KR20190115342A - 인공치근 이식용 골함요 형성장치 - Google Patents

인공치근 이식용 골함요 형성장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 관한 것으로, 임플란트 시술부위에 대한 입체 영상데이터와 핸드피스의 위치를 실시간 검출하는 위치검출부; 복수개의 링크가 이중 평행사변형 구조로 구성되고 그 선단부에 핸드피스 고정구가 구비되는 매니퓰레이터와, 상기 핸드피스 고정구에 장착되고 그 선단부에 임플란트 홀을 천공하는 드릴팁이 장착되는 핸드피스와, 상기 매니퓰레이터의 일단이 축고정되어 전후 회전구동부의 동작에 따라 매니퓰레이터의 전후 회동이 가능하도록 하는 제2고정부와, 상기 제2고정부를 좌우 회동시키는 좌우 회전구동부가 구비되어 이동체 또는 고정구조물에 고정 설치되는 제1고정부와. 상기 위치검출부로부터 제공된 입체 영상데이터와 기입력된 환자의 임플란트 시술부위에 대한 CT 영상데이터를 토대로 드릴팁이 임플란트 시술부위로 이동하도록 상기 전후 및 좌우 회전구동부를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 핸드피스에 가해지는 외력을 감지하도록 상기 핸드피스 고정구와 매니퓰레이터 말단 사이에는 6축 포스/토크센서가 구비되어 상기 핸드피스의 동작을 제어하는 핸드피스 외력 센싱부가 구비되고, 상기 핸드피스 외력 센싱부의 신호를 수신한 제어부의 제어에 따라 핸드피스에 고정된 드릴팁의 드릴링 깊이를 조절하도록 상기 핸드피스 고정구와 일체로 구성되는 핸드피스 전후 이동수단이 더 구비된 구성으로 이루어진다.

Description

인공치근 이식용 골함요 형성장치{A bone-preparation apparatus for implant placement}
본 발명은 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 치과용 임플란트 시술을 위해 환자의 치조골에 임플란트 이식용 골함요(bone preparation)를 형성하는 과정을 의사가 핸드피스로 직접 시술하는 대신에 3차원 움직임이 가능한 구조물을 이용하여 정확한 위치와 깊이를 형성할 수 있도록 하는 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 자연 치아가 손상되거나 결손된 경우, 결손된 치아의 복구를 위해 턱뼈 안이나 그 위에 인공치아를 식립하는 임플란트를 시술하게 된다.
특히, 근래에는 고령화된 인구가 늘어나고 생활수준이 향상되면서 수명의 향상과 더불어 치아에 대한 중요성이 더욱 부각되고 있다.
인공치아를 이식하기 위해서는 결손된 치아의 치근을 대신하는 인공치근을 이가 빠져나간 치조골에 심어서 유착시킨 뒤에 인공치근에 인공치아를 고정시켜 치아의 원래 기능을 회복하도록 하는 치아이식 방법이다.
일반 보철물이나 틀니의 경우 시간이 지나면 주위의 치아와 뼈가 상하지만 임플란트는 주위의 치아 조직을 상하지 않게 하고, 자연치아와 기능이나 모양이 똑같으면서 충치도 생기지 않으므로 반 영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
임플란트는 식립위치에 따라 다양한 종류가 있지만, 턱뼈 내부에 식립하는 골 내 임플란트 방법이 현재 가장 많이 사용되고 있으며, 임플란트의 종류로는 원통형 타입과 나사형 타입으로 분류 되는데 나사형 타입이 주로 사용되고 있다.
임플란트를 시술하는 방법은 1회의 수술로 인공치근과 인공치아를 동시에 식립하는 방법과, 인공치근인 임플란트를 먼저 심은 후에 뼈와 유착되는 것을 기다렸다가 인공치아(크라운)를 식립하는 방법이 이용되고 있는데, 대부분 2회 이상의 수술과정을 통해 임플란트를 식립하고 있다.
이러한 임플란트 식립을 위해서는 환자의 구강형태나 치아구조 등을 확인하고, 임플란트가 식립될 우치와 방향 등을 결정하게 되며, 임플란트 식립을 결정하기 위해서는 영상진단기를 이용하여 환자의 치조골 영상을 획득하고, 획득한 환자의 치조골 영상을 토대로 임플란트의 식립위치, 방향, 깊이 등을 결정한 후 임플란트 시술용 가이드를 제작한 후에 임플란트 시술을 수행하였다.
그러나, 이러한 종래의 임플란트 시술은 시술자의 경험에 비추어 임플란트의 식립위치, 깊이, 방향 등이 결정되기 때문에 시술자의 조그만 실수에도 임플란트가 잘못 식립된 결과를 초래하여 재수술을 하거나 시술 후 환자의 고통이 수반되는 경우가 많았으며, 경험이 부족한 시술자의 경우 임플란트 식립위치 선정에 어려움이 있어 효율적인 임플란트 시술을 할 수 없는 어려움이 있었다.
특히, 임플란트 홀의 드릴링 작업은 마찰열로 인한 턱뼈의 손상을 막기 위해 한 번에 시술을 하지 않고 드릴직경에 따라 순차적으로 시술하게 되는데, 이때 매번 드릴팁의 교체시마다 드릴팁 선단부 위치가 동일해야 하고, 각도 조절시 도 1에 도시된 바와 같이, 임플란트 축과 드릴팁과의 거리(d1), 임플란트 축과 드릴축과의 각도(α), 드릴깊이(d2) 등이 매우 중요한 요소가 된다.
즉, 드릴팁의 초기 각도 편차(α)는 수술이 진행됨에 따라 드릴 축과 임플란트 축과의 거리를 더욱 크게 만드는 원인이 되고, 초기 드릴팁의 각도 편차 역시 드릴팁의 도달거리에도 영향을 미치기 때문에 정밀한 위치제어가 매우 중요한 요소가 된다.
이러한 종래의 어려움을 해결하기 위해 임플란트 시술에 이용 가능한 치과용 임플란트 로봇 시스템이 개발되어 시술자의 조작 및 임플란트 홀 천공시 필요한 천공위치와 깊이 및 각도 조절 등을 로봇시스템에 의존하여 일정 부분 그 어려움을 해소할 수 있었다.
하지만, 일반적인 로봇 시스템을 이용한 경우 드릴팁의 각도조절시 드릴팁과 목표점이 틀려지는 경우가 발생되어 별도의 보상운동을 필요로 하였다.
즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 목표점(p)을 향해 있는 드릴팁의 각도를 (b)의 θ만큼 조절할 경우, 종래의 로봇시스템은 수술도구의 회전운동과 병진운동이 일체로 이루어지도록 구성되어 드릴팁의 선단부가 목표점(p)에서 sin θ만큼 틀어지게 되어 (c)와 같이 별도의 보상을 위한 핸드피스 이동을 필요로 하게 된다.
따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 메커니즘이 필요하게 되었으며, 그 메커니즘으로 RCM(remote center of motion)을 포함하는 가상 중심메커니즘(VC mechanism)이 이용되고 있다.
도 3에 도시된 바와 같은 가상 중심 기구물을 이용하는 경우, 각도조절을 하더라도 드릴팁의 선단부가 항상 목표점(p)을 향하고 있기 때문에 추가적인 위치제어가 용이하며, 이러한 특징은 직선 포지셔닝 기구와 각도조절 기구부가 분리된 형태로 구성되어 가상 중심 메커니즘을 이용하여 회전운동이 이루어지게 된다.
이러한 종래의 RCM을 이용한 치과용 임플란트 시술로봇의 일례로, 한국 특허공개 10-2013-123192호(공개일:2013.11.12)의 ‘치과 임플란트 시술로봇 시스템 및 이를 이용한 임플란트 시술방법’이 안출된 바 있다.
상술한 ‘치과 임플란트 시술로봇 시스템 및 이를 이용한 임플란트 시술방법’은 스테레오 카메라로 환자의 임플란트 시술부위에 대한 입체 영상 테이터와 핸드피스의 위치를 실시간 검출하고, 입체 영상 데이터와 임플란트 시술부위에 대한 CT영상 데이터를 중첩시킨 후, 핸드피스의 위치를 제어하여 시술자가 원하는 깊이와 각도로 임플란트 시술을 위한 홀을 천공할 수 있도록 보조하는 것으로 개시되어 있으나, 실질적으로 시술자가 핸드피스를 잡고 홀 천공을 위한 드릴작업을 수행함으로써 시술자의 손떨림이 해소되지 않아 임플란트 식립을 위한 홀이 정밀하게 천공되지 않고 다소 크게 천공되는 경우가 발생하며, 이로 인해 수술 후 임플란트와 환자 치조골의 유착시간이 다소 많이 걸리고, 환자가 고통을 감내해야 하는 어려움이 있었다.
특히, 이와 같은 임플란트 시술용 로봇시스템은 이중 평행사변형 기구 구조물을 이용하여 핸드피스를 고정하고 있고, 핸드피스에 고정되는 드릴팁 선단부 지점이 환자의 임플란트 식립이 이루어질 포인트(이를 ‘목표점’ 또는 ‘RCM(Remote center of motion)’이라 함) 지점이어서 천공작업을 위한 구동암의 이동시 이중 평행사변형 기구 구조물의 RCM과 정확하게 일치되어 환자의 구강 내에서 임플란트가 식립될 위치에 홀을 가공할 수가 있다.
그러나, 종래의 이러한 임플란트 시술용 로봇 시스템에서는 이중 평행사변형 각도조절 기구물로 이루어지는 RCM에 핸드피스의 드릴팁 선단부가 정확하게 정렬되었는지 여부를 확인하기 위한 장치와 과정이 다소 복잡하고 시간이 많이 소요되어 환자 및 시술자의 불편이 가중되었다.
즉, 임플란트 시술용 로봇 시스템의 이중 평행사변형 각도조절 기구물에 핸드피스를 고정하는 위치, 고정된 핸드피스 선단부에 고정되는 드릴팁의 직경크기와 천공 깊이 등 환자의 시술 상태에 따라 여러가지 조건이 달라지게 되므로, 천공 작업을 위해서는 핸드피스에 고정된 드릴팁의 선단부와 환자의 시술위치가 정확하게 정렬되도록 핸드피스 및 드릴팁이 고정된 상태에서 영상을 촬영하여 컴퓨터에 입력된 데이터와의 정합과정을 통해 RCM을 정렬하는 과정을 거쳐야 하기 때문에 임플란트 시술용 로봇 시스템을 이용하는 과정이 매우 불편하였다.
또한, 이중 평행사변형 기구 구조물의 RCM에 핸드피스에 고정된 드릴팁의 선단부가 정확하게 정렬되어 환자의 치조골에 임프란트 식립을 위한 홀을 가공하는 과정에서 회전하는 드릴팁이 제어부에서 설정된 회전수에 따라 자동으로 회전되면서 임플란트 식립 홀을 천공하게 되는데, 환자의 치조골의 경우 뼈의 상태나 조직의 상태에 따라 드릴팁의 회전수, 드립팁의 크기 등을 조절하여 최적의 홀이 천공되어야 하지만, 종래의 임플란트 시술용 로봇 시스템에는 환자의 치조골 조직 상태에 따른 회전수 제어가 안되는 어려움이 있었다.
- 특허공개 제10-2010-95162호(공개일:2010.08.30, 발명의 명칭: 임플란트 시술 보조 시스템) - 특허공개 제10-2013-123192호(공개일: 2013.11.12, 발명의 명칭:치과 임플란트 시술 로봇 시스템 및 이를 이용한 임플란트 시술방법)
본 발명은 상술한 종래의 치과용 임프란트 시술 로봇의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 핸드피스의 선단부에 결합되는 드릴팁의 선단부와 이중 평행사변형 구조로 이루어지는 매니퓰레이터의 RCM을 임플란트 시술전에 간편하고 정확하게 정렬시킬 수 있도록 하여 시술자의 작업 편의성을 향상시키고, 환자의 대기시간을 줄일 수 있도록 하는 인공치근 이식용 골함요 형성장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치는 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 입체영상 데이터와 핸드피스의 위치를 실시간 검출하는 위치검출부; 복수개의 하단측 링크와, 하단측 링크에 연결된 복수개의 상단측 링크가 이중 평행사변형 구조물로 구성되고 그 선단부에 핸드피스 고정구가 구비되는 매니퓰레이터와, 상기 핸드피스 고정구에 장착되고 그 선단부에 임플란트 시술을 위한 홀을 천공하는 드릴팁이 장착되는 핸드피스와, 상기 매니퓰레이터의 일단이 축고정되어 내부에 구비된 전후 회전구동부의 동작에 따라 매니퓰레이터의 전후 회동이 가능하도록 하는 제2고정부와, 상기 제2고정부를 좌우 회동시키는 좌우 회전구동부가 구비되어 이동체 또는 고정구조물에 고정 설치되는 제1고정부와. 상기 위치검출부로부터 제공된 입체 영상데이터와 기입력된 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 CT 영상데이터를 토대로 상기 핸드피스의 드릴팁이 임플란트 시술 부위로 이동할 수 있도록 상기 전후 및 좌우 회전구동부를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 핸드피스 고정구에 고정된 핸드피스에 가해지는 외력을 감지하도록 상기 핸드피스 고정구와 매니퓰레이터 말단부 사이에는 6축 포스/토크센서가 구비되어 감지된 신호를 상기 제어부로 보내 상기 핸드피스의 동작을 제어하는 핸드피스 외력 센싱부가 구비되고, 상기 핸드피스 외력 센싱부의 신호를 수신한 제어부의 신호에 따라 상기 핸드피스에 고정된 드릴팁의 드릴링 깊이를 조절하도록 상기 핸드피스 외력 센싱부센싱부의 일측에서 핸드피스 고정구와 일체로 구성되는 핸드피스 전후 이동수단이 더 구비된 특징으로 이루어진다.
또한, 상기 매니퓰레이터의 일측에는 이중 평행사변형 기구물로 이루어지는 RCM 기구물의 목표점을 표시하여 핸드피스에 결합되는 드릴팁의 정렬이 용이하도록 하는 RCM 정렬기구가 탈부착 가능한 구조로 조립되되, 상기 RCM 정렬기구는, 매니퓰레이터의 상단측 링크 말단에 일단이 분리가능하게 결합되고 타단이 일정 기울기로 하향을 향하도록 하여 매니퓰레이터의 하단측 링크와 평행하도록 설치되는 제1정렬부재와. 상기 매니퓰레이터의 하단측 링크의 축고정부에 일단이 분리가능하게 결합되고 타단이 전방으로 돌출되면서 매니퓰레이터의 상단측 링크와 평행하도록 설치되어 그 말단이 상기 제1정렬부재의 선단부와 축고정되는 제2정렬부재와, 상기 제1정렬부재와 제2정렬부재가 만나 회동가능하게 결합되는 축고정부의 일측면에서 일정길이 돌출되어 핸드피스에 고정되는 드릴팁의 정렬상태를 확인할 수 있도록 하는 정렬핀;이 구비된 구성으로 이루어진다.
상술한 구성과 구조로 이루어지는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치는 임플란트 시술 전에 매니퓰레이터에 고정되는 핸드피스의 드릴팁 선단부와 매니퓰레이터를 구성하는 구조물의 RCM 포인트를 신속하게 시술자가 육안으로 정렬 및 확인할 수 있도록 하여 임플란트 시술용 로봇의 장치와 주변 구성을 간단하게 하고, 임플란트 시술 작업의 신속성을 기할 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 임플란트 시술 로봇의 각도 조절 상태도,
도 2는 종래의 임플란트 시술 로봇의 각도 조절과정도,
도 3은 VC 매니퓰레이터의 각도 조절 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치가 적용된 임플란트 로봇 시스템의 전체 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치에서 발췌된 매니퓰레이터의 외관 사시도,
도 6은 도 5에서 주요 동작부의 일부 단면 상태도,
도 7은 는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치를 이용하여 임플란트용 홀을 천공하는 드릴팁의 동작개념도,
도 8은 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 RCM정렬기구가 취부된 상태도,
도 9는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 이용되는 RCM정렬지구의 발췌도이다.
본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치는 임플란트 시술에 이용되는 임플란트 시술용 로봇(이하, ‘로봇’으로 약칭함)에 관한 것으로, 특히 로봇의 구동부 선단에 이중 평행사변형 구조로 매니퓰레이터가 구비되고, 상기 매니퓰레이터의 선단부에 핸드피스가 고정되며, 상기 핸드피스의 선단부에 임플란트 식립용 홀을 천공하는 드릴팁이 결합되고, 상기 핸드피스가 고정되는 핸드피스 고정구에는 핸드피스에 작용하는 외력을 감지하여 핸드피스의 방향과 각도를 조절할 수 있도록 하는 6축 포스(force)/토크(torque)센서가 구비된 구성을 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 이중 평행사변형 구조의 매니퓰레이터 일측으로는 환자의 구강 내부에 임플란트 식립을 위한 홀을 천공하는 드립팁의 정렬을 위한 RCM(remote center of motion) 정렬기구가 탈부착 가능한 구조로 장착되어 시술자가 환자의 임플란트 시술전에 핸드피스에 결합된 드릴팁을 RCM 정렬기구의 정렬팁에 간편하게 정렬시킬 수 있도록 구성된다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 기술 내용에 대해서는 가급적 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 특징부 위주로 상세한 설명을 한다.
그리고, 본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 용어중 ‘RCM 기구물’는 ‘매니퓰레이터’와 동일한 의미로 사용되는 것으로, 도면을 참조하면서 본 발명의 용이한 설명과 쉬운 이해를 위해 두 가지 용어를 혼용하여 사용하며, ‘RCM’은 ‘RCM 기구물의 고정점(목표점)’을 의미하는 것으로 이해된다.
또한, 발며으이 구성을 설명함에 있어서 사용되는 방향성 용어 중 전방 또는 전면은 매니퓰레이터가 고정된 상태에서 핸드피스가 고정되는 일측, 즉 도면에서 외쪽방향을 전방 또는 전면부로 설명하고, 측면 또는 측면부는 RCM 정렬기구에 구비된 정렬팁이 향하는 방향과 그 반대방향을 의미하는 것으로 이해된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치(1000, 이하 ‘골함요 형성장치’로 약칭함)의 전체 구성을 개략적으로 도시하고 있는 것으로, 본 발명에 따른 골함요 형성장치(1000)는 임플란트 시술에 필요한 기본적인 제어프로그램이 저장되어 자동으로 제어하는 제어부(100)와, 환자의 임플란트 시술 위치를 파악하기 위한 위치검출부(200)와, 상기 제어부(100)의 제어명령에 따라 자동으로 동작이 이루어지는 이중 평행사변형 구조물인 매니퓰레이터(300)와, 상기 매니퓰레이터(300)의 선단부에 구비된 핸드피스 고정부(400)와, 선단부에 임플란트 식립을 위해 환자의 치조골에 홀을 천공하기 위한 드릴팁(510)이 결합되어 상기 핸드피스 고정부(400)에 분리 가능하게 조립되는 핸드피스(500)를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 골함요 형성장치(1000)의 전체적이고 기본적인 동작 내용에 대해서 간략하게 설명하고, 본 발명의 특징부에 대해서는 별도로 후술한다.
본 발명에 따른 골함요 형성장치(1000)에서 위치검출부(200)는 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 입체 영상 데이터와 핸드피스(500)의 위치를 실시간 검출하여 제어부(100)로 전송한다.
환자의 임플란트 시술 부위에 대한 위치를 파악하기 위해 상기 위치검출부(200)는 영상촬영수단(210)과 복수의 마커부재, 즉 제1마커부재(220)와 제2마커부재를 포함한다.
제1마커부재(220)는 핸드피스(500)측에 장착되어 핸드피스(500)의 위치를 검출하는데 이용되고, 제2마커부재(230)는 환자의 임플란트 시술부위에 대한 위치와 각도를 검출하기 위해 환자의 신체, 즉 환자의 관자놀이 부위에 위치하는 상악 마킹점과, 환자의 하악 중앙부에 위치하는 하악 마킹점에 각각 위치하도록 2개가 제공될 수 있으며, 상악 마킹점과 하악 마킹점은 환자의 시술 부위에 대한 CT(Computed Tomography) 영상 촬영시 기준점 표시를 위한 제3마커부재가 위치하는 지점과 동일하고, 이와 같이 CT 영상 촬영시 제3마커부재가 위치한 마킹점과, 상술한 제2마커부재가 위치한 마킹점을 동일하게 함으로써, 제어부(100)에서 마킹점을 기준으로 환자의 시술 부위에 대한 입체 영상 데이터와 CT 영상데이터를 좌표 매칭하여 중첩시킬 수 있다.
상기 제1마커부재(220)와 제2마커부재(230)는 정삼각형의 프레임으로 구성되고, 프레임의 꼭지점에 엘이디가 구비된 구성으로 이루어진다.
상기 제1마커부재(220)와 제2마커부재(230)에 구비된 엘이디(LED)는 적외선 영역대의 빛을 발광하고, 이는 영상촬영수단(210)에 수광되어 핸드피스(500)와 환자의 임플란트 시술 부위의 위치 검출에 이용된다.
즉, 영상촬영수단(210)은 제1마커부재(220)와 제2마커부재(230)에 구비된 엘이디(LED)에서 발광되는 적외선을 감지하고, 감지된 신호를 제어부(100)로 전송하며, 제어부(100)는 이를 통해 엘이디(LED)들의 각각의 위치를 추출하고, 각각의 엘이디(LED)를 잇는 선분의 길이 변화를 감지하여 제1마커부재(220)와 제2마커부재(230)의 위치를 추적한다.
상기 제어부(100)는 위치검출부(200)로부터 제공된 입체 영상데이터와 기입력된 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 CT 영상 데이터를 좌표 매칭하여 중첩시킨 후, 핸드피스(500)의 드릴팁(510)이 임플란트 시술 부위에 임플란트 식립용 홀을 천공할 수 있도록 매니퓰레이터(300)를 제어한다.
상기 매니퓰레이터(300)의 동작 내용에 대해서는 이하에서 후술하며, 상기 제어부(100)에는 CT 영상데이터, 입체 영상데이터, 그리고 핸드피스의 위치를 시술자에게 좌표로 보여주는 영상표시장치를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성되는 골함요 형성장치(100)는 시술자가 치과용 CT(Computed Tomography) 장비로 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 CT 영상을 촬영하여 CT 영상 데이터를 제어부로 전송한다.
이때, 시술자는 환자의 관자놀이 부위에 위치하는 상악 마킹점과, 하악 중앙부에 위치하는 하악 마킹점에 X-RAY 판독이 가능한 제3마커부재를 위치시킨 상태에서 CT 영상을 촬영함으로써 촬영된 환자의 CT 영상에는 제3마커부재가 표시된다.
그 다음으로, 위치검출부(200)의 영상촬영수단(210)에서는 제1마커부재(220)와 제2마커부재(230)의 위치를 검출하여 제어부(100)로 전송한다.
즉, 상기 위치검출부(200)의 영상촬영수단(210)에서는 핸드피스(500)에 위치한 제1마커부재(220)의 위치에 대한 핸드피스 위치데이터와, 상악 마킹점과 하악 마킹점에 위치한 제2마커부재(230)의 위치에 대한 입체 영상데이터를 실시간으로 검출하여 제어부(100)로 전송한다.
상기 제어부(100)는 전송된 CT 영상 데이터와 입체 영상 데이터를 좌표 매칭하여 중첩시키고, 제어부(100)는 CT 영상데이터에 포함된 제3마커부재의 위치(즉, 상악 마킹점과 하악 마킹점)와, 입체 영상데이터에 포함된 제2마커부재(230)의 위치(즉, 상악 마킹점과 하악 마킹점)를 비교분석하여 일치시킴으로써 CT 영상데이터와 입체 영상데이터를 좌표 매칭하여 중첩시킨다.
이어서, 제어부(100)는 매니퓰레이터(300)를 제어하여 핸드피스(500)를 임플란트 시술 부위로 이동시키게 되고, 제어부(100)는 위치검출부(200)로부터 전송된 핸드피스의 위치데이터를 이용하여 핸드피스(500)를 정밀하게 위치제어 하게 되고, 시술자는 핸드피스(500)의 드릴팁(510)으로 임플란트 식립을 위한 홀을 천공한 후, 임플란트 식립 시술을 수행하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 위치검출부(200)의 영상촬영수단(210)으로 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 입체 영상데이터와 핸드피스의 위치를 실시간 검출하고, 입체 영상데이터와 임플란트 시술부위에 대한 CT 영상데이터를 중첩시킨 후, 핸드피스(500)의 위치를 제어하여 시술자가 원하는 깊이와 각도로 임플란트 시술을 위한 홀을 천공할 수 있도록 한다.
한편, 도 5 내지 도 9에는 본 발명에 따른 골함요 형성장치(1000)의 주요 특징부를 발췌 도시하고 있는 것으로, 임플란트 식립을 위한 홀을 천공하는데 직접 동작하는 매니퓰레이터(300), 매니퓰레이터(300)의 동작을 제어하는 구동부(600), 핸드피스(500) 및 핸드피스 고정부(400), 핸드피스(500)에 고정된 드릴팁(510)을 RCM기구물의 고정점(목표점)에 정렬시키기 위한 RCM정렬기구(700)의 설치상태와 그 분리 상태가 각각 도시되어 있다.
먼저, 매니퓰레이터(300)의 동작관계와 그 구성 및 구조에 대해서 설명하면, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(300)는 그 후방측에 구비되는 구동부(600)에 의해 동작되는데, 상기 구동부(600)는 이동가능한 구조물 또는 고정된 벽체 등에 고정 설치되는 제1고정부(610)와, 상기 제1고정부(610)의 전방으로 일정길이 돌출 설치된 제2고정부(630)가 구비되고, 상기 제1고정부(610)의 내측에 는 제2고정부(630)를 좌우 회동시키는 좌우 회전구동부가 내장되고, 상기 제2고정부(630)의 내측에는 제2고정부 선단에 축 고정되어 전후 회동가능하게 설치되는 매니퓰레이터(300)를 전후방향으로 회동시키는 전후 회전구동부가 구비된 구성으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 상기 구동부(600)는 제어부(100)에서 전달된 제어신호에 따라 제1고정부(610)에 구비되는 좌우 회전구동부에 의한 좌우 회전과, 제2고정부(630)의 내측에 구비되는 전후 회전구동부의 전후 회동 동작에 의해 핸드피스(500)에 결합된 드릴팁(510)이 원뿔형태의 운동을 하면서 드릴팁 선단부의 원뿔 꼭지점은 고정된 상태가 유지될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 제2고정부(630)의 말단부에 결합된 매니퓰레이터(300)는 제2고정부(630)의 좌우 회전운동과 전후 회전구동에 의해 핸드피스(500)에 고정되는 드릴팁(510)의 각도 조절을 통해 핸드피스의 드릴팁을 환자의 임플란트 시술영역으로 이동되도록 하고, 상기 매니퓰레이터(300)의 말단에 구비된 핸드피스 고정부(400)를 통해 핸드피스(500)의 드릴팁(510)에 의한 드릴링 깊이를 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 매니퓰레이터(300)는 각 일단이 제2고정부(630)에 축(pivot) 고정되어 회동가능한 평행사변형 구조로 설치되는 한 쌍의 제1링크(310) 및 제2링크(312)와, 상기 한 쌍의 제1링크(310)와 제2링크(312)의 타단에 각 일단이 축 고정되어 평행사변형 구조로 설치되는 한 쌍의 제3링크(320)와 제4링크(322)가 상호 연결된 구조로 이루어짐으로써 4개의 링크가 평행사변형으로 연결되는 이중 평행사변형 기구물을 제공하게 된다.
상기 제1링크(310) 및 제3링크(320)와 평행을 이루는 제2링크(312) 및 제4링크(322)의 각 타단부(도면에서 상단측)에는 제1링크(310) 및 제3링크(320)보다 다소 길이가 길게 굴곡 연장된 연장부(313,323)가 형성되고, 제2링크(312) 및 제4링크(322)의 연장부(313,323) 말단에 제3링크(320) 및 제1링크(310)의 타단이 축 고정되고, 연장부가 시작되는 굴곡된 지점에 제2링크(312)와 제4링크(322)의 골곡부가 축 고정되는 구조로 이루어진다.
이와 같이 구성되는 매니퓰레이터(300)에서 제1링크(310) 및 제3링크(320)는 제2링크(312) 및 제4링크(322)와 평행을 유지하며 운동하는데, 제3링크(320)와 제4링크(322)의 말단부에는 핸드피스 고정부(400)에 결합된 핸드피스(500)에 작용하는 외력을 감지하여 드릴팁(510)의 위치를 조절할 수 있도록 하는 핸드피스 외력 센싱부(350)가 설치되고, 상기 핸드피스 외력 센싱부(350)의 하단에는 핸드피스(500)에 작용하는 외력을 감지한 상기 핸드피스 외력 센싱부(35)의 센싱신호를 수신한 제어부(100)의 제어에 따라 드릴팁(510)의 깊이를 조절할 수 있도록 핸드피스 및 드릴팁의 전후 이동을 조절하기 위한 핸드피스 전후이동수단(360)이 구비된다.
이와 같이 제1링크(310)와 제2링크(312) 및 제3링크(320)와 제4링크(322)가 상호 평행사변형 구조로 결합되어 이중 평행사변형 구조로 이루어지는 매니퓰레이터(300)는 제1링크(310)의 일단이 제2고정부(630)측 제1축고정부(635)에 축 고정되어 회동가능하게 구성되되, 상기 제1축고정부(635)에는 전후 회전구동부(640)의 말단에 구비된 동력전달기어(645)에 직각으로 기어 결합된 종동기어(637)가 구비되어 전후 회전구동부(640)의 회전력 및 회전방향에 따라 제1링크(310)가 전후방향으로 회동되면서 매니퓰레이터(300)의 전체적인 운동을 유도하여 핸드피스(500), 드릴팁(510)을 전후 이동시켜 핸드피스(500)에 결합된 드릴팁(510)이 환자의 치조골에 천공하는 홀의 방향이나 위치를 조절할 수 있도록 한다.
상기 제3링크(320)와 제4링크(322)의 일단에 결합된 핸드피스 외력 센싱부(350)에는 6축 포스(force)/토크(torque)센서가 설치되어 핸드피스 고정부(400)에 고정된 핸드피스(500)에 시술자가 일정한 외력을 가하게 되면, 감지된 이력의 세기와 방향을 감지하여 제어부(100)로 전송하게 되고, 제어부(100)에서는 수신된 신호를 파악하여 일정한 제어명령을 내보내 핸드피스(500)의 방향이나 이동을 제어할 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 핸드피스 외력 센싱부(350)의 하단부에 구비되는 핸드피스 전후 이동수단(360)은 시술자가 핸드피스(500)에 외력을 가할 경우, 그 외력을 감지한 핸드피스 외력 센싱부(350)의 신호가 제어부(100)로 전송되고, 제어부(100)에서는 핸드피스 외력 센싱부(350)의 신호를 파악하여 핸드피스(500)에 작용하는 외력이 전후방향으로 작용할 경우, 그 전면에 결합된 핸드피스 고정부(400)를 전후 이동시켜 임플란트 홀을 천공하는 드릴팁(510)이 환자의 치조골로 파고 들어가는 깊이를 자동 조절할 수 있도록 한다.
또한, 상기 핸드피스 외력 센싱부(350)에 감지되는 핸드피스(500)에 작용하는 외력이 좌우측 횡압력인 경우에는, 상술한 제1고정부(610)의 좌우 회전구동부(620)와 제2고정부(630)의 전후 회전구동부(640)를 동작시켜 핸드피스(500)의 회동을 통해 시술자가 원하는 위치로 드릴팁(510)이 위치되도록 조절하여 임플란트 홀을 천공할 수 있도록 한다.
한편, 도 8 및 도 9를 참조하면서 상기 핸드피스(500)의 말단부에 연결되는 드릴팁(510)의 선단부가 RCM 기구물의 고정점과 일치되도록 임플란트 시술전에 수행하는 드릴팁과 RCM 기구물의 고정점의 정렬작업을 위한 RCM 정렬기구(700)에 대해서 설명한다.
상기 RCM 정렬기구(700)는 제4링크(322)의 일단 축고정부에 일단이 끼움 고정되고 타단이 하향되어 상기 제1링크(310) 및 제2링크(312)와 평행상태가 되도록 설치되는 제1정렬부재(710)와, 상기 제2링크(312)의 일단이 제2고정부(630)에 축고정되는 제2축고정부(636)의 외측면에 일단이 끼움 고정되면서 상기 제3링크(320) 및 제4링크(322)와 평행상태를 유지하면서 그 타단이 상기 제1정렬부재(710)의 선단부에 축고정되는 제2정렬부재(720)로 구성된다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1정렬부재(710)의 일단에 소정의 끼움구(712)가 구비되어 제2링크(312)의 타단에 구비되는 제2축고정부(636)의 외측면에 간단하게 끼움 결합될 수 있도록 구성되며, 상기 제2정렬부재(720) 역시 그 일단에 소정의 끼움구(722)가 형성되어 제2링크(312)의 하단측 제1축고정부(635)의 외측면에 간단하게 끼움 결합되어 제2링크(312)와 제4링크(322), 제1정렬부재(710), 제2정렬부재(720)가 하나의 평행사변형 구조를 갖는 형태로 이루어지며, 제1정렬부재(710)와 제2정렬부재(720)가 만나는 고정점, 즉 축고정부(730)에는 핸드피스(500)의 선단부에 결합된 드릴팁(510)을 향하도록 일정길이의 정렬핀(740)이 돌출 형성된 구조로 이루어진다.
이와 같은 구성 및 구조로 이루어지는 RCM 정렬기구(700)는 임플란트 시술을 위해 핸드피스 고정부(400)에 핸드피스(500)가 고정되고, 핸드피스(500)의 선단부에 환자의 임플란트 식립을 위한 홀 천공에 적합한 드릴팁(510)이 결합된 상태에서 매니퓰레이터(300)의 일측으로 상술한 RCM 정렬기구(700)를 끼움 고정한다.
매니퓰레이터(300)의 일측으로 RCM 정렬기구(700)를 고정한 후에 제1정렬부재(710)와 제2정렬부재(720)가 만나는 축고정부(730)에 고정된 정렬핀(740)의 선단부에 핸드피스(500)에 고정된 드릴팁(510)의 선단부를 일치시키는 드릴팁 정렬작업을 한 후에 설정하여 드릴팁의 선단부 고정점을 정한 후에 환자의 임플란트 시술을 수행하게 된다.
물론, 임플란트 시술과정에 드릴팁을 교체하는 경우, 드릴팁의 직경이나 길이가 달라지게 되므로, 핸드피스에 사용할 드릴팁을 고정한 후에는 다시 상술한 RCM 정렬기구(700)를 매니퓰레이터(300)의 일측에 조립한 후에 새로 교체된 드릴팁의 정렬작업을 통해 임플란트 시술작업을 수행하며, 임플란트 식립을 위한 홀 천공작업시에는 매니퓰레이터에서 상기 RCM정렬기구를 분리하여 따로 보관하는 것이 임플란트 식립작업을 더욱 수월하게 할 수 있다.
이상 본 발명에 따른 인공치근 이식용 골함요 형성장치에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 바람직한 일 실시예에 대하여 설명을 하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위 이내에서 당업자가 청구범위에 기재된 내용을 토대로 다양한 변형 실시가 가능할 수도 있다.
100 : 제어부
200 : 위치검출부 210 : 영상촬영수단
220 : 제1마커부재 230 : 제2마커부재
300 : 매니퓰레이터 310 : 제1링크
312 : 제2링크 313 : 연장부
320 : 제3링크 322 : 제4링크
323 : 연장부 350 : 센싱부
360 : 핸드피스 전후 이동수단
400 : 핸드피스고정부
500 : 핸드피스 510 : 드릴팁
600 : 구동부 610 : 제1고정부
620 : 좌우 회전구동부 630 : 제2고정부
635 : 제1축고정부 636 : 제2축고정부
637 : 종동기어 640 : 전후 회전구동부
645 : 동력전달기어
700 : RCM정렬기구 710 : 제1정렬부재
712 : 끼움구 720 : 제2저열부재
722 : 끼움구 730 : 축고정부
740 : 정렬핀

Claims (2)

  1. 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 입체영상 데이터와 핸드피스의 위치를 실시간 검출하는 위치검출부; 복수개의 하단측 링크와, 하단측 링크에 연결된 복수개의 상단측 링크가 이중 평행사변형 구조물로 구성되고 그 선단부에 핸드피스 고정구가 구비되는 매니퓰레이터와, 상기 핸드피스 고정구에 장착되고 그 선단부에 임플란트 시술을 위한 홀을 천공하는 드릴팁이 장착되는 핸드피스와, 상기 매니퓰레이터의 일단이 축고정되어 내부에 구비된 전후 회전구동부의 동작에 따라 매니퓰레이터의 전후 회동이 가능하도록 하는 제2고정부와, 상기 제2고정부를 좌우 회동시키는 좌우 회전구동부가 구비되어 이동체 또는 고정구조물에 고정 설치되는 제1고정부와. 상기 위치검출부로부터 제공된 입체 영상데이터와 기입력된 환자의 임플란트 시술 부위에 대한 CT 영상데이터를 토대로 상기 핸드피스의 드릴팁이 임플란트 시술 부위로 이동할 수 있도록 상기 전후 및 좌우 회전구동부를 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 핸드피스 고정구에 고정된 핸드피스에 가해지는 외력을 감지하도록 상기 핸드피스 고정구와 매니퓰레이터 말단부 사이에는 6축 포스/토크센서가 구비되어 감지된 신호를 상기 제어부로 보내 상기 핸드피스의 동작을 제어하는 핸드피스 외력 센싱부가 구비되고,
    상기 핸드피스 외력 센싱부의 신호를 수신한 제어부의 신호에 따라 상기 핸드피스에 고정된 드릴팁의 드릴링 깊이를 조절하도록 상기 핸드피스 외력 센싱부센싱부의 일측에서 핸드피스 고정구와 일체로 구성되는 핸드피스 전후 이동수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 인공치근 이식용 골함요 형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터의 일측에는 이중 평행사변형 기구물로 이루어지는 RCM 기구물의 목표점을 표시하여 핸드피스에 결합되는 드릴팁의 정렬이 용이하도록 하는 RCM 정렬기구가 탈부착 가능한 구조로 조립되되,
    상기 RCM 정렬기구는.
    매니퓰레이터의 상단측 링크 말단에 일단이 분리가능하게 결합되고 타단이 일정 기울기로 하향을 향하도록 하여 매니퓰레이터의 하단측 링크와 평행하도록 설치되는 제1정렬부재와.
    상기 매니퓰레이터의 하단측 링크의 축고정부에 일단이 분리가능하게 결합되고 타단이 전방으로 돌출되면서 매니퓰레이터의 상단측 링크와 평행하도록 설치되어 그 말단이 상기 제1정렬부재의 선단부와 축고정되는 제2정렬부재와,
    상기 제1정렬부재와 제2정렬부재가 만나 회동가능하게 결합되는 축고정부의 일측면에서 일정길이 돌출되어 핸드피스에 고정되는 드릴팁의 정렬상태를 확인할 수 있도록 하는 정렬핀;이 구비된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인공치근 이식용 골함요 형성장치.
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