[논문]QR 코드를 활용한 투명 교정장치 관리 시스템 설계 및 개발

장진수; 손호정; 심지영; 강신영; 문준모; 이태노

doi:10.14400/jdc.2019.17.9.185

QR 코드를 활용한 투명 교정장치 관리 시스템 설계 및 개발
Design and development of clear aligner management system using QR code 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.17 no.9, 2019년, pp.185 - 192

장진수 (고려대학교 대학원 보건과학과 BK21플러스 인간생명-사회환경 상호작용융합사업단) , 손호정 (고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공전공) , 심지영 (고려대학교 보건과학연구소) , 강신영 (고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공전공) , 문준모 (원광대학교 대학원 치의학과) , 이태노 (고려대학교 대학원 보건과학과 BK21플러스 인간생명-사회환경 상호작용융합사업단)

초록
AI-Helper

스마트 기술의 도입은 의사와 환자 모두에게 정확성, 안전성, 효율성을 제공한다. 투명 교정장치에 대한 관심은 국내외에서 점점 높아지고 있지만, 현재 투명교정 장치로 치열교정을 할 경우, 환자는 1, 2주에 한 번씩 병원을 방문하여 교체하여야 하며, 약 40~80개 정도의 장치가 제작되고 교정장치의 착용 순서 및 기간 등을 고려해서 교정이 이루어지기 때문에 치과 의사와 환자는 매우 번거롭고 혼란스럽다. 또한 이 과정에서 치과 의사와 환자 간 정확한 의사소통이 필요하다. 따라서 본 연구는 투명 교정장치에 QR 코드를 삽입하여 환자와 의료진 간의 커뮤니케이션이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 투명 교정장치 관리 시스템을 설계 및 개발하였다. 개발 결과 QR 코드의 크기는 구강 내에서 사용 가능한 $6{\ast}6mm^2$ 이상이면 100% 인식하였고, 인식 거리는 12cm 이내에서 100% 인식률을 보였다. 제안한 시스템으로 치과의사는 환자를 원격으로 관리하며 교정효과를 높여 주기 때문에 국내의 환자는 물론 해외의 환자 관리가 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

The introduction of smart technology provides accuracy, safety, and efficiency to both physicians and patients. Although interest in a clear aligner is increasing among users worldwide, the current clear aligner requires a visit to the hospital every one or two weeks for replacement, which is a very cumbersome process. There is also confusion among dentists and patients because about 40 to 80 devices are made, and calibration is done based on the order and duration of the clear aligner. Therefore, this study designed and developed a clear aligner management system so that communication between the patient and dentist can be smoothly performed by inserting the QR code into the transparent correction device. As a result, the size of the QR code was recognized as $6{\ast}6mm^2$ which can be used in the oral and the recognition distance was 100% within 12 cm. Since the dentist can remotely manage the patient with the proposed system and improve the correction effect, it is possible to manage patients abroad, as well as domestically.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Bracket and clear aligner
그림 Fig. 2. QR code structure
그림 Fig. 3. Overall system configuration
그림 Fig. 4. Dentist web architecture scheme
그림 Fig. 5. Dental laboratory web architecture scheme
그림 Fig. 6. Patient application architecture scheme
그림 Fig. 7. Front and back of smart clear aligner
표 Table 1. Software development environment
그림 Fig. 8. Screen shot of web for dentists
그림 Fig. 9. Screen shot of execute patient-specific hybrid application and web access
표 Table 2. QR code size recognition rate comparison
표 Table 3. QR code recognition time of hybrid application

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 QR 코드를 활용하여 치과의사가 원격지에 있는 환자의 교정장치 착용을 모니터링 할 수 있고, 환자, 치과의사, 치과기공소 간의 커뮤니케이션을 원활하게 할 수 있는 시스템을 설계 및 개발하였다.

제안 방법

QR 코드는 가장 많이 사용되는 2D 바코드 유형으로 보편적인 기능은 장소와 객체를 웹 사이트에 연결하는 물리적 하이퍼링크이다. QR 코드는 약 30% 정도 손상된 기호 영역을 복구 할 수 있는 오류 수정 코드를 설정함으로써, 좋지 않은 이미지 조건 하에서 크기와 방향을 잘 인식하도록 설계되었다. ISO/IEC 표준 18004로 정의된 QR 코드 심볼은 데이터, 버전 정보 및 오류 수정 코드 외에도 위치 심볼을 갖는다.
QR 코드의 크기에 따른 데이터 인식률을 확인하기 위해 본 연구에서 개발한 어플리케이션으로 4가지 크기의 샘플을 제작하여 20번씩 측정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다. Table 2에서 보는 바와 같이 넓이 5*5mm²의 QR 코드의 경우 20번의 측정 중 단 한번만 인식하였으며, 넓이 6*6mm² 이상부터는 100%의 인식률을 보였다.
다행히 QR 코드를 레진으로 씌워 손상을 막을 수 있었다. 그래서 레진을 씌운 상태의 QR 코드를 다양한 크기로 제작하여 거리별로 인식해 보았다.
의료진은 환자의 이름, 성별, 생년월일, 국가코드, 교정 시작일, 진행상태 등의 정보를 바탕으로 환자 계정을 만든다. 그리고 환자의 X-RAY 영상 등의 임상정보를 채득, 서버에 업로드 함과 동시에 치과 기공소에 제작을 의뢰한다. 치과 기공소에서는 제작의뢰 정보(서버에 있는 임상정보)를 바탕으로 셋업 이미지를 제작하여 업로드하고 의료진의 확인(confirm)을 받는다.
제안한 시스템은 치과 기공소에서 투명 교정장치 생산 시점에 QR 코드를 삽입하고, QR 코드가 마킹된 교정장치를 수령 받은 환자 자신이 교정장치에 마킹되어 있는 QR 코드를 스마트폰으로 스캔하여 환자고유의 URL로 웹서버에 접속한다. 보안을 유지하기 위하여 웹서버에서 로그인 과정을 거치며, 로그인 후 교정장치의 순서, 착용법, 주의사항, 치료일정 등의 다양한 정보를 확인한다. 이 과정에서 환자가 스마트폰으로 스캔한 QR 코드 정보(투명 교정장치 번호, 스캔 시간 등)는 서버에 저장되며 의료진과 치과 기공소에서는 이 정보를 바탕으로 현재 치료의 경과를 알 수 있기 때문에 앞으로의 치료계획을 수립할 수 있다.
본 시스템을 평가하기 위해 QR 코드의 크기와 거리에 따른 인식률 및 인식 시간을 테스트하였다. 투명 교정 장치가 구강 내라는 특수 환경에서 사용되기 때문에 QR 코드의 손상, 인식률, 크기 등이 고려되었다.
본 연구에서 구현한 시스템은 2개의 웹과 1개의 어플리케이션으로 구성되어 있으며 모두 반응형 웹으로 제작되어 모든 스마트 디바이스에서 동작할 수 있도록 구현하였다.
4.2 스마트 투명 교정장치 제작

제안한 스마트 투명 교정장치는 Fig. 7과 같이 투명 교정장치에 QR 코드가 인쇄된 필름을 넣고, 그 위에 레진을 씌워 인체에 무해하면서 정보의 손실을 줄이도록 제작하였다. 제작된 스마트 투명 교정장치 내의 QR 코드는 고유의 URL 주소, 국가코드, 병원코드, 환자 고유 번호, 교정장치 번호 등이 포함되어 있어 본 시스템을 통해 국내외 환자는 물론 해외의 환자들을 효율적으로 관리할 수 있도록 설계하였다.
제안한 시스템은 치과 기공소에서 투명 교정장치 생산 시점에 QR 코드를 삽입하고, QR 코드가 마킹된 교정장치를 수령 받은 환자 자신이 교정장치에 마킹되어 있는 QR 코드를 스마트폰으로 스캔하여 환자고유의 URL로 웹서버에 접속한다. 보안을 유지하기 위하여 웹서버에서 로그인 과정을 거치며, 로그인 후 교정장치의 순서, 착용법, 주의사항, 치료일정 등의 다양한 정보를 확인한다.
7과 같이 투명 교정장치에 QR 코드가 인쇄된 필름을 넣고, 그 위에 레진을 씌워 인체에 무해하면서 정보의 손실을 줄이도록 제작하였다. 제작된 스마트 투명 교정장치 내의 QR 코드는 고유의 URL 주소, 국가코드, 병원코드, 환자 고유 번호, 교정장치 번호 등이 포함되어 있어 본 시스템을 통해 국내외 환자는 물론 해외의 환자들을 효율적으로 관리할 수 있도록 설계하였다. QR 코드는 Zxing 라이브러리를 이용하여 생성한다.
치과에서는 투명 교정 장치를 제작하기 위해서 환자의 정밀인상을 채득한다. 즉, 교합과 파노라마 방사선 영상, 측방 두부방사선 영상 및 치아 영상을 획득하고, 이 데이터를 토대로 환자의 치아 이동 방향을 예측한다. 투명 교정장치를 제작하는 Invisalign System의 특허에 따르면 [15], 치아에 대한 삼차원 스캔 자료를 치과용 CAD프로그램을 이용하여 컴퓨터 상에서 치아를 하나씩 자르고, 가상 시뮬레이션을 통해 최종적으로 치아들이 이동해야 하는 위치까지 단계별로 20∼30쌍의 모형을 만든 후, 각각의 모형 별로 치아 이동이 가능한 투명한 플라스틱 틀을 제작하여 환자에게 주는 것이다.
파인더 패턴은 어떤 방향에서 스캔하더라도 검은색, 흰색 순서로 인식하도록 설계되었다. 타이밍 패턴과 N 정렬 패턴은 내부 구조를 제어하는 데 사용된다.

대상 데이터

환자는 이 20∼30쌍의 장치들을 단계별로 장착함으로써 교정되어야 할 치아를 조금씩 최종 목표지점으로 이동시킨다.

성능/효과

10cm 거리에서 5개의 서로 다른 QR 코드를 인식하는 테스트를 한국산업기술시험원에 의뢰하여 나온 결과는 Table 3과 같이 평균 1초 이내를 보였다. 또한, QR 코드 인식 거리 시험은 10cm, 11cm, 12cm 거리에서 인식률 100%를 보였다. 이와 같은 결과는 어플리케이션의 사용자에게 처리속도에 대한 만족감과 정확도에 대한 신뢰감을 줄 것으로 예상한다.
따라서 QR 코드는 최소 6*6mm² 이상으로 제작해야 한다는 것을 확인하였다. 이는 투명 교정장치에 삽입 가능한 크기이며 장치의 디자인과 기능에 전혀 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.
1)에서 설계한 대로 환자 공통의 메뉴로 “환자 계정 추가”, “환자 리스트”, “장치 사용법 업로드”, “공지사항”을 왼쪽에 배치하였고, 개별 환자의 메뉴로는 “환자 사진 정보 업로드”, “셋업 사진 업로드”, “환자 일정 관리”, “환자 교정장치 착용기간”, “환자 Q&A”를 오른쪽에 배치하였다. 이와 같이 공통 메뉴와 개별 환자 메뉴를 분리함으로써 사용상 편리성을 높였다.
9와 같이 QR 코드를 스캔하면 환자 개인의 고유 URL로 웹에 접속되어 로그인하게 된다. 환자는 구현된 어플리케이션을 통해 치과 방문 일정, 교정 상담 및 공지사항을 확인할 수 있고, 3D 이미지를 통해 교정 전후의 모습을 확인할 수 있으며, 화면 하단에 half circle bar를 통해 현재 교정 단계가 어느 정도 진행되었는지 확인할 수 있다.

후속연구

본 연구에서 개발한 투명 교정장치 관리시스템을 이용 하면 환자, 의료진, 치과 기공소 간의 커뮤니케이션이 원활하게 이루어져 잘못된 정보로 인한 실수를 최소화 시킬 수 있으며, 의료진은 환자가 순서에 맞는 교정장치를 착용하였는지, 착용 기간을 준수하고 있는지 등을 원격지에서 모니터링할 수 있어서 향후 치료계획을 세울 때 이러한 정보를 활용하여 더욱 더 정밀한 계획을 수립할 수 있을 것이다. 치과 기공소에서는 치과의사가 채득한 임상 정보를 바탕으로 셋업 이미지를 업로드하여 치과의사의 확인 후 제작함으로써 정확성을 높일 수 있다.
본 연구의 제한점은 투명 교정장치 관리 시스템을 설계 및 구현을 하였지만 실제 치열 교정 환자에게 적용해 보지 못한 점이다. 향후 임상영역에서 실제로 적용하여 성능을 개선하는 연구를 할 계획이다.
본 연구의 제한점은 투명 교정장치 관리 시스템을 설계 및 구현을 하였지만 실제 치열 교정 환자에게 적용해 보지 못한 점이다. 향후 임상영역에서 실제로 적용하여 성능을 개선하는 연구를 할 계획이다.
또한 환자의 실수로 분실 혹은 파손 시에 교정장치 식별 코드를 이용하여 교정장치를 다시 제작하는데 시간을 단축할 수있다. 환자는 온라인 상에서 의료진의 지속적인 의료지도, 교정과정 확인 등을 통해 보다 섬세하게 관리 받으며 불안감을 줄이고, 만족도 및 동기부여를 증가시켜 교정효과를 높일 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 투명 교정장치의 전체 시스템 구성은 어떤 프로세스를 가지고 있는가?	제안한 시스템은 치과 기공소에서 투명 교정장치 생산 시점에 QR 코드를 삽입하고, QR 코드가 마킹된 교정장치를 수령 받은 환자 자신이 교정장치에 마킹되어 있는 QR 코드를 스마트폰으로 스캔하여 환자고유의 URL로 웹서버에 접속한다. 보안을 유지하기 위하여 웹서버에서 로그인 과정을 거치며, 로그인 후 교정장치의 순서, 착용법, 주의사항, 치료일정 등의 다양한 정보를 확인한다. 이 과정에서 환자가 스마트폰으로 스캔한 QR 코드 정보(투명 교정장치 번호, 스캔 시간 등)는 서버에 저장되며 의료진과 치과 기공소에서는 이 정보를 바탕으로 현재 치료의 경과를 알 수 있기 때문에 앞으로의 치료계획을 수립할 수 있다. Fig.
	치아교정이란 무엇인가?	치아교정이란 단순히 고르지 못한 치아를 가지런히 조정하는 것으로 성장 과정에서 발생할 수 있는 여러 가지 골격적 부조화를 바로잡고 정상적인 기능을 갖게 하여 건강한 구강 조직 및 아름다운 얼굴 모습을 만드는 것을 의미한다. 이러한 치아 교정에는 가철식 교정장치와 고정식 치아 교정장치가 있다.
	고정식 교정 치료의 장단점은 무엇인가?	이러한 치아 교정에는 가철식 교정장치와 고정식 치아 교정장치가 있다. 기존에 사용하던 브라켓을 사용하는 고정식 교정 치료의 경우 교정에 필수적인 적절한 교정력을 사용할 수 있다는 장점이 있으나 구강 내 청결을 유지하는데 불편함이 있다. 또한 장치를 부착, 제거 하는데 있어서 치아에 손상을 줄 수 있고, 심미성을 저해한다는 단점이 있다. 1945년 Kesling에 의해 소개되었으며 1997년부터 Align Technology사에 의하여 제작 되고 있는 가철식 장치는 이러한 단점을 보완하였다 [13-15].

저자의 다른 논문 :

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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