WO2015076471A1 - 치과 임플란트 골융합 진단장치 및 이를 이용한 진단방법 - Google Patents

치과 임플란트 골융합 진단장치 및 이를 이용한 진단방법 Download PDF

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WO2015076471A1
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dental implant
voltage
bone fusion
threshold
bone
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홍정화
김훈희
민성기
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고려대학교 산학협력단
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    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools

Definitions

  • the present invention relates to a dental implant bone fusion diagnostic apparatus and a diagnostic method using the same.
  • Dental implants are devices for implanting dental implants into the patient's maxilla or mandible through surgical procedures to prevent displacement of the dental prosthesis.
  • Such dental implants are for example treated with a gingival penetrating structure in which part of the implant is directly out of the gum and directly connected to the preparation tooth, or only embedded completely in the gum for support of the removable prosthesis.
  • the dental implant is an implant located partially or entirely within the bone.
  • the dental implant is composed of a fixture implanted in the alveolar bone, abutment protruding in the oral cavity, a connector connecting them, and the like.
  • Such dental implants require a surgical procedure to remove the alveolar bone during implantation of the fixture. Surgical adhesion between implant fixture and bone can be successful only when bone metabolism is normal. Successful and perfect bone fusion is achieved when Ca's role in bone metabolism works properly.
  • the bone fusion state at the macro scale is diagnosed by a method such as a radiographic determination method, a percussion method described in the prior art document, and a method for measuring implant fluctuation.
  • the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention to provide a dental implant bone fusion diagnostic apparatus for objectively determining the degree of bone fusion between the dental implant and bone tissue.
  • Another object of the present invention is to provide a diagnostic method using a dental implant bone fusion diagnostic apparatus for objectively determining the degree of bone fusion between the dental implant and bone tissue.
  • Dental implant bone fusion diagnostic apparatus includes a voltage applying unit including at least two electrodes for applying a voltage in a range harmless to the human body from a voltage source to the dental implant and the surrounding bone tissue; A detector including at least two probes for detecting a flow potential generated in the bone tissue and the implant by the applied voltage; An amplifier including a differential amplifier connected to the detector; A control unit connected to the voltage applying unit and the amplifying unit to perform overall control; And a display unit connected to the control unit to display bone fusion state information between the dental implant and surrounding bone tissue according to the measured value of the flow potential.
  • the control unit displays the bone fusion information of the bone tissue and the implant by analyzing the characteristics of the flow potential by arithmetic processing using a moving average method in real time. It is characterized by displaying through.
  • the voltage applying unit is provided between the voltage source and the electrode further comprises a voltage converter for reducing the voltage of the voltage source to a range of harmless to the human body do.
  • the dental implant bone fusion diagnostic method comprises the steps of (A) applying a voltage in the range harmless to the human body through the electrode of the voltage applying unit to the dental implant and the surrounding bone tissue; (B) the control unit performing a zero point adjustment on the detection signal of the flow potential using a moving average method; (C) the control unit setting a local observation window with respect to the signal data on which the zero point adjustment is performed, selecting a primary threshold, and comparing the data using the primary threshold; (D) the control unit selecting a second threshold for a value exceeding the first threshold among the number of data; (E) selecting, by the controller, a third threshold value that is finally counted in a wide window including the local observation window; And (F) the control unit determining the degree of bone fusion of the implant using the third threshold and displaying bone fusion determination information through the display unit.
  • the step (A) comprises (A-1) detecting the flow potential generated in the dental implant and the surrounding bone tissue by the voltage through a probe of a detection unit; And (A-2) the signal including the flow potential is first removed by noise by the differential amplifier of the amplifier and transferred to the controller.
  • Dental implant bone fusion diagnostic method is characterized in that in step (B) the arithmetic average of the individual values within the repeating period by the moving average method sequentially.
  • the dental implant bone fusion diagnostic method is characterized in that 0V is set as a selection reference value for selecting the primary threshold in the step (C).
  • Dental implant bone fusion diagnostic method is the value or ratio of the last counting the number of local observation window having the absolute value of 0V with respect to the global observation window in the third threshold value (E) step. It is characterized by.
  • Dental implant osteofusion diagnostic apparatus accurately detects the flow potential signal and analyzes the characteristics of the flow potential through the differential amplification of the amplification unit and arithmetic processing using the moving average method in the control unit to determine the degree of bone fusion between bone tissue and implant There is an effect that can be objectively detected.
  • the bone fusion diagnosis method using the dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to the present invention has the effect of objectively determining the degree of bone fusion between the dental implant and bone tissue by removing noise factors and clearly detecting the characteristics of the flow potential.
  • FIG. 1 is a block diagram of a dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph for explaining a signal detection method using a single threshold.
  • 3 is a graph for explaining a signal detection method using a double threshold.
  • Figure 4 is a flow chart of a bone fusion diagnosis method using a dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an experimental simulation apparatus for explaining a bone fusion diagnostic method according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a signal graph processed by the bone fusion diagnostic method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Dental implant bone fusion diagnostic apparatus 100 is a voltage applying unit including two electrodes (101, 102) for applying a voltage in the range harmless to the human body from the voltage source 110 to the dental implant and surrounding bone tissue, A detector including two probes 121 and 122 for detecting a flow potential generated in bone tissue and an implant by an applied voltage, an amplifier 120 including a differential amplifier connected to the detector, a voltage applying unit and The display unit 140 connected to the amplifying unit 120 performs overall control, and the display unit 140 connected to the control unit 130 to display bone fusion state information between the dental implant and the surrounding bone tissue according to the measured value of the flow potential ).
  • the voltage applying unit includes a voltage source 110 and two electrodes 101 and 102 connected to the voltage source 110.
  • the voltage applying unit transmits a voltage in a range harmless to the human body from the voltage source 110 to the dental implant and the surrounding bone tissue through the two electrodes 101 and 102. Is authorized.
  • the two electrodes 101 and 102 are formed of a conductive material such as titanium, for example, so that one electrode contacts the dental implant and the other electrode contacts the surrounding bone tissue to apply the voltage of the voltage source 110.
  • the voltage applying unit may include a voltage converter (not shown) between the voltage source 110 and the two electrodes 101 and 102 to reduce the voltage of the voltage source 110 to a voltage in a range harmless to the human body.
  • a voltage converter (not shown) between the voltage source 110 and the two electrodes 101 and 102 to reduce the voltage of the voltage source 110 to a voltage in a range harmless to the human body.
  • the detection unit detects a streaming potential generated in the bone tissue and the implant through the probe 121 touching the bone tissue and the probe 122 touching the implant.
  • the streaming potential is that fluid in the bone tissue flows into the gap between the implant and the bone tissue when the bone fusion state between the bone tissue and the implant is not perfect, that is, when the bonding is not successful.
  • the flow potential detected through the probes 121 and 122 between the implant and the bone tissue where bone fusion was successfully achieved becomes 0V because there is no fluid flow.
  • the amplification unit 120 includes a differential amplifier for firstly removing noise included in a signal including a flow potential transmitted through the two probes 121 and 122, and controls the signal of the flow potential from which the noise is removed. To pass.
  • the controller 130 is connected to the voltage applying unit and the amplifying unit 120 to perform overall control to convert the voltage applied from the voltage source 110 of the voltage applying unit to the two electrodes 101 and 102 into a voltage that is harmless to the human body. Or analyzing the characteristics of the flow potential by using a moving average method (moving average method) on the signal transmitted from the amplification unit 120 in real time, and displays the bone fusion information of bone tissue and implant according to the result display unit 140 ) Can be displayed.
  • a moving average method moving average method
  • the dental implant bone fusion diagnosis apparatus 100 configured as described above accurately performs signal detection of the flow potential and analyzes the characteristics of the flow potential through differential amplification of the amplification unit 120 and arithmetic processing using a moving average method in the control unit 130. In addition, the degree of bone fusion between bone tissue and implants can be objectively detected.
  • Figure 2 is a graph for explaining a signal detection method using a single threshold
  • Figure 3 is a graph for explaining a signal detection method using a double threshold
  • Figure 4 is a dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention
  • 5 is a flow chart illustrating a method for diagnosing bone fusion using an experimental simulation apparatus for explaining a method for diagnosing bone fusion according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is processed by the method for diagnosing bone fusion according to another embodiment of the present invention.
  • Signal graph is a graph for explaining a signal detection method using a single threshold
  • Figure 3 is a graph for explaining a signal detection method using a double threshold
  • Figure 4 is a dental implant bone fusion diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention
  • 5 is a flow chart illustrating a method for diagnosing bone fusion using an experimental simulation apparatus for explaining a method for diagnosing bone fusion according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is processed by the method for diagnosing bone fusion according to another embodiment of
  • a single threshold method and a double threshold method are used as statistical methods for detecting signals in the bone fusion diagnosis method using the dental implant osteofusion diagnosis apparatus 100.
  • the single threshold method is most commonly used for observing the signal-to-noise ratio as shown in FIG. 2 and determining when the signal exceeds a certain value as the activation of the signal, but the magnitude of the error is highly dependent on the set threshold 210. .
  • the detection probability P dk of a signal appearing above a single threshold determined by the single threshold method is defined by Equation 1 below.
  • FIG. 3 is a graph illustrating a double threshold method used to reduce the probability of signal misdetection according to the single threshold value shown in FIG. 2.
  • the dual threshold method first determines the size of the observation window 320 by the number m of signals generated within a predetermined time by the user according to the use environment, and then determines the size of the signal exceeding the primary threshold 310 within the determined observation window 320.
  • the number is set as the secondary threshold and the two thresholds are used to determine whether the signal is activated.
  • Equation 2 the probability of k signals from the number m of consecutive signals m 0 exceeds the primary threshold value (310) of the signal dogs occurred within the time P r is the binomial distribution as a result of continuous Bernoulli attempt (repetition of Bernoulli trials) Form, which is shown in Equation 2 below.
  • Equation 3 The probability of occurrence of at least r 0 , which is a secondary threshold value, among m 0 consecutive signals exceeding the primary threshold 310 is expressed by Equation 3 below.
  • Equations 4 and 5 the probability P d at which the signal is detected above the double threshold and the probability P fa at which the signal is an error are expressed by Equations 4 and 5, respectively.
  • the probability that a signal is detected above the double threshold, P d, is the occurrence of at least r 0 , which is the secondary threshold, among the m 0 consecutive signals that exceed the primary threshold, and the probability of the signal that exceeds the primary threshold is P dk ; Becomes the form of.
  • the probability P fa of the detected signal is more than the second threshold r 0 out of m 0 consecutive signals, and the probability of occurrence of noise is Is in the form of a binomial distribution.
  • the size m of the local observation window 320 is 20, is the maximum value of the noise as the primary threshold 310, and the secondary threshold r 0 is 1. In this case, we can observe the probability P fa due to noise rather than the actual signal, because the r 0 value is set too small.
  • the bone fusion diagnosis method using the dental implant bone fusion diagnostic apparatus first to measure the voltage of the dental implant and the surrounding bone tissue in the range of harmless to the human body through the electrodes (101,102) of the voltage applying unit for the measurement of the flow potential It is applied to (S410).
  • applying the voltage to the two storage terminals 511 and 512 is the same as applying the voltage to the implanted teeth and the surrounding bone tissue through the electrodes 101 and 102 of the voltage applying unit.
  • the microfluidic flow tube 510 of the simulation apparatus simulates that the microfluidic flow of the bone tissue occurs because the implant is not fused to the surrounding bone tissue.
  • the internal fluid flows by the applied voltage.
  • the signal including the flow potential signal generated by the applied voltage is detected through the probes 121 and 122 of the detector, and the noise is first removed by the differential amplifier of the amplifier 120 and transferred to the controller 130.
  • the measurement of the flow potential is made in an environment exposed to a lot of noise other than the flow potential. Since this noise adversely affects the accurate measurement of the fine streaming potential, a differential amplifier can be used to first remove the noise measured with the original signal.
  • the controller 130 For the detection signal of the flow potential from which the noise is first removed, the controller 130 performs zero point adjustment using the moving average method (S420).
  • the moving average method can identify long-term fluctuations of data signals by removing irregularities in short-term fluctuations and arithmetically averaging individual values within a specific repetition period.
  • the zero adjustment is a moving average method for the detection signal of the flow potential from which noise is first removed, for example, arithmetic average of data for 5 seconds and subtracted from the existing data.
  • the control unit 130 selects the primary threshold range and compares the data using the primary threshold range with respect to the signal data on which the zero point adjustment is performed (S430).
  • the controller 130 may select a local observation window (window) 320 in units of 0.5 seconds and set an absolute value of 0 V as a selection reference value for selecting a primary threshold range.
  • the meaning of the absolute value 0V may be set in the feature that the flow potential does not occur if the bone fusion between the bone tissue and the dental implant is perfect and is detected as 0V.
  • the controller 130 may set the range including the maximum threshold value 210 shown in FIG. 3 and the range of the primary threshold value 210 having the upper limit value and the lower limit value.
  • the range of this primary threshold is set to have 0V as the median.
  • each signal is compared using a range of primary threshold values.
  • the controller 130 selects the number of data beyond the range of the first threshold among the actual number of data as the second threshold (S440).
  • the absolute value is measured as 0V, but the data existing within the range of the primary threshold among 100 data If the number is less than 80, a voltage of several tens of millivolts is detected with a value greater than or equal to the absolute value 0V.
  • the secondary threshold is selected and counted as the number of data out of the range of the primary threshold among the 100 data.
  • the controller 130 selects the value finally counted in the wide window including the local observation window 320 as the third threshold (S450).
  • the third threshold value is a value or a ratio of finally counting the number of local observation windows having an absolute value of 0 V in a 10 second wide viewing window including ten local viewing windows 320, and 99.9% of an external noise factor. Abnormal removal can determine the degree of bone fusion of the implant.
  • the third threshold is selected at a value of 8 or a ratio of 8/10 so that bone fusion is properly performed. Indicates state.
  • the third threshold is selected as the number of local observation windows having an absolute value of 0V, and thus the bone fusion of the implant is not performed properly. Indicates state.
  • the controller 130 determines the degree of bone fusion of the implant using the third threshold and displays the bone fusion determination information through the display 140 (S460).
  • the bone fusion diagnosis method using the dental implant bone fusion diagnosis apparatus 100 performs real-time signal processing using a moving average method on a signal output from the differential amplifier of the amplifier, As illustrated in FIG. 6, the signal graph (II), which is detected through the probes 121 and 122, may remove a noise factor and detect a signal graph (II) showing characteristics related to the flow potential.
  • the degree of bone fusion of the implant can be clearly determined, so that the control unit 130 detects 0V because no flow potential occurs when the bone fusion between the bone tissue and the dental implant is perfect.
  • the degree of bone fusion of the implant may be determined according to the value of the flow potential detected based on the feature, and the determination information may be displayed through the display 140.
  • the bone fusion diagnosis method using the dental implant bone fusion diagnostic apparatus 100 objectively determine the degree of bone fusion between the dental implant and bone tissue by removing noise factors and clearly detecting the characteristics of the flow potential can do.
  • Dental implant bone fusion diagnostic apparatus 100 to accurately detect the signal of the flow potential through the differential amplification of the amplifier 120 and arithmetic processing using the moving average method in the control unit 130 and the flow potential By analyzing the characteristics, the degree of bone fusion between the bone tissue and the implant can be objectively detected.

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치는 전압원으로부터 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하는 적어도 두 개의 전극을 포함한 전압 인가부; 상기 인가된 전압에 의해 골 조직과 임플란트에 발생한 유동전위를 검출하기 위한 적어도 두 개의 프로브를 포함한 탐지부; 상기 탐지부에 연결된 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함한 증폭부; 상기 전압 인가부와 증폭부에 연결되어 전반적인 제어를 수행하는 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 상기 유동전위의 측정값에 따라 상기 치과 임플란트와 주변 골조직 사이의 골융합 상태정보를 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함한다.

Description

치과 임플란트 골융합 진단장치 및 이를 이용한 진단방법
본 발명은 치과 임플란트 골융합 진단장치 및 이를 이용한 진단방법에 관한 것이다.
치과용 임플란트(dental implants)는 수술 과정을 통해 치과용 보형물을 환자의 상악이나 하악골 내에 이식하는 장치로서 치과 보철물의 변위를 방지해주는 역할을 한다.
이러한 치과용 임플란트는 예를 들어 임플란트의 부분이 잇몸에서 나와 직접 지대치에 연결되는 치은 관통형 구조이거나 또는 단지 가철식 보철물의 지지를 위해 잇몸 내에 완전히 묻히는 구조로 시술된다.
이에 따라, 치과용 임플란트는 부분적으로 또는 전체적으로 골내에 위치되는 임플란트이다.
치과용 임플란트는 치조골 내에 이식되는 고정체, 구강 내에 돌출되는 지대치, 및 이들을 연결해 주는 연결체 등으로 구성된다. 이러한 치과용 임플란트는 고정체를 이식하는 과정은 치조골을 절제해내는 외과적 시술을 필요로 한다. 외과적 술식을 통해서 임플란트 고정체와 골과의 유착은 골 대사가 정상적으로 일어나야 성공적으로 일어날 수 있는데, 골 대사에 있어서 Ca의 역할이 제대로 작용한 경우에 성공적이고 완벽한 골과 임플란트의 골 융합이 이루어진다.
종래에 이러한 치과용 임플란트의 시술 후에 골융합 상태를 판단하기 위해서는 방사선 사진 판정법, 선행기술문헌에 기재된 타진 방법, 및 임플란트 동요도 측정 방법 등과 같은 방법으로 매크로 스케일에서의 골융합 상태를 진단한다.
하지만, 종래에 골융합 상태를 진단하는 방법은 매크로 스케일에서 진단하기에는 정확한 진단이 어렵다.
또한, 치과 임플란트와 골조직의 골융합의 정도를 파악할 수 있는 정확한 근거 없이 시술자 또는 분석자의 노하우에 의해서 골융합 정도를 판정하므로, 치과 임플란트와 골조직의 골융합의 정도를 객관적으로 판정하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 치과 임플란트와 골조직의 골융합의 정도를 객관적으로 판정하기 위한 치과 임플란트 골융합 진단장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 치과 임플란트와 골조직의 골융합의 정도를 객관적으로 판정하기 위한 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 진단방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치는 전압원으로부터 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하는 적어도 두 개의 전극을 포함한 전압 인가부; 상기 인가된 전압에 의해 골 조직과 임플란트에 발생한 유동전위를 검출하기 위한 적어도 두 개의 프로브를 포함한 탐지부; 상기 탐지부에 연결된 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함한 증폭부; 상기 전압 인가부와 증폭부에 연결되어 전반적인 제어를 수행하는 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 상기 유동전위의 측정값에 따라 상기 치과 임플란트와 주변 골조직 사이의 골융합 상태정보를 디스플레이하는 디스플레이부;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치에서 상기 제어부는 실시간으로 이동평균법(moving average method)을 이용한 연산처리로 상기 유동전위의 특성을 분석하여 상기 골 조직과 임플란트의 골융합 정보를 디스플레이부를 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치에서 상기 전압 인가부는 상기 전압원과 상기 전극 사이에 구비되어 상기 전압원의 전압을 인체에 무해한 범위의 전압으로 감압하는 전압 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단방법은 (A) 전압 인가부의 전극을 통해 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하는 단계; (B) 제어부는 이동평균법을 이용하여 유동전위의 검출신호에 대해 0점 조정을 수행하는 단계; (C) 상기 제어부는 상기 0점 조정을 수행한 신호 데이터에 대해 국부 관찰창을 설정하고 1차 역치를 선정하며, 상기 1차 역치를 이용하여 상기 데이터를 비교하는 단계; (D) 상기 제어부는 상기 데이터 개수 중 상기 1차 역치를 넘어선 값에 대해 2차 역치를 선정하는 단계; (E) 상기 제어부는 상기 국부 관찰창을 포함한 광역 관찰창(wide window)에서 최종적으로 카운팅된 값을 3차 역치로 선정하는 단계; 및 (F) 상기 제어부는 상기 3차 역치를 이용하여 상기 임플란트의 골융합 정도를 판단하고 디스플레이부를 통해 골융합 판단 정보를 디스플레이하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단방법에서 상기 (A) 단계는 (A-1) 상기 전압에 의해 상기 치과 임플란트와 주변 골조직에 발생한 유동전위를 탐지부의 프로브를 통해 검출하는 단계; 및 (A-2) 상기 유동전위를 포함한 신호가 증폭부의 차동 증폭기에 의해 노이즈가 1차 제거되어 상기 제어부로 전달되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단방법은 상기 (B) 단계에서 상기 이동평균법으로 반복기간 내의 개별값을 순차적으로 산술평균하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단방법은 상기 (C) 단계에서 상기 1차 역치를 선정하기 위한 선정 기준값으로 0V를 설정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단방법은 상기 (E) 단계에서의 상기 3차 역치가 상기 광역 관찰창에 대해 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수를 최종적으로 카운팅한 값 또는 비율인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치는 증폭부의 차동 증폭과 제어부에서 이동평균법을 이용한 연산처리를 통해 유동전위의 신호 검출을 정확하게 수행하고 유동전위의 특성을 분석하여, 골 조직과 임플란트의 골융합 정도를 객관적으로 검출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 골융합 진단 방법은 노이즈 요인을 제거하고 유동전위에 관한 특성을 명확하게 검출하여 치과 임플란트와 골조직의 골융합의 정도를 객관적으로 판정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치의 블록도.
도 2는 단일 역치를 이용한 신호 검출 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 3은 이중 역치를 이용한 신호 검출 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 골융합 진단 방법에 관한 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 골융합 진단 방법을 설명하기 위한 실험 모사 장치.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 골융합 진단 방법에 의해 처리된 신호 그래프.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치의 블록도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)는 전압원(110)으로부터 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하기 위한 두 개의 전극(101,102)을 포함한 전압 인가부, 인가된 전압에 의해 골 조직과 임플란트에 발생한 유동전위를 검출하기 위한 두 개의 프로브(121,122)를 포함한 탐지부, 탐지부에 연결된 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함한 증폭부(120), 전압 인가부와 증폭부(120)에 연결되어 전반적인 제어를 수행하는 제어부(130), 및 제어부(130)에 연결되어 유동전위의 측정값에 따른 치과 임플란트와 주변 골조직 사이의 골융합 상태정보를 디스플레이하는 디스플레이부(140)를 포함한다.
전압 인가부는 전압원(110)과 전압원(110)에 연결된 두 개의 전극(101,102)을 포함하여, 전압원(110)으로부터 인체에 무해한 범위의 전압을 두 개의 전극(101,102)을 통해 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가한다. 여기서, 두 개의 전극(101,102)은 예컨대 티타늄 등과 같은 전도성 재질로 형성되어, 한쪽의 전극은 치과 임플란트에 닿게 하고 다른 쪽의 전극은 주변 골조직에 닿아 전압원(110)의 전압을 인가한다.
이에 따라, 전압 인가부는 전압원(110)의 전압을 인체에 무해한 범위의 전압으로 감압하는 전압 변환기(도시하지 않음)를 전압원(110)과 두 개의 전극(101,102) 사이에 구비할 수 있다.
탐지부는 골 조직에 닿는 프로브(121)와 임플란트에 닿는 프로브(122)를 통해 골 조직과 임플란트에 발생한 유동전위(streaming potential)를 검출한다. 여기서, 유동전위(streaming potential)는 골 조직과 임플란트의 골융합 상태가 완벽하지 못한 경우 즉, 접합이 성공적으로 이루어지지 않은 경우 임플란트와 골조직 사이의 틈으로 골조직 내의 유체가 흐르게 된다. 하지만 임플란트와 골조직의 골융합이 성공적으로 이루어지게 되면 골조직과 임플란트 사이의 틈이 없게 되며 유체가 임플란트와 골조직 사이로 흐르지 못하게 된다. 따라서, 골융합이 성공적으로 이루어진 임플란트와 골조직 사이에 프로브(121,122)를 통해 검출된 유동전위는 유체의 유동이 없기 때문에 0V가 된다.
증폭부(120)는 두 개의 프로브(121,122)를 통해 전달된 유동전위를 포함한 신호에 포함된 노이즈를 1차 제거하기 위한 차동 증폭기를 포함하고, 이렇게 노이즈를 제거한 유동전위의 신호를 제어부(130)로 전달한다.
제어부(130)는 전압 인가부와 증폭부(120)에 연결되어 전반적인 제어를 수행하여, 전압 인가부의 전압원(110)에서 두 개의 전극(101,102)으로 인가되는 전압을 인체에 무해한 범위의 전압으로 변환하거나 또는 증폭부(120)로부터 전달되는 신호에 대해 실시간으로 이동평균법(moving average method)을 이용한 연산처리로 유동전위의 특성을 분석하고 그 결과에 따른 골 조직과 임플란트의 골융합 정보를 디스플레이부(140)를 통해 디스플레이할 수 있다.
이와 같이 구성된 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)는 증폭부(120)의 차동 증폭과 제어부(130)에서 이동평균법을 이용한 연산처리를 통해 유동전위의 신호 검출을 정확하게 수행하고 유동전위의 특성을 분석하여, 골 조직과 임플란트의 골융합 정도를 객관적으로 검출할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 골융합 진단 방법에 대해 설명한다. 도 2는 단일 역치를 이용한 신호 검출 방법을 설명하기 위한 그래프이고, 도 3은 이중 역치를 이용한 신호 검출 방법을 설명하기 위한 그래프이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 골융합 진단 방법에 관한 순서도이며, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 골융합 진단 방법을 설명하기 위한 실험 모사 장치이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 골융합 진단 방법에 의해 처리된 신호 그래프이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)를 이용한 골융합 진단 방법에서 신호 검출을 위한 통계적 방법으로 단일 역치법과 이중 역치법이 사용된다.
단일 역치법은 도 2에 도시된 바와 같이 신호대 잡음 비를 관찰하여 일정값을 초과하는 경우를 신호의 활성화로 판별하는 것으로 가장 보편적으로 사용되지만, 오차의 크기가 설정된 역치(210)에 상당히 의존적이다.
단일 역치법에 의해 정해진 단일 역치를 초과하여 나타나는 신호의 검출 확률 Pdk는 아래의 [수학식 1]에 의해 정의된다.
수학식 1
Figure PCTKR2014005304-appb-M000001
[수학식 1]에서 볼 수 있는 바와 같이 단일 역치법은 노이즈의 크기와 관련하여 진폭의 크기에 따른 단일 역치값으로 신호의 유무를 판단하기 때문에, 역치가 잘못 설정될 경우에 신호의 오검출의 확률이 높으며, 화이트 가우시안 잡음이 아닌 다른 잡음, 즉 잡음의 크기를 예측하기 어려운 환경에서는 더욱 신호의 오검출 확률이 증가하게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 단일 역치값에 따른 신호 오검출의 확률을 줄이기 위하여 사용되는 이중 역치법을 설명하기 위한 그래프이다.
이중 역치법은 우선 사용환경에 따라 사용자에 의해 정해진 시간 내에 발생한 신호의 개수 m으로 관찰창(320)의 크기를 정하고, 정해진 관찰창(320) 내에서 1차 역치(310)를 초과한 신호의 개수를 이차 역치로 정하여 이 두 개의 역치를 이용하여 신호의 활성화 여부를 판단한다.
즉, 시간 내에 발생한 신호의 개수 m 중 일차 역치(310)를 초과한 연속적인 신호 m0 개 중에서 k개의 신호가 발생할 확률 Pr 은 연속적인 베르누이 시도(repetition of Bernoulli trials)의 결과로 이항분포의 형식이 되며, 이는 아래의 [수학식 2]와 같다.
수학식 2
Figure PCTKR2014005304-appb-M000002
그리고, 일차 역치(310)를 초과한 연속적인 신호 m0 개 중에서 이차 역치인 r0 개 이상 발생할 확률은 아래의 [수학식 3]과 같이 표현된다.
수학식 3
Figure PCTKR2014005304-appb-M000003
여기서, 신호가 이중 역치를 초과하여 검출될 확률 Pd 와 상기 검출된 신호 중 오류일 확률 Pfa 은 각각 [수학식 4] 및 [수학식 5]으로 표현된다.
수학식 4
Figure PCTKR2014005304-appb-M000004
신호가 이중 역치를 초과하여 검출될 확률 Pd는 일차 역치를 초과한 연속적인 신호 m0 개 중에서 이차 역치인 r0 개 이상 발생하며, 일차 역치를 초과하여 나타날 신호의 확률은 Pdk 로 이항분포의 형식이 된다.
수학식 5
Figure PCTKR2014005304-appb-M000005
신호가 이중 역치를 초과한 것으로 검출되었으나, 상기 검출된 신호 중 오류일 확률 Pfa 은 연속적인 신호 m0 개 중에서 이차 역치인 r0 개 이상 발생하며, 잡음의 발생 확률은
Figure PCTKR2014005304-appb-I000001
은 로 마찬가지로 이항분포의 형식이 된다.
도 3을 참조하면, 국부 관찰창(320)의 크기 m은 20이고, 는 일차 역치(310)로 잡음의 최대값이며, 이차 역치 r0는 1인 경우이다. 이 경우에는 실제 신호가 아닌 잡음에 의한 확률 Pfa 를 관찰할 수 있고, 이러한 원인은 r0 값이 너무 작게 설정되었기 때문이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)를 이용한 골융합 진단 방법은 상기와 같이 실제 신호가 아닌 잡음에 의한 확률 Pfa를 줄이고, 차동 증폭과 이동평균법을 이용하여 유동전위의 신호 검출을 정확하게 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치를 이용한 골융합 진단 방법은 먼저 유동전위의 측정을 위해 전압 인가부의 전극(101,102)을 통해 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가한다(S410).
이때, 실제로 인체의 골조직과 치과 임플란트에 전압을 인가하는 것은 도 5에 도시된 두 개의 저장단(reservior: 511,512) 사이에 39mm 길이에 0.5mm 폭의 미세 유체 유동관(510)을 구비한 실험 모사 장비를 통해 모사될 수 있다.
구체적으로, 두 개의 저장단(511,512)에 전압을 인가하는 것은 전압 인가부의 전극(101,102)을 통해 임플란트된 치아와 주변 골 조직에 전압을 인가하는 것과 동일하다. 실험 모사 장비의 미세 유체 유동관(510)은 임플란트가 주변 골조직에 골융합이 되지 않아 골조직의 미세 유체 유동이 발생한 것을 모사한 것이다. 임플란트와 주변 골조직에 전압을 인가하면 내부 유체는 인가된 전압에 의해 유동한다.
인가된 전압에 의해 발생한 유동전위신호를 포함한 신호는 탐지부의 프로브(121,122)를 통해 검출되고, 증폭부(120)의 차동 증폭기에 의해 노이즈가 1차 제거되어 제어부(130)로 전달된다.
여기서, 유동전위의 측정은 유동전위 이외의 많은 노이즈에 노출된 환경에서 측정이 이루어진다. 이러한 노이즈는 미세한 유동전위(streaming potential)의 정확한 측정에 악영향을 미치므로, 원신호와 함께 측정되는 노이즈를 1차 제거하기 위해서 차동 증폭기를 사용할 수 있다.
노이즈를 1차 제거한 유동전위의 검출신호에 대해, 제어부(130)는 이동평균법을 이용하여 0점 조정을 수행한다(S420).
여기서, 이동평균법이란 단기변동에서 나타나는 불규칙성을 제거하고 특정 반복기간 내에 개별값을 순차적으로 산술평균하는 방법으로 데이터 신호의 장기적 변동 동향을 파악할 수 있다.
또한, 0점 조정은 노이즈를 1차 제거한 유동전위의 검출신호에 대해 이동평균법으로, 예를 들어 5초 동안의 데이터를 산술평균하고 기존의 데이터에서 산술평균값을 차감한다.
0점 조정을 수행한 신호 데이터에 대해, 제어부(130)는 1차 역치 범위를 선정하고 1차 역치 범위를 이용하여 데이터를 비교한다(S430).
예를 들어, 제어부(130)는 0.5초 단위의 국부 관찰창(window: 320)을 선정하고 1차 역치 범위를 선정하기 위한 선정 기준값으로 절대값 0V를 설정할 수 있다. 여기서, 절대값 0V의 의미는 골조직과 치과 임플란트 사이의 골 융합이 완벽하면 유동전위가 발생하지 않아 0V로 검출되는 특징에서 설정될 수 있다.
이에 따라, 제어부(130)는 도 2에 도시된 상한값과 하한값을 갖는 1차 역치(210)의 범위 및 마찬가지로 도 3에 도시된 1차 역치의 최대값(310)을 포함한 범위를 설정할 수 있고, 이러한 1차 역치의 범위는 중간값으로 0V를 갖도록 설정된다.
이렇게 선정된 국부 관찰창(320) 내부에서 신호의 개수가 예컨대 50개일 때, 각각의 신호에 대해 1차 역치의 범위를 이용하여 비교한다.
1차 역치의 범위를 이용하여 데이터를 비교한 후, 제어부(130)는 실제 데이터 개수 중 1차 역치의 범위를 넘어선 데이터 개수를 2차 역치로 선정한다(S440).
예를 들어, 1초당 100개의 데이터가 측정되는 경우에 1차 역치의 범위 내에 존재하는 데이터의 개수가 80개 이상이면 절대값 0V로 측정되지만, 100개의 데이터 중 1차 역치의 범위 내에 존재하는 데이터의 개수가 80개 미만이면 절대값 0V 이상의 값으로 수십미리볼트의 전압이 검출된다.
이때 2차 역치는 100개의 데이터 중 1차 역치의 범위를 벗어나는 데이터의 개수로 선정되어 카운팅된다.
2차 역치를 선정한 후, 제어부(130)는 각각의 국부 관찰창(320)을 포함한 광역 관찰창(wide window)에서 최종적으로 카운팅된 값을 3차 역치로 선정한다(S450).
여기서, 3차 역치는 예컨대 10개의 국부 관찰창(320)을 포함하는 10초의 광역 관찰창에서 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수를 최종적으로 카운팅한 값 또는 비율로서, 외부의 노이즈 요인을 99.9% 이상 제거하여 임플란트의 골융합 정도를 파악할 수 있다.
이에 따라, 전술한 10개의 국부 관찰창(320) 중 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수가 8개이면, 3차 역치는 8의 값 또는 8/10의 비율로 선정되어 임플란트의 골융합이 제대로 이루어진 상태임을 나타낸다.
반면에 10개의 국부 관찰창(320) 중 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수가 8개 미만이면, 3차 역치는 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수로 선정되어 임플란트의 골융합이 제대로 이루어지지 않은 상태임을 나타낸다.
이후, 제어부(130)는 3차 역치를 이용하여 임플란트의 골융합 정도를 판단하고 디스플레이부(140)를 통해 골융합 판단 정보를 디스플레이한다(S460).
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)를 이용한 골융합 진단 방법은 증폭부의 차동증폭기를 통해서 나온 신호를 이동평균법(moving average method)를 사용하여 실시간 신호처리를 수행하여, 도 6에 도시된 바와 같이 프로브(121,122)를 통해 검출되는 신호 그래프(Ⅰ)에서 노이즈 요인을 제거하고 유동전위에 관한 특성을 나타낸 신호 그래프(Ⅱ)를 검출할 수 있다.
이러한 신호 그래프(Ⅱ)의 결과를 근거로 하여 임플란트의 골융합 정도를 명확하게 판단할 수 있어서, 제어부(130)는 골조직과 치과 임플란트 사이의 골 융합이 완벽하면 유동전위가 발생하지 않아 0V로 검출되는 특징을 기준으로 검출된 유동전위의 수치에 따라 임플란트의 골융합 정도를 판단하고, 디스플레이부(140)를 통해 판단 정보를 디스플레이할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)를 이용한 골융합 진단 방법은 노이즈 요인을 제거하고 유동전위에 관한 특성을 명확하게 검출하여 치과 임플란트와 골조직의 골융합 정도를 객관적으로 판정할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 치과 임플란트 골융합 진단장치(100)는 증폭부(120)의 차동 증폭과 제어부(130)에서 이동평균법을 이용한 연산처리를 통해 유동전위의 신호 검출을 정확하게 수행하고 유동전위의 특성을 분석하여, 골 조직과 임플란트의 골융합 정도를 객관적으로 검출할 수 있다.

Claims (8)

  1. 전압원으로부터 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하는 적어도 두 개의 전극을 포함한 전압 인가부;
    상기 인가된 전압에 의해 골 조직과 임플란트에 발생한 유동전위를 검출하기 위한 적어도 두 개의 프로브를 포함한 탐지부;
    상기 탐지부에 연결된 차동 증폭기(differential amplifier)를 포함한 증폭부;
    상기 전압 인가부와 증폭부에 연결되어 전반적인 제어를 수행하는 제어부; 및
    상기 제어부에 연결되어 상기 유동전위의 측정값에 따라 상기 치과 임플란트와 주변 골조직 사이의 골융합 상태정보를 디스플레이하는 디스플레이부;
    를 포함하는 치과 임플란트 골융합 진단장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 실시간으로 이동평균법(moving average method)을 이용한 연산처리로 상기 유동전위의 특성을 분석하여 상기 골 조직과 임플란트의 골융합 정보를 디스플레이부를 통해 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 인가부는 상기 전압원과 상기 전극 사이에 구비되어 상기 전압원의 전압을 인체에 무해한 범위의 전압으로 감압하는 전압 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단장치.
  4. (A) 전압 인가부의 전극을 통해 인체에 무해한 범위의 전압을 치과 임플란트와 주변 골조직에 인가하는 단계;
    (B) 제어부는 이동평균법을 이용하여 유동전위의 검출신호에 대해 0점 조정을 수행하는 단계;
    (C) 상기 제어부는 상기 0점 조정을 수행한 신호 데이터에 대해 국부 관찰창을 설정하고 1차 역치를 선정하며, 상기 1차 역치를 이용하여 상기 데이터를 비교하는 단계;
    (D) 상기 제어부는 상기 데이터 개수 중 상기 1차 역치를 넘어선 값에 대해 2차 역치를 선정하는 단계;
    (E) 상기 제어부는 상기 국부 관찰창을 포함한 광역 관찰창(wide window)에서 최종적으로 카운팅된 값을 3차 역치로 선정하는 단계; 및
    (F) 상기 제어부는 상기 3차 역치를 이용하여 상기 임플란트의 골융합 정도를 판단하고 디스플레이부를 통해 골융합 판단 정보를 디스플레이하는 단계;
    를 포함하는 치과 임플란트 골융합 진단방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (A) 단계는
    (A-1) 상기 전압에 의해 상기 치과 임플란트와 주변 골조직에 발생한 유동전위를 탐지부의 프로브를 통해 검출하는 단계; 및
    (A-2) 상기 유동전위를 포함한 신호가 증폭부의 차동 증폭기에 의해 노이즈가 1차 제거되어 상기 제어부로 전달되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서 상기 이동평균법은 반복기간 내의 개별값을 순차적으로 산술평균하는 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 (C) 단계에서
    상기 1차 역치를 선정하기 위한 선정 기준값으로 절대값 0V를 이용하는 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 (E) 단계에서
    상기 3차 역치는 상기 광역 관찰창에 대해 절대값 0V를 갖는 국부 관찰창의 개수를 최종적으로 카운팅한 값 또는 비율인 것을 특징으로 하는 치과 임플란트 골융합 진단방법.
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