KR20220024350A - 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치가 개시된다. 일 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치는 가이드를 디자인 하는 과정에서 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 생성함에 따라 가이드 생성 및 수정을 위한 사용자 조작을 최소화할 수 있다.

Description

임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치 {Method for guide design for implant surgery and apparatus thereof}

본 발명은 치과영상 처리기술에 관한 것으로, 치과영상에서 치과 임플란트 수술용 가이드를 디자인하는 기술에 관한 것이다.

소프트웨어를 이용한 치과 임플란트 수술용 가이드 디자인을 하는 과정은 환자의 CT 데이터와 스캔 데이터 정합 후, 크라운과 픽스쳐, 어버트먼트 및 앵커핀의 위치를 결정하고 이를 기준으로 드릴링 홀과 앵커핀을 포함하여 환자의 구강에 결착할 수 있도록 가이드 영역을 디자인한다.

일반적인 가이드 영역 생성방법은 환자의 스캔 데이터 위에 마우스 클릭을 반복하여 포인트를 생성하고, 인접한 포인트를 연결한 라인으로 가이드 영역을 생성한다. 가이드 영역을 생성한 후, 영역 수정이 필요할 경우에는 사용자가 포인트를 드래그하여 이동시키는 등의 추가 동작을 통해 가이드 영역을 수정할 수 있다.

다양한 수술 케이스에 대해 수술 계획을 수립할 경우, 각 케이스마다 가이드 영역을 사용자가 수동으로 디자인하여야 하기 때문에 가이드 생성에 대한 모든 케이스에 대하여 동일 작업을 반복해야 한다. 이 경우, 사용자 조작횟수와 가이드 디자인 시간이 증가하게 된다.

일 실시 예에 따라, 치과 임플란트 수술용 가이드 디자인 소프트웨어를 이용하여 수술용 가이드를 디자인 하는 과정에서 사용자 조작과 가이드 디자인 소요시간을 최소화 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치를 제안한다.

일 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법은, 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계와, 자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계와, 자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하는지 여부를 판단하는 단계와, 모두 포함하지 않는 경우 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행하는 단계를 포함하며, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정한다.

가이드 영역을 자동 결정하는 단계는, 치아 영상의 잔존치아들을 개별치아로 분할하는 단계와, 분할된 개별치아 별로 교합평면과 수직인 방향의 축 정보를 기준으로 개별치아를 세로로 미리 설정된 간격을 가지고 단면들을 생성하는 단계와, 생성된 각 단면의 중심점을 기준으로 단면 영상에서의 치아 라인 정보를 이용하여 치아 영역까지 모든 장축을 연결한 후 이 중에 최대 길이를 가지는 최대장축 값을 정의하여 이를 치아 길이로 결정하는 단계와, 개별치아 각각에 대한 치아길이에 대하여 사전에 설정한 설정영역 값을 반영하여 각 치아의 가이드 라인을 정의하는 단계와. 분할된 개별치아의 각 가이드 라인을 연결하여 가이드 영역을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

가이드 영역을 자동 결정하는 단계는, 치아영역 방향이 협측 방향이면 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정할 수 있다.

가이드 영역을 자동 결정하는 단계는, 치아영역 방향이 설측 방향이면 상악은 구개영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 결정하고, 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정할 수 있다.

가이드 영역을 자동 결정하는 단계는, 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정할 수 있다.

가이드 영역을 자동 결정하는 단계는, 픽스쳐 식립치아가 1개일 경우, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 좌우 양 옆의 인접치아를 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정하고, 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정하며, 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하지 않는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하여 양 끝 치아 사이의 치아영역을 모두 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법은, 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계와, 자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계를 포함하고, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는 치아영역 방향이 협측 방향이면 치아사이틈(Embrasure) 영역이 가이드 영역에 포함되지 않도록 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 결정할 수 있다.

사전 설정영역은 각 개별치아 별로 최소 치아의 1/2 높이에서부터 최대 치아의 2/3 높이까지의 영역을 의미하며, 사용자에 의해 설정될 수 있다.

다른 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법은, 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계와, 자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계를 포함하고, 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계는 치아 영상의 잔존치아들을 개별치아로 분할하는 단계와, 분할된 개별치아 별로 교합 방향에서 잇몸 방향으로 가로로 미리 설정된 간격을 가지고 단면들을 생성하는 단계와, 생성된 각 단면의 경계를 이루는 치아 외곽선의 총 길이를 계산하는 단계와. 계산된 각 단면의 총 길이 중에 최대값을 가지는 치아위치를 최대 풍융부 위치로 정의하는 단계와, 각 개별치아들의 최대 풍융부 위치를 연결한 영역까지를 포함하는 가이드 영역을 생성하는 단계를 포함한다.

다른 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치는, 임플란트 수술용 가이드 디자인 시 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정한 후 이를 생성하는 제어부와, 생성된 가이드 영역을 치과영상에 표시하는 출력부를 포함하고, 제어부는 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정하고, 자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하는지 여부를 판단하여, 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하지 않는 경우에는 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행한다.

제어부는, 치아영역 방향이 협측 방향이면 각 개별치아의 사전 설정영역 또는 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하고, 치아영역 방향이 설측 방향이면 상악은 구개영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 자동 결정하고 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정할 수 있다.

제어부는, 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정할 수 있다.

일 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법 및 그 장치에 따르면, 치과 임플란트 수술용 가이드 디자인 소프트웨어를 이용하여 수술용 가이드를 디자인 하는 과정에서 다양한 수술 케이스에 맞게 가이드 영역을 자동으로 디자인 하여 사용자에게 제안함에 따라 사용자 조작횟수와 가이드 디자인 시간을 최소화 할 수 있다. 나아가, 수정이 필요한 경우에만 선택적으로 미세조정을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 상악의 설측 영역에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 하악의 설측 방향에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 상악 및 하악의 협측 방향에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법의 흐름을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치의 구성을 도시한 도면이다.

임플란트 수술용 가이드 디자인 장치(이하, '가이드 디자인 장치'라 칭함)(1)는 의료영상 처리 프로그램을 실행 가능한 전자장치이다. 전자장치는 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) PC, 스마트폰, 휴대폰, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등이 있다. 의료영상 처리 프로그램은 가이드 디자인 프로그램, 스캔 프로그램, CAD 프로그램 등이 있다. 또한, 치과 임플란트 수술용 이외에 다른 일반적인 의료영상 처리를 위한 프로그램에 적용될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 치과 임플란트 수술용 가이드 디자인 프로그램을 예로 들어 설명하고자 하나, 영상처리가 가능하면 다른 프로그램에도 동일하게 적용 가능함은 물론이다.

프로그램을 이용한 영상처리 과정은 상용화된 제품별로 차이는 있지만 일반적으로 수술 환자 등록, 등록된 환자의 CT 데이터 및 스캔 데이터 획득, CT 데이터 및 스캔 데이터의 정합, 정합된 영상 데이터에서 악궁 라인 생성 및 악궁 라인을 이용한 파노라믹 영상(Panoramic image) 생성, 환자의 스캔 데이터에서 크라운 모델 위치 및 크기 결정, 환자의 CT 데이터에서 픽스쳐를 포함한 임플란트 구조물 위치 결정, 가이드 영역 디자인, 최종 가이드 출력을 포함한 과정으로 구성된다.

본 발명은 위 과정에서 가이드 영역을 자동으로 디자인하는 단계에 해당한다. 특히, 본 발명은 다양한 수술 케이스에 따라 환자의 해부학적 구조물과 드릴링 홀을 포함하도록 가이드 영역을 자동 결정하여 사용자 조작 및 가이드 디자인 소요시간을 최소화함에 그 목적이 있다.

일 실시 예에 따른 가이드 디자인 장치(1)는 다양한 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 가이드 영역을 상이하게 디자인 한다. 수술 케이스는 크게 상악 및 하악으로 분류할 수 있으며, 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 부분 무치악 또는 완전 무치악 등으로 분류할 수 있다. 치아영역 방향은 설측(Lingual), 협측(Buccal), 근심면(Mesial), 원심면(Distal) 방향 등으로 분류할 수 있다.

가이드 디자인 장치(1)는 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이 등을 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 디자인 한다.

예를 들어, 수술 케이스가 상악이면 설측 방향으로의 가이드 영역은 가이드 결착력을 높이기 위해 구개(Palatal) 영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 자동으로 디자인한다. 다른 예로, 수술 케이스가 하악이면 설측 방향으로의 가이드 영역은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동으로 디자인 한다. 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이는 각 개별치아의 사전 설정영역 또는 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정할 수 있다. 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 결정하는 예를 들면, 치아사이틈(Embrasure) 영역이 가이드 영역에 포함되지 않도록 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 설정한다. 치아사이틈(Embrasure) 영역은 치아와 치아 사이의 공간으로, 접촉점과 치은정 사이의 V 부위이다.

사전 설정영역은 각 개별치아 별로 치아의 1/2 높이에서부터 2/3 높이까지의 영역일 수 있으며, 범위 내에서 소정 값을 사용자가 설정 가능하다.

가이드 디자인 장치(1)는 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 양 옆의 인접치아를 최소 2개 이상 포함하도록 가이드 길이를 자동 결정한다. 사전 설정영역 및 인접치아 개수는 사용자가 설정할 수 있다.

나아가, 자동 결정을 통해 생성된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하지 않는 경우에는 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행하여 이를 소프트웨어에서 수정함에 따라 사용자 조작을 최소화할 수 있다.

이하, 전술한 특징을 가지는 가이드 디자인 장치(1)의 구성에 대해 상세히 후술한다.

*도 1을 참조하면, 가이드 디자인 장치(1)는 데이터 획득부(10), 저장부(12), 제어부(14), 입력부(16) 및 출력부(18)를 포함한다.

데이터 획득부(10)는 환자의 기초 영상 데이터를 획득한다. 기초 영상 데이터는 X-ray 데이터, CT 데이터, 스캔 데이터 등이 있다. 데이터 획득부(10)는 기초 영상 데이터를 프로그램에서 실행하거나 웹 페이지 및 서버에 저장된 데이터를 로딩하여 획득할 수 있다. 임플란트 식립을 위해서 CT 데이터, 스캔 데이터 등이 기초 데이터로 필요할 수 있다.

스캔 데이터는 환자의 구강을 본떠 생성한 석고 모형을 3D 스캐너(3D Scanner)로 스캐닝하여 획득하는 치아 모델 스캔 데이터이거나, 구강 내 3D 스캐너(3D Intra-oral scanner)를 이용하여 환자의 구강 내부를 스캐닝하여 획득하는 구강 스캔 데이터일 수 있다. CT 데이터는 컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography: CT)을 사용하여 환자의 두부 단층 영상들을 생성하고, 각각의 단층 영상에서 치아 부분의 경계를 분할(Segmentation)한 후 하나로 취합함에 따라 획득될 수 있다. 획득된 스캔 데이터 및 CT 데이터는 저장부(12)에 저장될 수 있다.

저장부(12)에는 가이드 디자인 장치(1)의 동작 수행을 위해 필요한 정보와 동작 수행에 따라 생성되는 정보가 저장되어, 제어부(14)의 요청 시 정보를 제공한다. 예를 들어, 저장부(12)에는 제어부(14)에 의해 생성된 식립 설계정보와 수술 보고서가 저장된다. 식립 설계정보는 픽스쳐를 포함한 임플란트 구조물에 대한 식립 위치와 식립 방향에 대한 정보 및 가이드 형상에 대한 정보를 포함한다. 이때, 생성된 가이드에 포함되는 드릴링 홀 파일을 별도로 저장할 수 있다. 식립 설계정보는 수술 과정에서 수술 가이드에 활용될 수 있다.

제어부(14)는 치과영상에서 가상의 임플란트 구조물의 식립 위치 및 방향을 포함한 식립 설계정보를 생성하고 식립 설계정보를 이용하여 가이드 형상을 디자인한다. 제어부(14)는 치과영상에 가상의 임플란트 구조물 객체를 식립하는 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 치과영상은 환자의 치아 배열이 나타난 2D, 3D 등의 다차원 영상을 포함한다. 예를 들어, 데이터 획득부(10)를 통해 획득된 기초 영상 데이터, 파노라믹(Panoramic) 영상 데이터, 재구성을 통해 생성된 영상 데이터, 복수의 영상을 정합한 정합 데이터 등 다양한 종류의 영상이 활용될 수 있다.

제어부(14)는 치과 임플란트 수술용 가이드 디자인 시 환자의 CT 데이터와 스캔 데이터를 정합한 후 크라운을 식립하고, 픽스쳐 및 앵커핀(Anchor Pin)의 식립 위치를 결정한다. 이어서, 픽스쳐 및 앵커핀의 식립 정보를 이용하여 환자의 구강에 체결되는 가이드를 디자인한다. 예를 들어, 픽스쳐 및 앵커핀의 식립 방향 및 식립 위치를 기준으로 드릴링 홀(Drilling hole)을 우선 결정하고, 결정된 드릴링 홀을 포함하여 환자의 구강 내부에 체결이 가능하도록 가이드 영역을 생성한다. 이어서, 생성된 가이드 영역을 수동 또는 자동으로 미세 수정 할 수 있다. 수정을 통해 최종 생성된 가이드 영역을 3D 데이터 형태로 출력부(18)를 통해 최종 출력할 수 있다. 여기서, '수정'은 조정, 조작, 편집 등과 동일한 용어로 사용될 수 있다.

일 실시 예에 따른 제어부(14)는 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향을 기초로 하여 가이드 영역을 자동 결정하여 이를 생성한다. 이때, 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정할 수 있다.

예를 들어, 협측 영역의 경우, 사용자 사전 설정영역 또는 치아의 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역을 자동 결정한다. 설측 영역의 경우, 상악은 구개영역을 포함하도록 가이드 영역을 자동 결정하며, 하악은 사용자 사전 설정영역을 가이드 라인으로 자동 결정한다. 여기서, 사전 설정영역이란, 최소: 치아의 1/2 높이에서부터 최대: 치아의 2/3 높이까지의 영역을 의미하며, 상기 범위 내에서 사용자가 소정의 값을 설정할 수 있다.

가이드 영역의 길이는 픽스쳐 식립치아가 1개일 경우, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 좌우 양 옆의 인접치아를 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정한다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정한다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하지 않는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하여 양 끝 치아 사이의 치아영역을 모두 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정한다. 단, 최소 포함 좌우 인접치아 수는 설정에서 사용자가 입력하여 변경할 수 있다.

일 실시 예에 따른 제어부(14)는 자동 결정된 가이드 영역을 대상으로 수정이 필요한 경우에만 선택적으로 미세조정 할 수 있다. 예를 들어, 전술한 사전 설정영역 및 최소 인접치아 수를 포함하도록 자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀 영역을 모두 포함하지 않을 경우, 드릴링 홀 및 앵커핀 영역을 모두 포함할 수 있도록 가이드 영역을 확장시키는 자동 수정을 통해 가이드 디자인 단계에서의 사용자 수정을 최소화 하여 수술계획 수립시간을 단축시킬 수 있다.

출력부(18)는 프로그램 화면을 표시한다. 출력부(18)는 자동으로 생성되는 가이드 영역 및 사용자 수정을 통해 생성되는 최종 가이드 영역을 화면에 표시할 수 있다. 또한, 최종 가이드 영역을 3D 형태로 외부에 출력할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 상악의 설측 영역에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 가이드 디자인 장치(1)는 스캔 데이터(20)에 협측 또는 설측 방향의 가이드 영역(30)을 생성할 때, 사전 설정된 영역을 연결하거나 치아의 최대 풍융부 위치를 연결하여 가이드 영역(30)을 자동 생성한다. 단, 상악의 설측 방향의 가이드 영역(30)의 경우, 가이드의 결착력을 높이기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 구개영역(300)을 포함하도록 가이드 영역(30)을 자동 생성한다. 이때, 포함되는 구개영역(300)은 가장자리에 위치한 2개의 치아의 원심면 방향의 위치를 연결하며 환자의 기도 부분에 닿지 않도록 아치형으로 생성한다.

사전 설정영역이란 각 치아의 일정 높이의 위치를 연결한 영역을 의미한다. 예를 들어, 최소: 치아의 1/2 높이에서 최대: 치아의 2/3 높이까지의 범위 내에서 사용자가 선호하는 가이드 높이의 수치를 사용자가 설정할 수 있다.

가이드 영역(30)의 자동생성 방법은 최대 풍융부를 이용한 방식이나 사전 설정영역을 이용한 방식 중 하나를 이용하여 가이드 영역(30)을 자동으로 생성할 수 있다. 최대 풍융부를 이용한 가이드 영역 생성 예는 도 3을 참조로 하여 후술한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 하악의 설측 방향에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 가이드 디자인 장치(1)는 치아영역 방향이 설측 방향이면 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역(30)의 높이를 자동 결정한다. 사전 설정영역을 이용한 가이드 영역 자동생성 방법은 다음과 같다. 환자의 스캔 데이터(20)에서 잔존치를 분할하여 개별치아로 분리한다. CT 데이터와 스캔 데이터를 정합할 때 CT 데이터의 좌표정보를 기준으로 스캔 데이터의 좌표정보가 변경되었으므로, 좌표정보가 변경된 스캔 데이터(20)를 대상으로 CT 데이터와 동일한 좌표정보를 이용하여 교합평면과 수직인 방향의 축 정보(근심면/원심면 방향으로의 수직인 축 정보)를 기준으로 개별치아를 세로로 일정 간격을 가지는 단면들을 생성한다. 이어서, 개별치아 각각에 대하여 생성된 단면의 중심점을 기준으로 단면 영상에서의 치아 라인 정보를 이용하여 치아 영역까지 모든 장축을 연결한다. 이 중, 최대 길이를 가지는 최대장축 값을 정의하여 이를 치아 길이로 결정한다. 개별치아 각각에 대한 치아길이에 대하여 사전에 설정한 설정영역 값(예를 들어, 1/2~2/3)을 적용하여 각 치아의 가이드 라인을 정의한 후, 분할된 개별치아의 각 가이드 라인을 연결하여 가이드 영역(30)을 생성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 데이터에 상악 및 하악의 협측 방향에 가이드 영역을 자동 생성하는 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 가이드 디자인 장치(1)는 치아영역 방향이 협측 방향이면 각 개별치아의 사전 설정영역 또는 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정한다. 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하는 예는 도 2 및 도 3을 참조로 하여 전술한 바와 같다.

도 4를 참조하여, 치아의 최대 풍융부를 이용한 가이드 영역 자동생성 프로세스는 다음과 같다. 환자의 스캔 데이터(20)에서 잔존치를 분할(Segmentation)하여 개별치아로 분리한다. CT 데이터와 스캔 데이터를 정합할 때 CT 데이터의 좌표정보를 기준으로 스캔 데이터의 좌표정보가 변경되었으므로, 좌표정보가 변경된 스캔 데이터(20)를 대상으로 CT 데이터와 동일한 좌표정보를 이용하여 분할 개별치아를 교합방향에서 잇몸방향으로 가로로 일정 간격을 가지는 단면들을 생성한다. 이어서, 개별치아 각각에 대하여 각 단면에 위치한 치아 외곽선의 총 길이(치아 둘레)를 계산한다. 이때, 개별치아 각각에 대해 각 단면의 총 길이 중, 최대값을 가지는 치아위치를 최대 풍융부로 정의한다. 이어서, 분할된 치아 개별적으로 정의한 최대 풍융부 영역을 포함하도록 서로 연결하여 가이드 영역을 생성한다.

일 실시 예에 따른 가이드 디자인 장치(1)는 치아영역 방향이 협측 방향이면 치아사이틈(Embrasure) 영역(510)이 가이드 영역(30)에 포함되지 않도록 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 결정한다. 예를 들어, 치아사이틈(Embrasure) 영역(510)이 포함되지 않도록 사전 설정영역(각 개별치아 별로 치아의 1/2 높이에서부터 2/3 높이까지의 영역)을 포함하는 가이드 라인(400-3)으로 구성되는 가이드 영역(30)을 생성한다.

일 실시 예에 따른 가이드 디자인 장치(1)는 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정한다. 예를 들어, 가이드 영역의 길이는 픽스쳐 식립치아의 인접치아를 설정치 이상 포함하도록 자동 결정한다. 단, 픽스쳐 식립치아가 상악 및 하악의 6번, 7번 치아일 경우는 예외 처리한다.

픽스쳐 식립치아가 1개일 경우, 픽스쳐 식립치아의 좌우 인접치아를 2개 이상 포함하도록 가이드 영역을 자동 생성한다. 도 4에서는 픽스쳐 식립을 위한 드릴링 홀(410)의 인접치아 2개(420, 430)를 포함하는 가이드 라인(400-2)을 구성하여 가이드 영역(30)을 생성하는 예를 도시하고 있다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하도록 가이드 영역을 자동 생성한다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하지 않는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하여 양 끝 치아 사이의 치아영역을 모두 포함하는 가이드 영역을 자동 생성한다. 픽스쳐 식립치아가 상악 또는 하악의 6번 치아일 경우, 원심면 방향으로 7번 치아를 모두 포함하도록 가이드 영역을 자동 생성한다. 픽스쳐 식립치아가 상악 또는 하악의 7번 치아일 경우, 원심면 방향으로의 가이드 영역은 악궁라인에 직교하는 설정치 만큼의 영역을 포함하도록 가이드 영역을 자동 생성한다. 설정치는 설정에서 사용자가 설정할 수 있다.

일 실시 예에 따른 가이드 디자인 장치(1)는 자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하지 않는 경우에는 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 드릴링 홀(410)이 포함하는 가이드 라인(400-1)으로 구성되는 가이드 영역(30)을 생성한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 다른 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법의 흐름을 도시한 도면이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 가이드 디자인 장치(1)는 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정(S510)하고, 자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시한다(S520).

가이드 영역 자동 결정 단계(S510)에서, 가이드 디자인 장치(1)는 협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이 등을 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정할 수 있다.

예를 들어, 가이드 디자인 장치(1)는 치아영역 방향이 협측 방향이면 각 개별치아의 사전 설정영역 또는 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정한다.

사전 설정영역을 이용한 가이드 영역 높이 자동 결정 예를 들면, 치아사이틈(Embrasure) 영역이 가이드 영역에 포함되지 않도록 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 결정한다. 사전 설정영역은 각 개별치아 별로 최소: 치아의 1/2 높이에서부터 최대: 치아의 2/3 높이까지의 영역을 의미하며, 사용자에 의해 설정 가능하다.

최대 풍융부 위치를 이용한 가이드 영역 높이 자동 결정 프로세스에 따르면, 가이드 디자인 장치(1)는 치아 영상의 잔존치아들을 개별치아로 분할하고, 분할된 개별치아 별로 교합 방향에서 잇몸 방향으로 가로로 미리 설정된 간격을 가지고 단면들을 생성한다. 이어서, 생성된 각 단면의 경계를 이루는 치아 외곽선의 총 길이를 계산한 후 계산된 각 단면의 총 길이 중에 최대값을 가지는 치아위치를 최대 풍융부 위치로 정의하고, 각 개별치아들의 최대 풍융부 위치를 연결한 영역까지를 포함하는 가이드 영역을 생성한다.

가이드 영역 자동 결정 단계(S510)에서, 가이드 디자인 장치(1)는 치아영역 방향이 설측 방향이면 상악은 구개영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 결정하고, 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정할 수 있다.

가이드 영역 자동 결정 단계(S510)에서, 가이드 디자인 장치(1)는 픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 픽스쳐 식립치아가 1개일 경우, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 좌우 양 옆의 인접치아를 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정한다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정한다. 픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하지 않는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하여 양 끝 치아 사이의 치아영역을 모두 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정할 수 있다.

이어서, 가이드 디자인 장치(1)는 자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하는지 여부를 판단한다. 이때, 모두 포함하지 않는 경우(S530) 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행할 수 있다(S540). 이에 따라, 가이드 디자인 단계에서의 사용자 수정을 최소화 하여 수술계획 수립시간을 단축시킬 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치를 이용한 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법에 있어서, 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치가
   상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계;
   자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계;
   자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하는지 여부를 판단하는 단계; 및
   모두 포함하지 않는 경우 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행하는 단계; 를 포함하며,
   가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   치아 영상의 잔존치아들을 개별치아로 분할하는 단계;
   분할된 개별치아 별로 교합평면과 수직인 방향의 축 정보를 기준으로 개별치아를 세로로 미리 설정된 간격을 가지고 단면들을 생성하는 단계;
   생성된 각 단면의 중심점을 기준으로 단면 영상에서의 치아 라인 정보를 이용하여 치아 영역까지 모든 장축을 연결한 후 이 중에 최대 길이를 가지는 최대장축 값을 정의하여 이를 치아 길이로 결정하는 단계;
   개별치아 각각에 대한 치아길이에 대하여 사전에 설정한 설정영역 값을 반영하여 각 치아의 가이드 라인을 정의하는 단계; 및
   분할된 개별치아의 각 가이드 라인을 연결하여 가이드 영역을 생성하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   치아영역 방향이 협측 방향이면 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   치아영역 방향이 설측 방향이면 상악은 구개영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 결정하고, 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   픽스쳐 식립치아가 1개일 경우, 픽스쳐 식립치아를 기준으로 좌우 양 옆의 인접치아를 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정하고,
   픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정하며,
   픽스쳐 식립치아가 2개 이상이고 연속하지 않는 경우, 양 끝에 위치한 2개의 치아를 기준으로 좌우 인접치아 2개 이상 포함하여 양 끝 치아 사이의 치아영역을 모두 포함하도록 가이드 영역의 길이를 자동 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
7. 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치를 이용한 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법에 있어서, 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치가
   상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계; 및
   자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계; 를 포함하고,
   가이드 영역을 자동 결정하는 단계는
   치아영역 방향이 협측 방향이면 치아사이틈(Embrasure) 영역이 가이드 영역에 포함되지 않도록 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   사전 설정영역은 각 개별치아 별로 최소 치아의 1/2 높이에서부터 최대 치아의 2/3 높이까지의 영역을 의미하며, 사용자에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
9. 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치를 이용한 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법에 있어서, 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치가
   상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정하는 단계; 및
   자동 결정된 가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계; 를 포함하고,
   가이드 영역을 생성하여 표시하는 단계는
   치아 영상의 잔존치아들을 개별치아로 분할하는 단계;
   분할된 개별치아 별로 교합 방향에서 잇몸 방향으로 가로로 미리 설정된 간격을 가지고 단면들을 생성하는 단계;
   생성된 각 단면의 경계를 이루는 치아 외곽선의 총 길이를 계산하는 단계;
   계산된 각 단면의 총 길이 중에 최대값을 가지는 치아위치를 최대 풍융부 위치로 정의하는 단계; 및
   각 개별치아들의 최대 풍융부 위치를 연결한 영역까지를 포함하는 가이드 영역을 생성하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 방법.
10. 임플란트 수술용 가이드 디자인 시 상악 및 하악을 포함하는 수술 케이스와 치아영역 방향에 따라 서로 상이한 기준을 적용하여 가이드 영역을 자동 결정한 후 이를 생성하는 제어부; 및
    생성된 가이드 영역을 치과영상에 표시하는 출력부; 를 포함하고,
    제어부는
    협측 방향으로의 가이드 영역의 높이, 설측 방향으로의 가이드 영역의 높이 및 픽스쳐 식립치아를 기준으로 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 수술 케이스 및 치아영역 방향에 따라 상이하게 결정하고,
    자동 결정된 가이드 영역이 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하는지 여부를 판단하여, 드릴링 홀 및 앵커핀을 모두 포함하지 않는 경우에는 드릴링 홀 및 앵커핀이 모두 포함되도록 가이드 영역을 임의로 확장하는 자동 수정을 수행하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치.
11. 제 10 항에 있어서, 제어부는
    치아영역 방향이 협측 방향이면 각 개별치아의 사전 설정영역 또는 최대 풍융부 위치를 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하고,
    치아영역 방향이 설측 방향이면 상악은 구개영역을 적어도 일부 포함하도록 가이드 영역을 자동 결정하고 하악은 각 개별치아의 사전 설정영역을 기준으로 가이드 영역의 높이를 자동 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치.
12. 제 10 항에 있어서, 제어부는
    픽스쳐 식립치아의 위치 및 개수에 따라 분류되는 부분 무치악 또는 완전 무치악 케이스에 따라 근심면 및 원심면 방향으로의 가이드 영역의 길이를 상이하게 결정하는 것을 특징으로 하는 임플란트 수술용 가이드 디자인 장치.

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