KR102093310B1 - 수술용 템플릿 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 수술용 템플릿을 생성하는 방법을 제공하고, 이는: 3D 표면 데이터의 일 세트를 얻는 단계 -상기 3D 표면 데이터는 환자의 구강 상태의 표면을 나타냄- , 환자의 구강 상태의 표면의 일부분에 피팅하도록 구성되는 수술용 템플릿을 나타내는 지지 구조체 모델을 얻는 단계, 계획된 보어 위치 데이터를 얻는 단계 -계획된 임플란트 위치 데이터는 3D 표면 데이터에 대해 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들의 일 세트의 종축들을 나타냄- , 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들에 대응하는 지지 구조체 모델의 가이드 홀들에 대한 지지체 재료를 제공하도록 지지 구조체 모델을 자동으로 수정하는 단계, 및 수정된 지지 구조체 모델에 의존하여 치과 스플린트를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

수술용 템플릿{A SURGICAL TEMPLATE}

본 발명은 일반적으로 치과 진료를 포함한 두개골 수술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 외과의사에 의해 구강 임플란트들의 설치를 용이하게 하고 유도(guide)하거나 악안면 수술과 같은 다른 구강 수술을 유도하는 데 사용되는, 또는 나이트 가드(night guard) 또는 스포츠 가드(sports guard)와 같은 치아를 보호하는 데 사용되는 치과 스플린트(dental splint)들 또는 교합 스플린트(occlusal splint)를 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

환자 내 구강 임플란트의 설치를 위해 유도 수술 방법들을 이용하는 진료 작업흐름의 일 예시가 제공된다:

1. 치과의사는 환자를 검사하고, 환자의 구강 상태의 X-선 이미지 또는 스캔을 획득할 수 있다.

2. 구강 상태의 인상(impression)이 채득되고, 환자의 턱뼈 및 치아의 석고 모형을 생성하는 데 사용된다.

3. 원하는 보철물의 위치, 크기 및 형상을 모형화하는 치아 셋업(teeth setup)이 석고 모형 상에 생성된 후, 환자에게 피팅(fit)된다. 그 후, 이는 환자의 구강 상태 및 임상적 요구들에 매칭하도록 조정되고 최적화된다.

4. 치아 셋업에 기초하여, 방사선사진 가이드(radiographic guide)가 생성된다. 방사선사진 가이드는 방사선-불투과성 마커들을 포함하고, 환자에게 피팅되도록 구성된다. 또한, 바이트 인덱스(bite index)가 생성되고, 이는 방사선사진 가이드와 환자의 마주하는 턱 사이에 피팅되어 방사선사진 가이드를 환자의 입 안에서 올바른 위치에 유지한다.

5. 그 후, 환자의 구강 상태를 이미징하기 위해 더블-스캔 절차가 사용된다. 환자는 먼저 CT 스캐너를 이용하여 제 위치에 있는 방사선사진 가이드 및 바이트 인덱스와 스캐닝된다. 방사선사진 가이드는 그 후 단독으로 스캐닝된다. 제 1 스캔으로부터, 환자의 컴퓨터 모델이 발생된다. 제 2 스캔으로부터, 방사선사진 가이드의 컴퓨터 모델이 발생된다. 그 후, 두 모델들은 방사선-불투과성 마커들로부터 생기는 CT 데이터 내의 랜드마크(landmark)들을 이용하여 서로에 대해 정렬된다. 이는 환자의 구강 상태의 상세한 재현(representation)이 컴퓨터에 제공되게 하며, 이는 뼈 및 신경 구조들을 나타내는 CT 데이터와 함께 연조직 표면 윤곽들(즉, 방사선사진 가이드의 음각 표면)을 포함한다.

6. 임플란트들의 위치 및 방위는 환자의 구강 상태의 (표면 세부사항 및 CT 데이터를 포함한) 컴퓨터 재현을 이용하여 계획된다. 이와 유사하게, 여하한의 필요한 앵커 핀(anchor pin)들의 위치도 이 단계에서 계획된다.

7. 치과 스플린트[이 경우, 수술용 템플릿(surgical template)으로도 알려져 있음]가 생성되며, 이는 방사선사진 가이드와 동일한 형상을 갖지만, 계획된 임플란트들 및 앵커 핀들의 위치에 드릴 홀(drill hole)들을 포함한다. 각각의 드릴 홀에는 금속 슬리브(metal sleeve)가 제공된다.

8. 치과 스플린트는 환자의 입 안에 배치되고, 환자의 턱뼈에서의 드릴링 및 치과 임플란트들의 배치를 유도하는 데 사용된다.

이 진료 작업흐름에는 몇몇 문제점들이 알려져 있다.

첫째로, 수술용 템플릿을 생성하기 위해서는 방사선사진 가이드가 먼저 생성되어야 한다. 방사선사진 가이드의 생성은 통상적으로 외과의사에 의해서가 아닌, 치과 구성요소들의 생성을 전문으로 하는 랩(lab)에 의해 행해진다. 이는 수송으로 인해 진료 작업흐름을 더 복잡하고 더 느리게 한다. 또한, 방사선사진 가이드의 생성은 시간소모적이고 비용이 많이 든다.

둘째로, 환자가 통상적으로 초기 단계에 이미 스캐닝되었기 때문에(앞서 1 단계 참조), 방사선사진 가이드와의 스캔은 환자의 방사선 도즈를 더 증대시킨다. 또한, 방사선사진 가이드가 스캐닝 절차 동안 환자에게 올바르게 피팅되지 않은 경우, 스캔이 다시 수행되어야 하며, 이는 방사선 도즈를 더 증가시킨다.

구강 외과의사는 컴퓨터 모델링 및 계획을 사용하지 않고 종래의 방식으로 임플란트들을 설치함으로써, 이 추가 비용 및 복잡함을 회피하도록 선택할 수 있지만, 최신 진료 작업흐름의 개선된 정확성 및 예측가능성을 놓친다. 실제로, 이 옵션을 선택하려는 외과의사는 많지 않다.
배경기술의 예는 다음의 특허 문헌에서 개시된다: EP 1486900 A, US 5,768,134 B.

그러므로, 방사선사진 가이드의 필요성을 회피하는 유도 구강 수술 또는 다른 사용들을 위한 치과 스플린트를 생성하는 최신 진료 작업흐름이 요구된다.

본 발명의 일 실시예는 수술용 템플릿을 생성하는 방법을 제공하고, 이는: 3D 표면 데이터의 일 세트를 얻는 단계 -상기 3D 표면 데이터는 환자의 구강 상태의 표면을 나타냄- , 환자의 구강 상태의 표면의 일부분에 피팅하도록 구성되는 치과 스플린트를 나타내는 지지 구조체 모델을 얻는 단계, 계획된 보어 위치 데이터를 얻는 단계 -상기 계획된 보어 위치 데이터는 3D 표면 데이터에 대해 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들의 일 세트의 종축들을 나타냄- , 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들에 대응하는 지지 구조체 모델의 가이드 홀들에 대한 지지체 재료를 제공하도록 지지 구조체 모델을 자동으로 수정하는 단계, 및 수정된 지지 구조체 모델에 의존하여 수술용 템플릿을 생성하는 단계를 포함한다.

이제 첨부된 도면을 참조하여, 예시의 방식으로 본 발명의 실시형태들이 설명될 것이다:
도 1a는 환자의 구강 상태의 3D 표면 모델을 나타내는 도면;
도 1b는 제 2 관점으로부터 도 1a의 3D 표면 모델을 나타내는 도면;
도 2a는 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터의 거리 맵의 수평 슬라이스를 나타내는 도면;
도 2b는 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터의 관상 슬라이스(coronal slice)(좌-우 단면)를 나타내는 도면;
도 3a는 투명한 지지 구조체 모델 및 아래 있는 도 1b의 3D 표면 모델을 나타내는 도면;
도 3b는 어떠한 투명도도 없는 도 3a의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 4는 치열궁(dental arc)의 표시를 포함한 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터의 거리 맵의 수평 슬라이스를 나타내는 도면;
도 5a는 거리 맵 이미지의 파노라마 최대 세기 투영(panoramic maximum intensity projection)을 나타내는 도면;
도 5b는 3D 표면 모델의 상부 에지를 그리는 최고점 라인(high point line)을 갖는 도 5a를 나타내는 도면;
도 5c는 지지 구조체의 협측에서 사용될 절단 라인을 형성하도록 일정 거리만큼 낮춘 도 5b의 최고점 라인을 나타내는 도면;
도 5d는 평활화(smoothing) 후 도 5c의 절단 라인을 나타내는 도면;
도 5e는 지지 구조체의 설측에서 사용되는 직선 절단 라인을 나타내는 도면;
도 5f는 지지 구조체의 협측 또는 설측 복셀(voxel) 위치들의 결정을 나타내는 도면;
도 6a는 도 5d의 절단 라인에 기초하여 협측에 적용되는 절단, 및 도 5e의 절단 라인에 기초한 설측의 절단을 이용한 도 3a의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 6b는 제 2 관점으로부터 도 6a의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 7a는 절단 라인을 갖는 제 2 환자의 거리 맵 이미지의 파노라마 최대 세기 투영을 나타내는 도면;
도 7b는 계획된 앵커 핀 장소 주위에서 더 낮춘 도 7a의 절단 라인을 나타내는 도면;
도 7c는 평활화 후 도 7b의 절단 라인을 나타내는 도면;
도 8은 절단 라인에 대한 평활화 프로세스의 프로세스 흐름도;
도 9a는 도 7b의 적용된 절단 라인을 이용한 제 2 환자에 대한 렌더링된(rendered) 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 9b는 도 7c의 적용된 절단 라인을 이용한 제 2 환자에 대한 렌더링된 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 10a는 도 10b의 지지 구조체 모델의 거리 맵 이미지를 나타내는 도면;
도 10b는 지지 구조체를 나타내는 도면;
도 10c는 도 10d의 가상 구성요소의 거리 맵 이미지의 3 가지 관점을 나타내는 도면;
도 10d는 제 1 가상 구성요소를 나타내는 도면;
도 10e는 제 2 가상 구성요소를 나타내는 도면;
도 11a는 지지 구조체 모델 재료 및 슬리브 지지체 재료를 결합하기 전, 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 11b는 가이드 홀 주위에서 지지 구조체 모델 재료 및 슬리브 지지체 재료를 결합한 후, 도 11a의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 11c는 지지 구조체 내의 2 개의 근접 가이드 홀 주위에서의 지지체 재료의 결합을 나타내는 도면;
도 11d는 펀치의 적용 후 도 11b의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면;
도 12a 내지 도 12c는 표면들에 대한 불 연산(Boolean operation)을 이용하여 지지 구조체 모델로부터 공제되거나 부가되는 가상 구성요소들을 나타내는 도면;
도 13a는 도 12a 내지 도 12c의 가상 구성요소들의 조합을 나타내는 도면;
도 13b는 가상 구성요소들의 또 다른 조합을 나타내는 도면;
도 14a는 구강 상태의 치아의 단면도;
도 14b는 지지 구조체 모델이 적용되어 있는 도 14a의 치아를 나타내고, 제거될 언더컷(under-cut) 복셀들의 결정을 나타내는 도면; 및
도 14c는 언더컷 복셀들이 제거되어 있는 도 14b의 지지 구조체 모델을 나타내는 도면이다.

이제 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 특정 실시예들이 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다; 오히려, 이 실시예들이 제공되어 이 기재내용이 철저하고 완전하게 되며, 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달할 것이다. 첨부된 도면들에 예시된 실시예들의 상세한 설명에서 사용되는 전문 용어는 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 도면에서, 동일한 숫자들은 동일한 요소들을 칭한다.

다음 설명은 구강 임플란트들의 설치를 유도하는 수술용 템플릿에 적용가능한 본 발명의 일 실시예에 초점을 맞춘다. 하지만, 본 발명은 수술용 템플릿들의 사용에 제한되지 않으며, 치과 스플린트들, 예를 들어 보호용 마우스 가드 또는 다른 유사한 어플리케이션들의 생성에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

다음은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명이며, 이는 방사선사진 가이드의 사용 없이 수술용 템플릿을 생성하는 방법이다. 동일한 기술이 다양한 치과 스플린트 타입들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 첫째로, 환자의 구강 상태의 표면을 나타내는 3D 표면 데이터의 일 세트가 얻어진다. 둘째로, 3D 표면 데이터 및 계획된 임플란트 및 앵커 핀 위치들에 의존하여 가상 수술용 템플릿 모델이 발생된다. 셋째로, 가상 수술용 템플릿 모델로부터 물리적 수술용 템플릿이 생성된다.

환자의 구강 상태 결정

환자의 구강 상태의 표면은 전형적으로 상부 또는 하부 교합 치열궁이며, 이는 협측, 교합측 및 설측의 연조직 및 치아를 포함한다.

환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터는 다수의 알려진 광학 또는 방사선사진 이미징 기술들을 이용하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 환자의 구강에서 사용되는 구강내 광학 스캐너가 이 방법과 사용하기에 적절한 3D 표면 데이터를 생성할 것이다. 대안적인 방법들로는: 환자의 구강 상태의 인상의 광학 스캔(구강 상태의 음각 임프린트인 인상을 보상하도록 요구한 대로 처리됨), 환자의 구강 상태의 다이-주조(die-cast) 모형의 광학 스캔, 표면 검출 알고리즘과 조합된 구강 상태의 고해상도 3D X선 CT(computed tomography) 또는 MRI(magnetic resonance imaging) 이미지를 포함한다.

구강내 광학 스캔 및 인상 또는 다이-주조 모형의 광학 또는 촉각 스캔(tactile scan)은 둘 다 고해상도 표면 스캐닝 및 환자에 대한 최소 방사선 노출의 장점을 갖는다. CT 및 MRI 스캐너들은 체내 해부학 구조들도 시각화하는 장점을 제공한다.

본 발명은: CT 데이터를 이용하지 않는 디지털 모델 기반 접근, CT 데이터와 융합된 디지털 모델 기반 접근, 또는 단지 표면 검출 알고리즘과 조합된 CT/MRI 이미지를 이용하여 유도된 임플란트 배치를 위해 사용될 수 있다.

환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터(110)는 바람직하게는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 삼각측량된 표면(triangulated surface)을 나타내는 정점(vertex)들 및 삼각형(triangle)들로서 저장된다.

지지 구조체 모델 생성

환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터로부터 가상 수술용 템플릿 모델을 생성하기 위해 다수의 기술이 사용될 수 있다. 이 프로세스의 중간 단계로서 가상 지지 구조체 모델이 사용될 수 있다.

바람직하게는, 가상 수술용 템플릿 모델을 형성하도록 3D 표면 데이터를 처리하기 위해 거리 맵 이미징 방법이 사용된다.

환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터는 3D 거리 맵 이미지(200)를 형성하도록 처리된다. 이는 3D 표면 데이터에 의해 나타내어지는 3D 표면과 동일한 기준 프레임을 갖는 빈(empty) 복셀 이미지로부터 시작함으로써 행해진다. 거리 맵 이미지의 각 복셀에는 3D 표면 데이터에 의해 나타내어지는 3D 표면에 대한 복셀의 최소 거리에 대응하는 값이 할당된다. 도 2a는 환자의 구강 상태의 거리 맵의 수평 슬라이스 및 3D 표면(210)의 윤곽선을 나타낸다. 도 2b는 환자의 구강 상태의 거리 맵의 관상 슬라이스 및 3D 표면(210)의 윤곽선을 나타낸다.

일 실시예에서, 아래 턱에 대하여, 3D 표면 또는 이하(즉, 환자의 조직들을 나타내는 3D 표면 데이터의 공간 내)의 복셀들에는 양의 값이 할당된다. 3D 표면을 넘어가는 복셀들에는 음의 값이 할당된다. 복셀이 3D 표면으로부터 멀리 놓일수록, 복셀에 할당되는 값(음 또는 양)이 커진다. 다른 실시예들은 대안적인 복셀 값 구성들을 포함할 수 있다.

일단 거리 맵 이미지가 생성되면, 거리 맵 이미지의 특정 범위 내의 값을 갖는 복셀들을 모두 포함하는 지지 구조체 모델이 생성된다. 일 실시예에서, 3D 표면에 가까운 위치를 나타내는 제 1 값과, 3D 표면으로부터 먼 위치를 나타내는 제 1 값보다 크기(magnitude)가 큰 제 2 값 사이의 값(및 이에 따른 3D 표면으로부터의 특정 거리)을 갖는 모든 복셀들이 지지 구조체를 형성하도록 선택된다. 제 1 값은 지지 구조체 모델의 표면이 시작되는 3D 표면으로부터의 거리를 선택하도록 선정된다. 제 2 값은 지지 구조체의 두께를 정의하도록 선정되며, 상기 두께는 제 1 값과 제 2 값 간의 차이에 의존한다. 결과적인 지지 구조체 모델은 3D 표면과 매칭하고, 환자의 구강 상태를 피팅할 것이다. 보다 큰 제 1 값이 3D 표면과 지지 구조체 사이에 더 큰 공차(tolerance)를 제공한다. 공차에 의해 소량의 유극(play)이 제공된다. 바람직한 실시예에서, 공차는 0.1 mm 내지 0.5 mm이다. 도 2a 및 도 2b는 제 1 값(220) 및 제 2 값(230)에 대한 윤곽선을 나타낸다.

일 실시예에서, 제 1 및 제 2 값들은 3D 표면을 넘어 0.1 내지 2.1 mm의 거리를 갖는 모든 복셀들을 포함하는 지지 구조체 모델을 생성하도록 선택된다. 결과적인 지지 구조체 모델은 2.0 mm의 일관된 두께를 가질 것이다. 도 3a 및 도 3b는 환자의 구강 상태의 3D 표면(320) 위에 놓인 지지 구조체 모델(310)의 일 실시예를 나타낸다. 지지 구조체 모델(310)은 치근측 에지(apical edge: 330)를 갖는다. 도 3a에서, 지지 구조체 모델은 밑에 있는 3D 표면을 보기 위해 부분적으로 투명하다.

이러한 방식으로 자동으로 지지 구조체 모델을 생성하는 장점은, 모델을 생성하기에 정확하고 계산적으로 견고(computationally robust)하다는 것이다. 단지 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터가 주어지면, 매칭하는 지지 구조체 모델이 이 기술을 이용하여 빠르고 정확하게 생성될 수 있다.

또한, 지지 구조체 모델은 환자의 구강 뒤의 어금니까지 계속되지(stretch) 않도록 치열궁을 따라 제한되어야 한다. 그 대신, 뒤쪽 한계(rearward limit)가 정의된다. 도 4에서, 한계선(420)이 치열궁을 따르는 지지 구조체 모델의 뒤쪽 또는 후방 한계를 나타낸다.

대안적인 실시예에서, 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터로부터 가상 수술용 템플릿 모델을 생성하기 위해 공제 기법(subtractive technique)이 사용된다. 이 기술에서, 치과 스플린트에 가까운 형상을 갖는 사전정의된 형상이 제공된다. 환자의 구강 상태보다 더 크고 지지 구조체 모델로서 사용될 정도로 작은 여하한의 형상이 적절할 것이다. 사전정의된 형상은 3D 표면 상에 놓여, 이들이 겹치게 된다. 그 후, 불 연산이 사전정의된 형상으로부터 3D 표면 데이터의 3D 표면을 공제하도록 수행된다. 결과적인 형상은 사전정의된 형상과 동일한 전체 형상을 갖지만, 3D 표면에 매칭하는 표면을 갖는다. 이 결과적인 형상은 지지 구조체에 대한 적절한 기초일 것이다.

또 다른 대안적인 실시예에서, 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터로부터 가상 수술용 템플릿 모델을 생성하기 위해 확장 기법(dilation technique)이 사용된다. 이는 3D 표면의 바이너리 이미지를 생성하는 단계를 포함하며, 이때 3D 표면 내부의 복셀들은 1의 값을 갖고 3D 표면 외부의 복셀들은 0의 값을 갖는다. 그 후, 결과적인 이미지는 3D 표면의 확대된 바이너리 이미지를 생성하도록 확장된다. 그 후, 본래의 바이너리 3D 표면이 확대된 이미지로부터 공제되어, 결과적인 지지 구조체를 형성하고, 이는 확장된 이미지가 3D 표면에 걸쳐 확대된 정도에 의존하는 두께를 갖는다.

또 다른 대안적인 실시예에서, 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터로부터 가상 수술용 템플릿 모델을 생성하기 위해 z-이동(transfer) 기술이 사용된다. 이는 Z-축에서 시프트된 3D 표면 데이터의 제 2 모델과 포개지는 3D 표면의 모델을 이용하는 단계를 포함한다. 그 후, 2 개의 3D 표면들 간의 기하학적 공간이 지지 구조체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 이는 환자의 구강 상태에 매칭하는 표면을 갖고 일관된 두께를 갖는 지지 구조체 모델을 제공한다.

지지 구조체 모델 맞춤(customizing)

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 일단 지지 구조체 모델이 생성되면, 이는 특정한 특성 또는 특징을 포함하도록 더 개량(refine)될 수 있다.

완성되는 수술용 템플릿은 지지 구조체 모델로부터 생성될 것이므로, 지지 구조체 모델의 특성에 대한 여하한의 변화들이 변화된 특성의 최종 수술용 템플릿을 유도할 것이다.

지지 구조체 모델 절단 라인

바람직한 실시예에서, 지지 구조체 모델은 환자의 기존 치아 또는 잇몸 표면들의 치관측 부분(coronal portion)을 덮도록 구성된다. 치근 방향으로 지지 구조체 모델을 제한하는 절단 라인이 사용된다. 이는 다음 방식으로 달성된다:

1. 우선, 도 4에 나타낸 바와 같이 거리 맵 이미지(400)에 대해 치열궁(410)이 결정된다. 대안적인 실시예에서, 치열궁은 환자의 구강 상태의 3D 표면 데이터에 따라 결정된다. 또 다른 실시예에서, 치열궁은 사용자에 의해 표시된다.

2. 그 후, 거리 맵 이미지(400)의 최대 세기 투영이 치열궁(410)을 따라 발생되어, 통상적으로 치과 의사에 의해 사용되는 파노라마 방사선 사진(orthopantomogram)과 유사한 도 5a에 나타낸 아래 턱의 파노라마 이미지를 형성한다. 치조제(ridge: 500)가 명확히 관찰된다.

3. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 치조제(500)의 최상부를 따라 최고점들(또는 치관측 에지)이 기록되어, 3D 표면 데이터의 상부 경계를 정의하는 라인(510)을 형성한다. 최고점들은 파노라마 이미지의 각각의 수직 라인에서의 치아 재료를 나타내는 픽셀들로부터 빈 공간을 나타내는 픽셀들까지의 전이점(transition point)(예를 들어, 음의 값과 양의 값 사이의 전이)으로서 결정된다.

4. 그 후, 도 5c에서 라인(510)이 (교합 평면으로부터 떨어져) 낮춰진다. 이 새로운 라인이 치열궁(410)을 따라 지지 구조체 모델의 협측 절단 라인(520)을 정의한다. 동등한 위 턱에 대해, 라인(510)은 절단 라인(520)을 형성하도록 낮춰지는 대신에 (역시 교합 평면으로부터 떨어져) 올려진다.

5. 도 5d에 나타낸 바와 같이, 절단 라인은 평활화된다. 일 실시예에서, 절단 라인을 평활화하기 위해 이동 평균 알고리즘이 사용된다.

6. 그 후, 도 3a 및 도 3b의 지지 구조체 모델은 협측 절단 라인에 대응하는 협측 에지를 갖도록 수정된다.

바람직한 실시예에서, 협측 절단 라인은 1 mm 내지 4 mm만큼 낮춰진다. 동등한 위 턱에 대해, 협측 절단 라인은 낮춰지는 대신에 올려진다는 것을 이해한다.

바람직한 실시예에서, 2 개의 절단 라인이 사용된다. 협측에서는, 앞서 설명된 바와 같은 절단 라인이 사용된다. 설측에서는, 도 5e에 나타낸 바와 같이 절단 라인(530)이 고정된 높이의 직선이다. 이 직선은 설측에서 더 큰 지지 구조체 모델을 유도하여, 추가 강도를 제공할 것이다. 도 5f에 나타낸 바와 같이, 지지 구조체 모델의 어느 측이 협측(580)이고 어느 측이 설측(590)인지를 자동으로 결정하기 위해, 각각의 복셀 위치가 설측 또는 협측에 있는 것으로 결정되는 이미지가 3D 표면으로부터 생성된다. 일 실시예에서, 복셀의 설측 또는 협측 측면을 결정하는 단계는 치열궁의 어느 측에 복셀이 놓이는지를 결정함으로써 수행된다.

결과적인 지지 구조체 모델의 예시들이 도 6a 및 도 6b에 도시된다.

환자의 턱으로 삽입된 앵커 핀들에 의해 최종 수술용 템플릿이 지지되는 도 7a에 나타낸 일 실시예에서, 협측의 절단 라인은 앵커 핀 장소들 주위에 추가 재료를 제공하도록 수정된다. 도 7b에 나타낸 바와 같은 일 실시예에서, 이는 거리 맵 이미지의 파노라마 최대 세기 투영에서 앵커 핀 위치 장소(750) 주위의 원(740)에 의해 정의된 영역을 포함하도록 절단 라인을 낮춤으로써 행해진다. 이 단계는 앵커 핀이 위치되는 측, 예를 들어 협측 또는 설측에서만 수행된다.

도 7c에 나타낸 일 실시예에서, 도 7b의 절단 라인은 도 8에 나타낸 다음 프로세스에 따라 평활화된다:

- 단계 810에서, 절단 라인을 따라 이동 평균이 계산된다.

- 단계 820에서, 각각의 기록 지점에서 절단 라인의 곡률이 결정되어, 오목부 및 볼록부를 정의한다.

- 단계 830에서, 라인의 볼록부들만이 아래 턱에 대해 유지되거나, 또는 오목부들만이 위 턱에 대해 유지된다.

평활화되지 않은 절단 라인에 기초한 협측 에지를 갖는 지지 구조체 모델이 도 9a에 도시되고, 평활화된 절단 라인에 기초한 협측 에지를 갖는 지지 구조체 모델이 도 9b에 도시된다. 두번째 것이 미학 및 강도를 이유로 명백히 바람직하며, 환자를 다치게 할 위험을 낮춘다.

지지 구조체 모델 가이드 홀

바람직한 실시예에서, 지지 구조체 모델은 환자의 턱뼈로의 구강 임플란트들의 삽입을 허용하도록 보어 홀들의 드릴링을 유도하는 수술용 템플릿을 형성하는 데 사용된다. 그 결과, 지지 구조체 모델은 가이드 홀들과 구성된다. 가이드 홀들은 매칭하는 가이드 슬리브들과 피팅될 수 있으며, 이들은 통상적으로 더 단단한 재료를 포함하고 금속 드릴 가이드를 유도하는 기능을 제공한다. 가이드 홀들 주위의 지지 구조체 모델 재료는 외과의사의 툴들과의 상호작용으로부터 어느 정도의 힘을 견뎌야 하기 때문에, 지지 구조체 모델은 가이드 슬리브들을 지지하기 위한 보강을 필요로 한다. 보강은 지지 구조체에 가상 재료를 추가함으로써 행해진다. 또한, 환자의 치열에 대한 지지 구조체의 꼭 맞는 피팅(tight fit)은 지지 구조체 모델의 최상면이 매우 변동가능하다는 것을 의미한다.

각각의 가이드 홀에 대하여, 다음에 의해 지지 구조체 모델에 가이드 슬리브 지지체 재료가 추가된다:

1. 환자의 턱에서의 예정 보어 홀의 의도된 위치 및 대응하여 설치되는 임플란트 또는 앵커 핀 위치에 의존하여, 지지 구조체 모델 내의 가이드 홀의 위치를 결정한다.

2. 지지 구조체 모델(310)(이것의 일 실시예가 도 10b에 도시됨)의 거리 맵 이미지(1010)(도 10a에 도시됨)를 제공한다.

3. 슬리브 지지체 형상(1030)(이것의 일 실시예가 도 10d에 도시됨)의 거리 맵 이미지(1020)(도 10c에 도시됨)를 제공한다.

4. 펀치 형상(1040)(이것의 일 실시예가 도 10e에 도시됨)의 이미지를 제공한다.

5. 지지 구조체 모델 내의 가이드 홀의 종축(1110)에 대응하는 위치에서 지지 구조체 모델의 거리 맵 이미지 상에 슬리브 지지체 형상의 거리 맵 이미지를 놓고, 거리 맵 이미지들의 조합된 값들이 임계치를 초과하는 곳에 지지 구조체 모델 재료(1120)를 부가한다. 본래의 지지 구조체 모델의 일 예시가 도 11a에 도시된다. 슬리브 지지체 형상을 부가한 후 수정된 지지 구조체 모델의 일 예시가 도 11b에 도시된다.

6. 다수 슬리브 지지체 형상들의 거리 맵 이미지들이 겹치는 경우, 거리 맵 이미지들의 조합된 값들이 임계치를 초과하는 곳에 지지 구조체 모델 재료(1120)를 부가한다. 2 개의 슬리브 지지체 형상들을 연결하는 지지 구조체 모델 재료의 일 예시가 도 11c에 도시된다.

7. 지지 구조체 모델 내의 가이드 홀의 최상부에 대응하는 위치에서 지지 구조체 모델의 거리 맵 이미지 상에 펀치 형상(1040)의 이미지를 놓고, 펀치 이미지 내의 모든 지점들에서 지지 구조체 모델 재료를 제거한다. 펀치 재료의 제거 후 도 11b의 지지 구조체 모델의 일 예시가 도 11d에 도시된다.

8. 일단 앞선 단계들이 모두 가이드 홀들 각각에 대해 완료되면, 지지 구조체 모델 이미지는 3D 표면 모델로 전환된다. 이 프로세스는 마칭 큐브 알고리즘(marching cubes algorithm)을 이용하여 행해질 수 있다.

9. 그 후, 슬리브 지지체의 최상면(도 12a)의 3D 표면 모델(1240)이 다시 가이드 홀의 최상부에 대응하는 위치에서 지지 구조체 모델의 3D 표면 모델에 부가된다. 이는 드릴 가이드와 조화되는 가이드 홀의 최상부에 매끈하고 평평한 최상면을 제공한다.

10. 그 후, 슬리브 지지체 공간(1220)(도 12b)의 3D 표면 모델이 공제되어, 드릴링 및 임플란트의 삽입을 위한 홀을 제공한다. 또한, 도 12b에 나타낸 슬리브 지지체 공간은 1210 부분을 포함하여, 최종 수술용 템플릿과 슬리브 간의 계면을 제공하고 둘 사이의 접착제 유지를 위한 공간을 제공한다.

11. 최종적으로, 최종 수술용 템플릿에 슬리브를 고정시키기 위해 최종 수술용 템플릿과 슬리브 사이에 접착제가 삽입될 수 있도록 접착제 튜브(1230)(도 12c)의 3D 표면이 공제된다.

12. 도 13a는 도 12a 내지 12c의 모든 구성요소들을 하나의 이미지로 함께 나타낸다. 도 13b는 최종 수술용 템플릿에 앵커 핀 가이드 홀을 형성하는 데 사용되는 동등한 구성요소들의 집합체를 나타낸다.

13. 치아와의 꼭맞는 피팅(close fit)에 영향을 주는 지지 구조체 모델에 앞선 단계들에서 부가된 여하한의 재료들을 제거하기 위해, 환자의 구강 상태의 본래 3D 표면 데이터가 지지 구조체 모델의 3D 표면 모델로부터 공제된다. 일 실시예에서, 최종 생성된 수술용 템플릿과 환자의 구강 상태 사이에 약간의 공차를 보장하기 위해, 환자의 구강 상태의 약간 확대된 3D 표면 데이터가 지지 구조체 모델의 3D 표면 모델로부터 공제된다.

앞선 단계 5 또는 단계 6의 일 실시예에서, 각각의 표면들 상의 그 각각의 가장 가까운 지점들로부터 거리 맵 이미지들 내의 두 지점들의 조합된 거리들이 2mm 이하인 경우, 추가적인 지지체 재료가 부가된다.

또한, 지지 구조체 모델 내에 가이드 홀들을 생성하는 이 기술은 환자의 턱뼈에 수술용 템플릿을 고정하기 위해 앵커 핀들에 의해 사용되는 앵커 핀 가이드 홀들에도 적용가능하다.

측면(lateral) 슬리브 개구부

본 발명의 바람직한 실시예에서, 지지 구조체에 측면 개구부들이 제공된다. 생성된 치과 스플린트 내의 대응하는 개구부(들)가 가이드 홀(들)로의 가이드 슬리브들 및/또는 가이드 툴들(즉, 수술 절차 동안 가이드 홀 개구부를 피팅하고 드릴 비트 또는 다른 툴에 대한 지지체를 제공하는 구성요소를 갖는 툴들)의 측면 삽입을 허용한다. 측면 개구부들은 지지 구조체로부터 박스 형상의 불 공제(boolean subtraction)를 수행함으로써 지지 구조체 모델에 형성된다. 공제는 지지 구조체의 외표면에 가이드 홀로부터의 연속적인 개구부를 제공한다. 개구부는 지지 구조체 모델의 치관측 에지에서 시작하고, 가이드 홀의 길이보다 길거나, 이와 같거나, 또는 이보다 짧은 높이를 갖는 개구부에 평행하게 진행한다. 원심-근심 방향(distal-mesial direction)으로의 폭은 가이드 홀의 구성요소들에 대한 유지 피팅을 제공하도록 가이드 홀의 직경보다 약간 작거나 같다. 측면 개구부들은 지지 구조체의 협측 또는 설측에 제공될 수 있지만, 둘 모두에 제공되지는 않는다.

또 다른 실시예에서, 측면 개구부들은 협측 또는 설측에서 지지 구조체 모델에 갭을 제공하기 위해 절단 라인을 조정함으로써 형성된다. 이러한 실시예에서, 앞서 설명된 것과 동일한 치수들이 사용된다.

지지 구조체 모델 언더컷 제거

바람직한 실시예에서, 지지 구조체 모델은 이것이 환자의 치열에 쉽게 피팅될 수 있을 것을 보장하도록 수정된다. 도 14a 및 도 14b에 나타낸 바와 같이, 지지 치아(1400)는 치아의 목(neck: 1406) 및 뿌리를 향해 좁아지기 전 치아의 크라운(crown: 1405)에서 더 넓다. 앞선 방법들에 따라 형성된 지지 구조체 모델(1410)은 치아의 형상에 매칭하는 곡선 형상을 가질 것이다. 결과적으로, 절단 지점(1420)에서의 지지 구조체 모델의 개구부는 치아의 가장 넓은 지점보다 좁을 수 있다. 이는 치과의사가 수술용 템플릿을 손상시키지 않고 지지 구조체 모델에 대응하는 수술용 템플릿을 피팅하는 것을 불가능하지 않더라도 어렵게 할 것이다.

바람직한 실시예에서, 지지 구조체 모델은 언더컷을 형성하는 지지 구조체 모델의 여하한의 부분(1420)을 제거하도록 수정된다. 일 실시예에서, 이는 다음에 의해 달성된다:

1. 거리 맵 이미지의 치열궁(410)을 따라, 환자의 치아의 가장 넓은 지점이 계산된다. 또한, 이 가장 넓은 지점의 높이가 거리 맵 이미지의 파노라마 최대 세기 투영에서 결정된다.

2. 치아의 가장 넓은 지점의 높이 아래에 있고 치열궁(410)에 더 가까운 지지 구조체 모델의 여하한의 부분이 도 14c에 나타낸 바와 같이 제거된다.

물리적 수술용 템플릿의 생성

최종적으로, 가상 수술용 템플릿 모델에 의존하여 물리적 수술용 템플릿(또는 치과 스플린트)이 생성된다. 물리적 수술용 템플릿은 추가적인 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 이 기술의 장점은 물리적 수술용 템플릿이 생성될 수 있는 속도이다. 바람직하게는, 물리적 수술용 템플릿은 스테레오리소그래피(stereolithography)를 이용하여 가상 수술용 템플릿 모델의 물리적 복제로서 생성된다. 사용될 수 있는 다른 추가적인 제조 기술들로는 잉크젯 3D 프린터 또는 SLS 프린터를 포함한다. 대안적으로, 가상 수술용 템플릿 모델의 물리적 복제는 재료의 블록으로부터 밀링(mill)될 수 있다.

Claims (9)

1. 수술용 템플릿(surgical template)을 생성하는 방법에 있어서:
   ⅰ) 3D 표면 데이터(110)의 일 세트를 얻는 단계 -상기 3D 표면 데이터는 환자의 구강 상태의 표면을 나타냄- ,
   ⅱ) 상기 환자의 구강 상태의 표면의 일부분에 피팅(fit)하도록 구성되는 치과 스플린트(dental splint)를 나타내는 가상 지지 구조체 모델(310)을 얻는 단계,
   ⅲ) 계획된 보어 위치 데이터를 얻는 단계 -상기 계획된 보어 위치 데이터는 상기 3D 표면 데이터에 대해 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들의 일 세트의 종축들(1110)을 나타냄- ,
   ⅳ) 상기 1 이상의 계획된 임플란트 보어 홀들에 대응하는 상기 가상 지지 구조체 모델의 가이드 홀들에 대한 지지체 재료(1120)를 제공하도록 상기 가상 지지 구조체 모델(310)을 자동으로 수정하는 단계, 및
   ⅴ) 수정된 가상 지지 구조체 모델에 의존하여 상기 수술용 템플릿을 생성하는 단계
   를 포함하고, 상기 방법은 각각의 보어 홀에 대해:
   ⅵ) 상기 지지 구조체 모델(310)의 3D 거리 맵 이미지(distance map image: 1010)를 발생시키는 단계 -상기 3D 거리 맵 이미지는 복셀 이미지이고, 상기 3D 거리 맵 이미지 내의 각 복셀은 상기 복셀로부터 상기 지지 구조체 모델의 표면 상의 가장 가까운 지점까지의 거리에 대응하는 값을 가짐- ,
   ⅶ) 상기 가이드 홀에 대한 슬리브 지지체 형상(1030)의 3D 거리 맵 이미지(1020)를 발생시키는 단계 -상기 3D 거리 맵 이미지는 복셀 이미지이고, 상기 3D 거리 맵 이미지 내의 각 복셀은 상기 복셀로부터 상기 슬리브 지지체 형상의 표면 상의 가장 가까운 지점까지의 거리에 대응하는 값을 가지며, 상기 슬리브 지지체 형상은 상기 보어 홀에 대응하는 종축을 가짐- ,
   ⅷ) 상기 지지 구조체 모델의 3D 거리 맵 이미지(1010)와 상기 슬리브 지지체 형상의 3D 거리 맵 이미지(1020)를 조합하는 단계, 및
   ⅸ) 조합된 3D 거리 맵 이미지들 내의 각 지점에서의 조합된 복셀 값들이 최소 거리 이하의 거리에 대응하는 곳에 지지체 재료를 포함하도록 상기 지지 구조체 모델을 수정하는 단계를 더 포함하는 수술용 템플릿 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지 구조체 모델(310)은, 가이드 홀의 마우스(mouth)에 위치되고 상기 가이드 홀과 동일한 종축을 갖는 펀치 형상(1040)과 겹치는 부분을 제거하도록 수정되는 수술용 템플릿 생성 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 구조체 모델(310)은 상기 보어 홀과 동일한 종축을 갖는 가이드 홀 형상(1220)과 겹치는 부분을 제거하도록 수정되는 수술용 템플릿 생성 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 구조체 모델(310)은 상기 보어 홀의 종축(1110)에 실질적으로 수직인 축선을 갖는 접착제 홀(glue hole: 1230) 형상과 겹치는 부분을 제거하도록 수정되는 수술용 템플릿 생성 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 구조체 모델(310)은 상기 3D 표면 데이터(110)에 의해 나타내어지는 3D 표면과 겹치는 부분을 제거하도록 수정되는 수술용 템플릿 생성 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 3D 표면 데이터(110)에 대응하는 확대된 3D 표면이 사용되는 수술용 템플릿 생성 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지체 재료(1120)는 상기 조합된 3D 거리 맵 이미지들 내의 각 지점에서의 조합된 복셀 값들이 2 mm 이하에 대응하는 곳에 부가되는 수술용 템플릿 생성 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지 구조체 모델(310)은 언더컷(1420)을 형성하는 부분을 제거하도록 수정되는 수술용 템플릿 생성 방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 수술용 템플릿은 물리적 수술용 템플릿인 수술용 템플릿 생성 방법.

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