KR101838992B1 - Apparatus and Method for Modeling Tooth for Design of Transparent Orthodontic Device - Google Patents
Apparatus and Method for Modeling Tooth for Design of Transparent Orthodontic Device Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 투명 교정 장치의 설계에 필요한 교정 시 치아의 역학적 거동을 스프링에 의해 모사하기 위하여 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 치아 교정시 역학적 이동을 투명 교정 장치의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 교정 장치의 설계가 가능한 효과가 있다.The present invention provides a tooth modeling apparatus and method for designing a transparent correction apparatus for modeling a root canal with a six-degree-of-freedom springs in order to simulate the dynamic behavior of teeth at the time of correction required for the design of a transparent correction apparatus.
The present invention provides a transparent correction device for designing a personalized transparent correction device by providing mechanical movement during tooth correction as design data of a transparent correction device.
Description
본 발명은 효과적인 치아 교정을 위한 치아의 역학적 거동을 모델링하는 치아 모델링 장치에 관한 것으로서, 특히 투명 교정 장치의 설계에 필요한 치아의 역학적 거동을 모델링 하기 위하여 치근막(Periodontal Ligament)을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tooth modeling apparatus for modeling the dynamic behavior of a tooth for effective tooth correction, and more particularly, to model the mechanical behavior of teeth required for the design of a transparent correction apparatus, a periodontal ligament is modeled by a six- The present invention relates to a tooth modeling apparatus and method for designing a transparent correcting apparatus.
종래의 고정식 교정장치는 치아에 브래킷을 접착 고정시킨 후 와이어를 브래킷에 걸고 당기거나 밀면서 교정하는 장치가 널리 사용되어 왔다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Conventional fixed orthodontic appliances have been widely used to fix a bracket to a tooth, fix the wire to a bracket by pulling or pushing it.
고정식 교정장치의 브래킷은 치아의 매끈한 외면, 즉 순측에 설치된다. 이러한 고정식 교정장치는 효과 내지 시술의 편의성 면에서 유리한 반면 피시술자 입장에서 미관상 좋지 못하기 때문에 기피되는 경우가 많다.The bracket of the stationary calibrator is mounted on the smooth outer surface of the tooth, i.e., the proximal side. Such a fixed-type orthodontic appliance is advantageous from the viewpoint of convenience of the effect or procedure, but is often avoided because it is not well-suited to the viewers.
위와 같은 고정식 교정장치의 미관상의 문제 및 항시 부착하고 있어야 하는 불편함을 해소하고자 투명 교정 장치가 출시되고 있다.A transparent correction device has been introduced to solve the cosmetic problem of the above-mentioned fixed calibration device and the inconvenience that it should always be attached.
투명 교정 장치는 투명한 형태의 교정 장치로서 마우스피스(Mouse Piece)와 같은 방식으로 착용된다.The transparent correction device is a transparent type of correction device and is worn in the same way as a mouse piece.
투명 교정 장치는 현재의 치아 상태와 목표치의 치아 상태 사이의 변화 과정을 수십 단계로 분할하고 각 단계의 치형에 맞는 포켓을 성형 제작한 다음 피시술자로 하여금 단계별로 교체해 가며 착용하게 하는 방식이다.
선행문헌과 같이, 종래의 투명 교정 장치는 개별적인 치아의 이동을 고려하여 치아를 확장, 회전, 복귀 이동시켜 생성된 다수 개의 단계로 구분된 교정 치아 데이터를 생성하고, 상기 교정 치아 데이터와 환자의 X-ray 사진 및 측면 사진을 매핑시켜 교정 후 얼굴 윤곽 변화에 대한 교정 전후 데이터를 생성하여 진단을 확인하고, 상기 진단 확인된 교정 치아 데이터를 기초로 투명 교정기를 제조한다.The transparent correction device divides the process of changing between the current tooth condition and the tooth condition of the target into dozens of steps, forming a pocket corresponding to each step tooth shape, and then changing the stepper to wear the wearer step by step.
As in the prior art, the conventional transparent correction apparatus generates corrected tooth data divided into a plurality of steps generated by expanding, rotating, and returning teeth in consideration of movement of individual teeth, -ray photograph and the side photograph are mapped to generate the data before and after the calibration for the change of the facial contour after the calibration to confirm the diagnosis and manufacture the transparent calibrator based on the diagnosis confirmed tooth data.
각 단계에서 목적하는 치열에 맞는 투명 교정 장치의 형상은 투명 교정 장치 포켓과 교정 대상 치아의 간섭량이 일정값이 되도록 일률적으로 제작되며, 개별 환자의 치근부 특성이나 투명 교정장치의 강성을 고려하여 제작되지는 않는다.At each step, the shape of the transparent orthodontic appliance corresponding to the desired dentition is uniformly manufactured so that the interference amount between the transparent orthodontic appliance pocket and the tooth to be calibrated is constant, and the rigidity of the orthodontic appliance and the rigidity of the transparent orthodontic appliance are taken into consideration It does not.
이러한 방법으로 제작된 투명 교정 장치는 단계별 교정에 필요한 최적의 교정력을 보장하지 못하게 되는데, 이는 교정 대상 치아와 투명 교정 장치의 간섭량을 일정하게 하더라도 투명 교정 장치의 강성, 치근부의 역학적 특성에 따라 실제로 치아에 부여되는 교정력이 상이하게 되기 때문이다.The transparent correction device manufactured by this method does not guarantee the optimum correction force required for the stepwise calibration because the rigidity of the transparent correction device and the mechanical characteristics of the root portion of the tooth, The correction force applied to the contact surface becomes different.
따라서, 효과적인 치아 교정을 위해서는 단순히 교정 대상 치아와 투명 교정 장치 사이의 간섭량, 투명 교정 장치의 강성 분포, 개별 환자 치근막의 역학적 특성이 투명 교정 장치의 설계 단계에서 종합적으로 고려되어야 한다.Therefore, for effective orthodontics, simply the amount of interference between the orthodontic tooth and the transparent orthodontic device, the stiffness distribution of the transparent orthodontic device, and the mechanical properties of the individual patient's dentate gaps should be considered together at the design stage of the transparent orthodontic appliance.
그러나 종래의 투명 교정 장치는 개인별, 치아별로 상이한 역학적 특성을 고려하지 않고 일률적으로 제작하기 때문에 정밀한 치아 교정 장치가 제조되지 않으며, 치아 교정 시 효율성이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.However, since the conventional transparent correction apparatus is uniformly manufactured without taking into account the different mechanical characteristics for each individual and the teeth, a precise orthodontic appliance is not manufactured, and the efficiency of the orthodontic treatment is deteriorated.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 투명 교정 장치의 설계에 필요한 교정 시 치아의 역학적 거동을 스프링에 의해 모사하기 위하여 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a tooth modeling device for designing a transparent correction device for modeling a root canal with a six-degree-of-freedom spring to simulate the dynamic behavior of the teeth at the time of calibration, And a method thereof.
본 발명은 치아 거동 모델링을 위하여 치근부의 저항 중심을 설정하고 저항 중심에 연결되는 치근막 거동 모사용 스프링의 스프링 상수를 계산하는데 그 목적이 있다.The present invention aims at setting the center of resistance of the root of the tooth for modeling the tooth movement and calculating the spring constant of the spring of the root movement connected to the center of the tooth.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치는,According to an aspect of the present invention, there is provided a tooth modeling apparatus for designing a transparent correction apparatus,
복수의 치아를 촬영한 치아 스캔 데이터를 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 치아 형성 분석부; 및A tooth formation analyzer for calculating a position of a center of resistance, which is a center of a root of a root portion, which is a tooth region from a lower end of the tooth to a certain distance in an upper direction, from a tooth scan data of a plurality of teeth; And
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하는 스프링 상수 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a spring constant calculation unit for calculating a spring constant of the spring that simulates the mechanical behavior of the root portion at the position of the resistance center of the root portion.
본 발명의 특징에 따른 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 방법은,A tooth modeling method for designing a transparent correction device according to an aspect of the present invention includes:
복수의 치아를 촬영하여 치아 스캔 데이터를 생성하는 단계;The method comprising: capturing a plurality of teeth to generate tooth scan data;
상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부를 추출하고, 상기 추출한 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 단계; 및Extracting a root portion that is a tooth region from a lower end of the tooth to a predetermined distance in a certain distance in each of the teeth scan data and calculating a position of the center of resistance as a center of the extracted root portion; And
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And calculating a spring constant of the spring simulating the dynamic behavior of the root portion at the position of the resistance center of the root portion.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 투명 교정 장치의 설계시 치아 이동을 예측에 근거한 치아 모델링 장치를 제공하는 효과가 있다.According to the above-described constitution, the present invention has an effect of providing a tooth modeling apparatus based on prediction of tooth movement when designing a transparent correction apparatus.
본 발명은 투명 교정 장치의 설계시 개인별, 치아별로 역학적 이동을 고려하여 정밀한 투명 교정 장치의 제조를 위한 설계 자료를 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing design data for the manufacture of a precise transparent correction device considering the mechanical movement for each individual and each tooth in the design of the transparent correction device.
본 발명은 치아 교정시 역학적 이동을 투명 교정 장치의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 교정 장치의 설계가 가능한 효과가 있다.The present invention provides a transparent correction device for designing a personalized transparent correction device by providing mechanical movement during tooth correction as design data of a transparent correction device.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심에 연결되는 스프링을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 6 자유도 스프링의 개념을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 투명 교정 장치의 설계를 개념적으로 나타낸 도면이다.1 is a block diagram briefly showing a configuration of a tooth modeling apparatus for designing a transparent correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a position of the center of resistance of a root portion according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating the calculation of the spring constant indicative of the mechanical movement of the root portion according to the first embodiment of the present invention. FIG.
4 is a diagram illustrating the calculation of the spring constant indicative of the mechanical movement of the root portion according to the first embodiment of the present invention.
5 is a conceptual view of a spring connected to the center of resistance of the root portion according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing the concept of a six-degree-of-freedom spring in three-directional linear motion and three-directional rotational motion.
7 is a conceptual diagram illustrating a design of a transparent correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 치근부의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수의 계산을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a block diagram briefly showing a configuration of a tooth modeling apparatus for designing a transparent correction apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for calculating a position of a resistance center of a root portion according to an embodiment of the present invention FIG. 3 is a view showing the calculation of a spring constant representing the mechanical movement of the root portion according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing the mechanical movement of the root portion according to the first embodiment of the present invention And the spring constant.
본 발명의 실시예에 따른 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치(100)는 형상 스캐너(110), 입력부(120), 치아 형상 분석부(130), 스프링 상수 계산부(140), 디스플레이부(150), 제어부(160) 및 저장부(170)를 포함한다.A
형상 스캐너(110)는 복수의 치아를 촬영하여 치아 스캔 데이터(10)를 생성한다. 여기서, 치아 스캔 데이터(10)는 치아를 이루는 외곽선의 좌표 정보를 포함한다. The shape scanner 110 photographs a plurality of teeth to generate the
치아 형상 분석부(130)는 형상 스캐너(110)에 의해 생성한 치아 스캔 데이터(10)에서 정사영 면적(투영 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 치근부(20)의 정사영 면적을 산출한다. 여기서, 치근부(20)는 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역을 나타낸다.The tooth
입력부(120)는 형상 스캐너(110)의 구동을 위한 각종 데이터 입력과 치아 정보와 관련된 치아 설계 정보를 입력하는 기능을 한다.The
저항 중심(22)의 위치를 찾는 제1 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 치근부(20)의 정사영 면적을 이용하는 방법이다.The first method for finding the position of the
치아 형상 분석부(130)는 산출한 치근부(20)의 정사영 면적에서 저항 중심 위치(x축 좌표와 y축 좌표)(22)를 산출한다. 여기서, 저항 중심(20)의 위치는 치근부(20)에 힘을 적용하였을 때 평행 이동하는 지점에서의 힘의 작용점을 나타낸다.The
정사영 면적에서 저항 중심(22)의 위치를 계산하는 방법은 실시 예로 치근부(20)의 정사영의 도심을 구하게 되면 정사영 면적의 저항 중심(22)의 위치를 찾을 수 있게 된다. 이때, 치아 뿌리가 단일 가닥이 아닌 경우에는 각각의 치아 뿌리 가닥이 치아 이동 방향으로 정사영된 면적을 더한 면적의 도심을 사용하는 방법도 가능하다.In the method of calculating the position of the
저항 중심(22)의 위치를 찾는 제2 방법은 치근부(20)의 표면적의 일부 또는 전부를 이용하는 방법이다.The second method of finding the position of the center of
치아 형상 분석부(130)는 3D 캐드 프로그램을 이용하여 3D 치아 데이터에서 치근부(20)의 표면을 평면적으로 전개한 2차원 화상 데이터를 생성하고, 생성한 2차원 화상 데이터에서 도심을 계산하여 치근부(20)의 저항 중심 위치(x축 좌표와 y축 좌표)(22)를 산출한다. 여기서, 2차원 화상 데이터는 좌표 정보를 포함하고 있다고 가정한다.The
즉, 치아 형상 분석부(130)는 치근부(20)의 둘레 방향을 따라 x축을, 축선 방향을 따라 y축을 각각 설정하고, 치근부(20)의 x축과 y축으로 이루어지는 직교 2축 좌표계로 정의되는 평면상에 전개한 2차원 화상을 생성한다.That is, the
이하에서 언급되는 공지의 기술인 유한요소법을 이용하여 치근부(20)의 저항 중심 위치(22)를 계산하면 9.159mm에 위치하게 된다.The
치아 형상 분석부(130)는 전술한 제1 방법(정사영 면적)을 이용하여 저항 중심 위치(22)를 찾는 경우, 저항 중심 위치가 9.447mm로 계산되고, 전술한 제2 방법(치아 표면의 전개 면적)을 이용하여 저항 중심 위치를 찾는 경우, 저항 중심 위치가 9.405mm로 계산된다. 유한요소법으로 계산된 저항 중심 위치와 비교해 보면, 제1 방법의 경우 오차가 3.14%이고, 제2 방법의 경우 오차가 2.6%로 모두 수용 가능한 오차 범위에 속한다.When the
스프링 상수 계산부(140)는 치아의 치근부(20)의 저항 중심(22)에 가상적으로 설치되어 치아의 교정 시 치아의 거동을 모사할 스프링의 스프링 상수를 계산한다.The spring
저항 중심 위치에서 치근부(20)의 역학적 이동을 나타내는 스프링 상수를 산출하는 제1 방법은 표준 치아에서 치근부(20)의 정사영 면적과 스프링 상수를 기준으로 나머지 치아의 정사영 면적의 비율을 이용하여 스프링 상수를 예측하는 방법이다.The first method for calculating the spring constant indicative of the dynamic movement of the
스프링 상수 계산부(140)는 복수의 치아 중에서 임의의 표준 치아를 선택하고, 선택한 표준 치아의 치근부(20)의 저항 중심 위치(22)를 기준으로 저항 중심(22)의 위치 변화를 유한요소법(Finite Element Method)으로 해석한다.The spring
이때, 표준 치아의 스프링 상수는 유한요소법을 이용하여 예측된 치근막의 강성값과 치근막의 정사영 면적이 비례함을 가정하여 계산될 수 있다.At this time, the spring constant of the standard teeth can be calculated on the assumption that the stiffness value of the root membrane predicted by the finite element method is proportional to the square root area of the root canal.
여기서, 유한요소법은 공지된 CAD/CAM/CAE를 이용한 시뮬레이션 방법으로 부하 조건에 따른 구조물의 변형과 구조물 내부에 발생하는 응력 등을 계산하는 근사해법으로 대상 구조물을 작은 요소(Element)로 분해하여 모델링한 후, 적절한 하중 조건과 경계 조건을 부여하고 일련의 지배 방정식을 컴퓨터 프로그래밍을 이용하여 근사적으로 풀어 해를 구한다.Here, the finite element method is an approximate method of calculating the deformation of the structure and the stress generated in the structure according to the load condition by a known simulation method using CAD / CAM / CAE, and decomposes the target structure into small elements, Then, appropriate load and boundary conditions are given, and a set of governing equations is solved by approximating them using computer programming.
본 발명의 유한요소법은 치아에 가해지는 압력(힘)을 범용유한요소 프로그램을 이용하여 시뮬레이션하여 치아 이동량을 산출하는 알고리즘으로 적용된다.The finite element method of the present invention is applied to an algorithm for calculating a tooth movement amount by simulating a pressure (force) applied to a tooth using a general-purpose finite element program.
본 발명의 유한요소법은 치아, 치주인대, 치조골 등의 재질 정보인 영율(Young's Modulus) 및 푸아송비(Poisson's Ratio)를 이미 공개된 값들을 적용하여 생화학적인 치아 이동 반응을 기계 역학적인 관점에서 해석할 수 있도록 유한요소 해석용 모델을 산출한다.In the finite element method of the present invention, a biochemical tooth movement reaction is analyzed from a mechanical point of view by applying already disclosed values of Young's Modulus and Poisson's Ratio, which are material information of teeth, periodontal ligament, and alveolar bone The model for finite element analysis is calculated.
다시 말해, 스프링 상수 계산부(140)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 연결되는 스프링의 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하여 기계 역학적인 치아 이동량을 산출한다.In other words, the spring
스프링 상수 계산부(140)는 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되어 있다고 가정하고, 상기 스프링에 대한 스프링 상수를 계산한다.The spring
스프링 상수는 스프링에 작용하는 힘과 스프링의 변형량의 비로 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.The spring constant can be expressed by the following equation (1) as a ratio between the force acting on the spring and the deformation amount of the spring.
도 3에 도시된 바와 같이, 스프링 상수 계산부(140)는 예를 들면, 21번 위치의 치아를 표준 치아로 선택하고, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적이 66.429mm2일 때 스프링 상수가 50.792 N/mm로 계산되면, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적과 스프링 상수를 기준으로 나머지 치아의 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 각각의 스프링 상수를 계산할 수 있게 된다.3, the spring
즉, 스프링 상수 계산부(140)는 22번 치아의 치근부의 정사영 면적이 43.177mm2일 때 스프링 상수가 33.0148 N/mm로 계산되고, 23번 치아의 치근부의 정사영 면적이 58.093mm2일 때 스프링 상수가 44.365 N/mm로 계산되고, 24번 치아의 치근부의 정사영 면적이 50mm2일 때 스프링 상수가 38.230 N/mm로 계산되고, 25번 치아의 치근부의 정사영 면적이 36.923mm2일 때 스프링 상수가 28.308 N/mm로 계산된다.That is, the spring
모든 치아의 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하는 경우, 21번 치아: 50. 792 N/mm, 22번 치아: 35 N/mm, 23번 치아: 45 N/mm, 24번 치아: 38 N/mm, 25번 치아: 31 N/mm로 계산되고, 표준 치아를 기준으로 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 계산된 스프링 상수와 비교할 때 오차율이 21번 치아: 0%, 22번 치아: 5.672%, 23번 치아: 1.411%, 24번 치아: 0.0061%, 25번 치아: 8.683%로 매우 유사한 점을 알 수 있다.When the spring constant of all teeth is calculated by the finite element method, the number of
스프링 상수를 산출하는 제2 방법은 치근부(20)의 체적탄성계수(Bulk Modulus)를 이용하는 방법이다. 스프링 상수는 체적탄성계수에 비례상수를 곱한 값에 치근부(20)의 정사영 면적을 곱하여 계산될 수 있다.The second method of calculating the spring constant is a method using the bulk modulus of the
여기서, 비례상수는 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 치근막의 물성 정보에서 계산될 수 있다. 체적탄성계수가 0.167Mpa이고, 치근막 두께가 0.25mm일 경우, 비례상수 × 체적탄성계수는 약 0.759로 설정할 수 있다.Here, the proportional constant can be calculated from the orthocenter area of the root portion, the thickness of the root portion, and the physical property information of the root portion. When the volume elastic modulus is 0.167 Mpa and the root thickness is 0.25 mm, the proportion constant x volume elastic modulus can be set to about 0.759.
예를 들면, 21번 치아의 치근부의 정사영 면적 66.429mm2인 경우, 체적탄성계수 0.167Mpa에 산출된 비례상수를 곱하여 0.759가 산출되며, 치근부(20)의 정사영 면적(66.429mm2)에 0.759를 곱하면 스프링 상수는 50.420 N/mm이 된다.For example, when the square root area of the root of the tooth No. 21 is 66.429 mm 2 , 0.759 is calculated by multiplying the proportional constant calculated at the volume elastic modulus of 0.167 Mpa, and 0.759 is calculated for the square root area (66.429 mm 2 ) , The spring constant is 50.420 N / mm.
도 4에 도시된 바와 같이, 스프링 상수 계산부(140)는 22번 치아의 치근부의 정사영 면적이 43.177mm2일 때 스프링 상수가 32.771 N/mm로 계산되고, 23번 치아의 치근부의 정사영 면적이 58.093mm2일 때 스프링 상수가 44.093 N/mm로 계산되고, 24번 치아의 치근부의 정사영 면적이 50mm2일 때 스프링 상수가 37.950 N/mm로 계산되고, 25번 치아의 치근부의 정사영 면적이 36.923mm2일 때 스프링 상수가 28.025 N/mm로 계산된다.4, the spring
모든 치아의 스프링 상수를 유한요소법으로 계산하는 경우, 21번 치아: 50. 792 N/mm, 22번 치아: 35 N/mm, 23번 치아: 45 N/mm, 24번 치아: 38 N/mm, 25번 치아: 31 N/mm로 계산되고, 표준 치아를 기준으로 치근부 면적의 비율을 이용하여 계산된 스프링 상수와 비교할 때 오차율이 21번 치아: 0.73%, 22번 치아: 6.37%, 23번 치아: 2.02%, 24번 치아: 0.13%, 25번 치아: 9.60%로 매우 유사한 점을 알 수 있다.When the spring constant of all teeth is calculated by the finite element method, the number of
한편 회전스프링의 스프링 상수도 정사영 면적에 비례하는 것으로 생각할 수 있으므로 표준치아의 회전스프링상수를 유한요소법으로 계산한 후 대상치아와 표준치아의 정사영 면적의 비에 비례하도록 값을 조정하여 결정할 수 있다.On the other hand, since the spring water of the rotation spring can be considered to be proportional to the square root area, the rotation spring constant of the standard tooth can be determined by adjusting the value proportional to the ratio of the orthodontic area of the target tooth to the standard tooth after calculating by the finite element method.
제어부(160)는 스프링 상수가 계산되면, 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 전후방, 좌우, 상하로 스프링이 연결되고 저항 중심(22)의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 치아의 이동을 나타내는 치근막의 6 자유도 스프링으로 모델링하여 도 5와 같이, 디스플레이부(150)를 통해 출력할 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치근부(20)의 저항 중심에 연결되는 스프링을 개념적으로 나타낸 것이다.When the spring constant is calculated, the
저장부(170)는 각 치아의 스프링 상수, 치근부(20)의 저항 중심 위치(22), 정사영 면적 등을 투명 교정 장치의 설계 정보로 저장할 수 있다.The storage unit 170 can store the spring constant of each tooth, the
도 6에 도시된 바와 같이, 6 자유도 모델링은 x축으로 선형 운동을 하는 것을 서웨이(Sway)(23)라 하고, y축으로 선형 운동을 하는 것을 서지(Surge)(24)라 하고, z축으로 선형 운동을 하는 것을 해브(Heave)(25)라 하고, x축으로 회전 운동을 하는 것을 피치(Pitch)(28)라 하고, y축으로 회전 운동을 하는 것을 론(Ron)(29)이라 하며, z축으로 회전 운동을 하는 것을 요(Yaw)(27)라 한다. 도 6은 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 6 자유도 스프링의 개념을 나타낸 것이다.As shown in FIG. 6, six degree of freedom modeling is referred to as
본 발명은 치근부(20)의 저항 중심(22)의 위치에 스프링이 연결되어 있다고 모델링되도록 스프링 상수를 계산하여 치근막을 6 자유도 모델링으로 구현한다.The present invention implements the dentifrice by 6 degrees of freedom modeling by calculating the spring constant to model that the spring is connected to the position of the
본 발명은 치근부(20)의 저항 중심(22)을 결정하고, 결정된 저항 중심(22)에 스프링을 연결하여 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하게 되는 것이다.The present invention determines the
치아의 이동은 치근막의 물성 정보에 영향을 반영해야 하므로 스프링 상수의 계산시 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 치근막의 물성 정보가 포함된다. 따라서, 본 발명은 저항 중심(22)을 구하고 저항 중심(20)의 위치에 스프링을 연결하게 되면, 치아의 이동을 나타내는 치근막을 6 자유도 스프링으로 모델링하는 결과가 되는 것이다.Since the movement of the teeth reflects the influence of the property information of the root canal, information on the square root area of the root, the thickness of the root, and the property of the root are included in the calculation of the spring constant. Accordingly, when the center of
다른 실시예로서, 투명 교정 장치는 치근막의 이동을 6 자유도 모델링이 아닌 전후방 운동인 x축으로 선형 운동만으로 구성할 수 있다. 그 이유는 치아의 교정시 전후방 이동이 가장 많이 일어나기 때문이다.As another embodiment, the transparent correction device can constitute the movement of the root canal only in the linear motion in the x-axis, which is the forward and backward motion, rather than the six degrees of freedom modeling. The reason for this is that the forward and backward movements occur most frequently when the teeth are calibrated.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 스프링 상수가 계산되는 경우, 해당 치아가 어느 정도의 힘으로 밀때 어떻게 운동하는지 여부를 알게 되므로 치아 교정시 역학적 이동을 투명 교정 장치의 설계 데이터로 제공하여 개인 맞춤형 투명 교정 장치의 설계가 가능하게 된다.As shown in FIG. 7, when the spring constant is calculated, since it is known whether or not a corresponding tooth moves with a certain amount of force, dynamic movement during tooth correction is provided as design data of a transparent correction device, A customized transparent correction device can be designed.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and / or method, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
100: 치아 모델링 장치
110: 형상 스캐너
120: 입력부
130: 치아 형상 분석부
140: 스프링 상수 계산부
150: 디스플레이부
160: 제어부
170: 치아 모델링 장치100: tooth modeling device
110: Shape scanner
120: Input unit
130: tooth shape analysis unit
140: spring constant calculation unit
150:
160:
170: tooth modeling device
Claims (13)
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하는 스프링 상수 계산부를 포함하고,
상기 치아 형성 분석부는 상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 정사영 면적(투명 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 상기 치근부의 정사영 면적을 산출하며, 상기 산출한 치근부의 정사영 면적에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하며,
상기 스프링 상수 계산부는 상기 치근부의 정사영 면적에 기설정된 체적탄성계수와 치근막의 물성 정보를 기초로 계산된 비례상수를 곱하여 상기 스프링 상수를 계산하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치.A tooth formation analyzer for calculating a position of a center of resistance, which is a center of a root of a root portion, which is a tooth region from a lower end of the tooth to a certain distance in an upper direction, from a tooth scan data of a plurality of teeth; And
And a spring constant calculation unit for calculating a spring constant of the spring that simulates the mechanical behavior of the root portion at the position of the resistance center of the root portion,
The tooth formation analysis unit forms an orthopedic area (transparent area) in each of the teeth scan data, calculates an orthopedic area of the tooth root at the formed orthopedic area, and calculates a center of figure ) To calculate the position of the resistance center of the root portion,
Wherein the spring constant calculation unit calculates the spring constant by multiplying a volumetric elastic modulus preset for the square root area of the root portion by a proportional constant calculated based on physical property information of the root of the root portion, .
상기 계산한 스프링 상수에 의해 상기 저항 중심의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 치아의 이동을 나타내는 치근막의 6 자유도 스프링으로 모델링하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치.The method according to claim 1,
And a control unit for modeling the movement of the center of the resistance by the calculated spring constant by a six-degree-of-freedom spring of the root of the tooth indicating movement of the tooth by linear motion in three directions and rotational motion in three directions A tooth modeling device for the design of a calibration device.
상기 치아 형성 분석부는 상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 상기 치근부의 표면을 평면적으로 전개한 2차원 화상 데이터를 생성하고, 상기 생성한 2차원 화상 데이터에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치 제조를 위한 치아 모델링 장치.The method according to claim 1,
The tooth formation analyzing unit generates two-dimensional image data in which the surface of the root portion is developed in a planar manner from each tooth scan data, calculates a center of figure from the generated two-dimensional image data, And calculating a position of the center of the tooth.
상기 스프링 상수 계산부는 복수의 치아 중에서 임의의 표준 치아를 선택하고, 상기 선택한 표준 치아의 치근부의 저항 중심 위치를 기준으로 저항 중심의 위치 변화를 유한요소법(Finite Element Method)으로 해석하여 상기 치근부의 저항 중심 위치에 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하고, 상기 표준 치아의 스프링 상수와 상기 표준 치아에 해당하는 치근부의 정사영 면적을 기준으로 상기 표준 치아를 제외한 나머지 치아의 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 각각의 스프링 상수를 예측하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치.The method according to claim 1 or 4,
The spring constant calculator selects arbitrary standard teeth from among a plurality of teeth, analyzes the change in the position of the center of resistance with respect to the center position of resistance of the root of the selected standard tooth as a finite element method, The spring constant of the spring simulating the dynamic behavior of the root portion at the central position is calculated and the spring constant of the root of the tooth other than the standard tooth based on the spring constant of the standard tooth and the square root area of the root portion corresponding to the standard tooth, And estimating the respective spring constants using the ratio of the areas.
상기 비례상수는 상기 치근부의 정사영 면적, 치근막의 두께, 상기 치근막의 물성 정보를 기초로 계산되는 값인 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 장치.The method according to claim 1,
Wherein the proportional constant is a value calculated on the basis of the orthocaveal area of the root portion, the thickness of the periapical membrane, and the physical property information of the peritoneal membrane.
상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 치아 하부 끝단으로부터 상부 방향으로 일정 거리까지의 치아 영역인 치근부를 추출하고, 상기 추출한 치근부의 도심인 저항 중심의 위치를 산출하는 단계; 및
상기 치근부의 저항 중심의 위치에서 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하는 단계를 포함하고,
상기 저항 중심의 위치를 산출하는 단계는,
상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 정사영 면적(투명 면적)을 형성하고, 상기 형성한 정사영 면적에서 상기 치근부의 정사영 면적을 산출하는 단계; 및
상기 산출한 치근부의 정사영 면적에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 단계를 더 포함하며,
상기 스프링 상수를 계산하는 단계는,
상기 치근부의 정사영 면적에 기설정된 체적탄성계수와 치근막의 물성 정보를 기초로 계산된 비례상수를 곱하여 상기 스프링 상수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 방법.The method comprising: capturing a plurality of teeth to generate tooth scan data;
Extracting a root portion that is a tooth region from a lower end of the tooth to a predetermined distance in a certain distance in each of the teeth scan data and calculating a position of the center of resistance as a center of the extracted root portion; And
And calculating a spring constant of the spring simulating the dynamic behavior of the root portion at a position of the resistance center of the root portion,
Wherein the step of calculating the position of the resistance center comprises:
Forming an orthopedic area (transparent area) in each of the teeth scan data, and calculating an orthopedic area of the tooth root at the formed orthopedic area; And
Calculating a center of figure in the square root area of the calculated root portion to calculate a position of a resistance center of the root portion,
Wherein the step of calculating the spring constant comprises:
And calculating the spring constant by multiplying a square constant of the root portion by a proportional constant calculated on the basis of information on physical properties of the root and the volumetric elastic modulus predetermined on the square root of the root portion.
상기 계산한 스프링 상수에 의해 상기 저항 중심의 위치 이동을 3 방향의 선형 운동과 3 방향의 회전 운동으로 치아의 이동을 나타내는 치근막의 6 자유도 스프링으로 모델링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치의 설계를 위한 치아 모델링 방법.9. The method of claim 8,
Further comprising the step of modeling the movement of the center of the resistance by the calculated spring constant using a six degree-of-freedom spring of the root of the tooth indicating the movement of the tooth by linear motion in three directions and rotational motion in three directions A method of tooth modeling for the design of orthodontic appliances.
상기 저항 중심의 위치를 산출하는 단계는,
상기 각각의 치아 스캔 데이터에서 상기 치근부의 표면을 평면적으로 전개한 2차원 화상 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 생성한 2차원 화상 데이터에서 도심(Center of Figure)을 계산하여 상기 치근부의 저항 중심의 위치를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치 제조를 위한 치아 모델링 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step of calculating the position of the resistance center comprises:
Generating two-dimensional image data in which the surface of the root portion is developed in a plane in each tooth scan data; And
Calculating a center of figure from the generated two-dimensional image data to calculate a position of a resistance center of the root portion.
상기 스프링 상수를 계산하는 단계는,
복수의 치아 중에서 임의의 표준 치아를 선택하고, 상기 선택한 표준 치아의 치근부의 저항 중심 위치를 기준으로 저항 중심의 위치 변화를 유한요소법(Finite Element Method)으로 해석하여 상기 치근부의 저항 중심 위치에 상기 치근부의 역학적 거동을 모사하는 스프링의 스프링 상수를 계산하는 단계; 및
상기 표준 치아의 스프링 상수와 상기 표준 치아에 해당하는 치근부의 정사영 면적을 기준으로 상기 표준 치아를 제외한 나머지 치아의 치근부의 정사영 면적의 비율을 이용하여 각각의 스프링 상수를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 교정 장치 제조를 위한 치아 모델링 방법.The method according to claim 8 or 11,
Wherein the step of calculating the spring constant comprises:
Wherein a standard tooth is selected from among a plurality of teeth and a change in the position of the center of the resistance with respect to the center position of resistance of the root of the selected standard tooth is analyzed by a finite element method, Calculating a spring constant of the spring simulating the negative mechanical behavior; And
And estimating the respective spring constants using the ratio of the square root area of the root portion of the remaining teeth excluding the standard teeth based on the spring constant of the standard teeth and the square root area of the root portion corresponding to the standard teeth Wherein said tooth modeling method comprises the steps of:
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