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문제 정의
본 기사는 기존의 치열교정치료과정을 CAD/CAM 기술을 이용하여 사용하기 쉽고 정확한 치료가 가능하게 만든 사례를 소개하였다. 3Dxer와 3Txer프로그램은 기존에 수작업으로 수행하던 측정과 셋업을 시뮬레이션을 이용하여 컴퓨터 상에서 편리하고 정확히 수행할 수 있었다.
이번 기사는 치과 분야 중에서 치열교정분야에 CADCAM기술을 적용하여 많은 공정을 자동화한 사례인 치열교정진단 (3Dxer) 프로그램과 치열치료(3Txer) 프로그램을 소개하는 글이다.
그 이유는 치과치료가 기계공학적인 가공과 유사한 면이 많기 때문이다. 이번 기사는 치과분야 중에서 치열교정분야에 CADCAM기술을 적용하여 많은 공정을 자동화한 사례인 치열교정진단(3Dxer) 프로그램과 치열치료(3Txer) 프로그램을 소개하는 글이다.
제안 방법
이러한 기능을 수행하기 위해 3Dxer라는 프로그램이 개발되었다. 그 후 동일한 디지털 치아 모델을 이용하여 치아를 셋업하고 트랜스퍼 지그의 설계 등을 수행한다. 이러한 기능을 수행하기 위해 3Txer라는 프로그램이 개발되었다.
또한 미세한 조절을 위해 사용자의 선택사항에 단위 움직임의 양을 최소 0.01(거리/각도: 미터법)까지 조절이 가능하도록 하였다.
화면상의 모든 물체(치아, 치료장치)는 공간상의 6자유도의 움직임을 구현 할 수 있다. 또한 미세한 조절을 위해 사용자의 선택사항에 단위 움직임의 양을 최소 0.01(거리/각도: 미터법)까지 조절이 가능하도록 하였다.(그림 21 참조)
3) 진단: 세팔로를 이용하여 교정 전후의 옆모습을 분석하고 치료계획을 수립한다. 또한 치아 석고모델을 이용하여 각 치아의 크기와 악궁의 크기를 측정하여 발치할 치아를 선정하는 등의 치료계획을 수립한다. [그림 5] 3Dxer가 진단부분을 컴퓨터에서 구현하였다.
3Dxer와 3Txer프로그램은 기존에 수작업으로 수행하던 측정과 셋업을 시뮬레이션을 이용하여 컴퓨터 상에서 편리하고 정확히 수행할 수 있었다. 브라켓과 트랜스퍼 지그의 설계와 제작도 수행하여 석고모델제작에서 브라켓 장착까지의 치열교정의 전 과정을 프로그램화 하였다. 또한 석고모델을 디지털모델로 변환하여 저장 및 관리가 손쉬워지고 파손 및 망실의 위험에서 벗어나게 되었다.
상악/하악의 관계를 3차원으로 자유롭게 돌려보며 내부(설측면)에서 바라보며 대칭 여부, 치아의 손망실 여부, 치아 형태 등을 관찰 할 수 있도록 하였다.
그림 11은 펼쳐보기 화면이다. 상악/하악의 관계를 3차원으로 자유롭게 돌려보며 내부(설측면)에서 바라보며 대칭 여부, 치아의 손망실 여부, 치아 형태 등을 관찰 할 수 있도록 하였다. 그림 12는 교합보기 화면이다.
그림 12는 교합보기 화면이다. 상악/하악의 관계를 3차원으로 자유롭게 돌려보며 자세히 관찰할 수 있도록 하였다.
이러한 문제를 해결하고 실현하기 위해 3Txer 프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램에서는 치료결과 예측 뿐만이 아니라 컴퓨터를 이용해 정확히 예측된 치료결과를 바탕으로 치료에 도움이 될 수 있는 장치까지 설계가 가능하다. 설계된 데이터를 CAM 장비를 이용하여 제작하여 실 치료에 활용이 가능하도록 하였다.
이러한 문제를 해결하고 실현하기 위해 3Txer 프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램에서는 치료결과 예측 뿐만이 아니라 컴퓨터를 이용해 정확히 예측된 치료결과를 바탕으로 치료에 도움이 될 수 있는 장치까지 설계가 가능하다. 설계된 데이터를 CAM 장비를 이용하여 제작하여 실 치료에 활용이 가능하도록 하였다.
이러한 문제를 해결하고 실현하기 위해 3Txer 프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램에서는 치료결과 예측 뿐만이 아니라 컴퓨터를 이용해 정확히 예측된 치료결과를 바탕으로 치료에 도움이 될 수 있는 장치까지 설계가 가능하다. 설계된 데이터를 CAM 장비를 이용하여 제작하여 실 치료에 활용이 가능하도록 하였다.
사람마다 다른 하악의 움직임에 적합한 치료 전후 동적 평가를 위해 병원과 기공소에서 고가의 장비를 이용하 있으며, 실제 치료 결과에 큰 영향을 주고 있으나 주관적인 요소가 많이 있어 아주 정확한 결과를 예측 하기에는 어려운 실정이다. 이를 컴퓨터 기술을 이용하여 간편히 적용하고 더 많은 정보를 손 쉽게 획득할 수 있도록 하였다.
단순한 형상일 경우 프로그램상으로 경계조건을 부여할 수 있으나 인체 장기처럼 복잡한 형상에는 이러한 기능의 구현이 어려운 일이다. 이에 사용자가 시각적 정보를 최대한 활용하여 동작을 제어할 수 있도록 실시간 충돌검사 기능을 부여하였다. 선택되어 움직이는 물체가 다른 물체와 닿는 부분이 실시간 붉게 표현됨으로써 사용자에게 유용한 정보를 전달하는 기능이다.
컴퓨터상에서 정확한 치열의 배열(Setup)과 브라켓의 위치가 정해졌다 하더라도 이를 실제 환자의 치료에 적용하지 못하면 지금까지의 작업의 효과가 반감될 수 밖에 없다. 이에 치아와 브라켓의 상대적 위치정보를 실제 환자에게 재현할 도구인 지그를 설계하여 CAM 장비로 생산하여 활용할 수 있도록 하였다.
치과에서 석고모델을 제작한 후 3D 스캐너을 이용하여 디지털 모델을 생성하고 이 디지털 모델을 이용하여 치아의 크기, 각도, 그리고 악궁(치아가 들어설 수 있는 턱의 크기, 치아크기에 비해서 악궁이 작을 때 치열이 흐트러 진다. ) 등을 측정하는 교정진단을 수행한다.
그림 3은 디지털 치아모델을 이용했을 때의 치아교정과정을 보여준다. 치과에서 석고모델을 제작한 후 3D 스캐너을 이용하여 디지털 모델을 생성하고 이 디지털 모델을 이용하여 치아의 크기, 각도, 그리고 악궁(치아가 들어설 수 있는 턱의 크기, 치아크기에 비해서 악궁이 작을 때 치열이 흐트러 진다.) 등을 측정하는 교정진단을 수행한다.
치아석고모델로부터 치아 디지털 모델을 생성 하기 위해서 3D 치아스캐너를 개발하였다. 3D 치아스캐너는 치아의 측정방향을 회전시켜 바꾸어주는 회전테이블과 직선이송장치로 이루어져있다.
한 화면에 환자 치아의 구강내 모습을 여러 각도에서 표현하여 상악/하악 치아의 관계와 문제점을 손쉽게 관찰 할 수 있도록 하였으며 모든 화면은 그림화일(bmp)로 변환 및 저장을 하여 필요한 곳에 자료로서 활용 가능하도록 하였다.
진단에 있어 의사의 시각적 진단이 가장 많은 정보를 제공하는데 이 화면에서 의사는 치아모델의 방향을 이리저리 바꿔봄으로써 시각적 진단을 가능하게 해준다. 한 화면에 환자 치아의 구강내 모습을 여러 각도에서 표현하여 상악/하악 치아의 관계와 문제점을 손쉽게 관찰 할 수 있도록 하였으며 모든 화면은 그림화일(bmp)로 변환 및 저장을 하여 필요한 곳에 자료로서 활용 가능하도록 하였다.
이론/모형
회전테이블은 현재 2자유도와 3자유도를 가지는 모델들이 있으며 계획된 측정경로에 따라 석고모델의 측정자세를 바꾸어준다. 좌표 측정방식은 레이저 슬릿광과 카메라를 이용한 삼각측정법을 사용하였다.
성능/효과
본 기사는 기존의 치열교정치료과정을 CAD/CAM 기술을 이용하여 사용하기 쉽고 정확한 치료가 가능하게 만든 사례를 소개하였다. 3Dxer와 3Txer프로그램은 기존에 수작업으로 수행하던 측정과 셋업을 시뮬레이션을 이용하여 컴퓨터 상에서 편리하고 정확히 수행할 수 있었다. 브라켓과 트랜스퍼 지그의 설계와 제작도 수행하여 석고모델제작에서 브라켓 장착까지의 치열교정의 전 과정을 프로그램화 하였다.
이러한 디지털 모델을 이용한 치열교정과정은 기존의 많은 수작업 공정을 컴퓨터 프로그램으로 자동화하여 작업능률을 높이고, 시뮬레이션을 통하여 결과를 미리 검증함으로써 시행착오를 줄일 수 있다.
후속연구
또한 석고모델을 디지털모델로 변환하여 저장 및 관리가 손쉬워지고 파손 및 망실의 위험에서 벗어나게 되었다.앞으로 본 프로그램을 통한 치열교정 작업건수가 많아지면 유익한 의료데이터가 축적이 되어서 한국사람의 치아형상에 대한 표준데이터가 만들어져서 앞으로 치과기구를 국산화하는데 그 정보를 활용할 수도 있을 것이다.
또한 석고모델을 디지털모델로 변환하여 저장 및 관리가 손쉬워지고 파손 및 망실의 위험에서 벗어나게 되었다.앞으로 본 프로그램을 통한 치열교정 작업건수가 많아지면 유익한 의료데이터가 축적이 되어서 한국사람의 치아형상에 대한 표준데이터가 만들어져서 앞으로 치과기구를 국산화하는데 그 정보를 활용할 수도 있을 것이다.
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