KR20170118886A - 치아 임플란트 식별 시스템 - Google Patents

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피터 브래들리
매그너스 칼슨
앤소니 크리시스
스탠 야노폴로스
마이클 카운셀
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유니버셜 임플란트 테크놀로지스 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 치아 임플란트를 식별하는데 접촉식과 비접촉식 둘다를 이용한 무선 식별 시스템에 관한 것으로, 접촉식의 경우 치아 임플란트의 식별을 위한 식별정보를 저장하며 제1 코일축선을 갖는 태그 안테나코일을 갖춘 RFID 태그를 갖는 치아 임플란트; RFID 태그를 작동시키고 태그에서 송신된 식별정보를 읽으며, 제2 코일축선을 갖는 리더 안테나코일을 갖춘 리더기; 리더기에서 판독된 식별정보를 처리하기 위한 정보처리수단;을 포함하고, 제2 코일축선이 제1 코일축선과 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치하고 리더기가 RFID 태그를 작동시켰을 때 식별정보를 최적으로 판독하도록 RFID 태그가 치아 임플란트 내부에 위치한다.

Description

치아 임플란트 식별 시스템
본 발명은 치아 임플란트에 관한 것으로, 구체적으로는 치아 임플란트의 무선 식별을 하기위한 시스템과 방법에 관한 것이며, 더 구체적으로는 치아 임플란트를 식별하는데 접촉식과 비접촉식 둘다를 이용한 무선 식별 시스템에 관한 것이다.
치아 임플란트는 의치나 다른 치아기기들을 지지하기 위해 치과에서 사용되는 뿌리 대체기기로서, 의치나 다른 치아기기들을 설치하기 위한 고정구 역할을 하는 나사로 턱뼈의 준비된 위치에 나사결합된다. 치아 임플란트들은 40년 이상 사용되어왔고 치아를 잃은 환자를 치료하는데 아주 유용하다. 치아 임플란트의 효과와 성공과, 전연령대에 걸쳐 세계적으로 화장품산업에서의 수요증가로 인해 이 분야는 급격한 성장을 하고 있으며 아주 많은 종류와 브랜드의 치아 임플란트들이 사용되고 있다.
이런 성장으로 치아 임플란트에 다양한 디자인들이 등장하고 있으며 많은 업자들이 치아 임플란트를 제조하고 있다. 일반적으로, 이 분야는 의료등급으로 사용되는 장치와 시스템의 표준화가 더디고, 임플란트의 수가 아주 많아 의치와의 인터페이스도 아주 어려운 형편이다. 이때문에 기존의 치아 임플란트를 재보수할 때 의사는 거의 극한 도전을 하는 셈이며, 깨진 의치를 교체할 때도 마찬가지다. 제대로 된 치아 기록이 부족한데, 특히 환자가 이사를 했을 때는 기존의 치아 임플란트의 특성을 식별하기가 거의 불가능하다.
현재의 식별 방법은 대부분 방사선촬영에 의존하지만, 방사선촬영으로는 턱뼈에 결합된 치아 임플란트의 브랜드의 식별이 아주 어렵고, 정기적으로 바뀌는 무수히 많은 치아 임플란트 시스템들에 직면하고 있다.
소형 물체를 신속히 식별하는데 RFID(radio frequency identification) 시스템을 이용하는 분야들이 많다. RFID 시스템의 RFID 태그는 리더기에 의해 판독되고 프로그램된다. RFID 태그는 무선 트랜시버와 안테나를 갖춘 집적회로를 갖는다. 집적회로는 리더기에 의해 식별정보와 다른 사양정보를 저장하도록 프로그램된다. RFID 시스템은 물리적 식별기와 같은 다른 식별수단과 비교해 디지털 정보의 저장량에 있어 상당한 장점을 갖는다.
US2009/0155744A1에 소개된 치아 임플란트 식별시스템은 RFID 장치를 치아 임플란트의 나사 안에 배치한 것으로, 치아 임플란트 나사의 내부 공간의 바닥에 RFID 태그를 배치했다는 것 외에는, RFID 태그와 그 안테나에 대해 필요한 자세한 기술적 사항들에 관한 정보는 전혀 없다. 특히, RFID 태그와 안테나의 구조와 방향에 대한 기재가 전혀 없다.
RFID 태그를 갖춘 치아 임플란트는 현재 알려지지 않았다. 위 특허출원의 RFID 태그의 일반적 구조는 태그가 지지기판에 설치되고 안테나가 지지기판에 인쇄된 것으로, 이것은 제작하기가 저렴하고 평면 구성으로서 여러가지 응용에 적합하기는 해도, 리더 안테나와 태그 안테나 사이의 자기결합과 이를 통해 수신된 전압을 태그에 공급하는 것은 평면 구조로 인해 극히 어려운 실정이다. 최소 1V를 요하는 태그 내부 회로를 작동시키기에는 이렇게 수신된 전압이나 신호강도가 너무 약하다. 또, 평면 구조의 태그 안테나를 치아 임플란트 나사의 원통형 구멍과 같은 제한된 공간 안에 배치하는 것도 아주 어렵다.
아주 좁고 폐쇄된 금속 공간 안에 RFID를 배치하고 사용하는 것은 아주 어렵다. 일반적으로 5㎣ 보다 좁은 치아 임플란트 나사의 극히 좁은 공간 안에 RFID 태그를 배치하면 심각한 성능 저하를 불러온다. 이런 성능저하는 안테나의 작은 크기와 주변 금속이 무선 트랜시버와 안테나에 미치는 영향에 기인한다.
수신된 신호강도의 약화는 태그 안테나에 금속이 너무 가까이 있어 안테나의 전기적 특성의 약화에 의한 공진 신호의 감소 때문이다. 안테나에 가까이 있는 재료(도전체)의 이런 약화 효과는 널리 알려져 있다. 이렇게 극히 어려운 환경 때문에, RFID 장치들이 치아 임플란트의 식별에 지금까지 사용되지 않았다.
본 발명자들은 치아 임팔란트를 식별하는 현재의 방법들에 관련된 모든 문제들을 RFID 시스템을 이용해 해결할 가능성과, RFID 시스템의 대량 정보저장 성능을 환자의 치과기록과 다른 필요한 정보에 이용할 수 있음을 인식하였다.
본 발명자들은 치아 임플란트를 식별하는데 사용하는 모든 RFID 시스템들이 비접촉식이나 접촉식일 수 있다는 것도 인식하였다.
그러나, RFID 태그를 내장하여 치아 임플란트를 식별하고 정보를 저장하는데 사용했을 때 RFID 시스템이 충분히 높은 성능을 내려면 적어도 RFID 태그의 구조(구성이나 방향)를 상당히 바꿔야할 필요가 있다는 것도 알았다.
먼저, 치아 임플란트를 식별하는데 유용한 비접촉식 RFID 시스템의 경우, 치아 임플란트 내부에 RFID 태그 안테나의 코일 구조를 배치하는 것이 평면 구조보다 아주 유리하고, 리더 안테나와 태그 안테나 사이에 최적의 자기결합을 하여 태그 내부의 회로를 구동하는데 필요한 수신 신호강도를 최적화하려면 이런 RFID 태그 안테나코일을 치아 임플란트 내부에서 특별한 방향으로 위치시켜야 함을 알아냈다.
치아 임플란트를 식별하는데 유용한 이런 비접촉식 RFID 시스템은 치아 임플란트 외부에 위치하거나 치아 임플란트의 태그 수용 공간 내부에 위치하는 리더 안테나를 이용할 수 있다는 사실도 알았다.
또, 치아 임플란트를 식별하는데 유용한 접촉식 RFID 시스템의 경우, 치아 임플란트의 내부 공간에 위치하면서 2개의 접촉전극들 사이에 있는 집적회로 형태의 RFID 태그를 이용할 수 있고, 이런 RFID 태그 회로가 치아 임플란트 내부 공간에 삽입된 리더 접촉 프로브의 팁과의 접촉에 의해 작동될 수 있음도 본 발명자들이 밝혀냈다.
이런 발견들을 치아 임플란트를 식별하는 RFID 시스템에 적용하면, 종래의 전술한 문제점들과 단점들을 크게 개선할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면,
(a) 치아 임플란트의 식별을 위한 식별정보를 저장하며 제1 코일축선을 갖는 태그 안테나코일을 갖춘 RFID 태그를 갖는 치아 임플란트;
(b) 상기 RFID 태그를 작동시키고 태그에서 송신된 식별정보를 읽으며, 제2 코일축선을 갖는 리더 안테나코일을 갖춘 리더기;
(c) 상기 리더기에서 판독된 식별정보를 처리하기 위한 정보처리수단;을 포함하고,
제2 코일축선이 제1 코일축선과 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치하고 리더기가 RFID 태그를 작동시켰을 때 식별정보를 최적으로 판독하도록 RFID 태그가 치아 임플란트 내부에 위치하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템이 제공된다.
이때, RFID 태그가 치아 임플란트의 본체의 내부 공간에 위치하는 것이 바람직하다.
또, 제1 코일축선과 제2 코일축선이 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치할 때 리더 안테나코일이 치아 임플란트의 본체 외부에 있도록 상기 리더기가 구성되는 것이 바람직하다.
또는, 제1 코일축선과 제2 코일축선이 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치할 때 리더 안테나코일이 치아 임플란트의 본체의 내부 공간에 있도록 상기 리더기가 구성될 수도 있다.
또, 정보처리수단이 식별정보에 관련된 정보가 들어있는 데이터베이스에 접속하도록 리더기에 연계된 컴퓨터인 것이 바람직하다.
또, RFID 태그가 정보저장 소자와, 태그 안테나코일과 정보저장 소자 사이에 전기적으로 연결된 집적회로를 더 포함하고, 집적회로는 태그 안테나코일과 리더 안테나코일이 자기결합되었을 때 태그 안테나코일에서 발생되는 전압에 응답해 정보저장 소자를 작동시키는 것이 바람직하다.
식별정보는 마이크로칩에 저장될 수 있다.
또, 태그 안테나코일이 RFID 태그를 위한 수동 전원으로 작용하는 것이 바람직하다.
또, 리더기의 리더 안테나코일은 하나이거나 두개일 수 있다.
본 발명은 또한, 종축선을 갖는 본체 외면에 종축선 방향으로 턱뼈에 본체를 나사결합하기 위한 숫나사가 형성되어 있는 턱뼈에 결합하기 위한 치아 임플란트에 있어서:
상기 본체가 의치를 연결하기 위한 결합부를 가지며, 치아 임플란트를 식별하기위한 식별 정보를 저장하는 RFID 태그가 본체의 내부 공간에 위치하고, 상기 RFID 태그는 집적회로와 태그 코일축선을 갖는 태그 안테나코일을 포함하며, 상기 태그 코일축선은 본체의 종축선과 직각을 이루고, 리더기의 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 있으면서 리더 안테나코일의 리더 코일축선이 본체의 종축선에 직각일 때 ID 태그의 태그 안테나코일이 리더 안테나코일과 자기결합하며, 이런 자기결합을 통해 태그 안테나코일에 생성된 전압이 RFID 태그의 집적회로를 작동시키기에 충분한 신호강도를 가져 상기 리더기가 식별 정보를 판독할 수 있는 치아 임플란트를 제공한다.
본 발명은 또한, 본체, 본체의 내부 공간, 및 본체의 내부에 위치하는 RFID 태그를 갖고, 상기 RFID 태그는 치아 임플란트의 식별 정보를 저장하고 2개의 접촉 전극들 사이의 집적회로를 포함하는 치아 임플란트; RFID 태그를 작동시키고 태그에서 송신된 식별 정보를 읽으며, 리더 접촉단자를 갖는 리더기; 및 리더기에서 판독된 식별 정보를 처리하기 위한 정보처리수단;을 포함하고, 리더 접촉단자가 상기 내부 공간에 삽입되어 접촉전극에 닿고 리더기가 RFID 태그를 작동시켰을 때 식별정보를 최적으로 판독하도록 RFID 태그가 치아 임플란트 내부에 위치하는 접촉식 치아 임플란트 식별시스템도 제공한다.
이 경우, 정보처리수단이 식별정보에 관련된 정보가 들어있는 데이터베이스에 접속하도록 리더기에 연계된 컴퓨터일 수 있다.
또, 식별정보가 마이크로칩에 저장될 수 있다.
본 발명은 또한, 종축선을 갖는 본체 외면에 종축선 방향으로 턱뼈에 본체를 나사결합하기 위한 숫나사가 형성되어 있는 턱뼈에 결합하기 위한 치아 임플란트에 있어서:
상기 본체가 의치를 연결하기 위한 결합부를 가지며, 치아 임플란트를 식별하기위한 식별 정보를 저장하는 RFID 태그가 본체의 내부 공간에 위치하고, 상기 RFID 태그는 2개의 접촉전극들 사이의 집적회로를 가지며, 리더기의 리더 접촉단자가 상기 내부 공간에 삽입되었을 때 상기 RFID 태그의 접촉전극들 중의 하나가 리더 접촉단자에 접촉할 수 있고, 이런 접촉을 통해 집적회로에 생성된 전압이 집적회로를 작동시키기에 충분한 신호강도를 가져 상기 리더기가 식별 정보를 판독할 수 있는 치아 임플란트도 제공한다.
이 경우, RFID 태그가 인쇄회로기판을 갖고, 제1 접촉전극과 제2 접촉전극 사이의 집적회로가 인쇄회로기판에 설치되는 것이 바람직하다.
또, 인쇄회로기판과 집적회로가 전기저항이 높은 보호 몰딩으로 덮일 수도 있다.
또, 제1 접촉전극은 내부 공간의 입구를 향한 접촉면을 제공하고, 제2 접촉전극은 치아 임플란트의 베이스를 향하면서 베이스에 접하는 접촉면을 제공하는 것이 바람직하다.
또, 작동된 리더기의 접촉팁이 본체 내부 공간의 입구로 삽입되어 리더기의 리더 접촉단자가 RFID 태그의 제1 접촉전극에 맞닿으면서 리더기의 리더 포지셔닝 칼라가 본체 내부 공간의 입구에 쐐기처럼 걸리면, 리더기와 RFID 태그 사이에 전류가 흐르는 경로가 생성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라, 리더 안테나코일이 1개인 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템의 단면도;
도 2는 도 1의 시스템의 치아 임플란트에 사용되는 리더 안테나코일을 포함한 리더기의 사시도;
도 3은 도 1의 리더기의 측면도;
도 4는 도 3의 A-A선 단면도;
도 5는 도 2의 평면도;
도 6은 도 5의 D-D선 단면도;
도 7은 치아 임플란트의 양쪽에 하나씩 배치된 2개의 리더 안테나코일들의 축선들이 덴탈 임플란트 내부에 위치한 태그 안테나코일의 축선과 정렬되어 있는 비접촉식 치아 임플란트 식별 시스템의 단면도;
도 8은 도 7의 시스템의 치아 임플란트에 사용되는 2개의 리더 안테나코일들을 갖춘 리더기의 사시도;
도 9는 도 8의 리더기의 측면도;
도 10은 도 9의 A-A선 단면도;
도 11은 도 8의 평면도;
도 12는 도 11의 A-A선 단면도;
도 13은 치아 임플란트의 RFID 태그와 정보처리수단의 서버 및 데스크탑 컴퓨터와 교신하는 리더기의 주요 전자소자들과 회로 디자인을 보여주는 회로도;
도 14는 도 13과 비슷한 다른 회로도;
도 15는 2개의 리더 안테나코일들 각각의 축선들이 서로 어긋나서 태그 안테나코일과 평행한 본 발명의 다른 실시예의 시스템의 단면도;
도 16은 도 15의 시스템에서 수신된 신호강도를 보여주는 그래프;
도 17은 12개의 리더 안테나코일들이 임플란트 둘레에 방사상으로 등간격으로 배치되어 적어도 2개의 코일은 치아 임플란트 내부의 태그 안테나코일의 축선과 정렬되어, 본 발명의 4번째 시스템의 평면도;
도 18은 리더기의 리더 안테나코일 6를 3개씩 2개의 그룹으로 나눠 치아 임플란트의 양쪽에 배치하고, 이때 적어도 2개의 코일의 축선들이 치아 임플란트 내부의 태그 안테나코일의 축선과 정렬되는 본 발명의 5번째 실시예의 평면도;
도 19는 본 발명의 첫번째 내지 5번째 실시예들에 사용될 수 있는 치아 임플란트의 RFID 태그에 사용되는 양면 회로기판을 나타낸 도면들;
도 20은 치아 임플란트와 리더 프로브의 비접촉 팁을 갖는 본 발명의 6번째 실시예의 단면도;
도 21은 도 20에 도시된 비접촉식 시스템에 사용되는 치아 임플란트의 RFID 태그의 측면도;
도 22는 도 21의 정면도;
도 23은 접촉식이나 비접촉식 시스템에 사용될 수 있는 리더기의 사시도;
도 24는 치아 임플란트와 리더 프로브의 접촉팁을 갖는 본 발명의 7번째 실시예의 단면도;
도 25는 도 24의 시스템에 사용할 수 있는 치아 임플란트의 RFID 태그의 측면도;
도 26은 비접촉 팁을 이용하는 리더 프로브의 주요 전자소자들과 회로 디자인, 및 치아 임플란트의 RFID 태그와 데스크탑 컴퓨터와 서버와의 관계를 보여주는 회로도;
도 27은 접촉 팁을 이용하는 리더 프로브의 주요 전자소자들과 회로 디자인, 및 치아 임플란트의 RFID 태그와 데스크탑 컴퓨터와 서버와의 관계를 보여주는 회로도.
도 1에 도시된 비접촉 타입의 치아 임플란트 식별시스템은 치아 임플란트(10)와, 포터블 리더기의 싱글 리더 안테나코일(34)를 갖고, 이들 요소 모두 본 발명의 시스템에 사용할 첫번째 구성을 갖는다.
턱뼈에 결합되는 치아임플란트(10)는 대략 원통형의 본체(14)를 갖고, 본체는 티타늄과 같은 의료등급의 금속으로 이루어진다. 본체(14)는 종축선(16)을 갖고, 본체의 외면에 형성된 숫나사(18)는 종축선(16) 방향으로 턱뼈에 나사결합된다. 본체(14)는 턱뼈에 나사겨합하는데 사용되는 타공구를 끼우기 위한 홈이나 소켓과 같은 상부 타공특징부를 갖는다.
본체의 상단부(20)에서 뻗어나간 결합부인 헤드부에 의치나 크라운을 연결한다. 본체(14) 안에 소정의 폐공간(22)이 있고, 그 안에 움직일 수 있게 배치된 것은 트랜스폰더인 RFID 태그(24)로서, 치아임플란트(10)의 식별정보를 저장한다. RFID 태그는 주변에 비금속체를 몰딩하는 공정 등에 의해 중실체 안에 내장될 수도 있다.
RFID 태그는 구강설치 전후에 일어나는 감마선 살균이나 압력살균 등의 상태를 견딜 수 있고, 금속물체 안이나 부근에서 제대로 작동해야 한다.
RFID 태그(24)는 저주파 RFID 시스템에 맞는 태그 안테나코일(26)인 자기유도코일 형태의 송수신기 요소를 갖고, 고주파의 경우에는 이런 송수신기 요소가 다이폴 안테나 형태를 취한다.
페라이트 코일을 좁게 만 형태의 태그 안테나코일(26)의 축선(27)은 본체(14)의 종축선(16)에 직각이고 본체(14)의 가장 얇은 측벽을 통과해 턱선에 수직이다. 본체(14)의 종축선(16)에 수직인 태그 안테나코일(26)의 축선(27)이 종축선(16)에 평행하지 않아 안테나코일(26)의 가능한 크기가 줄어든다. 그러나, 이런 비정상적인 방향성 때문에 리더 안테나코일(34)까지의 거리가 최단거리로 되고 태그 안테나코일(26)에서 나오는 무선주파수 신호가 본체(14)의 가장 좁은 부분을 통과한다는 점에서 중요하다. 이런 인자들이 성능을 최적화하고 태그 안테나코일(26)의 작은 크기를 보상한다.
턱선에 수직인 축선(27)의 중요성에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다. 본체의 상부 타공 특징을 이용해 원하는 방향을 얻을 때까지 본체를 회전시키고, 이런 방향 변화를 타공구의 비주얼 표시기로 감시하거나 시스템의 리더기를 이용해 감시하면서 리더 안테나코일을 원하는 수직 방향으로 위치시킨 다음 태그 안테나코일로부터 수신되는 무선주파수 신호의 강도를 모니터하면서, 최대 신호강도를 받을 때까지 본체를 회전시킨다.
리더 안테나코일(34)은 RFID 태그24)에 저장된 정보를 판독하거나 해독하거나 번역할 수 있는 포터블 리더기(32)나 스캐너의 구성요소이다(도 2~6 참조).
리더기(32)는 단거리에서 효과적이고 코일안테나를 이용하는 유도자기결합 형태로서, 수동 RFID 개념을 이용해 치아임플란트에 관한 정보의 식별을 위한 비침습적 방법을 제공할 수 있다.
리더기(32)의 송수신기는 파워코일 형태로서 이하 리더 안테나코일(34)이라 한다. 고주파에서는 송수신기가 다이폴 송신기 형태이다. 리더 안테나코일(34)은 리더기(32)의 아치형이나 J형 프로브 격실(35) 안에 위치하고, 프로브 격실의 이런 아치 형상은 턱의 형상을 보완하여 크라운과 미연결 치아임플란트를 감싸게 되어, 리더 안타네코일(34)이 가능한 나란히 가깝게 위치하면서 치아임플란트의 본체(14) 내부의 태그 안테나코일과 축방향으로 정렬된다.
리더 안테나코일(34)은 변환회로에 연결되고, 변환회로는 코일(34)을 가동하는 발진기와 코일(34)을 따라 진행하는 전류 변동을 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터를 포함한다.
코일(34)의 코일축선(36)은 사용중에 태그 코일축선(37)과 이상적으로 정렬된다(도 1 참조). 코일(34)은 리더기(32)의 핸들(40) 안에 있는 전자기판(38)에 설치된 집적회로와 신호를 주고받는다. 리더기를 작동시키는 충전식 배터리(42)도 핸들(40) 안에 위치한다. 핸들(40) 안의 부품들은 익스텐션 아암(44)을 통해 프로브 격실(35) 안의 부품들에 연결된다.
RFID 태그(24)는 리더기(32)의 리더 안테나코일(34)에서 송신되고 태그 안테나코일(26)에서 수신된 전자기파에 의해 수동으로 작동되므로, 시간이 지나면서 소모되는 내부 전원이 불필요하다.
RFID 태그(24)의 정보저장 소자는 암호 홍태로 이곳에 저장된 정보에 대응하는 디지털 신호를 생성하는 집적회로이다. 리더 코일축선(36)이 태그 코일축선(27)과 정렬될 때 디지털 신호의 수신강도가 최대로 되고, 이런 기능은 태그 코일축선(37)과 턱선의 직교로 인해 더 쉽게 달성되며, 이는 리더 안테나코일이 들어있는 리더기 부분도 턱선에 직각으로 위치하여 가용공간이 최대로 됨을 의미한다.
리더기(32)에 의해 RFID 태그(24)가 작동되면, 디지털 신호가 태그 안테나코일(26)의 저항을 변화시키는 제어회로(28)를 통해 전송되어, 소자(30)에 디지털 신호로 저장된 암호화된 정보를 리더 안테나코일(34)로 송신한다. 리더기(32)의 집적회로는 디지털 신호를 인간이 볼 수 있는 포맷으로 번역한다.
본 발명에서 사용되고, 치아 임플란트(10)의 RFID 태그(24)와 정보처리수단의 서버(64) 및 데스크탑 컴퓨터(62)와 교신하는 리더기(50)의 주요 전자소자들과 회로 디자인이 도 13에 도시되어 있다. 태그(24)와 같은 극소형 RFID 태그들을 위한 고성능 전자기장을 일으킬 수 있는 고유설계 트랜시버 익스텐션/인터페이스 회로(52)가 리더기(50)에 있는데, 이 회로(52)는 2개의 리더 안테나코일(55,56)과 공진 커패시터(57)를 갖는 트랜시버 회로(54)를 포함한다.
도 14는 도 13과 비슷한 다른 회로도이다.
일반적으로, 리더기(32)가 전자기파를 송신하고, 치아 임플란트의 RFID 태그는 태그 안테나코일이 리더 안테나코일이 자기결합되었을 때 전자기유도를 통해 이런 전자기파를 수신한다. RFID 태그는 리더기에서 생긴 전자기장으로부터 동력을 받아 마이크로칩의 회로들을 작동시킨다. 마이크로칩은 RFID 태그가 리더기로 보내는 전자기파를 변조하고, 리더기는 수신된 전자기파를 디지털 데이터로 변환한다. 수신된 디지털 데이터는 특정 치아 임플란트에 관한 식별정보를 포함한다. 이런 정보는 무선으로나 USB 연결을 통해 컴퓨터와 같은 정보처리수단에 보내져, 인간이 읽을 수 있는 포맷으로 처리된다.
이 정보는 제조업자, 부품번호, 제조번호, 제조일자와 같은 치아 임플란트 자체의 고유 식별정보로서, 모두 정보저장 소자(30)를 치아 임플란트에 설치하기 전에 생긴 정보이지만, 환자정보, 구강설치일, 검사일, 기타 치아 임플란트의 수명중에 생긴 이벤트에 관한 다른 정보도 포함할 수 있고, 2가지 정보 모두 턱뼈에 결합하기 전후의 정보이다.
이 경우, 정보저장 소자(30)에 원격 라이팅 특징을 부여하면, 이미 설치된 정보저장 소자를 갖거나 구강에 설치되어 있던 치아 임플란트에 무선 송신으로 라이팅을 할 수 있다. 이를 위해, 제어회로(28)는 "리드" 모드와 "라이트" 모드 사이로 정보저장 소자를 스위칭할 수 있도록 개조된다. 원하는 정보가 RFID 태그24)나 정보처리수단으로부터 치아 임플란트에 라이팅될 수 있다.
정보처리수단은 리더기와 연계된 서버나 호스트 컴퓨터로서, 의료인에 의해 작동되며, 식별정보에 관한 정보가 들어있는 데이터베이스에 접속된다. 이런 데이터베이스는 호스트 컴퓨터에 저장되거나, 중앙 데이터베이스처럼 LAN이나 인터넷을 통해 접속된다. 데이터베이스가 "클라우드" 서비스로 제공될 수도 있다. 해독된 RFID 태그 정보가 무선으로나 USB를 통해 리더기에서 컴퓨터로 보내진 뒤, 컴퓨터는 이 정보를 데이터베이스의 정보와 비교하고 정보가 같으면 의료인이나 다른 유저에게 유용한 정보를 제공한다. 이런 심문에서 생긴 정보는 리더기에 저장되거나 컴퓨터에 업로드되거나 데이터베이스에 추가될 수 있다.
도 7에 도시된 비접촉형 치아임플란트 식별시스템은 하나의 치아 임플란트(100)와, 포터블 리더기(106)의 2개의 리더 안테나코일(102,104)를 포함하고(도 8~12 참조), 이들 코일(102,104)은 치아 임플란트(100) 내부에 있는 태그 안테나코일(26)의 축선과 정렬되도록 치아 임플란트 양쪽에 위치하여, 본 발명의 두번째 구성을 형성한다.
도 1~6의 시스템과 도 7~12의 시스템의 큰 차이점은 하나의 코일(34)이 아닌 2개의 리더 안테나코일(102,104)이 리더기(106)의 (J형 프로브격실이 아닌) U형 프로브 격실(108) 안에 배치되는데 있고, 다른 사소한 차이점은 당 분야의 통상의 전문가라면 쉽게 알 수 있을 것이므로, 자세한 설명은 생략하고, 전술한 차이점의 영향을 쉽게 유추할 수 있을 것이다. 예컨대, 위상일치 신호들을 태그 안테나코일(26)에 송신하는데 2개의 리더 안테나코일(102,104)을 이용하는 리더기(106)의 수신 신호의 강도는 1개의 리더 안테나코일(34)을 이용한 리더기(32)의 수신 신호강도의 2배일 것이다. 이런 구조적 차이점에 관한 사항이 도 15, 17~18의 시스템에도 적용된다.
도 15의 시스템은 도 7~12의 시스템과 같지만, 2개의 리더 안테나코일(70,72) 각각의 축선들이 서로 어긋나서 태그 안테나코일(26)과 평행하다. 본 발명의 이런 3번째 시스템은 리더 안테나코일의 축선을 태그 안테나코일의 축선과 정확히 일치시키기가 어렵다는 사실에 기초한다. 유효 반응을 넓히고 오정렬의 문제점을 개선하기 위해, 리더 안테나코일을 여러개 채택한 시스템의 코일 축선들을 의도적으로 오정렬할 수 있다. 도 15와 같이, 2개의 리더 안테나코일의 축선들을 편차 δ만큼 태그 안테나코일의 축선에 대해 오정렬시키면, 최대 (가능한) 수신 신호강도는 줄지만(최고 성능이 약화됨), 오정렬 범위가 늘어나 리더 안테나코일이 충분히 강하고 유용한 신호를 수신하게된다(도 16 참조). 따라서, 도 15의 시스템은 최고의 성능은 못내지만 오정렬에 비해 개선된 성능은 낼 수 있다.
도 17의 시스템은 하나의 치아 임플란트(150)와 12개의 리더 안테나코일(152)로 이루어지고, 이들 코일(152)이 치아 임플란트 둘레에 방사상으로 등간격으로 배치되어, 적어도 2개의 코일은 치아 임플란트(150) 내부의 태그 안테나코일(26)의 축선과 정렬되어, 본 발명의 4번째 시스템을 이룬다.
리더 안테나코일이 12개로 늘어나면 회전 오정렬의 영향이 더 줄어드는데, 이는 추가 코일 세트가 태그 안테나코일의 축선과 정렬되기 때문이다. 이렇게 코일수가 많으면 치아 임플란트 내부의 RFID 태그에 충분히 가까이 코일을 배치하는데 제한이 생기는데, 이는 치아 임플란트를 둘러싼 물체들이 유용하면서 충분히 강한 신호를 받는데 방해가 되기 때문이다.
이런 문제는 리더기내의 리더 안테나코일의 갯수를 줄여 2개의 별도의 그룹으로 집중해 극복할 수 있다.
도 18에 도시된 시스템에서는 리더기의 리더 안테나코일(202)을 6개 사용하고 3개씩 2개의 그룹으로 나눠 치아 임플란트(200)의 양쪽에 배치하였고, 이때 적어도 2개의 코일의 축선들이 치아 임플란트(200) 내부의 태그 안테나코일(26)의 축선과 정렬되는 본 발명의 5번째 실시예를 이룬다.
이렇게 리더 안테나코일의 수를 6개로 줄인 것은 치아 임플란트를 둘러싼 물체들에 의한 방해 문제를 극복하기 위한 것이지만, 도 18의 시스템은 최고 성능은 못내지만 이런 문제를 극복한 것인데, 이는 유용하고 충분히 강한 신호를 수신하기 위해 리더기의 회전수를 좀더 제한하기 때문이다.
도 19의 양면 회로기판(250)은 RFID 태그(24)에 사용되는 것으로 주요 전자소자들이 양면에 납땜된다. 도 19A의 회로기판(250)의 한쪽 면에는 리시버코일(L1)이나 태그 안테나코일(26)이 있고, 도 19C의 반대쪽 면에는 공진 커패시터(C1; 252)와 RFID 집적회로(U1; 254)가 있다.
이 회로기판(250)을 도 19D와 같이 봉입하여, 주요 전자소자들(26,252,254) 사이에 신호가 흐르게 한다.
도 20의 시스템은 치아 임플란트(260)와 리더 프로브(263)의 비접촉 팁(262)을 갖고(도 23 참조), 본 발명의 6번째 실시예를 이룬다.
치아 임플란트(260)의 비접촉 RFID 태그(264)는 원통형이고 치아 임플란트(260)의 본체 내부의 원통형 공간(266) 내부에 움직이지 못하게 배치된다.
리더 프로브(263)의 비접촉 팁(262)은 (파워코일 형태의 송수신 소자인) 리더 안테나코일(268), 코일 포지셔닝 스프링(270) 및 리더 포지셔닝 칼라(272)를 갖는다. 리더 안테나코일(268)은 배선(273)에 연결되어 정합회로(274)로부터 전력을 받고, 정합회로와 배선을 따라 화살표와 같이 전류가 흐른다(도 20 참조).
(도 20~21에 자세히 도시된) 비접촉 RFID 태그(264)는 표면장착형 코일 인덕터인 태그 안테나코일(276)과 집적회로(278)를 갖는데, 이들 둘다 인쇄회로기판(280)에 장착되고 높은 전기저항을 갖는 보호 플라스틱 몰딩(282)로 덮인다.
사용시, 작동된 리더 프로브(263)의 접촉팁(262)이 리더 포지셔닝 칼라(272)가 입구에 쐐기처럼 걸릴 때까지 치아 임플란트(260)의 공간(266)의 입구로 삽입되고, 태그 안테나코일(276)와 리더 안테나코일(268)이 자기결합한다. 비접촉 RFID 태그(264)는 리더 프로브의 리더 안테나코일(268)에서 송신되어 태그 안테나코일(276)에 수신되는 전자기파에 의해 수동으로 작동된다.
도 23과 같이, 리더 프로브(263)의 핸들(282)은 분리형 노즐(284)에 연결되고, 이 노즐에 비접촉 팁(262)이 달려있다. 노즐(284)은 치아 임플란트(260)에 사용되는 것이다. 핸들(282)에 접촉팁(288)이 달린 다른 분리형 노즐(286)을 연결할 수도 있는데, 이 노즐(286)은 치아 임플란트(290)에 사용하는 것으로 도 24에서 자세히 설명한다.
도 24의 시스템은 치아 임플란트(290)와 리더 프로브(263)의 접촉팁(288)을 갖고(도 23 참조), 본 발명의 7번째 실시예를 이룬다.
치아 임플란트(290)의 접촉식 RFID 태그(292)는 원통형이고 치아 임플란트의 본체 내부의 개방형 원통형 공간(294) 안에 움직이지 못하게 배치된다(도 25 참조).
리더 프로브(263)의 팁(288)은 리더 접촉단자(296), 단자 압축스프링(298) 및 리더 포지셔닝 칼라(300)를 갖는다. 리더 접촉단자(296)는 전류공급 배선(301)을 통해 변압기(302)의 2차측에 연결되어 전압을 받고, 리더 포지셔닝 칼라(300)는 전류복귀 배선(303)을 통해 변압기(302)에 연결된다.
접촉식 RFID 태그(292)의 인쇄회로기판(304)의 2 접촉 전극들(306,308) 사이에 집적회로(305)가 설치되고, 인쇄회로기판과 집적회로는 전기저항이 높은 보호 플라스틱 몰딩(309)로 덮인다. 접촉 전극(306)은 원통형 공간(294)의 입구를 마주보는 오목한 원추형의 접촉면을 제공하고, 접촉 전극(308)은 치아 임플란트(290)의 베이스를 마주보고 맞닿는 볼록한 원추형의 접촉면을 제공한다. 한편, 접촉 전극(308)이 치아 임플란트(290) 베이스의 공간의 원통벽 바깥쪽을 마주보고 접하는 링형의 접촉면을 제공할 수도 있다.
사용시, 작동된 리더 프로브(263)의 접촉 팁(288)이 치아 임플란트(290)의 공간(294)의 입구를 통해 삽입되고, 리더 접촉단자(296)가 압착되거나 접촉하며, 낮은 접촉저항을 갖고 단자 압축스프링(298)의 압력을 받는 접촉 RFID 태그(292)의 접촉 전극(306)에 리더 접촉단자(296)가 맞닿으며, 리더 포지셔닝 칼라(300)가 입구에 쐐기처럼 걸릴 때까지 삽입된다. 이런 요소들의 연결상태는 리더 프로브(263)의 변압기(302)와 접촉 RFID 태그(292) 사이에 도 24의 화살표 방향과 같이 전류가 흐르는 전기회로에 가깝다. 변압기(302)는 정합회로(310)에 연결된다.
리더 프로브(263)의 핸들(282)에는 버튼과 디스플레이(예; LED)가 있고, 이들은 유저가 리더 프로브(263)를 조작할 수 있도록 마이크로컨트롤러에 연결된다. 리더 프로브(263)는 마이크로프로세서로 작동되는 PC나 스마트폰과 같은 기기에 유무선으로 연결된다.
치아 임플란트 식별시스템이 접촉식이나 비접촉식인가에 따라, 리더 프로브(263)는 RFID 리더기용의 표준 작동요소들과 정합회로(274)나 정합회로(310)에 전압을 공급하는 전원에 의해 작동된다.
포터블 리더기의 리더 프로브(263)와 비접촉 RFID 태그(264)나 접촉 RFID 태그(292)는 13.56MHz ISM 밴드에서 작동하는 것이 바람직하다.
비접촉 팁(262)을 이용하는 리더 프로브(263)의 주요 전자소자들과 회로 디자인, 및 치아 임플란트(260)의 RFID 태그(264)와 데스크탑 컴퓨터(62)와 서버(64)와의 관계를 도 26이 보여준다. 리더 프로브(263)의 트랜시버 익스텐션/인터페이스 회로(312)는 태그(264)와 같은 극소형 RFID 태그에 대한 고성능 전자기장 동작을 가능케하고, 리더 프로브가 비접촉 팁(262)의 리더 안테나코일(268) 및 정합회로(274)를 포함한다.
접촉 팁(288)을 이용하는 리더 프로브(263)의 주요 전자소자들과 회로 디자인, 및 치아 임플란트(290)의 RFID 태그(292)와 데스크탑 컴퓨터(62)와 서버(64)와의 관계를 도 27이 보여준다. 리더 프로브(263)의 트랜시버 익스텐션/인터페이스 회로(312)는 태그(292)와 같은 극소형 RFID 태그에 대한 고성능 전자기장 동작을 가능케하고, 리더 프로브가 접촉 팁(288)의 리더 접촉 단자(296)와 정합회로(310)와 변압기(302)를 포함한다.
도 26과 27의 양쪽 실시예에서 데스크탑 컴퓨터(62) 대신에 랩탑, 노트북, 태블릿과 같은 다른 컴퓨터는 물론 스마트폰도 사용할 수 있다.
당업자라면 알 수 있듯이, 아주 많은 다른 종류의 치아 임플란트들의 경우에도, 본 발명의 시스템을 이용하면 환자에게 어떤 임플란트가 사용되었는지 식별할 수 있다. 이런 정보는 치료에는 물론, 재고관리, 법의학적 식별과 다른 종류의 조사에도 활용될 수 있다.

Claims (19)

  1. (a) 치아 임플란트의 식별을 위한 식별정보를 저장하며 제1 코일축선을 갖는 태그 안테나코일을 갖춘 RFID 태그를 갖는 치아 임플란트;
    (b) 상기 RFID 태그를 작동시키고 태그에서 송신된 식별정보를 읽으며, 제2 코일축선을 갖는 리더 안테나코일을 갖춘 리더기;
    (c) 상기 리더기에서 판독된 식별정보를 처리하기 위한 정보처리수단;을 포함하고,
    제2 코일축선이 제1 코일축선과 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치하고 리더기가 RFID 태그를 작동시켰을 때 식별정보를 최적으로 판독하도록 RFID 태그가 치아 임플란트 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 RFID 태그가 치아 임플란트의 본체의 내부 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  3. 제2항에 있어서, 제1 코일축선과 제2 코일축선이 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치할 때 리더 안테나코일이 치아 임플란트의 본체 외부에 있도록 상기 리더기가 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  4. 제2항에 있어서, 제1 코일축선과 제2 코일축선이 정렬되도록 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 위치할 때 리더 안테나코일이 치아 임플란트의 본체의 내부 공간에 있도록 상기 리더기가 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 정보처리수단이 식별정보에 관련된 정보가 들어있는 데이터베이스에 접속하도록 리더기에 연계된 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 RFID 태그가 정보저장 소자와, 태그 안테나코일과 정보저장 소자 사이에 전기적으로 연결된 집적회로를 더 포함하고, 상기 집적회로는 태그 안테나코일과 리더 안테나코일이 자기결합되었을 때 태그 안테나코일에서 발생되는 전압에 응답해 정보저장 소자를 작동시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 식별정보가 마이크로칩에 저장되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 태그 안테나코일이 RFID 태그를 위한 수동 전원으로 작용하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 리더기의 리더 안테나코일이 하나인 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 리더기의 리더 안테나코일이 두개인 것을 특징으로 하는 비접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  11. 종축선을 갖는 본체 외면에 종축선 방향으로 턱뼈에 본체를 나사결합하기 위한 숫나사가 형성되어 있는 턱뼈에 결합하기 위한 치아 임플란트에 있어서:
    상기 본체가 의치를 연결하기 위한 결합부를 가지며, 치아 임플란트를 식별하기위한 식별 정보를 저장하는 RFID 태그가 본체의 내부 공간에 위치하고, 상기 RFID 태그는 집적회로와 태그 코일축선을 갖는 태그 안테나코일을 포함하며, 상기 태그 코일축선은 본체의 종축선과 직각을 이루고, 리더기의 리더 안테나코일이 태그 안테나코일 옆에 있으면서 리더 안테나코일의 리더 코일축선이 본체의 종축선에 직각일 때 ID 태그의 태그 안테나코일이 리더 안테나코일과 자기결합하며, 이런 자기결합을 통해 태그 안테나코일에 생성된 전압이 RFID 태그의 집적회로를 작동시키기에 충분한 신호강도를 가져 상기 리더기가 식별 정보를 판독할 수 있는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
  12. (a) 본체, 본체의 내부 공간, 및 본체의 내부에 위치하는 RFID 태그를 갖고, 상기 RFID 태그는 치아 임플란트의 식별 정보를 저장하고 2개의 접촉 전극들 사이의 집적회로를 포함하는 치아 임플란트;
    (b) 상기 RFID 태그를 작동시키고 태그에서 송신된 식별 정보를 읽으며, 리더 접촉단자를 갖는 리더기; 및
    (c) 상기 리더기에서 판독된 식별 정보를 처리하기 위한 정보처리수단;을 포함하고,
    리더 접촉단자가 상기 내부 공간에 삽입되어 접촉전극에 닿고 리더기가 RFID 태그를 작동시켰을 때 식별정보를 최적으로 판독하도록 RFID 태그가 치아 임플란트 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 정보처리수단이 식별정보에 관련된 정보가 들어있는 데이터베이스에 접속하도록 리더기에 연계된 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 식별정보가 마이크로칩에 저장되는 것을 특징으로 하는 접촉식 치아 임플란트 식별시스템.
  15. 종축선을 갖는 본체 외면에 종축선 방향으로 턱뼈에 본체를 나사결합하기 위한 숫나사가 형성되어 있는 턱뼈에 결합하기 위한 치아 임플란트에 있어서:
    상기 본체가 의치를 연결하기 위한 결합부를 가지며, 치아 임플란트를 식별하기위한 식별 정보를 저장하는 RFID 태그가 본체의 내부 공간에 위치하고, 상기 RFID 태그는 2개의 접촉전극들 사이의 집적회로를 가지며, 리더기의 리더 접촉단자가 상기 내부 공간에 삽입되었을 때 상기 RFID 태그의 접촉전극들 중의 하나가 리더 접촉단자에 접촉할 수 있고, 이런 접촉을 통해 집적회로에 생성된 전압이 집적회로를 작동시키기에 충분한 신호강도를 가져 상기 리더기가 식별 정보를 판독할 수 있는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
  16. 제15항에 있어서, 상기 RFID 태그가 인쇄회로기판을 갖고, 제1 접촉전극과 제2 접촉전극 사이의 집적회로가 인쇄회로기판에 설치되는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
  17. 제16항에 있어서, 상기 인쇄회로기판과 집적회로가 전기저항이 높은 보호 몰딩으로 덮이는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 접촉전극은 내부 공간의 입구를 향한 접촉면을 제공하고, 제2 접촉전극은 치아 임플란트의 베이스를 향하면서 베이스에 접하는 접촉면을 제공하는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
  19. 제16항에 있어서, 작동된 리더기의 접촉팁이 본체 내부 공간의 입구로 삽입되어 리더기의 리더 접촉단자가 RFID 태그의 제1 접촉전극에 맞닿으면서 리더기의 리더 포지셔닝 칼라가 본체 내부 공간의 입구에 쐐기처럼 걸리면, 리더기와 RFID 태그 사이에 전류가 흐르는 경로가 생성되는 것을 특징으로 하는 치아 임플란트.
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