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KR20170052101A - 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템 - Google Patents

실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템 Download PDF

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KR20170052101A
KR20170052101A KR1020150154109A KR20150154109A KR20170052101A KR 20170052101 A KR20170052101 A KR 20170052101A KR 1020150154109 A KR1020150154109 A KR 1020150154109A KR 20150154109 A KR20150154109 A KR 20150154109A KR 20170052101 A KR20170052101 A KR 20170052101A
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KR
South Korea
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stent
handpiece
sensor
sensor unit
real
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KR1020150154109A
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박광범
김종철
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주식회사 메가젠임플란트
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Abstract

실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템은, 피시술자의 구강 내에 삽입되는 가이드 스텐트의 위치 및 자세를 감지하며 드릴이 장착된 핸드 피스의 위치 및 자세를 감지하는 센서유닛과, 센서유닛과 유선 또는 무선으로 연결되며 센서유닛에서 획득된 위치 및 자세정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 위치 자세 연산부와, 위치 자세 연산부에 무선 또는 유선으로 연결되며 식립 기준 위치에 대한 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 표시하는 실시간 표시부를 포함한다.

Description

실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템{Implanting system using real-time image guidance}
본 발명은, 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 임플란트 시술과정에서 시술자가 시술 정확도를 표시하는 영상정보 등을 실시간으로 피드백 받을 수 있는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템에 관한 것이다.
치과용 임플란트는 원래 인체조직이 상실되었을 때, 회복시켜 주는 대치물을 의미하지만, 치과에서는 인공으로 만든 치아를 이식하는 일련의 시술을 가리킨다.
상실된 치근(뿌리)을 대신할 수 있도록 인체에 거부반응이 없는 티타늄(titanium) 등으로 만든 치근인 픽스츄어(fixture)를 치아가 빠져나간 치조골에 심은 뒤, 인공치아를 고정시켜 치아의 기능을 회복하도록 하는 시술이다.
일반 보철물이나 틀니의 경우, 시간이 지나면 주위 치아와 뼈가 상하지만 임플란트는 주변 치아조직을 상하지 않게 하며, 자연치아와 기능이나 모양이 같으면서도 충치가 생기지 않으므로 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
인공치아 시술(임플란트 또는 임플란트 시술이라고도 함)은, 픽스츄어의 종류에 따라 다양하지만 소정의 드릴을 사용하여 식립위치를 천공한 후 픽스츄어를 치조골에 식립하여 뼈에 골융합시킨 다음, 픽스츄어에 지대주(abutment)를 결합시킨 후에, 지대주에 최종 보철물을 씌움으로써 완료되는 것이 일반적이다.
치과용 임플란트는 단일 결손치 수복은 물론이거니와 부분 무치아 및 완전 무치아 환자에게 의치의 기능을 증진시키고, 치아 보철 수복의 심미적인 면을 개선시키며, 나아가 주위의 지지골 조직에 가해지는 과도한 응력을 분산시킴과 아울러 치열의 안정화에 도움을 준다.
이러한 치과용 임플란트는 일반적으로, 인공 치근으로서 식립되는 픽스츄어(Fixture)와, 픽스츄어 상에 결합되는 지대주(Abutment)와, 지대주를 픽스츄어에 고정하는 지대주 스크류(Abutment Screw)와, 지대주에 결합되는 인공치아를 포함한다. 여기서, 지대주를 픽스츄어에 결합시키기 전에, 즉 치조골에 픽스츄어가 골융합되기까지의 기간 동안에 지대주가 픽스츄어에 결합되어 결합 상태를 유지하기도 한다.
치과용 임플란트의 한 구성요소인 픽스츄어는, 임플란트가 시술되는 위치에 드릴 등을 이용하여 치조골에 형성된 드릴 홀에 식립되는 부분으로서 인공 치근의 역할을 담당한다. 따라서 픽스츄어는 치조골에 견고하게 식립되어야 한다.
이에, 픽스츄어의 외면에는 드릴 홀을 형성하는 치조골의 내측벽 부분에 견고히 결합될 수 있도록 나사부(나사산)가 형성된다. 이러한 나사부는 치조골에 인입되어 픽스츄어와 치조골이 견고히 결합될 수 있도록 할 뿐만 아니라 픽스츄어와 치조골의 접촉면적을 증대시킴으로써 치조골에 대한 픽스츄어의 고정력, 특히 초기 고정력(initial stability)을 강화시키는 역할을 한다.
이처럼 치과용 임플란트 시술은 드릴을 이용하여 치조골에 홀을 천공한 후, 천공된 홀에 픽스츄어를 식립하고, 이어 골융합이 진행되면 픽스츄어에 지대주를 결합시키고 최종적으로 인공 치아(보철물)를 씌우는 단계로 진행된다.
이러한 종래의 치과용 임플란트 시술에서, 치조골의 천공작업은 의사의 손감각에 의존해서 이루어지는 경우가 흔하다. 이러한 손감각에 의한 시술은 시술자의 운동 능력과 공간지각능력에 의지하기 때문에 고도의 정확성을 달성하기 어렵다.
특히, 인간의 생리적 한계로 인하여 핸드 피스 드릴의 이상적인 3차원적 각도를 달성하는 것은 매우 어려우므로, 특별한 재능과 다년간의 경험을 가진 일부 '장인'을 제외한 다수의 치과의사들은 이상적인 3차원적 각도를 재현해 내는데 어려움을 겪고 있다.
따라서, 치조골에 대한 드릴링 작업이 완료될 때까지 드릴링 방향과 각도 등이 미리 계획된 방향 및 각도 등으로 정확하게 진행되고 있는지 실시간 영상정보 등으로 확인하면서 시술할 수 있는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템의 개발이 필요한 실정이다,
한국특허등록공보 제10-0990742호 (이원진, 김대현, 김태일), 2010.10.29.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 임플란트 시술과정에서 시술자가 시술부위 및 시술도구의 위치, 지세 등에 대한 정보 등을 실시간으로 확인하며 시술할 수 있는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피시술자의 구강 내에 삽입되는 가이드 스텐트의 위치 및 자세를 감지하며, 드릴이 장착된 핸드 피스의 위치 및 자세를 감지하는 센서유닛; 상기 센서유닛과 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 센서유닛에서 획득된 위치 및 자세정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 위치 자세 연산부; 및 상기 위치 자세 연산부에 무선 또는 유선으로 연결되며, 상기 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 표시하는 실시간 표시부를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 제공될 수 있다.
상기 센서유닛은, 상기 가이드 스텐트에 연결되는 스텐트용 기준부; 상기 핸드 피스에 연결되는 핸드 피스용 기준부; 및 상기 스텐트용 기준부 및 상기 핸드 피스용 기준부를 감지하며, 상기 스텐트용 기준부 및 상기 핸드 피스용 기준부 각각의 위치 및 자세정보를 획득하는 기준부 센싱용 센서부를 포함할 수 있다.
상기 스텐트용 기준부는, 상기 가이드 스텐트에 착탈 가능하게 결합되는 제1 몸체부; 및 상기 제1 몸체부에 마련되는 다수개의 제1 광학 마커를 포함하며, 상기 핸드 피스용 기준부는, 상기 핸드 피스에 착탈가능하게 결합되는 제2 몸체부; 및 상기 제2 몸체부에 마련되는 다수개의 제2 광학 마커를 포함할 수 있다.
상기 기준부 센싱용 센서부는, 상기 제1 광학 마커 및 제2 광학 마커를 인식하는 광학 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서유닛은, 상기 가이드 스텐트에 장착되며, 상기 가이드 스텐트의 위치 및 자세정보를 획득하는 스텐트용 센서부; 및 상기 핸드 피스에 장착되며, 핸드 피스의 위치 및 자세정보를 획득하는 핸드 피스용 센서부를 포함하며, 상기 위치 자세 연산부는, 상기 스텐트용 센서부 및 핸드 피스용 센서부 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 스텐트용 센서부 및 핸드 피스용 센서부에서 획득된 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산할 수 있다.
상기 스텐트용 센서부는, 제1 자이로센서 및 제1 가속도센서를 포함하며, 상기 핸드 피스용 센서부는, 제2 자이로센서 및 제2 가속도센서를 포함할 수 있다.
상기 센서유닛은, 상기 가이드 스텐트에 착탈 가능하게 결합되는 스텐트용 위치 추적기; 및 상기 핸드 피스에 착탈 가능하게 결합되는 핸드 피스용 위치 추적기를 포함하며, 상기 위치 자세 연산부는, 상기 스텐트용 위치 추적기 및 핸드 피스용 위치 추적기 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 스텐트용 위치 추적기 및 핸드 피스용 위치 추적기에서 획득된 위치 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산할 수 있다.
상기 위치 자세 연산부는, 상기 피시술자의 구강 구조에 대한 영상정보가 저장된 구강 구조 라이브러리부; 및 임플란트용 보철물의 구조에 대한 영상정보가 저장된 보철물 구조 라이브러리부를 포함할 수 있다.
상기 실시간 표시부는, 헤드 업 디스플레이(HUD)를 구비하는 웨어러블 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 웨어러블 디스플레이는, 고글 형상으로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 센서유닛의 정보에 따라 위치 자세 연산부가 식립 기준 위치에 대한 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 실시간으로 계산하고 실시간 표시부가 식립 기준 위치에 대한 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 시각적으로 표시함으로써, 시술자의 시술 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 센서유닛이 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 스텐트용 기준부가 도시된 도면이다.
도 4는 도 2의 핸드 피스용 기준부가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이다.
도 6은 도 5의 센서유닛이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이다.
도 8은 도 7의 센서유닛이 도시된 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이고, 도 2는 도 1의 센서유닛이 도시된 도면이며, 도 3은 도 2의 스텐트용 기준부가 도시된 도면이고, 도 4는 도 2의 핸드 피스용 기준부가 도시된 도면이다.
본 실시예에 따른 임플란트 시술의 경우, 시술자의 직접적인 임플란트 시술에 앞서, 피시술자의 치조골 및 구강형상의 해부학적 정보를 획득하는 영상 데이터 획득단계가 수행된다.
본 실시예에서 영상 데이터의 획득단계는, 파노라마촬영, 컴퓨터단층촬영(CBCT: Cone Beam Computed Tomography), 자기공명영상진단촬영(MRI: Magnetic Resonance Imaging), 초음파영상촬영(ultrasonography) 등을 통해 이루어진다.
이러한 영상 데이터의 획득단계를 통해 피시술자의 치조골 및 구강형상에 대한 3차원 영상 데이터가 마련된다.
이렇게 획득된 영상 데이터를 분석하여 시술자는 임플란트(인공치아)의 식립 기준 위치를 결정한다. 이러한 식립 기준 위치에 의해 치조골 천공의 위치, 깊이, 천공 방향 등이 결정된다. 시술자에 의해 결정된 식립 기준 위치는 후술할 위치 자세 연산부(200)에 저장되며, 후술한 실시간 표시부(300)에 의해 이미지화되어 표시될 수 있다.
시술자에 의해 이상적인 가상의 식립 기준 위치가 미리 계획된 후, 본격적으로 임플란트를 식립하는 시술이 수행된다.
본 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템은, 도 1 내지 4에에 도시된 바와 같이, 피시술자의 구강 내에 삽입되는 가이드 스텐트(J)의 위치 및 자세를 감지하며 드릴(H1)이 장착된 핸드 피스(H)의 위치 및 자세를 감지하는 센서유닛(100)과, 센서유닛(100)과 유선 또는 무선으로 연결되며 센서유닛(100)에서 획득된 위치 및 자세정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 위치 자세 연산부(200)와, 위치 자세 연산부(200)에 무선 또는 유선으로 연결되며, 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 표시하는 실시간 표시부(300)를 포함한다.
가이드 스텐트(J)는, 상술한 임플란트 시술 전에 수행된 영상 데이터 획득단계에 의해 얻어진 피시술자의 치조골 및 치아 등의 형상에 따라 3D 프린터에 의해 제작된다. 이렇게 제작된 가이드 스텐트(J)는 피시술자의 치아에 끼워져 피시술자의 구강에 고정될 수 있다.
이러한 가이드 스텐트(J)에는, 식립 기준 위치에 대응되는 위치에 가이드 공(미도시)이 마련된다. 이러한 가이드 공(미도시)은, 드릴(H1)이 관통될 수 있는 크기로 형성되며, 드릴(H1)의 천공방향과 각도를 안내한다. 이러한 가이드 공(미도시)은 드릴(H1)을 식립 기준 위치로 정확히 안내하기는 어려운바 센서유닛(100)에 의한 드릴(H1)의 가이드가 더해진다.
본 실시예에서 센서유닛(100)은, 가이드 스텐트(J)에 연결되는 스텐트용 기준부(110)와, 핸드 피스(H)에 연결되는 핸드 피스용 기준부(120)와, 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120)를 감지하며 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120) 각각의 위치 및 자세정보를 획득하는 기준부 센싱용 센서부(130)를 포함한다.
스텐트용 기준부(110)는 가이드 스텐트(J)에 연결되며 피시술자의 구강 밖에 위치한다. 이러한 스텐트용 기준부(110)는, 가이드 스텐트(J)에 착탈 가능하게 결합되는 제1 몸체부(111)와, 제1 몸체부(111)에 마련되는 다수개의 제1 광학 마커(optical marker, 112)를 포함한다.
핸드 피스용 기준부(120)는 드릴(H1)이 장착된 핸드 피스(H)에 연결된다. 이러한 핸드 피스용 기준부(120)는, 핸드 피스(H)에 착탈 가능하게 결합되는 제2 몸체부(121)와, 제2 몸체부(121)에 마련되는 다수개의 제2 광학 마커(122)를 포함한다. 여기서 제1 광학 마커(112) 및 제2 광학 마커(122)는 기준부 센싱용 센서부(130)에 인식될 수 있는 표식을 말한다.
본 실시예에서 스텐트용 기준부(110)와 핸드 피스용 기준부(120)의 크기와 형상, 제1 광학 마커(112) 및 제1 광학 마커(122)의 위치 등은 모두 데이터베이스화되어 위치 자세 연산부(200)에 저장된다. 마찬가지로 스텐트용 기준부(110)와 가이드 스텐트(J)의 결합위치, 핸드 피스용 기준부(120)와 핸드 피스(H)의 결합위치 및 핸드 피스용 기준부(120)와 드릴(H1) 사이의 거리 등도 모두 위치 자세 연산부(200)에 저장된다.
기준부 센싱용 센서부(130)는, 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120)를 감지하며, 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120) 각각의 위치 및 자세정보를 획득한다. 본 실시예에서 기준부 센싱용 센서부(130)는 스텐트용 기준부(110)와 핸드 피스용 기준부(120)에 마련된 제1 광학 마커(112) 및 제1 광학 마커(122)를 인식할 수 있는 광학 센서(미도시)를 포함한다.
위치 자세 연산부(200)는 기준부 센싱용 센서부(130)와 유선 또는 무선으로 연결되며, 기준부 센싱용 센서부(130)에서 획득된 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 계산한다.
자세히 설명하면, 위치 자세 연산부(200)는 기준부 센싱용 센서부(130)로부터 전송받은 스텐트용 기준부(110)의 위치 및 자세정보로부터 실시간 표시부(300)에 표시될 식립 기준 위치를 계산한다. 따라서 시술의 편의 등을 위해 피시술자의 구강위치를 가변시킬 시, 위치 자세 연산부(200)는 스텐트용 기준부(110)의 위치 및 자세정보에 따라 식립 기준 위치의 3차원 좌표를 다시 계산한다.
또한 위치 자세 연산부(200)는 기준부 센싱용 센서부(130)로부터 전송받은 핸드 피스용 기준부(120)의 위치 및 자세정보로부터 핸드 피스 기준부(120)의 위치 및 자세에 대한 좌표를 계산한다.
상술한 바와 같이 핸드 피스용 기준부(120)와 드릴(H1)의 상대적인 거리 및 각도 등도 모두 위치 자세 연산부(200)에 저장된 상태이므로, 핸드 피스용 기준부(120)의 위치 및 자세정보를 획득되면 드릴(H1)의 위치 및 자세의 좌표가 계산될 수 있고, 그에 따라 위치 자세 연산부(200)는 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 실시간으로 계산할 수 있다.
이렇게 위치 자세 연산부(200)에서 계산된 데이터는 실시간 표시부(300)에 전달된다. 실시간 표시부(300)는 위치 자세 연산부(200)에 무선 또는 유선으로 연결되며 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 표시한다.
한편 본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200)는, 피시술자의 구강 구조에 대한 영상정보가 저장된 구강 구조 라이브러리부(미도시)와, 임플란트용 보철물의 구조에 대한 영상정보가 저장된 보철물 구조 라이브러리부(미도시)를 더 포함한다.
피시술자의 구강 구조에 대한 영상정보는 상술한 영상 데이터의 획득단계에서 얻어진 피시술자의 구강 구조에 대한 컴퓨터단층촬영(CBCT), 3D 스캐너 등의 3차원 구조 데이터이고, 보철물 구조 라이브러리부는 픽스츄어(미도시), 지대주(미도시) 등의 임플란트용 보철물의 구조에 대한 3차원 구조 데이터이다. 이러한 위치 자세 연산부는 미도시된 조작부(미도시)에 연결되어 피시술자에 의해 조정될 수 있다.
따라서 시술자는 임플란트 시술 전에 조작부(미도시)를 통해 위치 자세 연산부(200)를 조정하여 보철물 구조 라이브러리부와 보철물 구조 라이브러리부에 저장된 데이터를 불러올 수 있고, 보철물 구조 라이브러리부와 보철물 구조 라이브러리부의 데이터를 바탕으로 가상 시술을 수행할 수 있다.
한편 본 실시예에서 실시간 표시부(300)는, 헤드 업 디스플레이(HUD)를 구비하는 웨어러블 디스플레이를 포함한다.
본 실시예에서 웨어러블 디스플레이는 고글 형상으로 마련된다. 이러한 고글 형상의 웨어러블 디스플레이는 피시술자의 얼굴에 착용되며 헤드 업 디스플레이(HUD)가 결합되는 착용부를 포함한다.
헤드 업 디스플레이(HUD)는, 시술자의 눈에서 소정 간격 이격되어 배치되는 글라스(미도시)와 글라스에 표시될 정보를 투사하는 투사부(미도시)를 포함한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 실시간 표시부(300)는 헤드 업 디스플레이(HUD)를 구비하는 웨어러블 디스플레이로 이루어짐으로써, 임플란트 시슬 시에 시술자는 위치 자세 연산부(200)로부터의 정보를 보기 위해 별도의 모니터를 바라볼 필요 없이 글라스를 통해 위치 자세 연산부(200)로부터 수신된 정보와 실제 시술부위를 동시에 볼 수 있다. 따라서 시술부위에 대한 시술자의 시선을 시술 과정에서 계속 유지시킬 수 있어 시술자의 집중도를 더욱 높일 수 있다.
이러한 실시간 표시부(300)에는 위치 자세 연산부(200)에서 계산된 식립 기준 위치에 대한 정보가 시각적으로 표시된다. 또한 실시간 표시부(300)에는 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세가 이미지화되어 표시된다.
따라서 시술자는 치조골의 천공 시 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 위치 및 각도를 실시간으로 시각적으로 파악할 수 있어 시술의 정확도를 높일 수 있다.
이하에서 본 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템의 동작을 설명한다.
기준부 센싱용 센서부(130)가 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120)를 감지하여 스텐트용 기준부(110) 및 핸드 피스용 기준부(120) 각각의 위치 및 자세정보를 획득한다.
획득된 위치 및 자세정보는 위치 자세 연산부(200)로 전송된다. 위치 자세 연산부(200)는 기준부 센싱용 센서부(130)에서 획득된 스텐트용 기준부(110)의 정보에 따라 식립 기준 위치의 3차원 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산한다.
또한 위치 자세 연산부(200)는 핸드 피스용 기준부(120)의 정보에 따라 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산한다.
이렇게 계산된 좌표는 실시간 표시부(300)로 전송되어 이미지로 실시간 표시부(300)에 표시된다. 따라서 시술자는 실시간 표시부(300)에 나타난 시각적 화면에 따라 핸드 피스(H)의 위치 및 자세를 조정하여 정확한 시술을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템은, 기준부 센싱용 센서부(130)를 통해 스텐트용 기준부(110)에 대한 핸드 피스용 기준부(120)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하고, 위치 자세 연산부(200)를 통해 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 실시간으로 계산하며, 실시간 표시부(300)를 통해 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 시각적인 방법으로 표시함으로써, 시술자의 시술 정확도를 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이고, 도 6은 도 5의 센서유닛이 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 센서유닛(100a)의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 1의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 센서유닛(100a)의 구성을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 센서유닛(100a)은, 가이드 스텐트(J)에 장착되며 가이드 스텐트(J)의 위치 및 자세정보를 획득하는 스텐트용 센서부(110a)와, 핸드 피스(H)에 장착되며 핸드 피스(H)의 위치 및 자세정보를 획득하는 핸드 피스용 센서부(120a)를 포함한다.
스텐트용 센서부(110a)는, 가이드 스텐트(J)에 장착되며 가이드 스텐트(J)의 위치 및 자세정보를 획득한다. 이러한 스텐트용 센서부(110a)는 피시술자의 구강 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
이러한 스텐트용 센서부(110a)는, 피시술자의 머리 또는 턱이 움직일 경우 그 이동거리 및 이동 각도를 측정하기 위한 것이다. 본 실시예에서 스텐트용 센서부(110a)는, 제1 자이로센서(미도시) 및 제1 가속도센서(미도시)를 포함한다. 제1 가속도센서(미도시)는 중력 가속도에 대한 상대 가속도를 측정하고, 제1 자이로센서(미도시)는 측정된 각속도를 적분하여 회전거리를 구한다.
본 실시예에서 스텐트용 센서부(110a)는, 가이드 스텐트(J)에 착탈 가능하게 결합되며 제1 자이로센서(미도시) 및 제1 가속도센서(미도시)가 장착되는 제3 몸체부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 스텐트용 센서부(110a)는 온도를 감지하는 온도센서(미도시)를 더 포함한다. 이러한 온도센서(미도시)는 온도에 따라 달라지는 제1 자이로센서(미도시) 및 제1 가속도센서(미도시)의 측정값의 차이를 위치 자세 연산부(200a)를 통해 보정하기 위해 사용된다.
핸드 피스용 센서부(120a)는, 드릴(H1)이 장착된 핸드 피스(H)에 장착되며, 핸드 피스용 기준부(120)의 위치 및 자세정보를 획득한다. 핸드 피스용 센서부(120a)는, 핸드 피스(H)의 3차원적 위치변화 및 자세변화를 측정하기 위해 사용된다.
이러한 핸드 피스용 센서부(120a)는 제2 자이로센서(미도시) 및 제2 가속도센서(미도시)를 포함한다. 제2 가속도센서(미도시)는 중력 가속도에 대한 상대 가속도를 측정하고, 제2 자이로센서(미도시)는 측정된 각속도를 적분하여 회전거리를 구한다. 한편, 본 실시예시 핸드 피스용 센서부(120a)는, 핸드 피스(H)에 착탈 가능하게 결합되며 제2 자이로센서(미도시) 및 제2 가속도센서(미도시)가 장착되는 제4 몸체부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 핸드 피스용 센서부(120a)는 온도를 감지하는 온도센서(미도시)를 더 포함한다. 이러한 온도센서(미도시)는 온도에 따라 달라지는 제2 자이로센서(미도시) 및 제2 가속도센서(미도시)의 측정값의 차이를 위치 자세 연산부(200a)를 통해 보정하기 위해 사용된다.
한편 본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200a)는, 스텐트용 센서부(110a) 및 핸드 피스용 센서부(120a) 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 스텐트용 센서부(110a) 및 핸드 피스용 센서부(120a)에서 획득된 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 계산한다.
자세히 설명하면, 본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200a)는, 스텐트용 센서부(110a)로부터 피시술자의 머리 또는 턱의 이동정보를 전송받아 피시술자의 머리 또는 턱의 이동에 의한 식립 기준 위치의 이동된 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산한다.
또한 위치 자세 연산부(200a)는 핸드 피스용 센서부(120a)로부터 핸드 피스(H)의 이동정보를 전송받아 핸드 피스(H)의 이동에 의한 드릴(H1)의 이동된 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산한다.
또한 본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200a)는, 스텐트용 센서부(110a)와 핸드 피스용 센서부(120a) 각각에 얻어지는 측정값을 칼만 필터 알고리즘(Kalman filter algorithm) 등과 같은 보정 알고리즘을 통해 보정함으로써, 정확도를 높일 수 있다.
이렇게 위치 자세 연산부(200a)는 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산하고, 계산된 정보는 제1 실시예와 마찬가지로 실시간 표시부(300)에 이미지화되어 시각적으로 표시된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템은, 스텐트용 센서부(110a)와 핸드 피스용 센서부(120a)를 통해 가이드 스텐트(J) 및 핸드 피스(H)의 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하고, 위치 자세 연산부(200a)를 통해 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 실시간으로 계산하며, 이러한 정보를 실시간 표시부(300)를 통해 시각적인 방법으로 표시함으로써, 시술자의 시술 정확도를 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템이 도시된 도면이며, 도 8은 도 7의 센서유닛이 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 센서유닛(100b)의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 1의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 센서유닛(100b))의 구성을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 센서유닛(100b)은, 가이드 스텐트(J)에 착탈 가능하게 결합되는 스텐트용 위치 추적기(110b)와, 핸드 피스(H)에 착탈 가능하게 결합되며 핸드 피스용 위치 추적기(120b)를 포함한다.
스텐트용 위치 추적기(110b)와 핸드 피스용 위치 추적기(120b)는 복수개의 전파 송신기(S)로부터 전파를 송신 받아 위치 정보를 획득한다. 이러한 스텐트용 위치 추적기(110b)와 핸드 피스용 위치 추적기(120b)는 복수개의 전파 송신기(S)로부터 전파를 송신 받아 3각 측량 등과 같은 방식으로 위치를 추적한다.
본 실시예에서 전파 송신기(S)는 인공 위성일 수 있으며, 스텐트용 위치 추적기(110b)와 핸드 피스용 위치 추적기(120b)는 지피에스(GPS) 정보를 수신하는 지피에스(GPS) 수신기를 포함할 수 있다.
스텐트용 위치 추적기(110b)는, 피시술자의 구강 내에 삽입되는 가이드 스텐트(J)에 착탈 가능하게 결합된다. 이러한 스텐트용 위치 추적기(110b)는 피시술자의 구강 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.
스텐트용 위치 추적기(110b)는, 피시술자의 머리 또는 턱이 움직일 경우 피시술자의 머리 또는 턱과 함께 이동되며, 위치 정보를 수신한다.
핸드 피스용 위치 추적기(120b)는 드릴(H1)이 장착된 핸드 피스(H)에 착탈 가능하게 결합된다. 핸드 피스용 위치 추적기(120b)는, 핸드 피스(H)가 움직일 경우 핸드 피스(H)와 함께 이동되며, 위치 정보를 수신한다.
본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200b)는, 스텐트용 위치 추적기(110b) 및 핸드 피스용 위치 추적기(120b) 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 스텐트용 위치 추적기(110b) 및 핸드 피스용 위치 추적기(120b)에서 획득된 위치 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세를 계산한다.
즉 본 실시예에 따른 위치 자세 연산부(200b)는, 스텐트용 위치 추적기(110b)로부터 전송된 위치 정보를 통하여 피시술자의 머리 또는 턱의 이동되더라도 이동된 가이드 스텐트(J)의 위치 및 자세를 알 수 있고, 이를 바탕으로 이동된 식립 기준 위치의 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산할 수 있다.
또한 위치 자세 연산부(200b)는, 핸드 피스용 위치 추적기(120b)로부터 전송된 위치 정보를 통하여 핸드 피스(H)의 이동 시 이동된 핸드 피스(H)의 위치 및 자세를 알 수 있고, 이를 바탕으로 이동된 드릴(H1)의 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 계산할 수 있다.
이렇게 계산된 식립 기준 위치와 드릴(H1)의 좌표에 의해 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세가 위치 자세 연산부(200b)에서 계산되고, 계산된 정보는 제1 실시예와 마찬가지로 실시간 표시부(300)에 이미지화되어 시각적으로 표시된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템은, 스텐트용 위치 추적기(110b)와 핸드 피스용 위치 추적기(120b)를 통해 가이드 스텐트(J) 및 핸드 피스(H)의 위치 및 자세에 대한 위치 정보를 획득하고, 위치 자세 연산부(200b)를 통해 식립 기준 위치에 대한 드릴(H1)의 상대적인 위치 및 자세에 대한 3차원 좌표를 실시간으로 계산하며, 이러한 정보를 실시간 표시부(300)를 통해 시각적인 방법으로 표시함으로써, 시술자의 시술 정확도를 높일 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100, 100a, 100b: 센서유닛 110: 스텐트용 기준부
111:제1 몸체부 112: 제1 광학 마커
110a: 스텐트용 센서부 110b: 스텐트용 위치 추적기
120: 핸드 피스용 기준부 121: 제2 몸체부
122: 제2 광학 마커 120a: 핸드 피스용 센서부
130: 기준부 센싱용 센서부
200, 200a, 200b: 위치 자세 연산부
300: 실시간 표시부 J: 가이드 스텐트
H: 핸드 피스 H1: 드릴

Claims (10)

  1. 피시술자의 구강 내에 삽입되는 가이드 스텐트의 위치 및 자세를 감지하며, 드릴이 장착된 핸드 피스의 위치 및 자세를 감지하는 센서유닛;
    상기 센서유닛과 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 센서유닛에서 획득된 위치 및 자세정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 위치 자세 연산부; 및
    상기 위치 자세 연산부에 무선 또는 유선으로 연결되며, 상기 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 표시하는 실시간 표시부를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서유닛은,
    상기 가이드 스텐트에 연결되는 스텐트용 기준부;
    상기 핸드 피스에 연결되는 핸드 피스용 기준부; 및
    상기 스텐트용 기준부 및 상기 핸드 피스용 기준부를 감지하며, 상기 스텐트용 기준부 및 상기 핸드 피스용 기준부 각각의 위치 및 자세정보를 획득하는 기준부 센싱용 센서부를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스텐트용 기준부는,
    상기 가이드 스텐트에 착탈 가능하게 결합되는 제1 몸체부; 및
    상기 제1 몸체부에 마련되는 다수개의 제1 광학 마커를 포함하며,
    상기 핸드 피스용 기준부는,
    상기 핸드 피스에 착탈가능하게 결합되는 제2 몸체부; 및
    상기 제2 몸체부에 마련되는 다수개의 제2 광학 마커를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준부 센싱용 센서부는, 상기 제1 광학 마커 및 제2 광학 마커를 인식하는 광학 센서를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서유닛은,
    상기 가이드 스텐트에 장착되며, 상기 가이드 스텐트의 위치 및 자세정보를 획득하는 스텐트용 센서부; 및
    상기 핸드 피스에 장착되며, 핸드 피스의 위치 및 자세정보를 획득하는 핸드 피스용 센서부를 포함하며,
    상기 위치 자세 연산부는,
    상기 스텐트용 센서부 및 핸드 피스용 센서부 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 스텐트용 센서부 및 핸드 피스용 센서부에서 획득된 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스텐트용 센서부는,
    제1 자이로센서 및 제1 가속도센서를 포함하며,
    상기 핸드 피스용 센서부는,
    제2 자이로센서 및 제2 가속도센서를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서유닛은,
    상기 가이드 스텐트에 착탈 가능하게 결합되는 스텐트용 위치 추적기; 및
    상기 핸드 피스에 착탈 가능하게 결합되는 핸드 피스용 위치 추적기를 포함하며,
    상기 위치 자세 연산부는,
    상기 스텐트용 위치 추적기 및 핸드 피스용 위치 추적기 각각에 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 스텐트용 위치 추적기 및 핸드 피스용 위치 추적기에서 획득된 위치 정보에 따라 미리 결정된 식립 기준 위치에 대한 상기 드릴의 상대적인 위치 및 자세를 계산하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 자세 연산부는,
    상기 피시술자의 구강 구조에 대한 영상정보가 저장된 구강 구조 라이브러리부; 및
    임플란트용 보철물의 구조에 대한 영상정보가 저장된 보철물 구조 라이브러리부를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실시간 표시부는,
    헤드 업 디스플레이(HUD)를 구비하는 웨어러블 디스플레이를 포함하는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 웨어러블 디스플레이는, 고글 형상으로 마련되는 실시간 영상유도를 이용한 임플란트 식립 가이드시스템.
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