KR20060067926A - 물체의 테스트 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뼈와 같은 물체(130, 230, 530)에 부착된 임플란트와 같은 유지부(120, 220, 520)를 테스트하는 방법 및 장치(100, 200, 500)에 관한 것으로서, 본 발명의 테스트 방법은 부재(110, 210, 510)를 상기 유지부와 접촉하게 하는 단계와; 부재가 상기 유지부(120, 220, 510)와 접촉하게 될 때, 상기 부재(110, 210, 510)의 하나 이상의 공진 주파수를 비접촉식으로 탐지하는 단계와; 물체에 대한 유지부의 부착 정도에 의해 탐지된 공진 주파수를 해석하는 단계를 포함하고 있다.

Description

물체의 테스트 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT RELATING TO TESTING OBJECTS}

본 발명은 사람 또는 동물의 뼈에 부착되는 임플란트와 같은 물체를 테스트하는 기구 및 방법에 관한 것이다.

임플란트를 사용하는 경우에는 뼈에 마련된 구멍에 금속 고정체를 삽입해야만 한다. 치료 과정 중에, 뼈를 포위하면 임플란트 표면과의 긴밀한 접촉이 촉진되고, 소정 시간 후에, 인공 보철물이 고정체에 부착될 수 있다. 이러한 임플란트는 치과 또는 성형 외과에서 종종 사용된다.

뼈와 임플란트 표면 사이의 결합성을 임상적으로 관찰하는 수단이 필요하다. 임플란트의 파손은 배치 상의 에러, 조기에 가해지거나 부적절한 부하로 인한 것일 수 있다. 임플란트에 부하를 가하기 전에 사용할 수 있는 비파괴 테스트가 이러한 타입의 파손을 줄이는 데에 도움을 줄 수 있고, 임플란트에 대해 주기적인 테스트를 실시하여, 이 임플란트가 여전히 만족스러운 것이 보장되는 사용 상태가 되게 할 수 있다. 이 테스트에 의해 다양한 임플란트 시스템 사이에서 양적인 비교를 할 수 있다.

종종 X레이를 사용하여 임플란트의 상태를 테스트하지만, 이것은 임플란트 둘레에서의 전반적인 뼈 손실의 여부만을 보여줄 수 있을 뿐이다. 충분한 정확도를 가진 관찰 위치와 각도를 재구성하기 어렵기 때문에, X레이를 사용하여 시간에 따른 통합의 진행을 모니터링하는 것이 매우 어렵다. 다른 종류의 테스트로는, 비록 조잡한 방법이긴 하지만, 수술 기구로 임플란트에 부착된 구조체를 가볍게 두드려 보는 것이 있다. 이 테스트로는 만족스러운 임플란트와 전체적으로 결함있는 시스템만을 구별할 수 있을 뿐이다.

국제특허출원 번호 WO 92/18053은 사람 또는 동물의 뼈에 부착되어 있는 임플란트를 테스트하는 방법에 관한 것이다. 이 테스트 방법은 부재를 임플란트에 접촉시키는 단계와; 상기 부재가 임플란트와 접촉할 때 적어도 하나의 부재의 공진 주파수를 탐지하는 단계와; 뼈에 대한 임플란트의 부착 각도에 의해 탐지된 공진 주파수를 해석하는 단계를 포함하고 있다. 그러나, 이 테스트 방법은 와이어를 통해 임플란트와 접촉하고 있는 분석 유닛을 사용하는 것을 내포하고 있다.

미국 특허 US 3,355,933 및 WO 99/46603은 대형 물체의 표면 진동을 측정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다. 상기 출원에 기재되어 있는 측정 장치는 환자의 구강과 같은 좁은 공간에서는 부적합하다.

본 발명의 목적은 특히, 임플란트와 같은 좁은 공간에 있는 물체에 대한 비접촉식 테스트 기구 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비접촉식으로 부착되는 임플란트와 뼈 사이에서의 결합 정도 및/또는 품질을 신뢰성 있게 표시할 수 있는 비파괴 테스트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 청결함을 부여하는 일회용의 테스트 장치를 제공하는 것이다.

이러한 이유로, 뼈와 같은 물체에 부착되는 임플란트를 테스트하는 장치 및 방법이 제공된다. 이 방법은 부재를 임플란트와 접촉하게 하는 단계와; 상기 부재가 임플란트와 접촉하게 될 때 부재의 하나 이상의 공진 주파수를 비접촉식으로 탐지하는 단계와; 뼈에 대한 임플란트의 부착 정도에 의해 탐지된 공진 주파수를 해석하는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법은 부재를 임플란트에 착탈식으로 부착하는 단계를 더 포함하고 있다. 바람직하게는, 상기 부재는 캔티레버 비임을 포함하고 있다.

본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따르면, 부재는 자기부를 포함하고 있다. 따라서, 코일에 의해 공진 주파수가 탐지된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부재는 마킹을 포함하고 있다. 따라서, 공진 주파수는 조명 탐지기에 의해 탐지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부재는 강자성 재료로 제조되어 있다. 따라서, 공진 주파수는 자기장을 방해하는 부재에 의해 탐지된다.

바람직하게는, 임플란트는 나사 보어를 포함하고, 캔티레버 비임이 임플란트에 나사결합된다.

본 발명은 탐지된 공진 주파수를 다른 임플란트와 접촉하고 있는 동일한 또는 유사한 부재의 하나 이상의 공진 주파수 값과 비교하는 단계를 포함하고 있다. 하나의 단계에서, 탐지된 공진 주파수를 동일한 임플란트와 접촉하고 있는 동일한 또는 유사한 부재의, 다른 시간에 채취한 공진 주파수 값과 비교한다.

본 발명의 방법은 부재에 힘을 가하고, 이 힘에 대한 부재의 반응을 탐지하며, 반응 신호의 전압 대 여기 신호의 전압의 비인 출력값을 유도하는 단계를 포함하고 있다.

또한, 본 발명은 뼈에 부착된 임플란트를 테스트하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 임플란트에 착탈식으로 부착되게 되어 있는 부재와, 부재가 임플란트에 부착될 때 부재의 하나 이상의 공진 주파수를 탐지하는 탐지 수단을 포함하고 있다. 이 부재는 탐지가능한 부분을 포함하고 있다. 상기 탐지 수단은 탐지가능한 부분을 비접촉식으로 탐지하는 탐지기를 포함하고 있다.

본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따르면, 탐지가능한 부분은 자성 부재를 포함하고 있다. 따라서, 탐지기는 코일을 포함하고 있다. 본 발명의 장치는 증폭기와, 프로세서와, 데이터 저장소를 포함하고 있다. 탐지기에 의해 탐지된 신호는 증폭기에 의해 증폭되고, 입력값으로 적용되어 분석된다. 반응 전압 대 여기 전압의 비를 나타내는 분석된 출력값은 분석기 진동기의 주파수 출력을 변화시키는 프로세서에 공급되고, 그 결과를 데이터 저장소에 저장한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탐지가능한 부분은 마커(marker)를 포함하고 있다. 따라서, 탐지기는 조명 탐지기 및 조명기를 포함하고 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탐지가능한 부분은 강자성 재료로 이루어져 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탐지기는 외부 자기장에서의 교란을 탐지하는 코일을 포함하고 있다.

가장 바람직하게는, 부재는 캔티레버 비임을 포함하고 있다. 유리하게는, 비임은 약 1 내지 20kHz 사이의 범위의, 바람직하게는 약 1 내지 10kHz 사이의 범위의, 가장 바람직하게는 약 8kHz의 주파수에서 공진되도록 구성되어 있다.

위생상의 이유로, 상기 부재는 일회용이다.

또한, 본 발명은 뼈에 부착되어 있는 임플란트를 테스트하는 일회용 임플란트 테스트 부품에 관한 것이다. 이 일회용 임플란트 테스트 부품은 탐지기에 의해 비접촉식으로 탐지될 수 있는 탐지가능한 부분을 포함하고 있다.

도 1은 본 발명의 제1 양태에 따른 임플란트 테스트 부재 및 장치의 한 가지 실시예에 대한 개략 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2 양태에 따른 임플란트 테스트 부재 및 장치의 한 가지 실시예에 대한 개략 횡단면도이다.

도 3은 일반적인 임플란트에 부착되어 있는 본 발명에 따른 테스트 부재의 주파수에 대한 수신 진폭의 가설적인 변화를 그래프로 나타내고 있다.

도 4은 본 발명에 따른 테스트 비임의 뼈 모듈러스에 대한 상대적인 주파수의 가설적 변화를 그래프로 나타내고 있다.

도 5는 본 발명의 제3 양태에 따른 임플란트 테스트 부재 및 장치의 한 가지 실시예에 대한 개략적인 횡단면도이다.

이하, 본 발명을 단지 예로서 첨부 도면을 참조하여 더 자세히 설명하겠다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 장치(100)는 2 개의 부분 즉, 나사부(111)에 의해 임플란트 고정체(120)에 부착된 캔티레버 비임 형태의 부재(110)를 포함하고 있다. 임플란트 고정체는 나사부(112)에 의해 일반적으로 사람의 턱뼈와 같은 뼈(130)의 일부에 부착되는 치과용 임플란트이거나 다른 종류의 사람 또는 동물용의 임플란트일 수 있다. 임플란트(120)는 티타늄과 같은 금속이나, 세라믹 재료나, 기타 적절한 재료로 성형되는 다수의 공지되지 않은 타입 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 임플란트는 영국의 노벨 바이오케어(Nobel Biocare)에 의해 공급되는 형태일 수 있다. 부재(110)는 자성 부재(140)로 제공된다. 이 자성 부재(140)는 비임(110)의 한 쪽 단부에 예를 들어, 자유단에 또는 비임 내부에 일체형으로 마련될 수 있다.

본 발명의 장치의 제2 부분은 프로브(151)와 반응 분석 유닛(152)를 포함하는 테스트 장치(150)로 이루어져 있다. 상기 프로브(150)는 자성 부재의 진동을 탐지하는 코일(153)을 포함하고 있다.

비임에 진동을 발생시키기 위해, 비임은 여기되어야 한다. 이것은 수동으로 또는 전기 여진기(勵振器; excitor)에 의해 비임에 힘 F를 가하여 행해질 수 있다.

프로브(151)에 의해 탐지된 신호는 증폭기(154)에 의해 증폭되고, 분석기에 입력값으로 적용된다. 반응 전압 대 여기 전압의 비를 나타내는 분석기로부터의 출력값을 분석기 진동기의 주파수 출력값을 변화시키는 데에 사용되는 마이크로프 로세서(155)와 같은 프로세서에 공급하고, 그 결과를 데이터 저장소(156)에 저장한다. 결과를 출력하거나 및/또는 디스플레이 등에 표시할 수 있다.

이제, 본 발명의 제2 실시예를 예시하고 있는 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 장치(200)의 제1 부분은 전술한 실시예에서와 같이, 나사부(211)에 의해 임플란트 고정체(220)에 부착되는 캔티레버 비임 형태의 부재(210)를 포함한다. 또한, 이러한 경우에, 임플란트 고정체는 나사부(212)에 의해 뼈(230)의 일부에 부착되는 치과용 임플란트일 수 있다. 상기 부재(210)에는 이러한 경우에 비임(210)의 한 쪽 단부에 배치되는 라인과 같은 마킹(240)이 마련되어 있다.

상기 장치의 제2 부분은 프로브(251)와 반응 분석 유닛(252)을 포함하는 테스트 장치(250)로 구성되어 있다. 프로브(250)는 광원(253a) 바람직하게는 레이저와, 비임으로부터의 반사를 탐지하여 비임의 진동을 탐지하는 광 탐지기(253b)를 포함하고 있다. 광원은 바람직하게는 레이저 다이오드이다. 비임에는 광의 반사에 영향을 주는 어두운(또는 밝은) 부분과 같은 하나 또는 수 개의 마커(maker)가 마련되어 있다.

비임은 수동으로, 또는 예를 들어 전기 여진기에 의해 비임에 힘 F를 가하여 여기된다.

프로브의 팁에 있는 광원은 비임에 조명을 비추고, 광 탐지기(253b)는 반사광을 탐지한다. 탐지된 광 신호는 탐지기에 의해 전기 신호로 전환되고, 프로브(251)에 의해 탐지된 신호는 증폭기(254)에 의해 증폭되어, 입력값으로 분석기에 적용된다. 반응 전압 대 여기의 비를 나타내는 분석기로부터의 출력값을 분석기의 진동기 주파수 출력값을 변화시키는 데에 사용되는 마이크로프로세서(255)와 같은 프로세서에 공급하고, 그 결과를 데이터 저장소(256)에 저장한다. 결과를 프린트러 출력하거나, 및/또는 디스플레이 등에 표시할 수 있다.

사용 시에, 비임(110)은 예를 들어 제어기 및 카운터 공구를 사용하여 소정의 토크로 임플란트(120)에 나사식으로 고정된다. 토크에 따른 공진 주파수의 변화는 예를 들어, 약 5 내지 10Ncm의 실질적인 범위의 토크에서는 비교적 작다는 것이 밝혀졌고, 이에 따라 이러한 토크 변화는 문제를 일으키지 않는다.

바람직하게는, 반드시 필요한 것은 아니지만, 본 발명에 따른 비임은 일회용이고, 이것은 상기 비임은 나사 분해되고 폐기되어, 위생적인 테스트 장치를 제공한다는 것을 의미한다.

도 3에는 도 1의 장치에서 개략적으로 공진 주파수를 획득하는 데에 사용되는 개략적인 스윕(sweep)으로부터의 데이터가 도시되어 있다. 이 영역 부근에서의 미세한 스윕을 사용하여 이 주파수 일반적으로, 제1 또는 기본적인 주파수를 더 정확하게 검사한다. 이 주파수를 기록하여, 예를 들어 유사한 접합 단계에서의 다른 임플란트에 대한 데이터와 비교한다.

특정 임플란트에 있어서, 공진 주파수는 뼈에 대한 부착 정도에 따라 달라지게 될 것이 예상된다. 따라서, 탐진된 공진 주파수를 유사한 플란트에 대해 이전에 축적해 놓은 데이터와 비교하여, 임플란트의 부착 정도의 지표를 얻을 수 있다.

증폭 변화보다도 공진 주파수 변화의 비교 및 탐지에 기초하는 기법은 임플란트/티슈 계면의 품질을 그 강성 함수로서 측정하는 데에 효과적이고, 또한 임플 란트를 포위하는 변연골(marginal bone)의 높이 또는 수준의 함수로서 소정의 뼈 손실과 관련이 있다.

비임은 바람직하게는 예를 들어 티타늄 또는 알루미늄과 같은 금속 재료이고, 약 1 내지 20kHz, 더 구체적으로는 1 내지 10kHz, 바람직하게는 약 8kHz의 범위의 시스템 공진 주파수 범위를 제공하도록 크기 설정되어 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에 있어서, 직립식 비임의 높이는 약 1cm이다.

그러나, 도 5에 도시되어 있는 것과 같은 다른 실시예에 있어서, 본 발명의 다른 양태에 따른 장치(500)의 제1 부분은 나사부(511)에 의해 임플란트 고정체(520)에 부착되는 강자성체 재료로 제조되는 캔티레버 비임 형태의 부재(510)를 포함하고 있다. 또한, 이러한 경우에, 임플란트 고정체는 나사부(512)에 의해 뼈(530)의 일부에 부착되는 치과용 임플란트일 수 있다. 따라서, 부재(510)는 이러한 경우에 자체적으로 탐지가능한 부분(540)이다.

비임(510)은 자기장 발생기(560)에 의해 발생되는 외부 자기장(565)으로 여기된다.

테스트 장치(550)는 프로브(551)와 반응 분석 유닛(552)를 포함하고 있다. 이 프로브는 자기장 발생기의 일부일 수 있다. 프로브(55)는 자기장(565)에서의 계면을 탐지하는 코일(553)을 포함하고 있다. 제1 실시예와 관련하여 기재한 바와 동일하게, 분석을 실행할 수 있다.

자기장 발생기는 교류 자기장을 발생시키는 영구 자석이거나, 직류 자기장을 발생시키는 코일일 수 있다. 프로브는 외부에 배치되어 있을 수 있다.

첨부된 청구범위에 한정되어 있는 것과 같은 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변형이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

변환기 또는 게이지, 그리고 선택적으로 비임은 예를 들어 건식 공기 아크릴 재료로 코팅되어, 장치의 소독 중에 변환기를 보호할 수 있다. 변환기는 캔티레버 비임 이외의 형태를 취할 수도 있다. 비임은 기본적으로 직선형인 것 대신에 대체로 U자형일 수 있고, 임플란트에 연결되거나, 그 베이스에 접합될 수 있다. 또한, UV 탐지기, 음향 탐지기 등과 같은 변형 탐지기를 사용할 수 있다.

본 발명은 임플란트에 제한되는 것은 아니고, 나사, 리벳, 또는 핀과 같은 물체의 유지부를 테스트하는 바람직하게는 모든 좁은 공간에 적용될 수 있다.

Claims (29)

1. 물체(130, 230, 530)에 부착된 유지부(120, 220, 520)를 테스트하는 방법으로서,

   부재(110, 210, 520)를 상기 유지부와 접촉하게 하는 단계와;

   부재가 상기 유지부(120, 220, 510)와 접촉하게 될 때, 상기 부재(110, 210, 510)의 하나 이상의 공진 주파수를 비접촉식으로 탐지하는 단계와;

   물체에 대한 유지부의 부착 정도에 의해, 탐지된 공진 주파수를 해석하는 단계를 포함하는 테스트 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 부재를 유지부에 착탈식으로 부착시키는 단계를 더 포함하는 것인 테스트 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부재(110, 120, 510)는 캔티레버 비임을 포함하는 것인 테스트 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재(110)는 자기부(140)를 포함하는 것인 테스트 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 공진 주파수는 코일(153)에 의해 탐지되는 것인 테스 트 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재(210)는 마킹(240)을 포함하는 것인 테스트 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 공진 주파수는 조명 탐지기(253a)에 의해 탐지되는 것인 테스트 방법.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재(510)는 강자성 재료로 제조되는 것인 테스트 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 공진 주파수는 자기장(565)을 교란하는 상기 부재에 의해 탐지되는 것인 테스트 방법.
10. 제3항에 있어서, 상기 유지부는 나사 보어를 포함하고, 상기 캔티레버 비임은 상기 유지부에 또는 그 내부에 나사결합되는 것인 테스트 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 탐지된 공진 주파수를 다른 유지부와 접촉하고 있는 동일한 또는 유사한 부재의 하나 이상의 공진 주파수 값과 비교하는 단계를 포함하는 것인 테스트 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 탐지된 공진 주파수를 동일한 유지부와 접촉하고 있는 동일한 또는 유사한 부재의, 다른 시점에서 채취한, 하나 이상의 공진 주파수 값과 비교하는 단계를 포함하는 것인 테스트 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 힘으로 부재를 여기하고, 이 힘에 대한 부재의 반응을 탐지하는 단계를 포함하는 것인 테스트 방법.
14. 제13항에 있어서, 반응 신호의 전압 대 여기 신호의 전압의 비인 출력값을 유도하는 단계를 포함하는 것인 테스트 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유지부는 임플란트이고, 상기 물체는 뼈인 것인 테스트 방법.
16. 뼈(130, 230, 530)에 부착된 임플란트(120, 220, 520)를 테스트하는 장치(100, 200, 500)로서,

    상기 임플란트에 착탈식으로 부착되게 되는 부재(110, 210, 510)와;

    부재가 임플란트에 부착되게 될 때, 부재의 하나 이상의 공진 주파수를 탐지하는 탐지 수단(150, 250, 550)

    을 포함하는 테스트 장치에 있어서,

    상기 부재(110, 210)는 탐지가능한 부분(140, 240, 540)을 포함하고, 상기 탐지 수단(150, 250)은 상기 탐지가능한 부분을 비접촉식으로 탐지하는 탐지기(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 탐지가능한 부분은 자성 부재(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 탐지기(150)는 코일(153)을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 증폭기(154)와, 프로세서(155)와, 데이타 저장소(156)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
20. 제16항에 있어서, 상기 탐지기(151)에 의해 탐지된 신호는 상기 증폭기(154)에 의해 증폭되고, 입력값으로 적용되어 분석되며, 반응 전압 대 여기 전압의 비를 나타내는 이 분석된 출력값은 분석기 진동기의 주파수 출력값을 변화시키는 상기 프로세서에 공급되고, 그 결과를 상기 데이터 저장소(156)에 저장하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
21. 제16항에 있어서, 상기 탐지가능한 부분은 마커(240)를 포함하는 것을 특징 으로 하는 테스트 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 탐지기(250)는 조명 탐지기(253b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 조명기(253a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
24. 제16항에 있어서, 상기 탐지가능한 부분은 강자성 재료로 배치되는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 탐지기(550)는 외부 자기장에서의 교란을 탐지하는 코일(553)을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재는 캔티레버 비임을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 비임은 약 1 내지 20kHz 사이의 범위 내의, 바람직하게는 약 1 내지 10kHz의 범위 내의, 더 바람직하게는 약 8kHz의 주파수에서 공진하게 되거나 또는 공진하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부재(110, 210, 510)는 일회용인 것을 특징으로 하는 테스트 장치.
29. 뼈(130, 230, 530)에 부착되어 있는 임플란트(120, 220, 520)를 테스트하는 일회용 임플란트 테스트 부품(110, 210, 510)으로서, 탐지기에 의해 비접촉식으로 탐지될 수 있는 탐지가능한 부분(140, 240, 540)을 포함하는 일회용 임플란트 테스트 부품.

Images