KR102138921B1 - 보철물 설계 시 프렙 모델의 마진라인 생성방법 및 이를 수행하는 보철 캐드 장치 - Google Patents

Abstract

보철물 설계 시 프렙 모델의 마진라인 생성방법 및 이를 수행하는 보철 캐드 장치가 개시된다. 일 실시 예에 따른 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법은, 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 및 프렙 이후 스캔 모델을 각각 획득하는 단계와, 프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 프렙 작업이 적용된 영역(이하, ‘프렙 적용 영역’이라 칭함) 및 프렙 작업이 적용되지 않은 영역(이하, ‘프렙 미적용 영역’이라 칭함)으로 구분하는 단계와, 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정하는 단계를 포함한다.

Description

보철물 설계 시 프렙 모델의 마진라인 생성방법 및 이를 수행하는 보철 캐드 장치 {Method for generating margin line of prep model in prosthesis design and prosthetic CAD apparatus therefor}

본 발명은 치과영상 처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보철물을 설계하는 기술에 관한 것이다.

치과 분야에서 보철 시술이란 손상된 치아를 보철물을 사용하여 수복시키는 것을 말한다. 보철물은 크라운(Crown), 인레이(Inlay), 온레이(Onlay), 코핑(Coping), 폰틱(Pontic) 등이 있다. 실제 보철물 시술을 수행하기 전에 시뮬레이션을 통해 환자에게 알맞은 가상의 보철물을 설계하고, 보철물을 타겟 위치에 가상으로 결합하는 과정을 거치게 된다. 이러한 과정은 보철 캐드(computer aided design: CAD)를 통해 이루어진다.

보철물 설계를 위해서는 원래 치아의 충치 부분 또는 불필요한 부분을 삭제하는 프렙(Prep) 작업이 요구된다. 그런데 프렙 모델에서 마진라인(margin line)이 정확하게 생성되지 않을 경우, 최종적으로 설계된 보철물을 치아 위에 씌웠을 경우 보철물로 덮여야 할 삭제된 치아의 가장자리 부분이 노출되거나, 보철물로 덮이지 않아도 될 삭제되지 않은 치아의 부분까지 보철물이 만들어지는 등의 여러 문제점들이 발생할 수 있다. 따라서, 프렙 모델 위에서 정확한 마진라인을 생성하는 작업은 보철물을 설계하는 과정에서 가장 중요하고 기본이 되는 작업이라고 할 수 있다.

한국등록특허 10-1810038(2017년12월26일 공고)

일 실시 예에 따라, 보철 작업 시에 프렙 모델의 마진라인을 정확하게 자동으로 생성할 수 있는 방법 및 이를 수행하는 보철 캐드 장치를 제안한다.

일 실시 예에 따른 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법은, 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 및 프렙 이후 스캔 모델을 각각 획득하는 단계와, 프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 프렙 작업이 적용된 영역(이하, ‘프렙 적용 영역’이라 칭함) 및 프렙 작업이 적용되지 않은 영역(이하, ‘프렙 미적용 영역’이라 칭함)으로 구분하는 단계와, 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정하는 단계를 포함한다.

프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역으로 구분하는 단계는, 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 각 정점을 중심점으로 하고 임의의 반지름을 가지는 구(sphere)를 설정하는 단계와, 각 정점들을 대상으로 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점 포함 여부 및 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)를 이용하여 프렙이 적용된 정점(이하, '프렙 적용 정점'이라 칭함) 및 프렙이 적용되지 않은 정점(이하, 프렙 미적용 정점)을 구분하는 단계와, 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을, 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라 프렙이 되지 않은 삼각형(이하, '프렙 미적용 삼각형'이라 칭함) 및 프렙이 된 삼각형(이하, 프렙 적용 삼각형'이라 칭함)으로 구분하는 단계를 포함할 수 있다.

프렙 적용 정점 및 프렙 미적용 정점을 구분하는 단계는, 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하는 단계와, 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 큰 경우, 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하는 단계와, 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우, 해당 정점은 프렙 미적용 정점으로 구분하는 단계를 포함할 수 있다.

프렙 미적용 삼각형 및 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 단계는, 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을 대상으로 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점 중에 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙 미적용 삼각형으로 구분하는 단계와, 프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 단계를 포함할 수 있다.

마진라인으로 설정하는 단계는, 프렙 적용 삼각형들의 경계선을 추출하는 단계와, 추출된 경계선을 마진라인으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법은, 스무딩(Smoothing)을 이용한 마진라인 보정을 통해 최종 마진라인을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따른 보철 캐드 장치는, 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 및 프렙 이후 스캔 모델을 각각 획득하는 데이터 획득부와, 프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역으로 구분하는 프렙 영역 구분부와, 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정하는 마진라인 생성부를 포함한다.

프렙 영역 구분부는, 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 각 정점을 중심점으로 하고 임의의 반지름을 가지는 구를 설정하고, 각 정점들을 대상으로 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점 포함 여부 및 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)를 이용하여 프렙 적용 정점 및 프렙 미적용 정점을 구분하며, 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을, 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라 프렙 미적용 삼각형 및 프렙 적용 삼각형으로 구분할 수 있다.

프렙 영역 구분부는, 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하고, 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 큰 경우, 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하며, 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우, 해당 정점은 프렙 미적용 정점으로 구분할 수 있다.

프렙 영역 구분부는, 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을 대상으로 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점 중에 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙 미적용 삼각형으로 구분하고, 프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙 적용 삼각형으로 구분할 수 있다.

마진라인 생성부는, 프렙 적용 삼각형들의 경계선을 추출하고, 추출된 경계선을 마진라인으로 설정할 수 있다.

보철 캐드 장치는, 스무딩을 이용한 마진라인 보정을 통해 최종 마진라인을 생성하는 마진라인 보정부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법 및 이를 수행하는 보철 캐드 장치에 의해, 보철물을 제작하고 적용하기 위한 치아가 있을 경우, 프렙 작업 전후의 스캔모델을 입력으로 제공하기만 하면 프렙된 치아 모델에서 마진라인을 자동으로 생성하여 제공할 수 있다. 프렙 작업 전후의 두 번에 걸친 스캐닝 작업을 통해서 획득된 스캔모델을 가지고서 사용자의 별도의 수작업 없이 정확한 마진라인을 자동으로 생성할 수 있다.

도 1은 마진라인의 개념을 도시한 도면,
도 2는 수작업을 통한 마진라인 생성의 예를 도시한 도면,
도 3은 원 클릭(One-Click)을 통한 마진라인 생성의 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보철 캐드 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 제어부의 세부 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마진라인 자동 생성방법의 흐름을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 전/후 스캔 모델의 정점의 예 (3D 스캔 모델의 2D 단면의 예)를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 이후 스캔 모델의 각 정점에서 반경 r인 구(sphere)를 그리는 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점이 프렙 적용 정점과 프렙 미적용 정점으로 구분된 결과의 예를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형과 프렙 미적용 삼각형 정의 규칙 예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형과 프렙 미적용 삼각형으로 구성되는 프렙 치아의 스캐닝 메쉬 모델의 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형들의 경계선(Boundary)을 이용한 초기 마진라인 생성 예를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 마진라인 생성방법에 의해 생성된 초기 마진라인을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 마진라인 보정을 위해 스무딩 기법을 적용하는 예를 도시한 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스무딩 기법을 적용한 초기 마진라인 보정을 통해 생성된 최종 마진라인을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.

이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.

그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.

도 1은 마진라인의 개념을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 마진라인(Margin Line)(116)이란 보철치료가 필요한 치아에 보철을 씌울 경우 보철물과 치아가 맞닿는 가장자리 선을 정의하는 용어이다. 보철은 크라운(Crown), 인레이(Inlay), 온레이(Onlay), 코핑(Coping), 폰틱(Pontic) 등이 있다. 일반적으로는 보철치료를 하기 위해서 프렙 작업을 수행하는데, 마진라인(116)은 프렙 작업을 수행한 부분(112)과, 프렙 작업을 수행하지 않은 부분(114)의 경계선이라고 이해하면 된다. 프렙 작업은 보철물을 치아 위에 씌우기 위해서 원래 치아의 충치 부분 또는 불필요한 부분을 삭제하는 작업을 의미한다. 도 1에서는 프렙 작업 이전의 모델(100)에서 프렙작업을 수행하여 생성된 프렙 작업 이후의 모델(110)에서의 삭제된 치아 부분(112)과 삭제되지 않고 남은 치아 부분(114)의 경계선인 마진라인(116)을 도시하고 있다.

치과용 캐드 프로그램에서 보철물 설계를 위해 프렙 모델이 입력으로 들어올 경우, 프렙 모델에서 마진라인(116)이 정확하게 생성되지 않을 경우, 최종적으로 설계된 보철물을 치아 위에 씌웠을 경우 보철물로 덮여야 할 삭제된 치아의 가장자리 부분이 노출되거나, 보철물로 덮이지 않아도 될 삭제되지 않은 치아의 부분까지 보철물이 만들어지는 등의 여러 문제점들이 발생할 수 있다. 따라서 프렙 모델 위에서 정확한 마진라인(116)을 생성하는 작업은 치과용 캐드 프로그램에서 보철물을 설계하는 과정에서 가장 중요하고 기본이 되는 작업이라고 할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조로 하여 치과용 캐드 프로그램을 통해 보철물을 설계하는 과정에서 프렙 모델의 마진라인을 생성하는 방법에 대해 소개한다.

도 2는 수작업을 통한 마진라인 생성의 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 사용자가 캐드 프로그램 화면에서 3D 형태의 프렙 모델을 직접 눈으로 보고 마진라인(210)을 확인하면서, 마우스(Mouse) 등으로 마진라인 부분(200)을 일정 간격으로 클릭(Click) 하여 마진라인(210)을 수작업으로 생성할 수 있다.

도 3은 원 클릭(One-Click)을 통한 마진라인 생성의 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 사용자가 캐드 프로그램 화면에서 3D 프렙 모델을 직접 눈으로 보고, 마진라인(310)에 포함되는 한 점(300)을 마우스 등으로 원 클릭 하면, 전체 마진라인(310)을 자동으로 생성할 수 있다. 보통 마진라인이 프렙 모델의 표면에서 곡률(curvature)이 다른 부분에 비해서 큰 부분이라는 것을 이용해, 원 클릭한 지점(300)에서 시작해 곡률이 큰 부분을 하나로 이어서 마진라인(310)을 생성하는 알고리즘을 적용할 수 있다. 전체 마진라인 영역을 모두 마우스로 클릭하지 않아도 되므로, 도 2를 참조로 하여 전술한 수작업에 비해서 작업 시간이 단축되는 장점이 있다.

또 다른 방법으로 자동화 알고리즘을 통한 마진라인 생성방법이 있다. 도 3을 참조로 하여 전술한 원 클릭을 통한 마진라인 생성방법에서 한 걸음 더 나아가 사용자와의 상호작용(interaction)이나 사용자 입력 데이터 없이 마진라인을 완전히 자동으로 생성하는 방법이다. 원 클릭을 통한 마진라인 생성방법과 같이 프렙 모델 위에서 곡률이 가장 큰 부분들을 하나로 이어서 선을 그리거나(곡률 분석 알고리즘), 또는 인공지능(AI)을 이용해 마진라인을 자동으로 생성하는 방식을 적용할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조로 하여 설명한 마진라인 생성 기법들은 다음과 같은 두 가지 문제점을 가진다.

1. 사용자의 많은 노력과 시간이 필요하며 작업이 복잡하다. 즉, 수작업을 통한 마진라인 생성방법(도 2 참조)의 경우, 정확한 마진라인을 생성할 수 있다는 장점이 있지만, 사용자가 마진라인에 해당하는 점을 하나하나 마우스로 클릭하면서 입력해줘야 하기 때문에 사용자의 많은 시간과 노력이 필요하며 작업과정이 복잡하고 어려워진다는 문제점이 있다.

2. 실제 마진라인과 다른 부정확한 결과가 출력될 수 있다. 원 클릭을 통한 마진라인 생성방법(도 3 참조)과 자동화 알고리즘을 통한 마진라인 생성방법은 사용자가 복잡한 작업을 할 필요가 없고 시간도 많이 걸리지는 않지만, 서로 다른 조건 및 형태를 가지는 수많은 프렙 모델에 대해서 부정확한 마진라인이 출력되어 사용자가 이를 다시 수정하거나, 수작업을 통한 마진라인 생성방법(도 2 참조)을 이용하여 다시 마진라인을 생성해야 하는 상황이 발생할 수도 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자 입력 및 개입 없이 자동으로 정확한 마진라인을 생성할 수 있는 방법을 제안한다. 본 발명에 따르면 마진라인을 생성하는 작업 자체에는 사용자의 개입이 전혀 없지만, 1. 프렙 이전 추가적인 스캐닝 작업 및 2. 프렙 전후 두 치아 모델의 추가적인 정합(Alignment) 작업 2가지가 선행(preprocessing)되어야 한다. 하지만 스캐닝 작업은 일반적인 치과용 캐드 프로그램의 작업과정에서 항상 필수적으로 거쳐야 하는 기본 작업이다. 정합 작업은 현재 다양한 자동정합, 즉, 사용자의 개입 없이 자동으로 두 개의 스캔 모델을 동일한 부분이 동일한 좌표값을 가질 수 있도록 방향 및 위치를 맞춰주는 기술이 개발되어 있으므로, 추가적으로 많은 시간이나 복잡한 작업 과정이 필요한 부분은 아니다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 기술이 문제점을 해결하는 과정에 큰 영향을 미치지는 않는다고 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 보철 캐드 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 보철 캐드 장치(4)는 실제 치과에서 치아 보철에 도움을 주기 위해 캐드 공정을 수행한다. 보철 캐드 공정이란 환자의 3차원 치아 데이터를 획득하고, 컴퓨터 프로그램에 의한 제어를 통해 라이브러리에서 가상의 보철 모델을 불러들인 후 치아 데이터의 타겟 위치에 가상으로 배치하는 일련의 프로세스를 의미한다. 3차원 치아 데이터는 손상된 대상 치아를 포함하는 치아들의 3차원 정보를 가진 데이터이다. 타겟 위치는 대상 치아 위치이다.

보철 캐드 장치(4)는 보철 캐드 프로그램과 같은 치과 프로그램을 실행 가능한 전자장치이다. 전자장치는 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) PC, 스마트폰, 휴대폰, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등이 있다. 치과 프로그램은 보철 캐드 프로그램 이외에, 가이드 프로그램, 스캔 프로그램, 의료영상 처리 프로그램 등이 있다. 또한, 치과 보철 수술용 이외에 다른 일반적인 의료용 프로그램에 적용될 수 있다.

이하, 전술한 특징을 가지는 보철 캐드 장치(4)의 구성에 대해 도 4를 참조로 하여 후술한다.

도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 보철 캐드 장치(4)는 데이터 획득부(40), 저장부(42), 제어부(44), 입력부(46) 및 출력부(48)를 포함한다.

데이터 획득부(40)는 환자로부터 영상 데이터를 획득한다. 보철 수술을 위해 필요한 영상 데이터는 스캔 모델 데이터 등이 있다. 데이터 획득부(40)는 스캔 모델 데이터를 프로그램에서 실행하거나 웹 페이지 및 서버로부터 로딩할 수 있다. 스캔 모델 데이터는 손상된 치아를 포함한 실제 치아들의 정보를 가진 데이터이다. 스캔 모델 데이터는 환자의 구강을 본떠 생성한 석고 모형을 3D 스캐너(3D Scanner)로 스캐닝하여 획득될 수 있다. 다른 예로서, 구강 내 3D 스캐너(3D Intra-oral scanner)를 이용하여 환자의 구강 내부를 스캐닝하여 획득될 수 있다. 획득된 스캔 모델 데이터는 저장부(42)에 저장될 수 있다.

일 실시 예에 따른 데이터 획득부(40)는 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 스캔 모델을 획득하는 프렙 이전 스캔 모델 획득부(400)와, 프렙 이후 스캔 모델을 획득하는 프렙 이후 스캔 모델 획득부(402)를 포함한다.

저장부(42)에는 보철 캐드 장치(4)의 동작 수행을 위해 필요한 정보와 동작 수행에 따라 생성되는 정보 등의 각종 데이터가 저장된다. 일 실시 예에 따른 저장부(42)에는 개별 환자의 모델 데이터가 저장되고, 치과 치료 시뮬레이션 시 전체 모델 데이터들 중에서 특정 환자의 모델 데이터를 사용자 요청에 따라 제어부(44)에 제공할 수 있다. 또한 저장부(42)에는 다수의 보철물 모델 데이터로 구성된 보철 라이브러리를 가지고, 제어부(44)에 이를 제공할 수 있다.

제어부(44)는 컴퓨터 프로그램에 의한 제어를 통하여 보철 수술 계획을 수립하면서 각 구성요소를 제어한다. 제어부(44)는 출력부(48)를 통해 화면에 보이는 화면정보를 관리하고, 의료 영상에 가상의 보철물 객체를 결합하는 시뮬레이션을 수행한다. 가상의 객체가 결합하는 의료 영상은 보철 수술 계획 수립을 위해 생성된 환자의 치아 배열이 나타난 2차원, 3차원 등의 다차원 영상을 의미한다. 보철 수술 계획에는 X-ray, CT, 파노라믹 영상, 구강 스캔 영상, 재구성을 통해 생성된 영상, 복수의 영상을 정합한 영상 등 다양한 종류의 영상이 활용될 수 있다.

일 실시 예에 따른 제어부(44)는 보철 작업 시에 프렙 모델의 마진라인을 정확하게 자동으로 생성한다. 제어부(44)의 세부 구성은 도 5를 참조로 하여 후술한다.

출력부(48)는 영상 데이터를 화면을 표시한다. 이때, 출력부(48)는 제어부(44)를 통해 생성된 프렙 모델의 마진라인을 화면에 표시할 수 있다. 입력부(46)는 사용자 조작신호를 포함한 각종 명령을 입력받는다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 4의 제어부의 세부 구성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 제어부(44)는 모델 정합부(440), 프렙 영역 구분부(442), 마진라인 생성부(444) 및 마진라인 보정부(446)를 포함한다.

모델 정합부(440)는 프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 정합한다. 정합 작업 수행을 위해 프렙 이전 스캔 모델과 프렙 이후 스캔 모델이 충분히 겹치는 공통되는 부분이 존재하도록 해야 함에 유의한다.

프렙 영역 구분부(442)는 프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 프렙 작업이 적용된 영역(이하, ‘프렙 적용 영역’이라 칭함) 및 프렙 작업이 적용되지 않은 영역(이하, ‘프렙 미적용 영역’이라 칭함)으로 구분한다.

일 실시 예에 따른 프렙 영역 구분부(442)는 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 각 정점을 중심점으로 하고 임의의 반지름을 가지는 구(sphere)를 설정한다. 그리고 각 정점들을 대상으로 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점 포함 여부 및 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)를 이용하여 프렙이 적용된 정점(이하, '프렙 적용 정점'이라 칭함) 및 프렙이 적용되지 않은 정점(이하, 프렙 미적용 정점)을 구분한다. 예를 들어, 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분한다. 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 큰 경우, 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분한다. 이에 비해, 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우, 해당 정점은 프렙 미적용 정점으로 구분한다.

이어서, 프렙 영역 구분부(442)는 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을, 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라 프렙이 되지 않은 삼각형(이하, '프렙 미적용 삼각형'이라 칭함) 및 프렙이 된 삼각형(이하, 프렙 적용 삼각형'이라 칭함)으로 구분한다. 예를 들어, 프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을 대상으로 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점 중에 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙 미적용 삼각형으로 구분한다. 이에 비해, 프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙 적용 삼각형으로 구분한다.

마진라인 생성부(444)는 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정한다. 예를 들어, 마진라인 생성부(444)는 프렙 영역 구분부(442)를 통해 구분된 프렙 적용 삼각형들의 경계선을 추출하고 추출된 경계선을 마진라인으로 설정할 수 있다.

마진라인 보정부(446)는 스무딩(smoothing)을 이용한 마진라인 보정을 통해 최종 마진라인을 생성한다. 스무딩은 기법은 얻어진 이미지를 평활화하는 것으로, 얻어진 마진라인의 각 점의 카운트 수를 평균치를 구하는데, 평균할 때 단순평균을 취하는 평활화와 각 점의 각각을 정수화해서 평균을 구하는 평활화가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마진라인 자동 생성방법의 흐름을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 프렙 전/후 스캔 모델의 비교 및 분석을 통해 프렙된 치아 모델에서 마진라인을 자동으로 생성하는 방법은 7단계로 구성된다. 제안된 방법을 사용하면, 보철물을 제작하고 적용하기 위한 치아가 있을 경우, 프렙 전/후의 치아 모델을 스캐닝해서 입력으로 제공하면, 프렙된 치아 모델에서 마진라인을 자동으로 생성한 후 출력해 준다.

1. 프렙 이전 스캔 모델 획득 단계(S610)

보철 캐드 장치는 프렙 작업을 하기 이전의 치아를 스캐닝 한 프렙 이전 스캔 모델(681)을 획득한다.

2. 프렙 이후 스캔 모델 획득 단계(S620)

이어서, 보철 캐드 장치는 프렙 작업을 한 후의 치아를 스캐닝 한 프렙 이후 스캔 모델(682)을 획득한다. 이 단계(S620)에서 주의할 부분은 다음 과정에서 정합 작업을 수행해야 하기 때문에 프렙 이전 스캔 모델(681)과 프렙 이후 스캔 모델(682)이 충분히 겹치는 공통되는 부분이 존재하도록 해야 한다는 것(S615)이다.

프렙 작업을 수행할 경우, 치아의 형태가 완전히 달라지기 때문에 프렙 작업을 수행한 주변영역이 충분히 포함되도록 스캐닝 작업을 해야 다음 과정에서 정확한 정합(alignment) 작업의 결과를 얻을 수 있다.

3. 프렙 전/후 스캔 모델의 정합 단계(S630).

이어서, 보철 캐드 장치는 입력으로 들어오는 프렙 작업 전/후의 두 개의 스캔 모델(681, 682)을 정합한다. 프렙된 영역은 형태가 완전히 달라지기 때문에, 프렙 작업이 적용된 주변영역을 이용해서 정합작업을 수행해야 한다. 정합 작업은 3-포인트 정합(3개의 대응점을 사용자가 입력해 주어야 하는 정합 방법), 1-포인트 정합(1개의 대응점을 사용자가 입력해 줘야 하는 정합 방법), 자동정합(사용자 입력 없이 두 개의 스캔 모델을 정합해주는 방법) 등이 선택적으로 적용될 수 있으며, 자동정합을 사용할 경우 이 과정은 생략될 수 있다.

4. 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 구분 단계(S640)

보철 캐드 장치는 프렙 작업 전/후의 두 개의 스캔 모델(681, 682)이 정확하게 정합이 된 경우, 프렙 이후 스캔 모델(682)의 모든 정점(vertex)을 프렙 작업이 적용된 영역(이하, ‘프렙 적용 영역’이라 칭함)(683-1)과 프렙 작업이 적용되지 않은 영역(이하, ‘프렙 미적용 영역’이라 칭함)(683-2)으로 구분한다. 구분 작업의 실시 예는 도 7 내지 도 9를 참조로 하여 후술한다.

5. 프렙 적용 영역과 프렙 미적용 영역의 경계선 추출 단계(S650)

보철 캐드 장치는 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 구분 단계(S640)를 거친 후에, 프렙 적용 영역과 프렙 미적용 영역의 경계선(684)을 추출한다. 경계선 추출 단계(S650)에 대한 실시 예는 도 10 내지 도 13을 참조로 하여 후술한다.

6. 경계선 보정 단계(S660)

경계선 추출 단계(S650)를 거친 후에 생성된 경계선(684)이 초기 마진라인(685)이 되며, 초기 마진라인(685)은 실제 마진라인과 비교했을 때, 선이 거칠고 오차도 포함하고 있다. 따라서, 3D Line(Curve)에 대한 스무딩(Smoothing) 기법을 적용해 선을 부드럽게 만들어 줌으로서 실제로 사용 가능한 최종 마진라인(686)으로 보정한다. 경계선 보정 단계(S660)의 실시 예는 도 14 및 도 15를 참조로 하여 후술한다.

7. 최종 마진라인 출력 단계(S670)

보철 캐드 장치는 스무딩(Smoothing)이 적용된 결과인 최종 마진라인을 출력한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 전/후 스캔 모델의 정점의 예 (3D 스캔 모델의 2D 단면의 예)를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 이후 스캔 모델의 각 정점에서 반경 r인 구(sphere)를 그리는 예를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점이 프렙 적용 정점과 프렙 미적용 정점으로 구분된 결과의 예를 도시한 도면이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 프렙 이후 스캔 모델을 대상으로 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역으로의 구분 작업은 다음과 같은 과정을 따라 수행될 수 있다.

스캔 모델은 삼각형 메쉬(Mesh) 데이터로 구성될 수 있는데, 메쉬 데이터의 각 포인트를 정점이라고 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 프렙 이후 스캔 모델을 대상으로 정점들은 프렙 이전 스캔 모델의 정점(710)과, 프렙 이후 스캔 모델의 정점(720)과, 프렙 이전 스캔 모델의 정점렙 이후 스캔 모델의 정점이 중복된 정점(730)으로 구분된다.

도 7을 참조로 하여 정의된 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 도 8에 도시된 바와 같이 프렙 이후 스캔 모델의 각 정점 V를 중심점으로 하고, 임의의 반지름 r(충분히 작은 값)을 가진 구(sphere)를 설정한다. 이때, 설정된 구(sphere) 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점 V(720)는 프렙이 적용된 정점(이하, '프렙 적용 정점'이라 칭함)으로 정의한다. 구(sphere) 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값(threshold)보다 큰 경우, 해당 정점 V는 프렙이 적용된 정점으로 정의한다. 구(sphere) 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우 해당 정점 V(730)는 프렙이 적용되지 않은 정점(이하, 프렙 미적용 정점)으로 정의한다. 임의의 역치값은 충분히 작은 기준거리 값이다. 도 8의 과정을 거치면 도 9에 도시된 바와 같이 프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점은 프렙 적용 정점(910)과 프렙 미적용 정점(920)으로 구분된다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형과 프렙 미적용 삼각형 정의 규칙 예를 도시한 도면이다.

도 6 및 도 10을 참조하면, 프렙 적용 정점 및 프렙 미적용 영역 정점 구분을 거친 후에 프렙 작업 이후 스캔 모델(682)을 구성하는 삼각형은 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라서 도 10에 도시된 바와 같이 4가지 경우로 나누어진다. 이때, 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙이 되지 않은 삼각형(이하, '프렙 미적용 삼각형'이라 칭함)으로 정의하고, 프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙이 된 삼각형(이하, 프렙 적용 삼각형'이라 칭함)으로 구분한다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형과 프렙 미적용 삼각형으로 구성되는 프렙 치아의 스캐닝 메쉬 모델의 예를 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프렙 적용 삼각형들의 경계선(Boundary)을 이용한 초기 마진라인 생성 예를 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 마진라인 생성방법에 의해 생성된 초기 마진라인을 도시한 도면이다.

프렙 이후 스캔 모델을 프렙 적용 삼각형과 프렙 미적용 삼각형으로 구분하면 도 11에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 여기서 프렙 적용 삼각형들의 경계선(Boundary)를 추출하면 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 추출된 경계선이 초기 마진라인(1200)이 된다. 초기 마진라인(1200)은 실제 마진라인(1100)과 차이가 있을 수 있음에 유의한다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초기 마진라인 보정을 위해 스무딩 기법을 적용하는 예를 도시한 도면이고, 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스무딩 기법을 적용한 초기 마진라인 보정을 통해 생성된 최종 마진라인을 도시한 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 초기 마진라인(1200)을 스무딩 처리(1400) 함에 따라 실제로 사용 가능한 최종 마진라인(1500)으로 보정한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 및 프렙 이후 스캔 모델을 각각 획득하는 단계;
   프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 대상으로 정점들 및 3개의 정점들로 구성되는 삼각형들을 프렙 작업이 적용된 영역(이하, ‘프렙 적용 영역’이라 칭함) 및 프렙 작업이 적용되지 않은 영역(이하, ‘프렙 미적용 영역’이라 칭함)으로 구분하는 단계; 및
   프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역으로 구분하는 단계는
   프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 각 정점을 중심점으로 하고 임의의 반지름을 가지는 구(sphere)를 설정하는 단계;
   각 정점들을 대상으로 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점 포함 여부 및 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)를 이용하여 프렙이 적용된 정점(이하, '프렙 적용 정점'이라 칭함) 및 프렙이 적용되지 않은 정점(이하, 프렙 미적용 정점)을 구분하는 단계; 및
   프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을, 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라 프렙이 되지 않은 삼각형(이하, '프렙 미적용 삼각형'이라 칭함) 및 프렙이 된 삼각형(이하, 프렙 적용 삼각형'이라 칭함)으로 구분하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
3. 제 2 항에 있어서, 프렙 적용 정점 및 프렙 미적용 정점을 구분하는 단계는
   설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하는 단계;
   구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 큰 경우, 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하는 단계; 및
   구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우, 해당 정점은 프렙 미적용 정점으로 구분하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
4. 제 2 항에 있어서, 프렙 미적용 삼각형 및 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 단계는
   프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을 대상으로 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점 중에 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙 미적용 삼각형으로 구분하는 단계; 및
   프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
5. 제 2 항에서 있어서, 마진라인으로 설정하는 단계는
   프렙 적용 삼각형들의 경계선을 추출하는 단계; 및
   추출된 경계선을 마진라인으로 설정하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
6. 제 1 항에 있어서, 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법은
   스무딩(Smoothing)을 이용한 마진라인 보정을 통해 최종 마진라인을 생성하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보철물 설계 시 치아모델의 마진라인 생성방법.
7. 프렙 작업을 기준으로 프렙 이전 및 프렙 이후 스캔 모델을 각각 획득하는 데이터 획득부;
   프렙 이전 스캔 모델과 정합된 프렙 이후 스캔 모델을 대상으로 정점들 및 3개의 정점들로 구성되는 삼각형들을 프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역으로 구분하는 프렙 영역 구분부; 및
   프렙 적용 영역 및 프렙 미적용 영역 간의 경계선을 추출하여 이를 마진라인으로 설정하는 마진라인 생성부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 프렙 영역 구분부는
   프렙 이후 스캔 모델의 모든 정점들에 대해서 각 정점을 중심점으로 하고 임의의 반지름을 가지는 구를 설정하고,
   각 정점들을 대상으로 설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점 포함 여부 및 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)를 이용하여 프렙 적용 정점 및 프렙 미적용 정점을 구분하며,
   프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을, 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점의 프렙 적용 여부에 따라 프렙 미적용 삼각형 및 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 프렙 영역 구분부는
   설정된 구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 하나도 포함되지 않으면 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하고,
   구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 큰 경우, 해당 정점은 프렙 적용 정점으로 구분하며,
   구 안에 프렙 이전 스캔 모델의 정점이 포함되고, 포함된 정점 중에서 가장 가까운 정점과의 거리(d)가 임의의 역치값보다 작은 경우, 해당 정점은 프렙 미적용 정점으로 구분하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 프렙 영역 구분부는
    프렙 작업 이후 스캔 모델을 구성하는 삼각형들을 대상으로 각 삼각형을 구성하는 3개의 정점 중에 2개 이상의 정점이 프렙 미적용 정점인 경우, 해당 삼각형을 프렙 미적용 삼각형으로 구분하고,
    프렙 미적용 삼각형에 해당하지 않는 삼각형을 프렙 적용 삼각형으로 구분하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.
11. 제 8 항에서 있어서, 마진라인 생성부는
    프렙 적용 삼각형들의 경계선을 추출하고, 추출된 경계선을 마진라인으로 설정하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.
12. 제 7 항에 있어서, 보철 캐드 장치는
    스무딩을 이용한 마진라인 보정을 통해 최종 마진라인을 생성하는 마진라인 보정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보철 캐드 장치.

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