[논문]표준 치아 크기 및 배열 정보를 이용한 다중 치아 임플란트 식립계획 방안

박형욱; 박상진; 박형준

doi:10.7315/cadcam.2015.348

표준 치아 크기 및 배열 정보를 이용한 다중 치아 임플란트 식립계획 방안
Planning of Multiple Tooth Implant Placement Using the Standardized Data in Teeth Size and Position 원문보기

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.20 no.4, 2015년, pp.348 - 356

박형욱 (한국과학기술정보연구원 중소기업지원센터) , 박상진 (조선대학교 산업공학과) , 박형준 (조선대학교 산업공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

It is important to devise methods for assisting dentists to consistently determine implant positions and directions and to accurately perform drilling tasks during dental implant surgery. In this paper, we propose a novel approach to tooth implant placement planning which deals with the determination of the positions and directions of multiple implant fixtures for a set of missing mandibular teeth and suggests the selection of the sizes and types of the implant fixtures. We combine Korean standard data in the sizes and positions of human teeth with the patient specific 3D models of mandibular jawbones, nerve curves, and neighboring teeth around the missing teeth in order to determine the positions and directions of the implant fixtures for the missing teeth. Using the geometric and spatial information of the jawbones, the teeth and the implant fixtures, we can construct the 3D models of surgical guide stents which are crucial to perform drilling tasks with ease and accuracy. Adopted in 3D simulation of dental implant placement, the approach can provide surgeon students with good educational contents. We also expect that, with further work, the approach can be used as a useful tool to plan for dental implant surgery.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 한국인 표준모델^[6]을 토대로 얻어진 하악 치아들의 크기 및 배열 정보를 환자의 식립 부위 주변 치아 및 구강 정보와 접목시켜 발치 부위에 식립 될 다중 임플란트의 위치와 방향을 계산하고, 이를 바탕으로 임플란트 크기 및 유형을 선정하는 방안을 제안한다. 제안된 방안을 통해 얻어진 결과는 전체 임플란트 시술에 대한 주요 정보로 활용될 수 있으리라 사료된다.

가설 설정

제안된 방안에서는 Fig. 4에서와 같이 중절치(central incisor)를 기준으로 우측과 좌측의 치아를 대칭으로 가정하였으며, 성년기에 불규칙한 형태로 흔히맹출되어 발육되는 제3대구치(3^rd molar, 사랑니)의 경우, 제 1 대구치와 제 2대구치의 식립 방향과 비슷한 발육과정을 거친다고 가정하였다.
식립될 임플란트는 주변 치아의 근사 원기둥과 신경관 사이에 존재하여야 하며, 악골 3D 모델의 측면을 벗어나지 않아야 한다. 식립 부위의 양쪽에 위치한 주변 치아들의 최소포함 원기둥의 윗면 중심점들이 치열궁 곡선 p(t) 위에 있으므로 식립될 임플란트의 기준점이 곡선 p(t) 위에 존재한다고 가정하였다.

제안 방법

본 논문에서는 한국과학기술정보연구원의 디지털 한국인^[6]에서 포함된 한국인 치아 표준모델을 토대로 얻어진 하악 치아들의 크기 및 배열 정보를 환자에 따른 식립 부위 주변 치아 및 구강 정보와 접목시킴으로써 다중 임플란트 식립 위치 및 방향을 결정하고, 이를 바탕으로 임플란트 크기 및 유형을 선정하는 방안을 제시하였다. 아울러, 식립 계획 정보를 토대로 식립 보조도구의 3D 모델을 생성하는 방안을 제시하였다.
본 연구에서 이용되는 임플란트의 설계 파라미터 값으로는 국내외 임플란트 제조업체에서 사용하는 크라운대비 직경을 활용하였으며, 고정구의 경우 내부연결형(internal) 형태의 고정방식으로 설계하였으며, 나사선(thread)의 경우 사다리꼴의 형태로 수평을 기준으로 하여 밑각 30^o, 윗각 60^o로 설정하였고, 사다리꼴의 윗면의 길이는 3 mm로써 시술자의 드릴링 시술이 보다 원활히 진행될 수 있도록 하였다. 또한 깊이는 5 mm로써 높이 9 mm 간격으로 나선형(helix) 커브 기반 불리언(Boolean)작업을 수행하여 설계하였다.
본 연구에서는 의료영상 처리 프로그램인 Mimics^TM를 사용하여 환자 의료영상 데이터로부터 잇몸, 치아, 치조골, 신경관에 대한 3D 메쉬 모델을 생성하고, OBJ 파일 형태로 저장하였다. 의료영상을 통해 3D 모델을 획득하는 방식으로, 환자의 의료영상 데이터를 의료영상 처리 프로그램에 불러들인 후, 각 의료영상에서 경계검출(boundary detection)을 적용한 다음, 원하는 영역을 분할 및 추출한다.
본 연구에서는 주변치아가 있다는 가정을 토대로 식립 계획을 수행하므로 bone-supported 방식과 tooth-supported 방식을 혼합하는 방식을 이용하였고, Fig. 10과 같은 절차를 통해 식립 보조도구의 3D 모델 생성 방안을 제시한다.
개인별 치아는 환경 및 교정 자세에 따라 치아의 크기 및 방향성 등의 차이를 가지고 있다. 본연구에서는 한국인 치아 표준모델에 대한 최소포함 원기둥 반지름 값을 토대로 치아별 최대 크기에 대한 비율을 측정하였다(Table 2 참고). 제안된 방안에서는 Fig.

데이터처리

주로 의료분야에서는 의료영상에 대한 영상처리를 위해 화소를 결정하는 방법으로 밀도에 따라 -1,000에서 +3,000 내의 범위를 가지는 HU(Hounsfield Unit) 값을 많이 사용되는데, 치아모델의 경우, 치아 조직의 화소값이 악골 조직이 가지는 값과 비슷한 범위 내에 포함된다. 따라서, 본 연구에서는 골밀도 평가 자료^[8]를 토대로 하악(mandible) 치조골에 대한 범위를 전체 평균 값인 736으로 잡은 후 ± 수치를 기준으로 평균값 164를 축소한 범위로 설정하여 영역 분할/추출을 진행하였다(Table 1 참조).

이론/모형

PCA 분석을 통해 얻어진 벡터정보는 주로 3D 모델에 대한 주방향 성분 벡터를 의미하며, 본 논문에서는 각 치아가 하악골에 식립되어 있는 방향을 의미한다. 이를 위해 공개 라이브러리인 CGAL(Computational Geometry Algorithms Library, France)^[10]을 활용하여 잔존 치아들에 대한 주성분 방향을 계산하는 방식을 택하였다(Fig. 2 참고).

후속연구

추후, 1차적으로 공학해석을 활용한 검증을 통해 의료관점의 실효성 측면에서 연구를 수행하고자 하며, 2차적으로 제안된 방안의 결과를 실제 임상 적용 결과와 비교함으로써 제안된 방안의 품질을 검증하고자 한다. 또한 완전 무치악 환자처럼 주변 치아가 존재하지 않는 경우에서 식립 위치와 방향을 계산하는 방안에 대한 연구를 수행하고자 한다.
제시된 방안은 치아 임플란트 식립 계획 수립을 위한 시범적용 할 수 있는 도구로서 활용될 수 있으며, 제시된 방안을 치아 임플란트 시술 시뮬레이션에 접목할 경우, 식립계획 과정을 배우는 학생들에게 유익한 교육용 컨텐츠로 활용될 수 있으리라 사료된다.
을 토대로 얻어진 하악 치아들의 크기 및 배열 정보를 환자의 식립 부위 주변 치아 및 구강 정보와 접목시켜 발치 부위에 식립 될 다중 임플란트의 위치와 방향을 계산하고, 이를 바탕으로 임플란트 크기 및 유형을 선정하는 방안을 제안한다. 제안된 방안을 통해 얻어진 결과는 전체 임플란트 시술에 대한 주요 정보로 활용될 수 있으리라 사료된다.
추후, 1차적으로 공학해석을 활용한 검증을 통해 의료관점의 실효성 측면에서 연구를 수행하고자 하며, 2차적으로 제안된 방안의 결과를 실제 임상 적용 결과와 비교함으로써 제안된 방안의 품질을 검증하고자 한다. 또한 완전 무치악 환자처럼 주변 치아가 존재하지 않는 경우에서 식립 위치와 방향을 계산하는 방안에 대한 연구를 수행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임플란트 고정구를 일정한 위치와 깊이에 식립하기 위해서 무엇이 요구되는가?	국내 통계자료에 의하면 2009년부터 2012년까지 시술 건수의 연평균성장률은 24%로 기록되었으며, 앞으로도 경제성장, 복지 수준의 향상, 고령 인구의 증가 등으로 인하여 매년 17% 이상의 성장세를 예상하고 있다[1]. 치과 임플란트 시술에서 실제 임상의들이 가장 중요하게 생각하는 부분은 환자의 임상학 및 해부학적 특성에 맞도록 임플란트 고정구(fixture)를 일정한 위치와 깊이에 식립(placement)하는 과정이며, 이를 위해서는 시술부위의 치조골(alveolar bone)을 확보하는 과정과 고정구 직경에 맞는 구멍을 생성하는 드릴링 작업이 중요하며, 포괄적으로는 일관성 있고 정확한 임플란트 식립 계획의 수립이 요구된다[2-5].
	치과 임플란트 시술에서 임상의들이 가장 중요하게 생각하는 부분은 무엇인가?	국내 통계자료에 의하면 2009년부터 2012년까지 시술 건수의 연평균성장률은 24%로 기록되었으며, 앞으로도 경제성장, 복지 수준의 향상, 고령 인구의 증가 등으로 인하여 매년 17% 이상의 성장세를 예상하고 있다[1]. 치과 임플란트 시술에서 실제 임상의들이 가장 중요하게 생각하는 부분은 환자의 임상학 및 해부학적 특성에 맞도록 임플란트 고정구(fixture)를 일정한 위치와 깊이에 식립(placement)하는 과정이며, 이를 위해서는 시술부위의 치조골(alveolar bone)을 확보하는 과정과 고정구 직경에 맞는 구멍을 생성하는 드릴링 작업이 중요하며, 포괄적으로는 일관성 있고 정확한 임플란트 식립 계획의 수립이 요구된다[2-5].
	치아의 최소포함 원기둥 반경과 높이 계산을 위한 방법은?	치아의 최소포함 원기둥(minimum enclosing cylinder, MEC)은 치아의 주성분 방향과 중심축이 나란하고, 치아의 점들을 모두 포함하는 원기둥들 중에서 반경과 높이가 가장 작은 원기둥을 말한다[11]. 반경과 높이 계산을 위해 우선 해당 치아 3D 메쉬의 모든 점들을 주성분 방향과 나란한 직선에 투영한 다음, 투영거리 중 가장 큰 값을 최소포함 원기둥의 반지름으로 하였다. 또한, 직선 위에 투영된 점들 중 가장 아래쪽에 있는 점을 원기둥의 밑면 중심점으로, 가장 위쪽에 있는 점을 원기둥의 윗면 중심점으로 하였다. Fig.

참고문헌 (20)

Kim, J.W. and Park, S.M., 2013, Dental Implants, HIDI Medical Device Market Research Report, 15, pp.1-44.
Park, H.W., Kim, M.S. and Park, H., 2011, 3D Simulation of Dental Implant Surgery Using Surgical Guide Stents, Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, 16(3), pp.216-226.
Park, H.W., Park, C.W., Kim, M.S. and Park, H., 2012, Planning of Dental Implant Placement Using 3D Geometric Processing and Finite Element Analysis, Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, 17(4), pp.253-261.
Xia, J., Samman, N., Yeung, R.W., Wang, D., Shen, S.G., Ip, H.H. and Tideman, H., 2000, Computer-assisted Three-dimensional Surgical Planning and Simulation: 3D Soft Tissue Planning and Prediction, International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 29(4), pp.250-258.

상세보기
Tardieu, P.B., Vrielinck, L., Escolano, E., Henne, M. and Tardieu, A.L., 2007, Computer-assisted Implant Placement: Scan Template, Simplant, Surgiguide, and SAFE System. The International Journal of Periodontics & Restorative Dentistry, 27(2), pp.141-149.

상세보기
Digital Korean, http://dk.kisti.re.kr/
Lorensen, W.E. and Cline, H.E., 1987, Marching Cubes: A High ResOlution 3d Surface Construction Algorithm, ACM SIGGRAPH Computer Graphics, 21(4), pp.163-169.

상세보기
Fanuscu, M.I. and Chang, T.L., 2004, Threedimensional Morphometric Analysis of Human Cadaver Bone: Microstructural Data from Maxilla and Mandible, Clinical Oral Implants Research, 15(2), pp.213-218.

상세보기
Moore, B., 1981, Principal Component Analysis in Linear Systems: Controllability, Observability, and Model Reduction, IEEE Transactions on Automatic Control, 26(1), pp.17-32.

상세보기
CGAL, https://www.cgal.org/
Chan, T.M., 2000, Approximating the Diameter, Width, Smallest Enclosing Cylinder, and Minimum- width Annulus, Proceedings of the Sixteenth Annual Symposium on Computational Geometry, pp.300-309.
Lin, Y., Zhang, S., Chen, X. and Wang, C. 2006. A Novel Method in the Design and Fabrication of Dental Splints Based on 3D Simulation and Rapid Prototyping Technology, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 28(9-10), pp.919-922.

상세보기
Piegl, L. and Tiller, W., 1995, The NURBS Book. Springer-Verlag.
Park, H. and Lee, J.H., 2007, B-spline Curve Fitting Based on Adaptive Curve Refinement Using Dominant Points, Computer-Aided Design, 39(6), pp.439-451.

상세보기
Eraslan, O. and Inan, O., 2010, The Effect of Thread Design on Stress Distribution in a Solid Screw Implant: a 3D Finite Element Analysis, Clinical Oral Investigations, 14(4), pp.411-416.

상세보기
Quek, H.C., Tan, K.B. and Nicholls, J.I., 2008, Load Fatigue Performance of Four Implant-abutment Interface Designs: Effect of Torque Level and Implant System, International Journal of Oral and Maxillofacial Implants, 23(2), pp.253-262

상세보기
D'Souza, K.M. and Aras, M.A., 2012, Types of Implant Surgical Guides in Dentistry: A Review, Journal of Oral Implantology, 38(5), pp.643-652.

상세보기
Oh, T.J., Shotwell, J.L., Billy, E.J. and Wang, H.L., 2006, Effect of Flapless Implant Surgery on Soft Tissue Profile: A Randomized Controlled Clinical Trial, Journal of Periodontology, 77(5), pp.874-882.

상세보기
3M ESPE, $Lava^{TM}$ Chairside Oral Scanner C.O.S. Digital Impression System.
Galanis, C.C., Sfantsikopoulos, M.M., Koidis, P.T., Kafantaris, N.M. and Mpikos, P.G., 2007, Implant Positioning and Size Assignment. Computer Methods and Programs in Biomedicine, Computer Methods for Automating Preoperative Dental Implant Planning, 86(1), pp.30-38.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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