차원 구강 영상에 3차원 핸드피스 영상이 중첩되어 표시되게 해준다. 또한, 렌더링부(174)는 구강 마커(200)의 위치와 방향 정보에 응답하여 모니터(190)에 표시된 턱뼈를 실시간 이동 및/또는 회전시키고, 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향 정보에 응답하여 모니터(190)에 표시된 핸드피스를 모두 실시간 이동 및/또는 회전시킴으로써, 모니터(190)에 표시되는 영상에서 턱뼈와 핸드피스의 움직임이 정확히 반영되도록 해준다.

모드 선택부(176)는 화면에 표시되는 영상의 뷰를 치과의사 또는 위생사가 조정할 수 있게 해주며, 그밖에 화면에 표시할 부가정보를 선택할 수 있게 해준다. 화면 표시부(178)는 렌더링부(174)가 화면에 표시할 영상을 생성하면, 생성된 영상 데이터를 프레임 메모리(미도시됨)에 저장하여, 프레임 메모리에 상응한 영상이 모니터(190)에 표시되도록 한다. 음성 알람부(180)는 동작 모드에 따라 수술 과정에서 경고음이나 안내음을 출력한다. 음성 알람부(180)는 예컨대, 스피커, 헤드폰, 또는 헤드셋이 될 수 있다.

도 1에서 상기 카메라 센서(150)와 상기 수술 가이드 PC(160)는 식립 수술을 시행하는 치과 병의원에 설치된다. 일 실시예에 있어서는, 기초 영상 획득부(100)와, 저장장치(110)와, 설계용 PC(120)도 식립 수술을 시행하는 치과 병의원에 설치되어, 환자의 턱뼈 상태 데이터 획득과 설계 공정이 식립 수술을 시행하는 치과 병의원에서 수행될 수 있다. 그렇지만, 다른 실시예에 있어서는, 설계용 PC(120)가 외부의 설계 센터에 설치될 수 있으며, 이러한 경우 설계 작업은 전문적인 설계자에 의해 이루어지고, 치과 병의원은 네트웍을 통해서 설계 데이터를 받아들일 수 있게 된다. 또한, 기초 영상 획득부(100)의 적어도 일부, 예컨대 CT 스캐너가 별도의 방사선과 병의원 또는 집중화된 CT 촬영 센터에 구비된 것일 수 있다. 이러한 경우 설계용 PC(120)는 CT 스캐너로부터 CT 영상 데이터를 네트웍을 통해 온라인으로 받아들일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임플란트 수술 가이드 방법을 구체적으로 설명한다.

전체적인 공정

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 임플란트 수술 가이드 방법의 전체적인 공정을 개략적으로 보여준다.

임플란트 수술 가이드 방법은 두개골 3차원 영상과 같은 영상 정보를 기반으로 한다. 그런데, 치아와 악골을 포함하여 두개골을 CT 촬영하는 경우, CT 영상은 전체적인 두개골 구조와 턱뼈의 형상에 대한 정보를 가지고 있지만, 그로부터 개별 치아의 세밀한 위치와 윤곽을 추출하기는 어려울 수 있다. 이는 본 발명에 따르면 CT 영상에서 치아가 가장 중요한 요소 중 하나임에도 CT 영상에서 충분한 정밀도로 분명하게 표시되지 않을 수 있고, 특히 금과 같은 금속 보철물에 의해 보철치료를 받았던 환자의 경우 금속 보철물에서 빛 산란 현상도 발생하여 정밀한 촬영이 방해받을 수 있기 때문이다. 이에 따라, 한번의 CT 촬영만으로는 필요한 정보를 확보가 어려울 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에 따르면, 복수의 환자 기초 영상을 획득하고, 이들을 결합하여 치아와 악골을 포함하는 3차원 구강 영상을 생성하게 된다.

먼제 제300단계에서는 식립 수술을 받을 환자의 턱뼈와 구강 내부에 대한 기초 영상을 획득한다. 환자 기초 영상은 예컨대 CT 스캐너에 의해 환자의 턱뼈와 구강 내부을 촬영함으로써 획득될 수 있다. 이때, 영상 중 일부는 CT 스캐너 대신에 3D 스캐너에 의해 획득될 수도 있다. 그 다음, 기초 영상을 구성하는 복수의 영상을 결합하여 3차원 구강 영상을 생성한다(제302단계).

이어서, 설계용 PC(120)를 사용하여, 픽스츄어의 종류를 결정하고 픽스츄어의 목표 배치형태를 결정함으로써, 픽스츄어의 종류와, 식립 목표위치 및 목표방향을 결정하는 식립 설계 과정을 수행한다(제304단계).

식립 설계가 완료되면, 환자에 대하여 임플란트 픽스츄어 식립을 진행하면서, 상기 3차원 구강 영상과 함께 핸드피스 영상을 화면에 표시하고, 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)의 움직임을 추적하면서 마커들(200, 220)의 움직임에 따라 화면 표시를 갱신하는 수술 가이드를 수행하게 된다(제306단계)

도 5에서, 제300단계 내지 제304단계는 식립 수술에 앞서 수술 가이드를 위한 기초 데이터를 생선하는 사전 준비작업이라 할 수도 있다.

환자 기초 영상 획득

일 실시예에 따르면, 환자 기초 영상으로서 복수의 CT 영상을 획득하게 된다. 이때, CT 촬영 과정에서 환자의 치아에 대한 인상을 채득하고, 나중에 복수의 CT 영상을 하나의 영상으로 결합하는 과정을 용이하게 할 수 있도록 하기 위하여, 인상 보조 도구를 활용하게 된다.

도 6은 인상 보조 도구의 일 실시예를 보여주는 사진이다.

도 6의 인상 보조 도구(320)는 치과에서 치아 보철물을 제작할 때 인상을 채득하는데 사용하는 인상 트레이(Impression Tray)를 근간으로 하여 제작된 것으로서, 치열에 대응되도록 구성된 인상재 수용부(330)와, 상기 인상재 수용부(330)에서 외측으로 연장된 손잡이(340)를 구비한다.

인상재 수용부(330)는 아치 형태의 수평단면을 가지고 있고 상하 방향으로 연장된 내벽(332)과, 상기 내벽(332)로부터 외측으로 이격되어 있으며 마찬가지로 아치 형태의 수평단면을 가지고 있으며 상하 방향으로 연장된 외벽(334)과, 상기 내벽(332)의 외벽면의 상하 중간 지점과 상기 외벽(334)의 내벽면의 상하 중간 지점을 연결하는 스크린(336)을 구비한다. 상기 내벽(332) 및 외벽(334)과, 스크린(336)으로 인하여, 인상재 수용부(330)는 각각이 'U-자' 및 '뒤집어진 U-자' 단면 구조를 가지고 인상재를 수용할 수 있는 상부 채널 및 하부 채널을 형성하게 되어, 상악과 하악의 전체 치열에 대하여 동시에 인상을 채득할 수 있게 되어 있다.

상기 내벽(332)의 외벽면과 상기 외벽(334)의 내벽면에는 인상 과정에서 인상재가 이동 또는 분리되거나 뒤틀림을 최소화할 수 있도록 상하 방향으로 연장된 리브가 형성되어 있다. 스크린(16)은 인상재를 위한 유지하는 베이스로서 작용하고, 충분히 얇은 연질 판재, 예컨대 코튼 거즈(cotton gauze), 나일론 메쉬, 또는 폴리에서터 등의 재료로 직조된 부직포로 제작될 수 있으며, 인상 채득을 위한 교합 중에 환자 치아를 방해할 가능성을 최소화하고, 인상재를 정확하게 교합하는 것을 방해하지 않게 된다.

손잡이(340)는 인상재 수용부(330)의 외벽(334)의 외벽면에 부착되어 있다. 나중에 복수의 CT 영상을 용이하게 하나의 영상으로 결합하는데 활용할 수 있도록, 손잡이(340)의 모서리에는 대칭적 요소와 비대칭적 요소, 그리고 직선과 곡선이 포함되는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 6에는 링 형태로 된 돌출부(342)가 직육면체 형태의 손잡이 본체로부터 좌우측으로 돌출되어 형성되어 있다. 후술하는 영상 결합 과정에서, 손잡이(340)의 곡선 및 직선 모서리는 CT 영상에서 면들의 공간적 위치와 방향을 인식하기 위한 특징적 요소로 작용하게 된다. 그렇지만, 손잡이(340)의 형태가 도 6에 도시된 것에 한정되는 것이 아님을 유의해야 한다.

도 7은 환자 기초 영상을 획득하는 과정의 일 실시예를 보다 구체적으로 보여준다.

먼저, 도 6에 도시된 인상 보조 도구(320)를 사용하여 상악과 하악에 대한 인상을 채득하면서 두부에 대한 제1 CT 영상을 촬영한다(제360단계). 환자 기초 영상에서 가장 기본이 되는 것은 환자의 턱뼈에 대한 3차원 영상이다. 바람직한 실시예에서는, 턱뼈를 포함한 두개골 전체에 대한 CT 영상을 촬영함으로써 턱뼈에 대한 3차원 영상을 획득하게 되며, 이때 상악골과 하악골 중에서 치료를 필요로 하는 뼈를 중심으로 두개골을 촬영할 수도 있다.

제1 CT 영상을 촬영함에 있어서는, 다른 영상과의 결합을 고려하여, 인상 보조 도구(320)를 사용하여 환자의 구강에 대한 인상을 채득하면서 영상을 촬영하게 된다. 인상 보조 도구(320)를 사용하여 인상을 채득함에 있어서는, 인상 보조 도구(320)의 상부 채널과 하부 채널 내에서 스크린(336)에 인상재를 충분히 도포하여,상악골과 하악골에 대하여 동시에 인상을 채득하게 된다. 이때, 인상재로는 알지네이트(alginate), 폴리비닐 실록산, 폴리에테르, 및 슈퍼-하이드로필릭 PS(super-hydrophilic VPS) 등 이미 시판되고 있거나 공지되어 있는 것을 포함하는 모든 적합한 인상재가 함께 사용될 수 있다.

제1 CT 영상의 촬영은 이러한 인상재가 경화된 후에 할 수도 있고, 경화 과정에서 즉 인상 채득 과정에서 행할 수도 있다. 한편, 인상 과정에서 인상 보조 도구(320)의 손잡이(340)가 반드시 정면으로 향하도록 환자가 인상 보조 도구(320)를 물어야만 하는 것은 아니며, 비스듬한 방향을 향하도록 물고 있어도 무방하다. 도 8은 제1 CT 영상의 일 예를 보여준다. 도시된 바와 같이 제1 CT 영상은 환자가 인상 보조 도구(320)를 물고 있는 상태의 얼굴에 대한 영상이며, 얼굴 부분에서는 필요에 따라 통상의 CT 영상 구조상 피부조직을 제외한 두개골만을 추출해낼 수도 있다.

이어서, 인상재가 경화될만한 충분한 시간이 경과된 후에, 환자의 구강으로부터 인상 보조 도구(320)를 분리한다. 도 9에 도시된 바와 같이 분리된 인상 보조 도구(320)에는 환자의 상하 치아와 잇몸이 음각으로 반영된 인상체가 부착되어 있게 된다. 제362단계에서는 이처럼 인상체가 부착된 인상 보조 도구에 대하여 별도로 제2 CT 영상을 촬영한다. 도 10은 인상체가 부착된 인상 보조 도구에 대한 제2 CT 영상의 일 예를 보여준다.

제364단계에서는 구강 석고 모형을 제작하고 이에 대하여 제3 CT 영상을 행촬영한다. 구강 석고 모형은 제1 및 제2 CT 영상을 획득하는 과정에서 제작된 인상체를 사용하여 이루어질 수도 있다. 그렇지만, 여러 가지 이유로 인하여 상기 인상체가 치아를 완벽하게 반영하지 못할 수 있다. 예를 들어, 인상 채득과 CT 촬영을 병행하면서 환자의 치아가 이동하거나 뒤틀릴 수도 있고, 상악과 하악에 대하여 동시에 인상을 하는 과정에서 특히 가장자리의 대구치 부위에서 인상재가 불충분하게 충진될 수도 있다. 이에 따라 제1 및 제2 CT 영상을 획득하는 과정에서 제작한 인상체는 정밀도가 낮을 수 있다. 이를 감안하여, 바람직한 실시예에 있어서는 별도의 인상 트레이를 사용하여 상악 또는 하악에서 전체 치아 또는 치료가 필요한 치아 주변에 대하여 새로이 인상을 채득한다. 그리고, 새로이 제작된 인상체를 사용하여 구강 석고 모형을 제작하고, 이를 CT 촬영하게 된다. 도 11은 이와 같이 새로 획득한 인상체를 사용하여 제작되는 구강 석고 모형의 일 예를 보여주는데, 도 11에서 좌측은 상악에 대한 석고 모형, 우측은 하악에 대한 석고 모형을 보여준다.

한편, 일 실시예에 있어서는 구강 석고 모형을 CT 촬영함에 있어서는 사전에 정해진 거치대에 얹은 상태에서 촬영할 수 있다. 도 12는 하악에 대한 구강 석고 모형을 거치대 위에 얹은 상태의 일 예를 보여준다. 상기 거치대(370)의 형상과 크기는 3차원 영상의 형태로 도 1에 도시된 설계용 PC(120)에 저장되어 있는 것이 바람직하다. 거치대(370)의 일 지점에는 보조 마커(202)가 부착되어 있는 것이 바람직하다. 보조 마커(202)가 부착되는 거치대(370) 부위는 그 형태가 도 6의 인상 보조 도구(320)에서 손잡이(340)와 극히 유사한데, 이는 예시적으로 제작한 인상 보조 도구(320)와 거치대(370)를 3차원 프린터로 가공함에 있어 용이하게 가공할 수 있도록 하기 위하여 편의상 형태를 동일하게 하였기 때문이며, 양자가 반드시 동일해야만 하는 것은 아니다.

또한, 거치대(370)가 특정 형태를 가져야만 하는 것도 아니다. 다만, 설계용 PC(120)에서의 인식 상의 편의를 위하여, 거치대의 형태가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 수술 가이드의 초기 단계에서 위치 등록 내지 좌표 통합 상의 편의를 위하여, 각 거치대 간에 보조 마커(202)가 일정한 위치에 정확하게 부착되는 것이 바람직하다. 이와 같은 거치대(370) 상에서 석고 모형은 작업자가 임의의 위치에 석고나 그 밖의 접착제로 부착하여 고정시킨 후 CT 촬영을 하게 된다. 이와 같이, 바람직한 실시예에 있어서 제364단계에서 촬영하는 대상물은 일측에 보조 마커(202)가 부착되어 있는 거치대(370) 상에 부착된 석고 모형이 되며, 이때 거치대(370)의 적어도 일부가 함께 촬영된다. 보조 마커의 용도와 거치대의 추가적인 기능에 대해서는 영상 결합과 수술 이미지 가이드와 관련하여 아래에서 자세히 설명한다.

도 13a는 도 12와 같은 상태로 촬영한 하악골에 대한 제3 CT 영상의 일 예를 보여준다. 그리고, 도 13b는 제3 CT 영상에서 거치대 부분을 제거하고 치아 부분만을 추출한 것을 보여준다. 도시된 바와 같이, 제3 CT 영상에는 하악의 치아와 잇몸이 표시되어 있게 된다.

영상 결합

도 14는 영상 결합 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여준다.

설계용 PC(120)에서 설계 프로그램(130)의 데이터 변환부(132)는 저장장치(110)에 저장된 환자의 기초 영상 데이터의 포맷을 예컨대 STL 포맷으로 모두 변환한다(제380단계). 이에 따라 DICOM 포맷의 CT 데이터는 모두 STL 포맷으로 변환될 수 있다. 위에서 설명한 실시예와 같이 제1 내지 제3 CT 영상이 dicom 포맷으로 되어 있다면, 데이터 변환부(132)는 제1 내지 제3 CT 영상의 포맷을 모두 stl 포맷으로 변환한다. 이하의 설명에서는 제1 내지 제3 CT 영상이 stl 포맷으로 변환된 영상을 각각 제1 내지 제3 벡터 영상으로 칭하기로 한다.

이어서, 설계 프로그램(130)의 영상 결합부(134)는 제1 내지 제3 벡터 영상을 하나의 3차원 영상으로 결합한다(제382단계).

제2 벡터 영상과 제3 벡터 영상은 치아 부분의 표면형상 정보를 활용해서 결합된다. 먼저, 제2 벡터 영상에서 치아와 잇몸이 인상체 내측으로 만입되어 음각으로 반영되어 있게 되므로, 치아 및 잇몸 부분에 대하여 버텍스(vertices)를 변환하여 양각으로 바꾼다. 이에 따라, 예컨대 하악골과 하악 치아의 경우, 변환 전의 제2 벡터 영상에서는 인상체 저면에서 인상체 내측을 향하여 상방으로 만입되어 있는데, 버텍스 변환 후의 영상에서는 실제 치아와 같이 상방으로 돌출된 형상을 가지게 된다. 이에 따라, 버텍스 변환 후의 제2 벡터 영상은 치아 및 잇몸 부분에서 제3 벡터 영상과 유사하고, 단지 표면 굴곡의 정밀도와 가장자리의 형상에 있어서만 차이가 있게 된다. 따라서 버텍스 변환 후의 제2 벡터 영상과 제3 벡터 영상은 표면 굴곡도 즉, 표면형상을 이용하여 결합이 가능해진다. 이때 버텍스 즉 특징점과 벡터가 결합에 주로 사용되지만, 특징적인 에지(edge)나 곡선(curve)를 함께 사용하거나 이들만을 사용하여 결합하는 것도 가능하다.

한편, 제1 벡터 영상과 제2 벡터 영상은 도 6에 도시된 인상 보조 도구(320)의 손잡이(340) 부분이 공통되므로, 이 손잡이(340) 부분의 공통성을 이용하여 결합된다.

도 15a 및 도 15b는 제1 벡터 영상과 제2 벡터 영상의 결합 영상의 일 예를 보여주는데, 도 15a는 얼굴을 포함한 전체 외관에 관한 영상이고, 도 15b는 인상 보조 도구(320)에 관련된 레이어만을 추출한 영상이다. 도 16은 제2 벡터 영상과 제3 벡터 영상의 결합 영상의 일 예를 보여준다.

일 실시예에서는, 제2 벡터 영상의 버텍스 변환 과정을 감안하여 제2 및 제3 벡터 영상을 결합한 후, 이를 제1 벡터 영상에 결합하게 된다. 그렇지만, 제1 내지 제3 벡터 영상의 결합 순서가 이에 한정되는 것은 아니며, 어느 두 영상을 먼저 결합할 것인지는 임의로 결정될 수 있다. 즉, 제2 및 제3 벡터 영상을 결합한 후, 이를 제1 벡터 영상에 결합하는 대신에, 제1 및 제2 벡터 영상을 결합한 후 제3 벡터 영상을 결합할 수도 있다.

마지막으로 결합된 영상에서 인상 보조 도구(320)의 손잡이(340) 부분을 포함하여 불필요한 부분을 삭제하고 3차원 구강 영상을 완성한다(제384단계).

상기 3차원 구강 영상에는 얼굴 피부와, 두개골과, 상악골 및 하악골, 치아와, 잇몸 및 잇몸뼈가 표시되어 있게 된다. 그리고, 3차원 구강 영상에서 얼굴 피부, 두개골, 상악, 하악, 신경관은 별도의 레이어로 구분되어 선택적으로 표시되거나 선택적으로 표시에서 제외될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 두개골에 대한 CT 영상만으로는 개별 치아의 세밀한 위치와 윤곽을 추출하기에 부족할 수 있는데, 위와 같이 생성한 3차원 구강 영상은 전체적인 두개골 구조와 턱뼈의 형상에 대한 정보를 가지고 있음과 아울러, 석고모형 3차원 데이터를 통해 보강된 정확한 치아 정보를 가지고 있게 된다.

그리고 3차원 구강 영상에서는 턱뼈 즉, 상악골 및/또는 하악골과, 치아와, 잇몸 및 잇몸뼈를 포함하는 구강 및 두개골에서 임의의 위치를 단일 좌표계에 의한 좌표로 표시하는 것이 가능해진다. 상기 단일 좌표계의 중심과 각 축의 방향은 임의로 정해질 수 있다. 예컨대, 거치대(370)로써 일정한 크기와 형태의 것이 사용되고, 위에서 기술한 바와 같이 거치대(370)에서 보조 마커(202)가 일정한 위치에 부착된다면, 보조 마커(202)도 구강 구조를 기술하기 위한 상기 단일 좌표계에서 일정한 위치와 방향으로 위치하게 되며, 보조 마커(202)의 중심이나 그밖에 보조 마커(202)상의 어느 한 점을 좌표계 중심으로 설정하는 것도 가능하다.

식립 수술 설계

도 17은 임플란트 픽스츄어 식립 수술을 위한 설계 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여준다.

먼저, 환자의 3차원 구강 영상에 표준치아 모형에 따른 치아들을 배치하고, 환자의 잔존 치아 및/또는 잇몸뼈에 맞추어 표준치아 모형의 치열을 조정한다(제380단계). 도 18은 환자의 3차원 구강 영상에 표준치아 모형에 따른 치아들을 중첩시켜 표시한 화면의 일 예를 보여준다. 표준치아 모형의 치열 조정은 도 18에 도시된 버텍스 내지 제어점(control point)를 마우스로 드래그함으로써 수행할 수 있다.

이어서, 임플란트 식립이 필요한 치아결손 위치에 표준치아 모형 상에서 해당 위치에 있는 표준치아를 배치한다(제382단계).

그 다음, 턱뼈 내에 있는 신경관의 위치를 확인한다(제384단계). 신경관의 위치는 제1 CT 영상에서부터 확인이 가능하며, 앞에서 설명한 바와 같이 3차원 구강 영상에서 얼굴 피부, 두개골, 상악, 하악과는 별도의 레이어로 구분되어 선택적으로 표시되거나 선택적으로 표시에서 제외될 수 있다.

제386단계에서는, 임플란트 픽스츄어의 목표위치와 방향을 결정한다. 임플란트 픽스츄어의 목표위치와 방향의 결정은 화면 내에서 임플란트 픽스츄어를 이동하거나 회전시킴으로써 이루어진다. 목표위치와 방향의 결정함에 있어서는, 픽스츄어의 중심축이 제382단계에서 배치된 표준치아의 중심축과 방향이 일치하거나 적어도 표준치아로부터 현저히 벗어나지 않도록 해야 하며, 픽스츄어가 신경관에 닿지 않도록 해야 하고, 악골의 내벽이나 외벽으로 노출되지 않고 안정되게 악골에 식립되도록 해야 한다. 만약 악골이 얇거나 신경관과 저촉할 가능성이 높은 경우에는 픽스츄어의 두께 및/길이를 변경한다. 도 19는 임플란트 픽스츄어의 목표위치와 방향을 결정하는 화면의 일 예를 보여준다. 도면에서 초록색은 신경관을 나타내고, 빨간색 원통은 임플란트 픽스츄어를 나타낸다.

설계가 완료되면, 픽스츄어의 종류에 따른 제원, 정확한 식립 목표위치 및 목표방향에 대한 정보를 나타는 식립 설계 데이터가 저장장치(110)에 저장된다. 여기서, 상기식립 목표위치 및 목표방향에 대한 정보는 상기 3차원 구강 영상에 하나의 레이어 형식으로 부가되어 있게 되며, 따라서 설계 후의 3차원 구강 영상의 일부를 구성한다.

수술 가이드

도 20은 임플란트 픽스츄어 식립 수술에 대한 이미지 가이드 과정의 일 실시예를 구체적으로 보여준다.

먼저, 제400단계에서는, 환자의 치아나 턱뼈와 같은 구강 구조물 또는 얼굴(이하, '구강'이라 함)에 구강 마커를 부착하고, 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계를 결정한다. 그리고 제402단계에서는, 치과의사가 사용하는 핸드피스에 핸드피스 마커를 부착하고 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 결정한다.

도 21은 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 마커의 패턴 예들을 보여준다. 본 실시예에서 마커는 모두 정사각형 테두리 안에 다수의 점이 배치된 형태로 되어 있다. 각 마커는 점의 배치 패턴이 상이하며, 어떤 패턴의 마커가 구강 마커, 핸드피스 마커, 그리고 아래에서 설명되는 제1 및 제2 보조 마커로 사용되는지가 사전에 정의된다. 각 마커에서 정사각형의 중심을 원점으로 정하고, 상기 원점을 지나고 어느 한 모서리에 평행한 방향을 x-축, 상기 원점을 중심으로 x-축을 90도 회전시킨 방향을 y-축, 그리고 마커에서 나오는 방향을 z-축으로 정하여 각 마커의 좌표계를 정할 수 있다.

이와 같은 마커를 구강 마커 및 핸드피스 마커로 사용하기 위하여 구강 및 핸드피스에 각각 부착함에 있어서는 치과의사 및 위생사의 작업을 저해하지 않도록 하는 것이 필요하다. 이를 감안하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 구강 마커와 핸드피스 마커가 별도의 도구를 사용하여 구강과 핸드피스에 각각 부착된다.

도 22는 구강 마커를 구강에 부착하기 위한 구강 마커 부착 도구의 일 실시예를 보여준다. 도시된 실시예에 있어서, 구강 마커 부착 도구(600)는 환자의 치아에 부착되는 결합부(602)와, 상기 결합부(604)로부터 외측으로 연장되어 환자의 입술 밖으로 부분적으로 노출될 수 있게 되어 있는 돌출부(604)와, 구강 마커(200)가 부착되는 마커 부착 패널(612)과, 상기 돌출부(604)와 상기 마커 부착 패널(612)을 연결하는 하나 이상의 볼 조인트(606, 610) 및 하나 이상의 링크(608)를 구비한다. 상기 결합부(602)에는 복수의 관통공(602a)이 형성되어 있다. 이러한 구강 마커 부착 도구(600)는 무게를 최소화할 수 있도록 플라스틱 소재로 가공하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구강 마커 부착 도구(600)를 구강에 부착함에 있어서는, 결합부(602)의 일면에 인상재를 도포한 후, 환자의 구강에서 수술하고자 하는 턱뼈(예컨대, 임플란트 치료를 하고자 하는 치아 부위가 상악에 있는 경우에는 상악, 그리고 하악에 있는 경우에는 하악)에서 수술 부위와 이격된 위치의 치아에 밀착시킨 후 경화되게 한다. 인상재가 경화된 후에는, 인상재가 경화된 인상체가 결합부(602)에 견고하게 부착되어 떨어지지 않게 되며, 이때 결합부(602)에 형성되어 있는 복수의 관통공(602a)에 인상재가 침투하여 인상체와 결합부(602)의 결합력을 더 높이게 된다. 그리고, 치아와 인상체 간의 밀착력이 높아서, 의도적으로 외력을 가하여 분리하고자 하는 경우가 아니라면 구강 마커 부착 도구(600)가 인상체를 매개로 하여 치아에 부착된 상태를 유지한다. 아울러, 구강 마커 부착 도구(600)를 분리했다가 다시 치아에 부착시키더라도 밀착 상태를 유지할 수 있으며, 치아가 아닌 구강 석고 모형의 해당 위치에 부착하더라도 밀착 상태를 유지할 수 있다. 도 23은 인상체가 부착된 구강 마커 부착 도구(600)의 치아에서 분리된 상태를 보여준다. 한편, 구강 마커 부착 도구(600)에 인상재를 도포한 후 환자의 구강에서 곧바로 부착하는 대신에, 구강 석고 모형에 밀착시켜 부착하고 경화가 완료된 후에 구강에 옮겨 붙일 수도 있다.

인상체가 부착된 구강 마커 부착 도구(600)를 구강에 장착한 후에는, 치과의사나 위생사의 작업이나 본 발명에 의한 시스템의 동작을 저해하지 않도록 볼 조인트(606, 610)와 링크(608)를 조절하여 최적의 위치 상태를 선택할 수 있다. 이에 따라, 구강 마커(200)나 구강 마커 부착 도구(600)가 치과의사의 시야를 가로막거나, 핸드피스의 접근이나 사용을 방해하거나, 위생사가 흡입기를 사용하는 것을 방해하거나, 구강 마커(200)가 환자의 입술에 밀려서 움직이는 것을 방지할 수 있고, 응급상황에서 손쉽게 분리할 수 있으며, 카메라 센서(150)에도 잘 보일 수 있다는 이점이 있다.

도 24는 핸드피스 마커를 핸드피스에 부착하기 위한 핸드피스 마커 부착 도구의 일 실시예를 보여준다. 도시된 실시예에 있어서, 핸드피스 마커 부착 도구(620)는 핸드피스의 측면에 부착되는 클립(622)과, 핸드피스 마커(220)가 부착되는 마커 부착 패널(628)과, 상기 클립(622)과 상기 마커 부착 패널(628)을 연결하는 하나 이상의 링크(624) 및 하나 이상의 볼 조인트(626)를 구비한다. 핸드피스 마커 부착 도구(620)도 무게를 최소화할 수 있도록 플라스틱 소재로 가공하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구강 마커 부착 도구(600)는 핸드피스의 외측면에 끼움으로써 쉽게 부착될 수 있다. 도 25는 핸드피스 마커를 매개로 하여 핸드피스 마커가 핸드피스에 부착된 상태의 일 예를 보여준다.

핸드피스 마커 부착 도구(620)에 의해 핸드피스 마커(220)를 핸드피스에 장착한 후에는, 치과의사나 위생사의 작업이나 본 발명에 의한 시스템의 동작을 저해하지 않도록 링크(624)와 볼 조인트(626)를 조절하여 최적의 위치 상태를 선택할 수 있다. 이에 따라, 핸드피스 마커(220)나 핸드피스 마커 부착 도구(620)가 치과의사의 시야를 가로막거나, 핸드피스의 접근이나 사용을 방해하거나, 위생사가 흡입기를 사용하는 것을 방해하거나, 구강 마커(200)가 환자의 입술에 밀려서 움직이는 것을 방지할 수 있고, 응급상황에서 손쉽게 분리할 수 있으며, 카메라 센서(150)에도 잘 보일 수 있다는 이점이 있다.

이와 같이 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)가 부착된 상태에서는, 핸드피스 마커(220)를 추적하여, 핸드피스가 어느 위치에 있는지를 정밀하게 추적할 수 있고, 구강 마커(200)를 추적하여 수술이 행해지는 턱뼈의 움직임을 추적할 수 있게 되며, 움직임을 반영한 핸드피스와 턱뼈가 화면에 실시간으로 표시될 수 있게 된다.

이를 위하여, 먼저, 식립 설계 데이터가 부가된 3차원 구강 영상을 수술 가이드 PC(160)의 모니터(190) 화면에 표시한다(제404단계).

수술이 시작되면, 카메라 센서(150)는 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향을 지속적으로 검출하여 수술 가이드 PC(160)에 제공한다(제406단계). 일 실시예에 있어서, 카메라 센서(150)가 수술 가이드 PC(160)에 제공하는 데이터는 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220) 각각에 대한 3차원 위치 즉, x-축, y-축, z-축 방향의 위치와, 3차원 방향 즉, x-축, y-축, z-축을 기준으로 한 회전각의 6가지 데이터가 된다. 수술 가이드 PC(160)에서 실행되는 수술 가이드 프로그램은 구강 마커(200)의 위치와 방향으로부터 턱뼈의 움직임을 반영한 정밀한 턱뼈 즉, 수술이 행해지는 상악 또는 하악의 위치를 결정하고 화면상의 표시 영상을 갱신함과 아울러, 핸드피스 마커(220)의 위치와 방향으로부터 핸드피스의 움직임을 반영한 정밀한 핸드피스 위치를 결정하고 화면상에서 핸드피스 부분에 대한 표시를 갱신하게 된다(제408단계).

이와 같이 환자의 구강과 치과의사의 핸드피스의 움직임을 추적하면서 화면에 표시하는 것 이외에, 핸드피스의 필요 이동량 및 필요 회전량을 적극적으로 화면을 통해 또는 화면과 헤드셋 스피커를 통해 안내할 수도 있다(제410단계).

한편, 위와 같이 구강 마커(200)와 핸드피스 마커(220)를 추적함으로써 턱뼈와 핸드피스를 추적하기 위해서는, 도 20의 제400단계 및 제402단계와 관련하여 언급한 바와 같이, 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계와, 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 명확히 알 수 있어야 한다.

도 26은 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계와, 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 결정하는 방법의 일 실시예를 보여준다.

도시된 실시예에 따르면, 먼저 구강 석고 모형과의 위치 관계를 명확히 알 수 있는 상태로 제1 보조 마커가 부착된 상태에서, 구강 마커를 구강에 부착하는 것과 동일한 방식으로 구강 석고 모형에 부착시킨다(제420단계).

여기서, 바람직한 실시예에 따르면, 도 12와 관련하여 설명한 거치대(370) 상의 구강 석고 모형이 활용된다. 즉, 도 12와 같이, 거치대(370) 위에 구강 석고 모형이 거치된 상태에서, 각 거치대 간에 형태가 동일하고 제1 보조 마커(202)가 일정한 위치에 정확하게 부착되어 있다면, 제3 CT 영상 또는 제3 벡터 영상에서 거치대(370)를 기준으로 한 석고 모형의 정확한 위치와 형상을 검출하는 것이 가능하고, 거치대(370)와 제1 보조 마커(202)의 관계가 명백하므로, 거치대(370)를 매개로 하여 구강 석고 모형과 제1 보조 마커(202)의 공간적 관계가 유일하게 결정될 수 있고 명확하게 확인할 수 있다. 이와 같은 상태에서 도 22에 도시된 바와 같이 인상체가 부착된 구강 마커 부착 도구(600)를 구강 석고 모형에 밀착시켜 부착한다. 도 27은 제1 보조 마커(202)가 부착된 거치대(370)에 구강 석고 모형이 안착되어 있고, 구강 석고 모형에 구강 마커 부착 도구(600)에 의해 구강 마커(200)가 부착된 상태를 보여준다.

다시 도 26을 참조하면, 제422단계에서는, 핸드피스와의 위치 관계를 명확히 알 수 있는 상태로 제2 보조 마커를 핸드피스에 부착한다. 예컨대, 도 28과 같이, 핸드피스에서 드릴링 툴의 중심축 연장선과 만나는 핸드피스 상부면에 제2 보조 마커(222)를 부착할 수 있다. 특히, 제2 보조 마커(222)가 부착된 보조 마커 부착 도구(640)를 핸드피스 전단부에 끼워맞춤으로 임시 결합시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 상태에서 핸드피스 마커 부착 도구(620)에 의해 핸드피스 마커(220)를 핸드피스에 장착한다. 도 29는 핸드피스에 핸드피스 마커(220)와 제2 보조 마커(222)가 부착된 상태의 일 예를 보여준다.

다시 도 27을 참조하면, 제424단계에서는, 구강 마커(200), 핸드피스 마커(220), 제1 및 제2 보조 마커(202, 222)를 카메라 센서(150)의 스테레오스코픽 카메라 내지 두 개의 이미지 센서로 촬영하여 검출하고, 구강 마커(200)와 제1 보조 마커(202) 간의 공간적 관계와, 핸드피스 마커(220)와 제2 보조 마커(222) 간의 공간적 관계를 결정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 카메라 센서(150)는 마커 내에 있는 점들의 배치 패턴에 따라 각 마커가 어느 마커인지를 구분한다. 그리고, 카메라 센서(150)는 각 마커에 대하여 마커 내에 있는 점들을 3차원으로 복원하고, 카메라 좌표계를 기준으로 한 마커의 위치와 방향을 계산하며, 각 마커에 대한 위치 데이터와 방향 데이터를 수술 가이드 PC(160)에 전송한다. 수술 가이드 PC(160)는 구강 마커(200)와 제1 보조 마커(202) 간의 공간적 관계 즉, 거리와 회전량을 결정하며, 핸드피스 마커(220)와 제2 보조 마커(222) 간의 거리와 회전량도 결정한다. 마커들 사이의 공간적 관계에 대한 연산이 수술 가이드 PC(160)가 아닌 카메라 센서(150)에서 이루어질 수도 있다.

구강 마커(200)와 제1 보조 마커(202) 간의 공간적 관계가 정해지면, 구강내의 각 구조와 제1 보조 마커(202) 사이의 공간적 관계는 이미 확정되어 있기 때문에, 구강과 구강 마커(200) 간의 공간적 관계를 알 수 있게 된다. 예컨대 구강 내의 각 구조가 제1 보조 마커(202)의 좌표계로 기술되어 있을 때, 구강 마커(200)와 제1 보조 마커(202) 간의 공간적 관계를 이용하여 구강 내의 각 구조를 구강 마커(200)의 좌표계로 기술해두고, 턱뼈의 움직임을 반영하면서 카메라 시점(viewpoint) 또는 그밖의 시점으로 렌더링할 수 있게 된다.

마찬가지로, 핸드피스 마커(220)와 제2 보조 마커(222) 간의 공간적 관계가 정해지면, 핸드피스와 제2 보조 마커(222) 사이의 공간적 관계는 이미 확정되어 있기 때문에, 핸드피스와 핸드피스 마커(220) 간의 공간적 관계를 알 수 있게 된다. 예컨대 핸드피스 상의 각 점이 제2 보조 마커(222)의 좌표계로 기술되어 있을 때, 핸드피스 마커(220)와 제2 보조 마커(222) 간의 공간적 관계를 이용하여 핸드피스 상의 각 점을 핸드피스 마커(220)의 좌표계로 기술해두고, 핸드피스의 움직임을 반영하면서 카메라 시점(viewpoint) 또는 그밖의 시점으로 핸드피스를 렌더링할 수 있게 된다.

도 26의 제420단계 내지 제424단계는 환자에 대한 픽스츄어 식립 수술 직전에 마커들의 위치 정합 내지 마커 등록(registration) 절차로서 간단히 이루어질 수 있다. 도 30은 식립 수술 직전의 마커 등록 과정에서 카메라 센서(150)에 의해 포착되어 화면에 표시되는 영상들과 그 안에 있는 마커들을 보여준다. 도면에서 좌측은 제1 이미지 센서에 의해 획득한 영상, 우측은 제2 이미지 센서에 의해 획득한 영상을 나타낸다. 각 영상에서 0번 마커 내지 4번 마커는 각각 제1 보조 마커(202), 구강 마커(200), 제2 보조 마커(222), 핸드피스 마커(220)를 나타낸다. 위에서 설명한 바와 같이 두 영상을 사용하여 각 마커의 방향과 마커간의 공간적 관계를 검출할 수 있다.

마커 등록시에는 정합시키고자 하는 두 마커의 공간적 관계만을 검출할 수도 있고, 이와 함께 구강 또는 핸드피스를 기술하는 좌표계를 변경할 수도 있다. 마커 등록시에 행하는 작업의 내용에 따라 턱뼈 또는 핸드피스 추적시에 마커 검출에 따른 객체 위치 결정 및 렌더링 과정이 다소 상이해질 수 있다.

도 31은 마커 등록시에 제1 보조 마커(202)와 구강 마커(200) 간의 공간적 관계 즉, 거리와 방향차(회전각)만을 검출하고 이를 기록한 후 종료하는 실시예에서, 수술 진행 중의 턱뼈 위치 결정 및 렌더링 과정을 보여준다. 이 경우, 수술 과정에서 구강 마커(200)의 위치가 결정되면(제440단계), 구강 마커(200)의 위치에 대응하는 제2 보조 마커(202)의 가상위치를 결정하는 과정에 상응하는 벡터 연산을 행한 다음(제442단계), 제2 보조 마커(202)의 가상위치에 대응하는 턱뼈 위치를 결정하고 렌더링을 하게 된다(제444단계).

도 32는 마커 등록시에 제1 보조 마커(202)와 구강 마커(200) 간의 거리와 방향차(회전각)만을 검출하는 것에 그치지 않고, 제1 보조 마커(202)의 좌표계로 기술된 턱뼈 및 기타 구강구조에 대한 좌표를 구강 마커(200)의 좌표계로 재기술하는 실시예에서, 수술 진행 중의 턱뼈 위치 결정 및 렌더링 과정을 보여준다. 이 경우에는, 수술 과정에서 구강 마커(200)의 위치가 결정되면(제460단계), 턱뼈 위치를 재기술된 위치정보를 활용하여 구강 마커(200)의 위치에 대응하는 턱뼈 위치를 곧바로 결정하고 렌더링할 수 있게 된다(제462단계).

도 33은 도 26에 도시된 구강과 구강 마커 간의 공간적 관계와, 핸드피스와 핸드피스 마커 간의 공간적 관계를 결정하는 방법에 대한 변형된 실시예를 보여준다.

본 실시예에 따르면, 구강 마커(200)를 구강에 부착하는 것과 동일한 방식으로 구강 석고 모형에 부착시킨다(제480단계). 즉, 도 22에 도시된 바와 같이 인상체가 부착된 구강 마커 부착 도구(600)를 구강 석고 모형에 밀착시켜 부착하되, 구강 내의 부착위치에 상응한 위치에 부착한다.

이어서, 구강 마커(200)가 부착된 구강 석고 모형에 대하여 카메라 센서(150)의 스테레오스코픽 카메라 내지 두 개의 이미지 센서로 촬영하여, 구강 석고 모형 상의 복수의 점에 대한 좌표를 구강 마커(200)의 좌표계로 기술하고, 구강 석고 모형과 구강의 대응관계를 이용하여 구강 전체에 대한 좌표를 구강 마커(200)의 좌표계로 기술한다(제482단계).

그리고 핸드피스 마커를 도 24에 도시된 핸드피스 마커 부착 도구(620)를 활용하여 핸드피스에 부착한다(제484단계).

그다음, 핸드피스 마커(220)가 부착된 핸드피스에 대하여 카메라 센서(150)의 스테레오스코픽 카메라 내지 두 개의 이미지 센서로 촬영하여, 핸드피스 상의 복수의 점에 대한 좌표를 핸드피스 마커(220)의 좌표계로 기술한다(제486단계).

수술 가이드 프로그램(170)의 수술 이미지 가이드를 위한 출력영상은 다양한 형태가 될 수 있다.

예컨대, 화면을 복수의 뷰포트로 분할하여 각 뷰포트에 사시도, 정면도, 평면도, 측면도를 각각 표시할 수도 있고, 단일 뷰포트에 사시도만을 표시할 수도 있다. 단일 뷰포트에 하나의 사시도만이 표시되는 경우, 렌더링하는 시점(viewpoint)은 카메라 시점이 될 수도 있고, 프로그램이 자동으로 감지하여 설정하거나 치과의사가 설정하는 치과의사 시점이 될 수도 있다.

영상의 확대배율이 수술 진행 단계 또는 핸드피스의 움직임 범위에 따라 동적으로 변동될 수도 있고, 고정된 배율을 유지할 수도 있다. 또한 핸드피스를 렌더링함에 있어서, 핸드피스 전체를 렌더링할 수도 있지만, 간결하게 드릴링 툴 부분만을 렌더링할 수도 있다.

부가되는 참고정보도 화면설정에 따라 그리고 사용자입력에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 핸드피스의 필요 이동량 및 이동방향과, 필요 회전량 및 회전방향이 표시될 수 있다. 아울러, 드릴링이 행해지는 동안에 드릴링이 진행된 깊이 및/또는 남은 깊이가 표시될 수도 있다. 필요에 따라 경고음이나 안내음을 출력할 수도 있는데, 이러한 소리 정보는 환자의 불안을 해소할 수 있도록 이어폰, 헤드폰, 또는 헤드셋으로만 출력되도록 할 수 있다.

도 34는 출력영상의 일 예를 보여준다. 이 출력영상에서 화면은 4개의 뷰포트로 분할되어 있고, 각 뷰포트에는 사시도, 정면도, 평면도, 측면도가 표시된다. 그리고 간결한 화면 구성을 위하여 핸드피스는 드릴링 툴 부분만이 렌더링된다.

도 35는 출력영상의 다른 예를 보여준다. 이 출력영상에서 화면은 단일 뷰포트만을 포함하고, 이 뷰포트에 카메라 시점 또는 치과의사 시점의 사시도가 표시된다. 영상에는 핸드피스의 필요 이동량 및 이동방향과, 필요 회전량 및 회전방향이 표시되고 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 카메라 센서(150)가 2개의 이미지 센서를 구비하는 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 카메라 센서가 1개의 이미지 센서만을 구비할 수도 있다.

설계용 PC(120)에서 실행되는 설계 프로그램(130)은 단일 프로그램이 아니라 여러 프로그램의 집합체일 수 있다. 그리고, 일부 프로세스 단계가 공지된 상용 프로그램에 의해 수행될 수도 있다. 예컨대, 제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하는 작업은 머지(merging) 기능을 갖춘 기존의 영상처리 프로그램, 예컨대 독일의 데이빗 비전 시스템 게엠베하가 제작, 판매하는 DAVID 프로그램을 사용하여 수행될 수도 있다. 또한, dicom 포맷의 영상을 stl 포맷으로 변환하는 것도 CT 영상 처리에 사용되는 프로그램에 의해 수행될 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.

100: 기초 영상 획득부, 110: 저장장치
120: 설계용 PC, 150: 카메라 센서
160: 수술 가이드 PC
199: 핸드피스
200: 구강 마커, 202: 제1 보조 마커
220: 핸드피스 마커, 222: 제2 보조 마커
320: 인상 보조 도구, 330: 인상재 수용부
332: 내벽, 334: 외벽, 336: 스크린
340: 손잡이
370: 구강 석고 모형 거치대
600: 구강 마커 부착 도구, 602: 결합부
604: 돌출부, 606, 610: 볼 조인트, 608: 링크
612: 마커 부착 패널
620: 핸드피스 마커 부착 도구, 622: 클립
624: 링크, 626: 볼 조인트
628: 마커 부착 패널

Claims

(a) 임플란트 식립이 필요한 환자에 대한 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;
(b) 상기 3차원 구강 영상에서 임플란트 픽스츄어의 식립 예정 위치를 설계하는 단계;
(c) 제1 패턴을 포함하는 구강 마커를 상기 식립예정 위치가 속하는 환자의 턱뼈에 부착하고, 제2 패턴을 포함하는 핸드피스 마커를 치과의사의 핸드피스에 부착하며, 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커를 카메라로 촬영하면서 상기 구강 마커와 상기 핸드피스 마커의 움직임을 추적하는 단계; 및
(d) 상기 구강 마커 및 상기 핸드피스 마커의 위치와 방향 변화를 토대로 상기 턱뼈와 상기 핸드피스의 위치를 추정하고, 상기 식립 예정 위치에 대한 정보가 부가된 상기 3차원 구강 영상과 상기 핸드피스를 나타내는 핸드피스 영상의 적어도 일부를 화면에 표시하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계가
상기 환자의 상기 턱뼈를 포함한 구강 내부에 대한 적어도 하나의 기초 영상을 획득하는 단계;
상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 상기 구강 석고 모형에 대한 석고모형 영상을 획득하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 기초 영상과 상기 석고모형 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계가
일부가 구강 외부로 노출되는 인상 보조 도구에 인상재를 도포한 후 상기 환자가 치아로 상기 인상재가 도포된 부분을 물도록 하고, 제1 기초 영상을 획득하는 단계;
상기 인상재가 경화된 인상체가 부착되어 있는 상기 인상 보조 도구에 대하여 제2 기초 영상을 획득하는 단계; 및
상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 상기 구강 석고 모형에 대한 제3 기초 영상을 획득하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 (a)단계가
상기 제1 내지 제3 기초 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;
를 더 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 제1 내지 제3 기초 영상 중 적어도 일부가 CT 영상이며,
상기 (a)단계가
상기 제1 내지 제3 기초 영상 중에서 CT 영상으로 된 영상을 벡터 영상으로 변환하여, 상기 제1 내지 제3 기초 영상으로부터 제1 내지 제3 벡터 영상을 결정하는 단계;
상기 제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계에서, 상기 제1 및 제2 벡터 영상은 상기 제1 및 제2 벡터 영상 내에서 상기 인상 보조 도구에 대응하는 부분을 이용하여 결합하고, 상기 제2 및 제3 벡터 영상은 치아 부분의 표면형상 정보를 이용하여 결합하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 내지 제3 벡터 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계가
상기 제2 벡터 영상에서 상기 인상체 부분에 대하여 버텍스를 변환하여 음각을 양각으로 변환하는 단계; 및
상기 제2 벡터 영상에서 양각으로 변환된 치아 부분을 상기 제3 벡터 영상의 대응하는 치아 부분과 결합하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (b)단계가
상기 3차원 구강 영상에 소정의 표준치아 모형에 따른 치아들을 배치하고 상기 표준치아 모형의 치열을 조정하는 단계;
상기 임플란트 픽스츄어의 식립이 필요한 치아결손 위치에 상기 표준치아 모형에 따른 표준치아를 배치하는 단계;
상기 턱뼈 내에 있는 신경관에 저촉되지 않고 상기 턱뼈의 외부로 노출되지 않도록 하면서 상기 임플란트 픽스츄어의 상기 식립 예정 위치를 결정하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 식립 예정 위치를 결정하는 단계가
상기 임플란트 픽스츄어의 종류를 결정하는 단계; 및
상기 식립 예정 위치에 관한 설계 데이터를 영상 요소의 형태로 상기 3차원 구강 영상에 부가하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (c)단계가
하나 이상의 볼 조인트와 하나 이상의 링크와, 상기 구강 마커를 부착하기 위한 마커 부착부를 구비하는 구강 마커 부착 도구를 사용하여 상기 구강 마커를 상기 환자의 구강에 부착하는 단계; 및
하나 이상의 볼 조인트와 하나 이상의 링크와, 상기 핸드피스 마커를 부착하기 위한 마커 부착부를 구비하는 핸드피스 마커 부착 도구를 사용하여 상기 핸드피스 마커를 상기 핸드피스에 부착하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 (a)단계가
(a1) 일부가 상기 구강 외부로 노출되는 인상 보조 도구에 인상재를 도포한 후 상기 환자가 치아로 상기 인상재가 도포된 부분을 물도록 하고, 제1 기초 영상을 획득하는 단계;
(a2) 상기 인상재가 경화된 인상체가 부착되어 있는 상기 인상 보조 도구에 대하여 제2 기초 영상을 획득하는 단계;
(a3) 상기 환자의 구강 석고 모형을 제작하고, 상기 구강 석고 모형을 소정의 형태와 크기를 가지는 거치대에 거치하고 촬영하여 상기 구강 석고 모형에 대한 제3 기초 영상을 획득하는 단계; 및
(a4) 상기 제1 내지 제3 기초 영상을 결합하여 상기 3차원 구강 영상을 생성하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 구강 마커를 상기 환자의 구강에 부착하는 단계가
상기 구강 마커를 상기 환자의 구강에서 상기 구강 마커가 부착되는 부위에 대응하는 상기 구강 석고 모형의 부위에 부착하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 (c)단계가
상기 거치대에서 소정의 위치에 제1 보조 마커를 부착하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 12에 있어서, 상기 (a3)단계에서 상기 거치대에서 소정의 위치에 제1 보조 마커를 부착되어 있는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서, 상기 (c)단계가
상기 제1 보조 마커와 상기 구강 마커를 카메라로 촬영하는 단계; 및
상기 제1 보조 마커와 상기 구강 마커의 공간적 관계를 결정하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 (d)단계가
상기 구강 마커의 위치와 방향을 검출하는 단계;
상기 제1 보조 마커와 상기 구강 마커의 상기 공간적 관계를 토대로 하여, 상기 구강 마커의 위치 검출량과 방향 검출량으로부터 상기 턱뼈의 위치를 추정하는 단계;
를 구비하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 3차원 구강 영상을 상기 카메라의 시점 또는 상기 치과의사의 시점에서 렌더링하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 화면에 상기 핸드피스의 필요 이동량 및 이동방향과, 필요 회전량 및 회전방향을 추가적으로 표시하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 18에 있어서, 상기 화면에 드릴링이 진행된 깊이 또는 남은 깊이를 추가적으로 표시하는 임플란트 수술 가이드 방법.
청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.