KR20220052951A - 시술지원시스템 및 위치정합장치 - Google Patents

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KR20220052951A
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조병현
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세이프 어프로치 메디칼 인크.
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Abstract

CT장치(120)는 피시술자의 위턱에서 아래턱 전체 또는 일부를 단층 촬영하여 CT데이터(촬상 데이터)를 출력하는 이른바 CT 스캔장치이다. 구강스캐너(200)는 플레이트(110)를 치아에 고정한 상태에서 구강 내부를 광학적으로 촬영하여 입체상을 얻고 이를 3차원 형상데이터로 출력하는 장치이다. 처리장치(190)는 플레이트(110)를 치아에 장착한 상태로 촬영해서 얻은 CT데이터 및 3차원 형상데이터와 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커 간의 위치관계에 근거하여 치아와 기준프레임용 마커 간의 위치관계를 산출한다.

Description

시술지원시스템 및 위치정합장치
본 발명은 임플란트 등의 매립대상물의 설치를 지원하는 시술지원시스템 및 위치정합장치에 관한 것이다.
임플란트나 이식기증자 대상 치아 등의 매립대상물을 설치할 때 사전에 촬영한 설계 화상에 현재 드릴날의 위치를 겹쳐 표시하는 시술지원시스템이 알려져 있다. 설계 화상을 촬영할 때는, 설계용의 드릴날을 석고모델 상에 두고, 임플란트나 이식기증자 대상 치아를 매립하기 위해서 절삭해야 할 구멍의 깊이나 형상을 결정한다(특허 문헌 1).
[특허문헌 1] 국제공개 제2018/088146호 팸플릿
그러나 임플란트를 위한 구멍을 절삭할 때와는 다른 드릴날을 사용하면, 설계시와 절삭시에 드릴날의 교체가 이루어져야 하기 때문에 번거롭다. 또한 실제 절삭시에 현재 드릴날의 각도나 위치를 시술자가 정확히 파악하지 못할 우려가 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 임플란트를 설치할 구멍을 정확하게 형성할 수 있도록 시술자를 지원하는 시술지원시스템 및 위치정합장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 제1 발명에 따른 시술지원시스템은, 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 가진 플레이트와, 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬영하는 촬상데이터를 출력하는 촬상부와, 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내의 3차원 형상을 취득하고 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너와, 촬상데이터 및 3차원 형상데이터를 바탕으로 매립대상물의 매립완료 위치를 산출하는 처리장치를 포함한다.
촬상부는 CT장치이며 촬상데이터는 CT데이터가 바람직하다.
구강스캐너는 광학 3차원 스캐너가 바람직하다.
처리장치는 촬상데이터에 포함되는 플레이트용 마커의 위치와 3차원 형상데이터에 포함되는 플레이트용 마커의 위치를 기초로 구강 내의 3차원 형상데이터를 구성하는 것이 바람직하다.
시술지원시스템은 드릴날을 가진 드릴에 탈착 가능하고 드릴용 마커를 가진 드릴용 프레임과 구강 내 치아에 장착되는 플레이트로부터 구강 밖으로 연장되도록 설치되며, 기준프레임용 마커를 가진 기준프레임과, 드릴용 마커 및 기준프레임용 마커를 촬영하여 마커 화상데이터를 출력하는 촬상장치와, 마커 화상데이터 및 3차원 형상데이터에 기초하여 현재의 드릴날의 위치에 대응하는 매립대상물의 매립완료 예측위치와, 현재의 드릴날의 위치에 대응하는 매립대상물의 현재위치를 산출하는 처리장치와, 매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하고 미리 결정한 매립대상물의 매립완료위치를 제1 속성으로 표시하고, 매립완료 예측위치를 제2 속성으로 표시하고, 현재위치를 제3 속성으로 표시하는 표시장치를 포함하는 것이 바람직하다.
시술지원시스템은 뼈 내부에 존재하는 신경을 표시하는 것이 바람직하다.
시술지원시스템은 신경과 현재 드릴날의 선단위치 간의 거리를 표시하는 것이 바람직하다.
시술지원시스템은 매립완료위치의 최심부(가장 깊은 부분)와 현재 드릴날의 선단위치 간의 거리를 표시하는 것이 바람직하다.
시술지원시스템은 뼈, 매립완료위치, 매립완료 예측위치 및 현재위치를 세 가지 다른 방향에서 본 화상을 표시하는 것이 바람직하다.
본 출원의 제2 발명에 따른 시술지원시스템은 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 갖는 플레이트와, 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬상하여 촬상데이터를 출력하는 촬상부와, 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내 3차원 형상을 취득하여 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너와, 플레이트로부터 구강 밖으로 연장될 수 있도록 플레이트에 장착되어 기준프레임용 마커를 갖는 기준프레임과, 드릴날을 가진 드릴에 탈착 가능하며, 드릴용 마커를 갖는 드릴용 프레임과, 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커 간의 위치관계를 사전에 저장하는 처리장치와, 드릴용 마커 및 기준프레임용 마커를 촬영하여 마커 화상데이터를 출력하는 촬상장치와, 매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하는 표시장치를 포함하되, 처리장치는 촬상데이터와 3차원 형상데이터와 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커 간의 위치관계와 마커 화상데이터를 기초로 치아와 기준프레임용 마커와의 위치관계를 산출하고, 또한 현재의 드릴날 위치에 대응하는 매립대상물의 매립완료 예측위치와 현재 드릴날 위치에 대응하는 매립대상물의 현재위치를 산출하고, 표시장치는 매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하고, 미리 결정된 매립대상물의 매립완료위치를 제1 속성으로 표시하고 매립완료 예측위치를 제2 속성으로 표시하고 현재위치를 제3 속성으로 표시한다.
본 출원의 제3 발명에 따른 위치정합장치는 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 갖는 플레이트와, 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬상하여 촬상데이터를 출력하는 촬상부와, 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내 3차원 형상을 취득하여 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너와, 플레이트로부터 구강 밖으로 연장되어 나갈 수 있도록 플레이트에 장착되어 기준프레임용 마커를 가진 기준프레임과, 기준프레임용 마커를 촬영하는 촬상장치와, 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커와의 위치관계를 사전에 저장하는 처리장치를 포함하되, 처리장치는 촬상데이터와 3차원 형상데이터와 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커 간의 위치관계에 기초하여 치아와 기준프레임용 마커와의 위치관계를 산출한다.
본 발명에 따르면 매립대상물을 설치하는 구멍을 정확하게 형성할 수 있도록 시술자를 지원하는 시술지원시스템 및 위치정합장치를 얻을 수 있다.
[도 1] 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
[도 2] 플레이트의 평면도이다.
[도 3] 플레이트와 기준프레임을 나타내는 도면이다.
[도 4] 치아에 고정된 플레이트와 기준프레임을 나타내는 도면이다.
[도 5] 드릴과 드릴용 프레임을 나타내는 도면이다.
[도 6] 표시장치에 표시되는 화상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
[도 7] CT 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 8] 제1 구강스캔 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 9] 임플란트의 위치를 설계하는 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 10] 임플란트의 위치를 설계하는 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 11] 임플란트를 시술하는 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 12] 제2 구강스캔 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 13] 제3 구강스캔 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 14] 제4 구강스캔 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 15] 프레임 위치산출 처리를 나타내는 흐름도이다.
[도 16] 표시장치에 표시되는 화상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
[도 17] 지대치 형성 처리를 설명하기 위한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태인 시술지원시스템(100)에 대해 설명한다. 이하, 매립대상물이 임플란트인 것을 전제로 하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 시술지원시스템(100)은 플레이트(110), CT장치(120), 기준프레임(130), 드릴용 프레임(160), 촬상장치(140, 170), 표시장치(180), 처리장치 (190), 및 구강스캐너(200)를 주로 포함한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 플레이트(110)는 치열에 따르는 대략 U자 형상을 가지며, 스텐트(112)에 고정되어 있다. 플레이트(110)의 내부에는 티타늄 구로 이루어진 7개의 CT마커(111)가 들어간다. 플레이트(110)의 표면에는 빛 반사율이 높은 도료로 구성된 광학마커(113)가 설치된다. 플레이트(110)에 있어서 CT마커(111) 및 광학마커(113)의 위치는 미리 정밀하게 결정되어 처리장치에 저장된다. CT마커(111) 및 광학마커(113)가 플레이트용 마커를 구성한다. 그리고 플레이트는 피시술자의 치아 형상에 맞도록 제작된 스텐트(112)를 통하여 피시술자의 치아에 장착된다.
도 1을 참조하면, CT장치(120)는 피시술자의 위턱에서 아래턱 전체 또는 일부를 단층 촬영하여 CT데이터(촬상데이터)를 출력하는 이른바 CT 스캔장치(촬상부)다. 임플란트 구멍을 절삭하기 전에 스텐트(112)를 통하여 피시술자의 치아에 플레이트(110)를 고정한 후 플레이트(110)와 함께 피시술자의 위턱에서 아래턱 전체 또는 일부를 단층촬영한다. 촬영으로 얻어진 CT데이터는 처리장치(190)에 송신된다.
구강스캐너(200)는 스텐트(112)를 이용하여 플레이트(110)를 치아에 고정한 상태에서 구강 내부를 광학적으로 촬상하여 입체상을 얻고 이를 3차원 형상데이터로 출력하는 광학 3차원 스캐너이다. 구강스캐너(200)는 임플란트 구멍을 절삭하기 전에 스텐트(112)를 통해 피시술자의 치아에 플레이트(110)를 고정한 후 플레이트(110)와 함께 피시술자의 위턱에서 아래턱의 전체 또는 일부를 촬영한다. 이때 플레이트(110)는 임플란트를 하는 위치에 대응하는 부위가 제거되어 있다. 구강스캐너(200)의 촬영으로 얻어진 3차원 형상데이터는 처리장치(190)에 송신된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기준프레임(130)은 플레이트(110)로부터 구강 밖으로 연장되도록 설치되는 고정지지부(131)와 고정지지부로부터 연장되는 마커지지부(132)를 주로 포함한다. 고정지지부(131)와 마커지지부(132)는 서로 요동 가능하도록 힌지(133)를 통해 접속된다. 고정지지부(131)와 마커지지부(132)가 이루는 요동 각도는 0도에서 90도까지의 각도 범위이며, 힌지(133)에 부착된 레버(134)를 고정 위치에 두면 0도, 30도, 60도 및 90도로 고정 가능하다. 기준프레임(130)은 플레이트(110)와 도시되지 않는 어태치먼트(attachment)를 통해 견고하게 접속된다. 이렇게 함으로써 플레이트(110)와 기준프레임(130)과의 위치관계는 요동각도에 따라 결정되는 값이 된다. 여기서 레버(134)를 이용해서 고정 가능한 각도는 하나의 예시이며, 다른 각도이어도 좋다.
마커지지부(132)는 선단으로부터 사방으로 연장되는 아암을 포함하고 아암 끝에 원반형상의 기준프레임용 마커(135)가 장착된다. 기준프레임용 마커(135)는 적외선을 반사하는 소재로 구성된다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 드릴(150)은 끝 부분에 드릴날(151)이 부착된 치과용 드릴로서, 말단부에 드릴용 프레임(160)이 탈착 가능하도록 장착된다. 드릴용 프레임(160)은 선단으로부터 삼면으로 연장되는 아암을 포함하고, 아암 끝에 원반형상의 드릴용 마커(161)가 부착된다. 드릴용 마커(161)는 적외선을 반사하는 소재 및 적외선 발광다이오드(IRLED)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 촬상장치(140, 170)는 스테레오 적외선 카메라로, 촬상장치(140)는 기준프레임용 마커(135)를 촬영해 얻은 화상을 처리장치(190)에 송신하고, 촬상장치(170)는 드릴용 마커(161)를 촬영해 얻은 화상을 처리장치(190)에 송신한다.
처리장치(190)는 도시되지 않는 연산장치와 기억장치를 포함하고 CT장치(120), 촬상장치 (140, 170), 표시장치(180) 및 구강스캐너(200)에 연결된다. 또한 처리장치(190)는 7개의 플레이트용 마커 상호 간 위치관계 및 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커(135) 간의 위치관계를 사전에 저장한다.
처리장치(190)는 촬상장치(140, 170)의 데이터를 바탕으로 현재 드릴날(151)의 위치에 대응하는 임플란트 매립완료 예측위치와 현재 드릴날(151)의 위치에 대응하는 임플란트의 현재위치를 산출한다.
처리장치(190)는 플레이트(110)를 치아에 장착한 상태에서 촬영하여 얻은 CT데이터 및 3차원 형상데이터와 CT마커(111)와 기준프레임용 마커(135) 간의 위치관계와 드릴용 마커(161) 및 기준프레임용 마커(135)와의 위치관계에 근거하여 치아와 기준프레임용 마커(135) 간의 위치관계를 산출하고, 또한 현재 드릴 위치에 대응하는 임플란트의 매립완료 예측위치와 현재 드릴 위치에 대응하는 임플란트의 현재위치를 산출한다.
또한 처리장치(190)는 설계 시 미리 결정된 임플란트 매립완료위치와 뼈 내부에 존재하는 신경의 위치를 기억하고, 절삭 시 현재 드릴날(151)의 선단위치와 신경과의 거리 및 매립완료위치의 최심부와 현재 드릴날(151)의 선단위치 간의 거리를 산출한다.
또는 처리장치(190)는 플레이트(110)를 치아에 장착한 상태로 촬영해서 얻은 CT데이터 및 3차원 형상데이터와 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커(135) 간의 위치관계에 근거하여 치아와 기준프레임용 마커(135) 간의 위치관계를 산출한다. 이것을 프레임 위치산출 처리라고 한다.
표시장치(180)는 처리장치(190)로부터 수신한 신호에 따라 CT데이터 및 3차원 형상데이터로부터 얻은 임플란트가 심어지는 뼈 및 치아를 표시하며, 미리 결정된 임플란트의 매립완료 위치를 제1 속성, 예를 들어 빨간색으로 표시하고, 매립완료 예측위치를 제2 속성, 예를 들어 노란색으로 표시하며, 현재위치를 제3 속성, 예를 들어 파란색으로 표시한다.
도 6을 참조하여 표시장치(180)에 나타난 화상에 대해 설명한다. 화상은 6개의 영역으로 나뉘며 좌측 영역(31-33)에는 CT데이터에 의한 3개의 다단면 재구성상(MRP상, multi-planar reconstruction, multi planar reconstruction)이, 우측 영역(34-36)에는 CT데이터에 의한 3개의 3D 렌더링 화상이 표시된다. 표시장치(180)는 다단면 재구성상 및 3D 렌더링 화상을 위쪽, 바깥쪽, 안쪽, 아래쪽 등 중 3가지 다른 방향에서 본 화상을 시술자의 희망에 따라 적절히 표시할 수 있다. 예를 들어 영역(31)에는 영역(32, 33)에 표시된 십자선 중 대략 수평선으로 특정되는 단면이 표시되고, 영역(32)에는 영역(31, 33)에 표시된 십자선 중 대략 연직선으로 특정되는 단면이 표시되며, 영역(33)에는 영역(31)에 표시된 대략 수평선과 영역(32)에 표시된 대략 연직선으로 특정되는 단면이 표시된다. 이들의 대략 수평선 및 대략 연직선은 단면마다 대응하여 같은 색을 입힐 수 있다. 또한, 영역(35) 내에는, 드릴날의 선단과 매립완료위치의 저부와의 거리(37)와 드릴날의 선단과 신경과의 거리(38)가 표시된다. 이로 인해, 시술자가 구체적인 수치를 파악해 정밀하게 작업을 실시할 수 있다.
다음으로 도 7을 참조하여, CT장치(120)를 이용하여 피시술자의 위턱으로부터 아래턱 전체 또는 일부를 단층 촬영하여 CT데이터를 출력하는 CT 처리에 대해 설명한다. CT 처리는 CT장치(120)의 설치장소(예를 들어 치과의원)에서 실행된다. 우선 과정 S61에서 시술자는 임플란트를 설치하는 치아의 치형을 본떠 석고모델을 만들고 석고모델을 이용해 스텐트(112)를 제작한다. 다음 과정 S62에서는 시술자는 스텐트(112)를 플레이트(110)에 부착한다. 그리고, 다음의 과정 S63에서는, 플레이트(110)를 피시술자의 치아에 고정한다. 다음 과정 S64에서는 시술자는 플레이트(110)와 함께 피시술자의 위턱에서 아래턱 전체 또는 일부를 단층 촬영하여 CT데이터를 얻는다. 과정 S65에서는 시술자는 CT데이터를 처리장치(190)에 송신한다.
다음으로 도 8을 참조하여 구강스캐너(200)를 이용하여 구강 내부를 광학적으로 촬상하여 입체상을 얻고, 이를 3차원 형상데이터로 출력하는 제1 구강스캔 처리에 대해 설명한다. 제1 구강스캔 처리는 구강스캐너(200)의 설치장소(예를 들어 치과의원)에서 실행된다. 먼저 과정 S71에서 시술자는 플레이트(110)에서 임플란트를 설치할 위치에 대응하는 부위를 제거하고 플레이트(110)를 피시술자의 치아에 고정한다. 다음 과정 S72에서는 시술자는 구강 내부를 광학적으로 촬영하여 입체상(3D image)을 얻는다. 다음 과정 S73에서 시술자는 입체상을 3차원 형상데이터로서 처리장치(190)에 송신한다.
다음으로 도 9 및 도 10을 참조하면서 CT데이터 및 3차원 형상데이터를 이용하여 임플란트의 위치를 설계하는 처리에 대해 설명한다. 이 처리는 처리장치(190)를 이용하여 처리장치(190)의 설치장소(예를 들어 치과기공소)에서 실행된다. 우선 과정 S81에서 처리장치(190)는 CT장치(120)로부터 CT데이터를 얻는다. 다음 과정 S82에서 처리장치(190)는 CT데이터를 이용하여 치아의 3차원 모델을 생성한다. 다음 과정 S83에서 처리장치(190)는 사전에 저장되어 있는 플레이트(110)의 CT마커(111) 위치를 읽어 CT데이터로부터 CT마커(111)를 찾아 위치를 기록한다. 그리고 처리장치(190)는 사전에 저장된 CT마커(111)의 위치와 CT데이터의 CT마커(111)의 위치를 맞춘다. 이렇게 함으로써 CT데이터와 플레이트(110)의 위치관계 데이터가 산출된다. 다음 과정 S84에서 처리장치(190)는 구강스캐너(200)에서 3차원 형상데이터를 얻어 3차원 형상데이터로부터 광학마커(113)를 찾아 위치를 기록한다. 그리고 사전에 기억되어 있는 광학마커(113)의 위치와 3차원 형상데이터에서 광학마커(113)의 위치를 맞춘다. 이렇게 함으로써, 3차원 형상데이터와 플레이트(110) 간의 위치관계 데이터가 산출된다. 그리고 처리장치(190)는 CT데이터와 플레이트(110)의 위치관계 데이터와 3차원 형상데이터와 플레이트(110)의 위치관계 데이터를 이용하여 CT장치(120)로 얻은 CT 화상에 구강스캐너(200)로 얻은 광학 3차원 상을 중첩한다.
다음의 과정 S85에서는, 처리장치(190)의 사용자(예를 들면, 치과기공사, 이하 처리장치(190)의 사용자를 '치과기공사 등'이라 기재한다)는 과정 S84에서 얻은 화상을 참조하여 의치의 위치 및 형상을 설계한다. 다음 과정 S86에서는 치과기공사 등은 과정 S84에서 설계한 의치에 따라 임플란트의 위치 및 형상을 설계한다. 일반적으로 구강 내에 금속 부품이 있으면 금속에 의해 빔 하드닝(beam hardening)이 발생하여 정확한 CT 화상을 얻을 수 없다. 그러나 이 실시예에 따르면, 처리장치(190)가 CT 화상에 광학 3차원 화상을 중첩하기 때문에 금속제 부품이 있는 부위 및 그 주변이 광학 3차원 화상에 의해 보완되어 정확한 화상을 얻을 수 있다. 그리고 치과기공사 등은 정확한 화상을 바탕으로 의치 및 임플란트를 보다 정확하게 설계할 수 있다.
다음으로 도 11을 참조하여 과정 S86에서 설계된 임플란트의 위치 및 형상을 이용하여 임플란트를 시술하는 처리에 대해 설명한다. 이 처리는 위에서 설명한 임플란트의 위치를 설계하는 처리에 사용한 처리장치(190)와 동일한 기능을 가진 처리장치(190)를 이용하여 치과의사에 의해 치과의원 등에서 실행된다. 우선 과정 S101에서 치과의사에 의해 CT데이터, 3차원 형상데이터, 과정 S85에서 설계된 의치의 위치 및 형상, 과정 S86에서 설계된 임플란트의 위치 및 형상, 과정 S84에서 얻은 화상 등이 처리장치(190)에 입력된다. 다음 과정 S102에서는 과정 S101에서 입력된 정보에 근거하여 치과의사가 임플란트의 위치를 결정한다. 상세한 것은 설계처리로서 후술된다. 다음 과정 S103에서는 치과의사는 후술되는 어프로치 처리 및 절삭처리를 실행한다. 그리고 처리가 종료된다.
다음으로 도 12를 참조하여 제1 구강스캔 처리의 다른 실시형태인 제2 구강스캔 처리에 대해 설명한다. 제2 구강스캔 처리는 제1 구강스캔 처리와 마찬가지로 치과기공소 등에서 실행된다. 먼저 과정 S111에서 치과기공사 등은 플레이트(110)에서 임플란트를 설치하는 위치에 대응하는 부위를 제거하고 과정 S61에서 제작된 석고모델에 플레이트(110)를 고정한다. 다음 과정 S112에서는 치과기공사 등은 석고모델과 플레이트(110)를 광학적으로 촬영하여 입체상을 얻는다. 다음 과정 S113에서는 치과기공사 등은 입체상을 3차원 형상데이터로서 처리장치(190)에 송신한다. 이렇게 함으로써, 치과기공사 등은 용이하고 확실하게 입체상을 얻을 수 있다.
다음으로 도 13을 참조하여, 제1 및 제2 구강스캔 처리의 다른 실시형태인 제3 구강스캔 처리에 대해 설명한다. 제3 구강스캔 처리는 제1 구강스캔 처리와 마찬가지로 치과기공소 등에서 실행된다. 우선 과정 S121에서 치과기공사 등은 임플란트를 설치하는 위치에 대응하는 부위가 제거된 플레이트(110)를 과정 S61에서 작성된 석고모델에 고정한다. 다음 과정 S122에서는 치과기공사 등은 석고모델과 플레이트(110)를 광학적으로 촬영하여 3차원 형상데이터를 얻는다. 다음 과정 S123에서는 치과기공사 등은 CAD/CAM 소프트웨어를 이용해 3차원 형상데이터 상에 의치를 제작한다. 그리고, 치과기공사 등은, 작성된 데이터를 3차원 형상데이터로서 처리장치(190)에 송신한다. 이렇게 함으로써, 치과기공사 등은 용이하고 확실하게 의치가 첨부된 3차원 형상데이터를 얻을 수 있다.
다음으로 도 14를 참조하여 제1 내지 제3 구강스캔 처리의 다른 실시형태인 제4 구강스캔 처리에 대해 설명한다. 제4 구강스캔 처리는 제1 구강스캔 처리와 마찬가지로 치과기공소 등에서 실행된다. 먼저 과정 S131에서 치과기공사 등은 과정 S61에서 제작된 석고모델에 의치를 제작한다. 다음 과정 S132에서 치과기공사 등은 플레이트(110)에서 임플란트를 설치하는 위치에 대응하는 부위를 제거하고, 과정 S131에서 제작된 의치가 부착된 석고모델에 플레이트(110)를 고정한다. 다음 과정 S133에서는 치과기공사 등은 석고모델과 플레이트(110)를 광학적으로 촬영하여 입체상을 얻는다. 다음 과정 S134에서는 치과기공사 등은 입체상을 3차원 형상데이터로서 처리장치(190)에 송신한다. 이렇게 함으로써, 치과기공사 등은 용이하고 확실하게 의치가 포함된 입체상을 얻을 수 있다.
다음으로 도 15를 참조하여 프레임 위치산출 처리에 대해 설명한다. 과정 S41에서 처리장치(190)는 사전에 저장되어 있는 플레이트(110)의 CT마커(111)의 위치를 읽어낸다. 다음으로 과정 S42에서 처리장치(190)는 플레이트(110)를 치아에 장착한 상태로 촬영하여 얻은 CT데이터에서 CT마커(111)를 찾아 위치를 기록한다. 다음 과정 S43에서 처리장치(190)는 과정 S41에서 읽은 CT마커(111)의 위치와 과정 S42에서 찾아낸 CT마커(111)의 위치를 맞춘다. 이로 인해 CT데이터와 플레이트(110)의 위치관계 데이터가 산출된다. 다음 과정 S44에서는 시술자가 고정지지부(131)와 마커지지부(132)가 이루고 있는 0도, 30도, 60도 및 90도 중 하나의 요동각도를 처리장치에 입력한다. 다음 과정 S45에서는 처리장치(190)는 우선 과정 S44에서 입력된 요동각도에 따라 요구되는 행렬식을 구한다. 여기에서 전술한 바와 같이 플레이트(110)와 기준프레임(130)과의 위치관계는 이미 알려진 값이므로 처리장치(190)는 플레이트용 마커와 기준프레임용 마커(135)와의 위치관계에 근거하여 요동각도에 따라 요구되는 행렬식을 산출한다. 그리고 처리장치(190)는 과정 S43에서 결정된 CT데이터와 플레이트(110)의 위치관계데이터에 이 행렬식을 곱하여 CT데이터와 기준프레임(130)과의 위치관계를 연산한다. 그리고 처리를 종료한다.
다음으로 도 16을 참조하여 시술지원시스템(100)을 이용한 임플란트 시술처리에 대해 설명한다. 시술처리는 설계처리와 어프로치 처리, 절삭처리로 이루어진다. 이하, 순서대로 설명한다.
설계처리는 CT데이터에 근거하여 임플란트의 위치를 결정하는 처리이다. 우선 시술자는 CT데이터를 바탕으로 시술자가 뼈 내부에 존재하는 신경(54)의 위치를 확정한다. 그리고 시술자는 신경(54)의 위치와 겹치지 않도록, 또한 제반 사정을 고려하여 임플란트의 위치를 결정한다. 그리고 시술자는 신경(54) 및 임플란트 위치에 대한 데이터를 처리장치(190)에 입력한다.
어프로치 처리는 뼈에 대한 드릴날(151)의 진입 각도를 결정하는 처리이다. 우선 처리장치(190)가 임플란트를 매립할 뼈 및 치아와 미리 결정된 임플란트의 매립완료위치(51)와 신경(54)의 위치를 연산해 이들을 합성한 화상을 생성한다. 다음으로 표시장치(180)가 이 화상을 표시한다(도 16(A) 참조). 이때 매립완료위치(51)가 빨간색으로 표시된다. 다음으로 시술자는 표시장치(180)에 표시된 화상을 참조하면서 피시술자의 구강 내에 드릴날(151)을 진입시키고 임플란트를 설치할 예정인 위치에 드릴날(151)을 임시 적용한다. 이때 촬상장치(140)는 기준프레임용 마커(135)를 촬영해 얻은 화상을 처리장치(190)에 연속적으로 송신하고, 촬상장치(170)는 드릴용 마커(161)를 촬영해 얻은 화상을 처리장치(190)에 연속적으로 송신한다. 처리장치(190)는 화상을 이용해 피시술자의 구강 내 드릴날(151)의 위치를 연산하고, 요구되는 위치에 근거하여 표시장치(180)에 뼈에 대한 드릴날(151)의 위치를, 드릴날(151)의 끝에 가상적으로 부가한 가상 임플란트(300)와 함께 연속적으로 표시시킨다(도 16(B) 참조). 가상 임플란트(300)는 임플란트가 심어질 위치를 예측하는 매립완료 예측위치를 나타내는 것으로 노란색으로 표시된다. 그리고 시술자가 드릴을 조작해 뼈에 대한 드릴날(151)의 위치와 각도를 바꾸면 처리장치(190)는 변화에 따라 표시장치(180)에 표시하도록 하는 드릴날(151) 및 가상 임플란트(300)의 위치와 각도를 변경한다(도 16(C), (D) 참조). 가상 임플란트(300)의 위치 및 각도가 매립완료위치(51)와 일치하는 것을 시술자가 확인하면 다음의 절삭처리로 이행한다.
절삭처리는 피시술자의 뼈에 실제로 구멍을 뚫는 처리이다. 어프로치 처리에 이어 가상 임플란트(300)의 위치 및 각도가 매립완료위치(51)와 일치된 상태를 유지한 채 시술자가 드릴날(151)을 동작시켜 절삭을 개시한다(도 16(E) 참조). 이 처리에 있어서도 어프로치 처리와 마찬가지로 촬상장치(140, 170), 처리장치(190) 및 표시장치(180)가 연속적으로 동작하며, 처리장치(190)는, 뼈 내부로 진입한 드릴날(151)의 위치를, 현재위치(52)로서 파란색으로 표시장치(180)에 연속적으로 표시시킨다. 각 위치가 연속적으로 갱신되어 표시장치(180)에 표시되기 때문에 어프로치 처리에서 결정한 위치 및 각도에서 현재위치(52)가 벗어나면, 표시장치(180)에 있어서 가상 임플란트(300)가 매립완료위치(51)로부터 벗어난다. 따라서 이를 본 시술자는 현재의 각도 그대로 절삭을 계속하면 매립완료위치(51)로부터 벗어난 위치에 구멍이 뚫리는 것을 쉽게 인지할 수 있어 더욱 적절한 진입각도로 수정할 수 있다. 그리고 시술자는 현재위치(52)가 매립완료위치(51)와 일치할 때까지 절삭을 행하여(도 16(F) 참조) 절삭처리를 완료한다. 또한 현재위치(52)가 매립완료위치(51)를 초과한 경우, 매립완료위치(51)의 바닥부로부터 드릴날(151)이 돌출된다(도 16(G) 참조). 이렇게 함으로써 시술자는 현재위치(52)가 매립완료위치(51)를 초과하고 있음을 쉽게 인지할 수 있어 절삭을 중지할 수 있다. 이상으로부터, 시술자는 표시장치(180)에 표시된 화상을 보면서 드릴날(151)의 위치 및 각도를 파악하고 위치 및 각도를 적절히 수정하면서 절삭작업을 수행할 수 있다.
또, 플레이트용 마커의 수는 7개로 한정되지 않고, 복수이면 된다. 또 드릴용 마커(161)는 적외선을 반사하는 소재 및 적외선 발광다이오드(IRLED) 중 어느 하나이어도 좋다.
요동각도는 0도에서 90도까지의 각도 범위 또는 0도, 30도, 60도 및 90도로 한정되지 않고 이 이외의 각도로 고정되어도 좋다.
처리장치(190)는 하나로 설명했는데 치과기공소에 1대, 치과의원에 시술지원장치로서 나누어 설치해도 된다.
이상, 피시술자의 구강 내에 임플란트를 매립 설치하는 경우를 전제로 주로 설명했다. 전술한 바와 같이, 피시술자의 구강 내에 설치하는 대상은 임플란트에 한정되지 않으며 피시술자 본인의 치아이어도 좋다. 즉, 본 발명은 치아 이식 네비게이션에도 적용할 수 있다. 이 경우 도 16에 있어서, 가상 임플란트(300)로 대체하여, 피시술자의 이식 대상 치아의 형상이 표시장치(180)에 표시되어 있다. 또 임플란트 매립완료위치(51)로 대체하여 피시술자의 이식 대상 치아의 형상이 복사되어 표시장치(180)에 표시되어 있다. 치아의 형상은 치아마다 다르고 임플란트보다 더 복잡한 형상이다. 시술자는 이식 본 치아를 즉시 빼는 상태(탈구상태)로 만든 후 표시장치(180)의 표시에 따라 이식할 자리의 뼈를 절삭해 둔다. 이에 따라 이식 본 치아를 신속하게 이식할 수 있기 때문에 치아 이식의 성공률을 높일 수 있다.
이상, CT장치(120)로 얻은 3차원 형상데이터와 구강스캐너(200)로 얻은 3차원 형상데이터를 모두 이용하여 매립대상물의 매립을 지원하는 시스템에 대해서 설명했다. 임플란트 등의 매립대상물을 피시술자의 구강 내에 매립하는 경우에는 피시술자의 뼈 일부를 절삭할 필요가 있기 때문에 CT장치(120)에서 피시술자의 뼈를 포함한 3차원 형상데이터가 필요하다. 이에 반해 단체(single body)의 풀 크라운 또는 브릿지를 피시술자에게 설치하기 위해 실시되는 지대치 형성에 있어서는 시술자의 뼈까지 촬영된 데이터는 불필요하다. 이 때문에 지대치 형성에 있어서는 구강스캐너(200)로 얻은 3차원 형상데이터만을 사용해도 된다. 이하 이 경우에 대해 설명한다.
도 17(a)-(e)는 지대치 형성처리를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 17(a)는, 브릿지(400)와 지대치(500)를 나타내는 도면이다. 도 17(a)에 나타나듯이 지대치 형성처리에서는 피시술자의 치아에 브릿지(400)를 끼워넣기 위해 시술자가 피시술자의 치아 일부를 절삭한다.
도 17(b)는 구강스캐너(200)의 데이터로부터 재구축한 피시술자의 구강 표면의 3차원 형상데이터를 나타내는 도면으로, 표시장치(180)에 표시되는 영상을 나타내고 있다. 시술자는 먼저 피시술자의 구강 내부를 구강스캐너(200)로 촬영하여 3차원 형상데이터를 생성한다.
도 17(c)는 지대치 형성을 위한 설계를 나타내는 도면으로, 도 16의 설계처리에 상당한다. 도 17 (c)에 나타낸 것과 같이 시술자는 시술에 사용하는 브릿지(400)나 크라운의 성질을 고려하여 지대치(500)의 형상을 결정한다. 그리고, 시술자는, 결정된 지대치(500)의 형상을 처리장치(190)에 입력한다. 표시장치(180)에서 시술자가 결정한 지대치(500)의 형상은 그것 이외와는 다른 제1 속성(예를 들어 빨간색)으로 표시한다.
도 17(d)는 도 16에서의 절삭처리에 상당하는 도면이다. 촬상장치(140, 170), 처리장치(190) 및 표시장치(180)가 연속적으로 동작하며, 처리장치(190)는 지대치(500)로 해야 할 치아에 접근하는 드릴날(151)의 위치를 현재위치(52)로서 제2 속성(예를 들면 파란색)으로 표시장치(180)에 연속적으로 표시시킨다. 시술자가 결정한 지대치(500)의 형상은 제1 속성으로 표시되어 있기 때문에 시술자는 표시장치(180)의 표시를 보면서 드릴날(151)을 조작하여 치아가 결정한 지대치(500)의 형상이 될 때까지 절삭할 수 있다.
도 17(e)는, 지대치(500)에 브릿지(400)를 부착한 상태를 나타내는 도면이다. 피시술자의 실제 치아 대신에 시술자의 치아의 석고 모형을 사용함으로써, 실시형태와 관련된 시술지원시스템(100)은 시술자의 지대치 형성을 위한 훈련용으로 사용할 수도 있다.
이상, 본 발명을 실시형태를 토대로 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시의 형태로 기재의 범위로 한정되지 않고, 그 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들어 장치의 전부 혹은 일부는 임의의 단위로 기능적 또는 물리적으로 분산, 통합하여 구성할 수 있다. 또, 복수의 실시형태의 임의의 조합에 의해서 발생되는 새로운 실시의 형태도 본 발명의 실시의 형태에 포함된다. 조합에 의해 발생하는 새로운 실시형태의 효과는 원래 실시형태의 효과를 겸비한다.
또한 본 명세서 및 도면에 나타낸 각 부재의 크기, 형상 및 수량은 예시이며 이들의 크기, 형상 및 수량에 한정되지 않는다. 또 각 부재의 소재는 예시이지 이 소재에 한정되지 않는다.
여기에 부수되는 도면을 참조해 본 발명의 실시형태가 설명되었지만, 기재된 발명의 범위와 정신으로부터 일탈하지 않으면서 변형이 각부의 구조와 관계에 행해지는 것은 통상의 기술자에게 있어서 자명하다.
100 시술지원시스템
110 플레이트
111 CT마커
112 스텐트
113 광학마커
120 CT장치
130 기준틀
131 고정지지부
132 마커지지부
133 힌지
134 레버
135 기준프레임용 마커
140 촬영장치
150 드릴
151 드릴날
160 드릴용 프레임
161 드릴용 마커
170 촬상장치
180 표시장치
190 처리장치
200 구강스캐너
300 가상 임플란트

Claims (11)

  1. 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 갖는 플레이트;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬영하여 촬상데이터를 출력하는 촬상부;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내 3차원 형상을 취득하여 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너; 및
    상기 촬상데이터 및 상기 3차원 형상데이터를 기초로 매립대상물의 매립완료위치를 산출하는 처리장치
    를 포함하는 시술지원시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬상부는 CT장치이며, 상기 촬상데이터는 CT데이터인 시술지원시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구강스캐너는 광학 3차원 스캐너인 시술지원시스템.
  4. 제1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리장치는 상기 촬상데이터에 포함되는 상기 플레이트용 마커의 위치와 상기 3차원 형상데이터에 포함되는 상기 플레이트용 마커의 위치를 바탕으로 구강 내 3차원 형상데이터를 구성하는 시술지원시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    드릴날을 갖는 드릴에 탈착 가능하며 드릴용 마커를 갖는 드릴용 프레임;
    구강 내 치아에 장착되는 플레이트로부터 구강 밖으로 연장되어 나가도록 설치되어 기준프레임용 마커를 갖는 기준프레임;
    상기 드릴용 마커 및 상기 기준프레임용 마커를 촬영하여 마커 화상데이터를 출력하는 촬상장치;
    상기 마커 화상데이터 및 상기 3차원 형상데이터를 바탕으로 현재의 상기 드릴날 위치에 대응하는 매립대상물의 매립완료 예측위치와 현재의 상기 드릴날 위치에 대응하는 매립대상물의 현재위치를 산출하는 처리장치; 및
    매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하여 미리 결정된 매립대상물의 매립완료위치를 제1 속성으로 표시하고, 상기 매립완료 예측위치를 제2 속성으로 표시하며, 상기 현재위치를 제3 속성으로 표시하는 표시장치
    를 포함하는 시술지원시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 뼈 내부에 존재하는 신경을 표시하는 시술지원시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신경과 현재 드릴날의 선단 위치 간의 거리를 표시하는 시술지원시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 매립완료위치의 최심부와 현재 드릴날 선단 위치 간의 거리를 표시하는 시술지원시스템.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뼈, 상기 매립완료위치, 상기 매립완료 예측위치 및 상기 현재위치를 세 가지 다른 방향에서 본 화상을 표시하는 시술지원시스템.
  10. 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 갖는 플레이트;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬상하여 촬상데이터를 출력하는 촬상부;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내 3차원 형상을 취득하여 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너;
    상기 플레이트로부터 구강 밖으로 연장되어 나가도록 상기 플레이트에 부착되어 기준프레임용 마커를 갖는 기준프레임;
    드릴날을 가진 드릴에 탈착 가능하며 드릴용 마커를 갖는 드릴용 프레임;
    상기 플레이트용 마커와 상기 기준프레임용 마커의 위치관계를 사전에 저장하는 처리장치;
    상기 드릴용 마커 및 상기 기준프레임용 마커를 촬영하여 마커 화상데이터를 출력하는 촬상장치; 및
    매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하는 표시장치를 포함하되,
    상기 처리장치는 상기 촬상데이터와 상기 3차원 형상데이터와 상기 플레이트용 마커와 상기 기준프레임용 마커의 위치관계, 상기 마커 화상데이터를 기초로 상기 치아와 상기 기준프레임용 마커의 위치관계를 산출하고, 현재의 상기 드릴날의 위치에 대응하는 매립대상물의 매립완료 예측위치와 현재의 상기 드릴날의 위치에 대응하는 매립대상물의 현재위치를 산출하고,
    상기 표시장치는 매립대상물이 매립되는 뼈 및 치아를 표시하여 미리 결정된 매립대상물의 매립완료위치를 제1 속성으로 표시하고, 상기 매립완료 예측위치를 제2 속성으로 표시하며, 상기 현재위치를 제3 속성으로 표시하는, 시술지원시스템.
  11. 치아에 장착되어 플레이트용 마커를 갖는 플레이트;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태를 촬상하여 촬상데이터를 출력하는 촬상부;
    상기 플레이트가 치아에 장착된 상태에서 구강 내 3차원 형상을 취득하여 3차원 형상데이터를 출력하는 구강스캐너;
    상기 플레이트로부터 구강 밖으로 연장되어 나가도록 상기 플레이트에 부착되어 기준프레임용 마커를 갖는 기준프레임;
    상기 기준프레임용 마커를 촬영하는 촬상장치; 및
    상기 플레이트용 마커와 상기 기준프레임용 마커 간의 위치관계를 사전에 저장하는 처리장치를 포함하되,
    상기 처리장치는 상기 촬상데이터와 상기 3차원 형상데이터와 상기 플레이트용 마커와 상기 기준프레임용 마커의 위치관계를 기초로 상기 치아와 기준프레임용 마커의 위치관계를 산출하는 위치정합장치.
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