KR102013667B1 - 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 의하면, CT 영상을 재구성하여 파노라마 영상 생성시 구강 스캔 영상에서 생성된 치은 평면과 치열궁 라인을 활용하여 생성한다. 또한, 치은 평면을 임플란트 식립 시뮬레이션과 서지컬 가이드 설계시에도 활용한다.
이에 따르면, 파노라마 영상을 더욱 정확하게 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 서지컬 가이드의 디지털 설계 프로세스 전반의 효율성을 도모할 수 있다.

Description

치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체{METHOD FOR DESIGNING A DENTAL SURGICAL GUIDE, APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM THEREOF}

본 발명은 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 임플란트 시술을 가이드 하는 서지컬 가이드를 디지털 설계하는 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.

치아를 대체하기 위한 임플란트 시술에는 치은(Gingiva)을 절개하여 치조골을 노출시키고, 그 위에 드릴을 이용하여 픽스처(Fixture)가 식립되는 홀(Hole)을 형성하는 과정이 수반된다. 이와 같이 홀을 형성하는 천공작업 수행 시 시술자가 치조골에 형성하는 홀의 위치 및 픽스처의 식립방향을 가이드하기 위한 보조기구로 서지컬 가이드가 활용된다.

도 1은 서지컬 가이드의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 서지컬 가이드는 치조골에 홀을 형성할 때 드릴이 삽입되는 가이드 홀(Guide hole, 1a)과 드릴의 위치를 안내하는 드릴 가이드(1b), 및 드릴 가이드를 지지하는 가이드 지지대(1c)를 포함한다. 여기서 가이드 지지대는 전체 치아를 덮도록 형성될 수도 있으나, 임플란트 시술대상 치아 개수와 위치 등에 따라 시술대상 치아와 가까이 위치한 주변 치아와 주변 치은 표면만을 덮도록 부분적으로 형성될 수도 있다.

서지컬 가이드는 소프트웨어 프로그램상에서 설계되고, 설계 결과물에 따라 3D 프린터 등으로 출력하여 실물로 생성된다. 서지컬 가이드의 디지털 설계는 프로그램마다 조금씩 상이하지만 일반적으로 데이터 사전 준비, 임플란트 플래닝(Implant planning), 및 서지컬 가이드 디자인 단계를 거친다.

여기서, 크라운(Crown), 어버트먼트(Abutment), 픽스처를 비롯한 임플란트 객체의 식립 위치나 방향을 결정하는 임플란트 플래닝을 수행할 때 치아 파노라마 영상(Panoramic image)이 활용되는데, 종래기술에 따르면, CT 데이터에서 사용자가 파노라마 영상을 생성할 축단면 영상(Axial image)을 결정하고, 해당 축단면 영상에서 정의된 치열궁 라인(Dental arch)을 기초로 파노라마 영상 생성이 이루어진다.

이처럼, 종래기술에 따르면, 전적으로 CT 데이터에 기초하여 파노라마 영상이 생성되고 있다. 그러나, 임플란트 시술 환자들은 보철 치료 경험이 존재하는 경우가 대부분이어서, 환자의 CT 데이터에는 보철로 인한 아티팩트(Artifact)가 다수 포함되기 때문에 정확한 치열궁 라인을 정의하는데 많은 어려움이 존재한다. 이로 인하여 종래기술에 따라 생성된 파노라마 영상에는 많은 오차가 발생되며, 이는 곧 전체 설계 프로세스에 영향을 미쳐 서지컬 가이드의 설계 정확도가 떨어지고 결국에는 임플란트 시술 만족도가 저해되는 요인이 있다.

[선행기술문헌] 한국등록특허 제10-1706335호

본 발명은 전적으로 CT 데이터에 기초하여 생성된 파노라마 영상을 기초로 임플란트 플래닝을 수행함으로써 서지컬 가이드의 설계 정확성이 떨어지고, 이로 인하여 임플란트 시술 만족도가 저해되는 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 파노라마 영상 생성 시 정확도를 향상시킬 뿐만 아니라, 서지컬 가이드를 설계하는 프로세스 전반에서 설계 효율성을 도모할 수 있는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법, 이를 위한 장치, 및 이를 기록한 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 서지컬 가이드 설계 방법은 컴퓨터상에서 치과용 서지컬 가이드를 디지털 설계하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 있어서, 환자의 CT 영상과 구강 스캔 영상을 획득하는 단계; 상기 구강 스캔 영상에서 적어도 하나 이상의 점을 정의하는 단계; 정의된 상기 점을 기초로 상기 구강 스캔 영상에 적어도 평면의 일부분이 치은 상부 경계에 접하는 치은 평면을 생성하는 단계; 상기 구강 스캔 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계; 상기 구강 스캔 영상과 상기 CT 영상을 정합하는 단계; 및 상기 정합에 의하여 도출된 상기 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치은 평면과 상기 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 구강 스캔 영상에서 적어도 하나 이상의 점을 정의하는 단계는, 사용자 인터페이스부를 통한 입력에 의하거나 또는 사전에 마련된 기준에 따라 상기 점을 자동 인식하여 수행될 수 있다.

또한, 상기 치은 평면을 생성하는 단계는, 상기 치은 평면의 적어도 일부분이 임플란트 대상에 해당하는 유실 치아에 근접한 치은의 상부 경계에 접하도록 생성할 수 있다.

아울러, 상기 치은 평면의 적어도 일부분이 접하는 상기 치은 상부 경계는 유리치은과 치아의 경계 또는 유두치은의 경계가 적용될 수 있다.

한편, 상기 치과용 서지컬 가이드 설계 방법은 상기 구강 스캔 영상 또는 상기 CT 영상에서 치아가 유실된 영역에 크라운을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 크라운은 상기 치열궁 라인 상에 위치하도록 생성될 수 있다.

이때, 상기 크라운을 생성하는 단계에서 상기 크라운은 상기 크라운의 하부가 상기 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서지 않도록 생성될 수 있다.

또한, 상기 치과용 서지컬 가이드 설계 방법은 상기 구강 스캔 영상, 상기 파노라마 영상, 및 상기 CT 영상 중 적어도 하나의 영상을 기초로 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션을 제공하는 단계; 및 상기 임플란트 식립 시뮬레이션의 결과에 기초하여 서지컬 가이드를 설계하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 서지컬 가이드를 설계하는 단계는, 상기 치은 평면의 위치를 기초로 환자의 치은을 커버하기 위한 상기 서지컬 가이드의 지지대의 두께를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 양태에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치는 치과용 서지컬 가이드의 컴퓨터 지원 설계를 수행하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 있어서, 환자의 구강 스캔 영상에서 정의된 적어도 하나 이상의 점을 기초로 상기 구강 스캔 영상에 적어도 평면의 일부분이 치은의 상부 경계에 접하는 치은 평면을 생성하는 치은평면 생성부; 상기 구강 스캔 영상에 치열궁 라인을 생성하는 치열궁 생성부; 상기 구강 스캔 영상과 상기 환자의 CT 영상을 정합하는 영상정합부; 및 상기 영상정합부를 통한 정합에 의하여 도출된 상기 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치은 평면과 상기 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성하는 파노라마 영상생성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 치과용 서지컬 가이드 설계 장치는 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션을 제공하는 시뮬레이션 제공부; 및 상기 시뮬레이션 제공부에 의한 임플란트 식립 시뮬레이션의 결과를 기초로 서지컬 가이드를 설계하는 가이드 설계부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구강 스캔 영상에 나타난 전체 치아의 완전한 형태를 기초로 정의되는 치열궁 라인을 이용하여 정확한 파노라마 영상을 생성할 수 있으며, 이를 통해 임플란트 플래닝과 서지컬 가이드 디자인의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 구강 스캔 영상에서 정의된 평면을 기초로 파노라마 영상 생성, 임플란트 플래닝, 및 서지컬 가이드 디자인시 활용함으로써 설계 프로세스 전반의 효율성을 도모할 수 있다.

도 1은 서지컬 가이드의 개략적인 구조를 도시한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치의 구성을 나타낸 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면을 설명하기 위한 참고도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된 구강 스캔 영상이 표시된 화면의 예;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법의 흐름도;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 과정에서 작성되는 수술 정보가 표시된 화면의 예; 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 과정에서 서지컬 가이드의 영역을 정의하기 위한 화면의 예이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치는 임플란트 시술을 위한 치조골 천공 작업 시 드릴의 천공 위치, 천공 깊이, 픽스처 식립 방향을 가이드 하기 위한 보조기구인 서지컬 가이드의 컴퓨터 지원 가상 설계를 수행하는 것으로, 서지컬 가이드 설계 자체뿐 아니라, 서지컬 가이드 설계 시 활용되는 영상 생성 및 처리, 임플란트 플래닝을 포함하여 서지컬 가이드 설계를 위하여 필요한 전체 프로세스를 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100)는 사용자 인터페이스부(10), 치은평면 생성부(20), 치열궁 생성부(30), 영상정합부(40), 파노라마 영상생성부(50), 시뮬레이션 제공부(60), 및 가이드 설계부(70)를 포함한다.

사용자 인터페이스부(10)는 사용자로부터 필요한 정보를 입력 받고, 정보를 표시하기 위함으로, 마우스, 키보드, 버튼, 키패드 등의 정보 입력을 위한 입력수단, 입력 메뉴와 처리 결과 등을 비롯하여 각종 정보를 표시하는 디스플레이 수단, 입출력을 하나의 디바이스를 통해 제공하는 터치스크린 등을 비롯하여 다양한 입출력 수단으로 구현될 수 있다.

치은평면 생성부(20)는 환자의 구강을 스캔한 구강 스캔 영상에서 정의된 적어도 하나 이상의 점을 기초로 치은 평면을 생성한다. 참고로, 구강 스캔 영상은 구강 스캐너(Oral Scanner) 또는 모델 스캐너(Model Scanner) 등을 통해 스캔하여 획득할 수 있다.

치은 평면은 치은 상부 경계에 대응하는 평면으로서, 치은 평면의 적어도 일부분은 치은 상부 경계에 접하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면을 설명하기 위한 참고도이다.

도 3을 참조하면, 유리치은(Margin gingiva, 301)은 치아의 치경 부위를 둘러싸고 있는 깃(Collar) 모양의 치은이고, 유두치은(Papillary gingiva, 303)은 유리치은 중 치아와 치아 사이의 삼각형의 공간(Embrasure)을 채우고 있는 피라미드 모양의 치은을 의미한다.

여기서, 잇몸 평면의 적어도 일부분이 접하는 치은 상부 경계는 치아와 유리치은이 접하는 경계(b1) 또는 유두치은의 경계(b2)가 될 수 있다.

한편, 치은의 위치마다 그 높이가 상이하여 하나의 평면상에 존재하지 못하는 것이 자명하기 때문에 치은 평면은 모든 치은 상부 경계에 접할 필요가 없으며 평면의 일부가 어느 일부 치은 상부 경계에 접하도록 생성될 수 있다. 이때, 치은 평면은 임플란트 대상이 되는 유실 치아에 근접한 치은의 상부 경계에 접하도록 생성될 수 있다. 이와 같이 생성함으로써, 추후 임플란트 시술 플래닝을 수행하거나 서지컬 가이드를 설계할 때에도 치은 평면이 유용하게 활용될 수 있다.

한편, 적어도 하나 이상의 점은 사용자 인터페이스부(10)를 통해 사용자가 직접 입력할 수도 있고, 또는 사전에 마련된 기준에 따라 해당 위치를 자동 인식하여 정의될 수도 있다. 정의되는 점의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니나, 하나의 평면을 생성하기 위하여 3개의 점을 입력하는 것이 바람직하다.

만약 3개 미만의 점이 입력된 때에는 입력된 점을 포함하는 평면을 생성하되, 평면의 구체적인 기울기는 치은의 위치나 각도에 관한 통계 데이터나 기준 데이터를 적용하여 결정될 수 있다. 또한, 3개를 넘어서는 점이 정의된 때에는 모든 점을 포함하는 평면이 존재하지 않을 수 있는데, 이 경우에는 점들의 위치를 기초로 보간(Interpolation)하여 최대한 정의된 점들에 근접한 하나의 평면을 결정할 수 있다. 이를 위하여, 치은평면 생성부(20)는 치은 평면을 생성하기 위한 기준 데이터나 보간 알고리즘을 저장할 수 있다.

치열궁 생성부(30)는 구강 스캔 영상에 치열궁 라인을 생성한다. 치열궁 라인은 치열이 그리는 곡선으로서, 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자가 입력한 점이나 영상 처리를 통하여 인식된 점을 기초로 생성될 수 있다. 예컨대, 치열궁 생성부(30)는 전치의 절연, 견치의 첨두, 대구치의 협측교두의 첨두 등을 인식하여 치열궁 라인을 생성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된 구강 스캔 영상이 표시된 화면의 예를 보여준다.

화면의 A 영역은 치은 평면(GP)과 치열궁 라인(DL)이 중첩 표시된 하악 스캔 영상이고, B 영역은 여러 각도에 따른 하악 스캔 영상으로서 치은 평면과 치은 평면을 생성하는 기준이 된 세 개의 점(P1, P2, P3)의 위치를 파악할 수 있다.

도 4를 참조하면, 치은 평면이 세 개의 점(P1, P2, P3)을 포함하도록 형성된 것을 보여주는 것으로, P1, P2, P3은 치은 상부 경계상에 각각 위치한 것을 확인할 수 있다.

참고로, 도 4에서는 잇몸 평면이 유두치은에 접하도록 생성된 예를 보여주지만, 전술된 바와 같이, 잇몸 평면은 치아와 유리치은의 경계에 접하도록 생성될 수도 있음은 물론이다.

치은 평면을 생성하기 위한 점은 치은 상부 경계상에 또는 이에 근접하게 존재한다면 그 위치는 특별히 한정되지 않으나 치은 평면이 최대한 전체 치은 경계를 반영하기 위해서는 도 4와 같이 복수의 점이 서로 이격된 위치에 존재하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에서 치열궁 라인은 전치 사이의 점(P4), 대구치 사이의 점(P5, P6)으로서 3개의 점을 이용하여 생성된 예를 보여주지만, 점의 위치나 그 개수는 반드시 이에 한정되는 것이 아니고 치열궁 라인이 환자의 치열궁에 가깝게 형성되도록 수동 또는 자동으로 적절한 위치 및 개수로 결정될 수 있다.

치열궁 생성부(30)는 도 4와 같이 생성된 치열궁 라인상에 컨트롤 포인트(Control Point, CP)를 배치하여 사용자가 치열궁 라인의 형태나 길이를 조정하도록 할 수 있다.

영상정합부(40)는 구강 스캔 영상과 CT 영상을 정합한다. 참고로, CT 영상은 CBCT(Cone Beam Computed Tomography) 장비를 비롯한 각종 CT 장비를 통해 촬영하여 획득될 수 있다.

영상정합부(40)는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 사용자로부터 영상 정합의 기준이 되는 특징점을 입력 받거나 또는 각 영상에서 화소의 밝기값이 한 방향으로 급격히 변하는 에지(Edge)나 모든 방향으로 밝기값이 변하는 부분인 코너(Corner) 등 영상 정합의 기준이 되는 포인트를 자동으로 인식하여 두 영상을 정합할 수 있다. 정합은 영상의 특징을 바탕으로 한 다양한 정합 알고리즘에 의하여 수행될 수 있으며 특정 방식에 한정되지 않는다.

파노라마 영상생성부(50)는 CT 영상을 재구성하여 파노라마 영상을 생성한다. 참고로, 파노라마 영상은 전체 치아의 상태를 관찰하기 위하여 치과 진단시 널리 활용되는 영상으로서, CT 영상으로부터 치아 파노라마 영상을 생성하는 여러 기술들이 소개되어 있다.

CT 영상을 재구성하여 파노라마 영상을 생성할 때에는 파노라마 영상을 생성할 축단면과 치열궁 라인이 필요하다. 파노라마 영상생성부(50)는 구강 스캔 영상에서 생성된 치은 평면에 대응하는 CT 영상에서의 치은 평면과 구강 스캔 영상에서 생성된 치열궁 라인에 대응하는 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성한다. 여기서, 구강 스캔 영상에서 생성된 치은 평면 및 치열궁 라인과 대응되는 CT 영상에서의 치은 평면과 치열궁 라인은 영상 정합 결과를 기초로 쉽게 도출 가능하다.

파노라마 영상 생성부(50)는 3차원 CT 영상을 재구성하여 2차원 파노라마 영상을 생성하기 위한 각종 프로젝션(Projection) 기법을 적용하여 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 CT 영상에서의 평면상에서 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 곡선을 기초로 파노라마 영상을 생성할 수 있다.

이에 의하면, 종래기술과 같이 CT 영상에서 파노라마 영상을 생성할 축단면을 일일이 찾아 선택하는 번거로움이 없어 사용자의 편의성이 크게 향상될 뿐 아니라, 치은과 같은 연조직(Soft tissue)이 명확하게 드러나고 보철에 의한 아티팩트가 존재하지 않는 구강 스캔 영상에서 정의된 치은 평면과 치열궁 라인을 이용함으로써 더욱 선명하고 명확한 파노라마 영상을 생성할 수 있다. 파노라마 영상은 후속될 임플란트 식립 시뮬레이션 시에도 활용되기 때문에 임플란트 시술 플래닝의 정확도와 직결되는 것으로 그 중요성이 크다.

시뮬레이션 제공부(60)는 구강 스캔 영상, CT 영상, 두 영상을 정합한 영상, 및 파노라마 영상과 다면 재구성(Multi Planar Reformation, MPR) 영상을 비롯하여 CT 영상을 재구성한 영상을 기초로 임플란트 객체의 크기, 위치, 각도 등을 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션을 제공한다. 참고로, 임플란트 객체는 임플란트를 구성하는 객체로서 픽스처, 크라운, 어버트먼트(Abutment) 등을 포함한다.

시뮬레이션 제공부(60)는 임플란트 객체를 영상에 배치하고, 사용자 인터페이스부(10)를 통한 사용자 입력에 대응하여 객체의 위치, 크기, 각도 등을 변경한다. 이때, 구강 스캔 영상과 CT 영상이 정합되어 좌표계가 서로 공유된 상태이므로 구강 스캔 영상과 CT 영상 중 어느 하나의 영상에서 시뮬레이션이 수행되면, 다른 하나의 영상에도 시뮬레이션 결과가 반영되도록 구현될 수 있다.

시뮬레이션 제공부(60)는 영상 인식 등을 통하여 검출된 치아 유실 영역에 임플란트 객체를 배치할 수 있으며, 이때, 인접 치아와 픽스처 간의 거리, 인접한 픽스처 간의 거리, 치아별 크기, 유실된 치아번호에 적합한 임플란트 객체를 선택하기 위한 정보 등 의학적으로 검증되어 업계에서 통용되는 권장 시술 가이드 정보 또는 사용자로부터 경험적으로 검증되어 입력된 기준 정보나 통계정보를 저장하여 이를 기초로 적절한 위치에 배치할 수 있다.

이와 같이, 시뮬레이션 제공부(60)는 임플란트 객체의 식립 시뮬레이션을 위한 각종 기능을 제공할 수 있으며, 이하에서는, 설명의 간략화를 위하여 종래 시뮬레이션 프로그램과 차별화되는 요소를 중심으로 설명하기로 한다.

시뮬레이션 제공부(60)는 구강 스캔 영상이나 CT 영상에서 치아가 유실된 영역에 크라운을 생성하는데, 이때, 구강 스캔 영상에서 정의된 치열궁 라인 상에 위치하도록 크라운을 생성한다. 예컨대, 시뮬레이션 제공부(60)는 크라운의 중심이 치열궁 라인을 지나도록 크라운을 배치할 수 있다.

또한, 시뮬레이션 제공부(60)는 크라운의 하부가 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서지 않도록 생성한다. 크라운은 사실상 치은 위에 위치하는 것으로 치은 영역을 많이 침범할 수 없기 때문이다. 이와 같이, 시뮬레이션 제공부(70)는 크라운의 하부가 위치할 수 있는 최대 범위를 결정하는데 치은 평면을 활용함으로써, 사용자가 대략적으로 치은의 위치를 판단하고 크라운을 배치하는 종래기술에 비하여 수정 작업을 최소화할 수 있으며, 크라운의 위치를 더욱 정확하게 결정할 수 있게 된다.

시뮬레이션 제공부(60)는 배치된 크라운의 위치를 기초로 픽스처, 어버트먼트 등의 길이, 크기, 위치 등을 결정하기 위한 다른 임플란트 객체의 식립 시뮬레이션을 제공한다. 크라운의 위치에 대응하여 픽스처와 어버트먼트가 자동 배치되고, 사용자는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 임플란트 객체의 길이, 크기, 위치 등을 수정할 수 있다.

가이드 설계부(70)는 시뮬레이션 제공부(60)에 따른 임플란트 식립 시뮬레이션 결과에 기초하여 서지컬 가이드를 설계한다. 가이드 설계부(70)는 픽스처 식립 위치에 대응하여 치조골 천공을 위한 드릴이 삽입되는 가이드 홀, 내부에 가이드 홀을 포함하는 기둥형태로서 드릴의 위치를 안내하기 위한 드릴 가이드, 치은을 커버하여 드릴 가이드를 지지하는 가이드 지지대 등을 설계한다.

한편, 가이드 지지대의 두께는 임플란트 시술에 있어서 중요한데, 예컨대, 지지대 두께가 지나치게 얇으면 서지컬 가이드가 환자 구강에 잘 고정되지 않아 드릴 구동시 가이드가 움직일 수 있는 위험이 존재하며, 반대로 두께가 지나치게 두꺼우면 시술시 환자에게 통증을 유발할 가능성이 있다. 따라서, 가이드 지지대의 두께를 적절하게 결정할 필요가 있다.

가이드 설계부(70)는 가이드 지지대 설계시 치은평면 생성부(20)를 통해 생성된 치은 평면의 위치를 기초로 가이드 지지대의 두께를 결정한다. 이에 의하면, 사용자가 임의로 가이드 지지대의 두께를 결정하는 종래기술에 비하여 환자의 구강에 맞춤화된 서지컬 가이드를 설계할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법의 흐름도이고, 도 6과 도 7은 치과용 서지컬 가이드 설계 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 이하, 도 5 내지 도 7을 함께 참조하여, 전술된 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100)의 유기적 동작을 살펴본다.

먼저, 도 5를 참조하면, 치과용 서지컬 가이드 설계 장치(100)가 CT 장비나 구강 스캐너 등을 통하여 임플란트 시술이 필요한 환자의 CT 영상과 구강 스캔 영상을 획득하는 것이 전제된다(S10). 이와 함께 CT 영상과 구강 스캔 영상에서 노이즈를 처리하거나 기울기 등을 보정하는 등의 영상 전처리 과정이 수행될 수 있으며, 또한, 환자의 개인정보를 비롯하여 서지컬 가이드 설계 전에 필요하거나 설계 관련하여 기 결정된 정보, 예컨대, 임플란트 시술에 사용할 키트 타입(Kit type), 픽스처 타입, 가이드 홀 타입, 슬리브 타입(Sleeve type) 등 임플란트 시술정보를 작성하는 과정이 선행될 수도 있다.

도 6은 전술된 바와 같이, 작성된 수술 정보가 표시된 화면의 일 예를 보여준다.

이어서, 구강 스캔 영상에서 치은 평면과 치열궁 라인이 생성된다(S20).

치은 평면 생성부(20)는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 입력된 점을 기초로 적어도 평면의 일부분이 일부의 치은 상부 경계에 접하는 치은 평면을 생성할 수 있으며, 또는, 구강 스캔 영상에서 색상이나 형상 등의 처리를 통해 치은 상부 경계상의 점들을 인식하여 자동으로 치은 평면을 생성하도록 구현될 수도 있다.

한편, 치은 평면이 임플란트 플래닝을 위한 시뮬레이션과 서지컬 가이드 설계 시에 활용되는 것을 감안하면 임플란트 대상인 유실 치아에 근접한 치은의 경계에 접하도록 생성되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 치은 평면 생성부(20)는 치아가 유실된 영역을 인식하고, 해당 영역 주변으로 점이 입력될 영역을 가이드 하기 위한 가이드 박스를 표시하여 치아 유실 영역 주변에서 점이 입력될 수 있도록 유도할 수도 있을 것이다. 또한, 3개 이상의 점이 입력되어 보간이 필요할 때에도 치아 유실 영역과의 거리의 근접 여부에 따라 보간시 가중치를 달리 적용할 수도 있다.

치열궁 생성부(30)는 치은 평면과 마찬가지로 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 사용자가 입력한 점이나 영상 처리를 통하여 인식된 점을 기초로 치열궁 라인을 생성할 수 있다.

이와 같이, 구강 스캔 영상에서 치은 평면과 치열궁 라인이 생성되면, 이어서, 영상정합부(40)를 통하여 구강 스캔 영상과 CT 영상의 정합이 이루어진다(S30).

구강 스캔 영상과 CT 영상의 정합은 영상의 특징을 기초로 한 다양한 정합 알고리즘에 의하여 수행될 수 있으며, 이때, 정합의 기준이 되는 특징점은 사용자 인터페이스부(10)를 통한 사용자 입력에 의하거나 영상분석을 통해 두 영상에서 서로 대응되는 위치가 자동 추출될 수 있다. 이때, 특징점으로 치은 평면 생성시 활용된 점들이 이용될 수도 있으며, 이를 위하여, 영상정합부(40)는 구강 스캔 영상에서 치은 평면 생성시 활용된 점들을 사용자에게 제공할 수 있다. 이에 의하면, 사용자가 입력해야 할 특징점의 개수가 감소하기 때문에 편의성이 증대된다.

정합이 완료되면, 영상 정합 결과를 통하여 구강 스캔 영상에서 생성된 치은 평면과 치열궁 라인에 대응하는 CT 영상에서의 평면과 라인을 파악할 수 있다. 이를 이용하여, 파노라마 영상생성부(50)는 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 CT 영상에서의 치은 평면과 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성한다(S40).

이어서, 시뮬레이션 제공부(60)를 통하여 크라운, 픽스처, 어버트먼트 등 임플란트를 구성하는 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션이 이루어진다(S50). 시뮬레이션은 구강 스캔 영상, 재구성된 영상을 포함하는 CT 영상, 파노라마 영상, 정합 영상 등을 기초로 이루어질 수 있다.

시뮬레이션 과정에서, 시뮬레이션 제공부(60)는 생성된 치열궁 라인상에 크라운을 생성하되, 크라운의 하부가 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서 내려가지 않도록 생성할 수 있다.

더 나아가, 시뮬레이션 제공부(60)는 사용자 인터페이스부(10)를 통하여 미리 결정된 기준 이상을 넘어서 치은 평면 밑으로 크라운의 위치 수정이 이루어지는 경우, 사용자에게 이에 관한 알람 메시지를 제공하여 더욱 성공적인 임플란트 플래닝을 도모할 수 있을 것이다.

크라운에 이어서, 픽스처, 어버트먼트 등 다른 임플란트 객체의 식립 시뮬레이션도 완료되면, 이어서, 시뮬레이션 결과에 기초하여 서지컬 가이드의 설계가 이루어진다(S60). 이때, 가이드 설계부(70)는 치은 평면의 위치를 기초로 환자의 치은을 커버하기 위한 지지대의 두께를 결정한다.

도 7은 서지컬 가이드 설계 과정에서 제공되는 화면의 일 예로, 서지컬 가이드의 영역을 정의하기 위한 화면을 보여준다.

도 7을 참조하면, 서지컬 가이드의 영역(R)은 치은을 덮는 형태로 환자의 구강에 서지컬 가이드가 장착되는 영역으로서, 초록색으로 표시된 영역이다.

도 7에서 우측에 표시된 영상(701, 703)을 통해서 서지컬 가이드의 영역(R)을 측면에서 확인할 수 있다. 두 영상(701, 703)에 나타난 바와 같이, 치은을 덮는 정도에 해당하는 서지컬 가이드의 영역(R)의 두께는 구강 스캔 영상에서 생성된 치은 평면(GP)의 위치에 대응하여 설정될 수 있다.

참고로, 도 7에서는 서지컬 가이드의 영역(R)의 두께가 치은 평면(GP)의 위치와 일치하도록 설정된 예를 보여주지만, 치은 평면(GP)의 위치보다 기 설정된 거리만큼 치은을 더 덮도록 생성될 수도 있고, 또는 치은 평면(GP)보다 치아 방향으로 더 올라간 위치에 생성될 수도 있을 것이다.

이처럼, 서지컬 가이드의 영역(R)의 두께는 치은 평면(GP)의 위치를 기준으로 생성되지만, 사용자나 장치 설정에 따라 치은 평면(GP)의 위치 대비 구체적인 지지대의 두께는 달리 결정될 수 있다. 또한, 치은 평면(GP)의 위치나 치열궁 형태를 기초로 1차적으로 자동 설정된 서지컬 가이드의 영역(R)을 사용자가 조정할 수 있음은 물론이다. 한편, 조정 시에도 서지컬 가이드 설계를 위한 영상에 치은 평면의 위치를 표시하여 사용자가 참고하도록 할 수 있으며, 사용자가 치은 평면과 기 설정된 거리 이상 이격되도록 지지대 두께를 조정할 때에는 이에 관한 알람 메시지를 제공할 수 있을 것이다.

한편, 전술된 각 단계는 필요에 따라 수정, 추가되거나 그 순서가 변경되어 적용될 수 있다.

예컨대, 도 5의 흐름도에서는 영상 정합 후 임플란트 식립 시뮬레이션이 이루어지는 것으로 설명되었지만, 구강 스캔 영상에서 크라운의 위치 및 크기 설정이 선행되고, 그 이후에 영상 정합을 수행하여 픽스처 등 다른 임플란트 객체에 대한 시뮬레이션을 수행하도록 구현될 수도 있다. 이처럼 임플란트 식립 시뮬레이션은 임플란트 객체 별로 영상 정합 전 또는 후에 분리되어 수행될 수 있으며, 모든 임플란트 객체에 대한 시뮬레이션이 반드시 연속되어 수행되지 않아도 된다.

종래기술에 따르면, CT 영상에 전적으로 기반하여 파노라마 영상을 생성함으로써, 보철물에 의한 아티팩트로 인하여 파노라마 영상 생성 및 크라운 위치 설정을 위한 치열궁 라인을 정확하게 그리기 어렵고, CT 영상에서 파노라마 영상을 생성할 축단면을 사용자가 일일이 찾아야 하는 문제점이 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 장치 및 방법에 의하면, 구강 스캔 영상에서 생성한 치열궁 라인과 치은 평면을 기초로 파노라마 영상을 생성함으로써 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으며, 치은 평면을 파노라마 영상 생성시뿐 아니라 임플란트 식립 시뮬레이션, 및 서지컬 가이드 설계 시에도 활용함으로써 설계 프로세스 전반에서 정확성과 효율성을 도모할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.

본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.

컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10: 사용자 인터페이스부 20: 치은평면 생성부
30: 치열궁 생성부 40: 영상정합부
50: 파노라마 영상생성부 60: 시뮬레이션 제공부
70: 가이드 설계부

Claims (11)

1. 컴퓨터상에서 치과용 서지컬 가이드를 디지털 설계하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법에 있어서,
   환자의 CT 영상과 구강 스캔 영상을 획득하는 단계;
   상기 구강 스캔 영상에서 적어도 하나 이상의 점을 정의하는 단계;
   정의된 상기 점을 기초로 상기 구강 스캔 영상에 적어도 평면의 일부분이 치은 상부 경계에 접하는 치은 평면을 생성하는 단계;
   상기 구강 스캔 영상에 치열궁 라인을 생성하는 단계;
   상기 구강 스캔 영상과 상기 CT 영상을 정합하는 단계; 및
   상기 정합에 의하여 도출된 상기 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치은 평면과 상기 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구강 스캔 영상에서 적어도 하나 이상의 점을 정의하는 단계는,
   사용자 인터페이스부를 통한 입력에 의하거나 또는 사전에 마련된 기준에 따라 상기 점을 자동 인식하여 수행되는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 치은 평면을 생성하는 단계는,
   상기 치은 평면의 적어도 일부분이 임플란트 대상에 해당하는 유실 치아에 근접한 치은의 상부 경계에 접하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 치은 평면의 적어도 일부분이 접하는 상기 치은 상부 경계는 유리치은과 치아의 경계 또는 유두치은의 경계인 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구강 스캔 영상 또는 상기 CT 영상에서 치아가 유실된 영역에 크라운을 생성하는 단계를 더 포함하며,
   상기 크라운은 상기 치열궁 라인 상에 위치하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 크라운을 생성하는 단계에서 상기 크라운은 상기 크라운의 하부가 상기 치은 평면을 미리 결정된 기준 이상 넘어서지 않도록 생성되는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 구강 스캔 영상, 상기 파노라마 영상, 및 상기 CT 영상 중 적어도 하나의 영상을 기초로 임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션을 제공하는 단계; 및
   상기 임플란트 식립 시뮬레이션의 결과에 기초하여 서지컬 가이드를 설계하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 서지컬 가이드를 설계하는 단계는,
   상기 치은 평면의 위치를 기초로 환자의 치은을 커버하기 위한 상기 서지컬 가이드의 지지대의 두께를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 방법.
   
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 치과용 서지컬 가이드 설계 방법을 실행하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 실행가능한 기록매체.
   
10. 치과용 서지컬 가이드의 컴퓨터 지원 설계를 수행하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치에 있어서,
    환자의 구강 스캔 영상에서 정의된 적어도 하나 이상의 점을 기초로 상기 구강 스캔 영상에 적어도 평면의 일부분이 치은의 상부 경계에 접하는 치은 평면을 생성하는 치은평면 생성부;
    상기 구강 스캔 영상에 치열궁 라인을 생성하는 치열궁 생성부;
    상기 구강 스캔 영상과 상기 환자의 CT 영상을 정합하는 영상정합부; 및
    상기 영상정합부를 통한 정합에 의하여 도출된 상기 구강 스캔 영상의 치은 평면에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치은 평면과 상기 구강 스캔 영상의 치열궁 라인에 대응하는 상기 CT 영상에서의 치열궁 라인을 기초로 파노라마 영상을 생성하는 파노라마 영상생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    임플란트 객체의 위치, 크기, 각도를 결정하기 위한 임플란트 식립 시뮬레이션을 제공하는 시뮬레이션 제공부; 및
    상기 시뮬레이션 제공부에 의한 임플란트 식립 시뮬레이션의 결과를 기초로 서지컬 가이드를 설계하는 가이드 설계부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 서지컬 가이드 설계 장치.

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