치아 움직임 추적 장치 및 그 방법

치아 움직임 추적 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Measuring Movement of Dental Model}

본 발명은 치아 움직임 추적 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 치아의 움직임을 검출하여 치아 또는 턱관절의 이동 궤적을 추출하는 치아 움직임 추적 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 치아는 턱관절과 연결되어 턱관절의 움직임의 정도와 방향에 따라 복잡한 움직임을 갖는다.

특히 사람의 저작능력을 평가하고 턱관절 질환에 이상이 있는지 여부를 확인하며 치아 또는 턱관절의 상태를 판단하기 위해서는 정상적인 움직임에서 얼마나 벗어나 있는지 여부를 파악할 필요가 있다.

그러나 사람의 턱관절의 움직임은 매우 복잡할 뿐 아니라, 그 움직임이 겉으로 드러나는 것이 아니므로 단순히 외관만으로는 그 이동 궤적을 추적하는 것이 매우 어렵다.

이를 위하여 종래에는 턱관절에 문제가 있는 사람을 진단하기 위해서, CT 또는 MRI 등의 장치를 사용하여 턱뼈의 형상을 촬영하였다.

그러나 이러한 장치는 턱관절의 형상을 촬영할 수는 있으나, 측정하는 동안 움직이면 안되므로 턱관절의 움직임을 측정할 수는 없는 문제점이 있다. 움직이는 턱관절을 촬영할 수 없으므로 움직임을 추적할 수 없었다.

한편, 구강 내 3차원 스캔을 통해 특정한 스캔으로부터 그 다음의 스캔까지의 움직임 궤적을 추정하고 움직임 궤적을 보상하는 기술과 관련된 선행기술로 대한민국 공개특허 제10-2015-0082428호가 있다.

본 발명은 치아 움직임 추적 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 치아 데이터와 움직이는 사람의 얼굴데이터를 결합하고, 특징점을 검출하여 그 움직임을 추적함으로써 치아 또는 관절의 이동에 따른 궤적데이터를 생성하는 치아 움직임 추적 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치는, 사람의 움직이는 얼굴을 스캔한 스캔데이터를 생성하는 스캐너; 입력되는 치아데이터와 상기 스캔데이터를 결합하고, 타깃 또는 특징점을 추출하는 영상처리부; 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동을 분석하여 치아 또는 턱관절의 회전에 대한 회전축을 추출하는 움직임추적부; 및 상기 회전축을 바탕으로 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동궤적을 산출하는 궤적생성부를 포함한다.

또한, 상기 스캐너는 연속성 있는 상기 스캔데이터를 입력할 수 있다.

또한, 상기 스캐너는 상기 스캔데이터를 실시간으로 입력할 수 있다.

또한, 상기 영상처리부는 입력되는 상기 치아데이터를 상기 스캔데이터와 매핑하여 3D좌표를 생성할 수 있다.

또한, 상기 움직임추적부는 상기 회전축을 기준으로 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동방향 및 회전방향을 탐색할 수 있다.

또한, 상기 타깃 또는 상기 특징점은 복수 개이고, 상기 움직임추적부는 상기 복수의 타깃들 또는 상기 복수의 특징점들의 이동을 비교하여, 이동이 가장 적은 타깃 또는 특징점을 판단하여 회전축을 검출할 수 있다.

또한, 상기 궤적생성부는 상기 움직임추적부에 의해 판단된 상기 턱관절의 회전축, 상기 턱관절의 상하 운동 및 직선운동에 대한 특징을 검출할 수 있다.

또한, 상기 타깃 또는 상기 특징점은 복수 개이고, 상기 움직임추적부는 기준점을 설정하고, 상기 기준점으로부터 상기 복수의 타깃들 간 거리 또는 상기 기준점으로부터 상기 복수의 특징점들 간 거리를 비교하여 상기 회전축을 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 치아 움직임 추적 방법은, 치아데이터 및 얼굴을 스캔한 스캔데이터가 입력되는 단계; 상기 치아데이터와 상기 스캔데이터를 결합하여 3차원의 데이터를 생성하는 단계; 상기 3차원의 데이터로부터 타깃 또는 특징점을 추출하는 단계; 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동에 따른 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하는 단계; 상기 치아 또는 상기 턱관절의 움직임에 따른 회전축을 검출하는 단계; 및 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동에 따른 이동궤적을 산출하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 스캔데이터가 입력되는 단계는, 움직이는 사람의 얼굴을 연속적으로 스캔하여 상기 스캔데이터를 입력할 수 있다.

또한, 상기 스캔데이터가 입력되는 단계는, 상기 스캔데이터를 실시간으로 입력할 수 있다.

또한, 상기 치아데이터와 상기 스캔데이터와 매핑하여 3D좌표를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 타깃 또는 상기 특징점은 복수 개이고, 상기 복수의 타깃들 또는 상기 복수의 특징점들의 이동을 비교하여, 이동이 가장 적은 타깃 또는 특징점을 판단하여 회전축을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동에 따른 이동궤적을 산출하는 단계는, 상기 회전축을 기준으로 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동방향 및 회전방향을 탐색할 수 있다.

또한, 상기 타깃 또는 상기 특징점의 이동에 따른 이동궤적을 산출하는 단계는, 상기 턱관절의 회전축, 턱관절의 상하 운동 및 직선운동에 대한 특징을 검출하여 상기 이동궤적을 산출할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치 및 그 방법은 치아데이터와 움직이는 얼굴을 스캔한 스캔데이터를 매칭한 후, 움직이는 얼굴을 바탕으로 턱관절의 움직임을 추적하여 궤적데이터를 생성함으로써, 사람마다 상이한 치아 또는 턱관절의 움직임을 기록할 수 있고 정밀한 움직임 추적이 가능하므로 진단 및 치료에 있어서 정확한 진단이 가능하고, 추후 치료 시 보철, 교정, 성형에 대한 치료에 활용할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하기 위한 움직임 정보의 예가 도시된 도이다.
도 3a 내지 3b 은 본 발명에 따른 턱관절의 구성 및 움직임 추적방법을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 턱관절의 이동을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 5a 내지 도 5c 는 도 4의 턱관절의 이동에 따른 이동 방향을 설명하는데 참조되는 예시도이다.
도 6 는 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 동작방법이 도시된 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치는 입력부(120), 영상처리부(150), 움직임추적부(160), 궤적생성부(170), 제어부(110), 데이터부(190)를 포함한다. 또한 치아 움직임 추적 장치는 외부 서버 또는 다른 장치, 가령 도 1의 치아 진단 시스템(200) 등과 데이터를 송수신하는 인터페이스부(140)를 더 포함한다.

인터페이스부(140)는 연결된 장치로부터 치아데이터를 수신하고, 궤적생성부(170)로부터 출력되는 궤적데이터를 연결된 장치로 전송한다. 인터페이스부는 연결포트, 유무선 통신모듈이 구비된다.

여기서, 치아데이터는 사람의 치아에 관한 정보를 포함한 데이터로, 덴탈 스캐너를 통해 치아를 스캔한 데이터, 3D이미지 데이터, 또는 CT(computed tomography) 또는 MRI(magnetic resonance imaging)를 통해 측정한 치아 형상이 포함된 데이터 중 어느 하나일 수 있다.

입력부(120)는 적어도 하나의 버튼, 스위치, 터치패드 등의 입력수단을 포함한다. 입력부(120)는 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적을 위한 시작 또는 종료명령이 입력되고, 움직임 추적을 위한 기준점을 선택 및 입력할 수 있다.

스캐너(130)는 2D스캐너 또는 3D스캐너가 사용될 수 있고, 또한 움직임을 촬영하는 촬영수단을 포함할 수 있다. 스캐너(130)는 대상물을 연속적으로 스캔하여 실시간으로 입력한다. 예를 들어 스캐너(130)는 움직이는 사람의 얼굴을 동영상으로 스캔 또는 촬영하여 실시간으로 입력한다.

스캐너(130)는 실시간으로 2D 이미지 프로세싱을 통해서 저작운동 등으로 움직이는 사람의 얼굴을 촬영 또는 스캔하여 입력한다. 사람이 저작운동을 수행하는 중, 사람의 얼굴은 치아 또는 관절의 이동으로 인하여 그 형태가 변화한다.

스캐너(130)는 이러한 움직이는 얼굴을 일정시간 촬영 또는 스캔하여 데이터를 입력한다.

영상처리부(150)는 스캐너(130)로부터 입력되는 스캔데이터를 분석하여 변환한다. 영상처리부(150)는 입력 또는 수신되는 3D 치아데이터와 스캐너를 통해 촬영된 스캔데이터를 매핑하여 3D좌표를 생성하여, 3차원의 움직이는 데이터를 생성한다.

이때 영상처리부(150)는 입력되는 치아데이터를 얼굴의 스캔데이터와 매핑하여 빠른속도로 3D좌표를 생성할 수 있다.

또한, 영상처리부(150)는 스캔데이터에 타깃(Target)이 포함된 경우, 스캔데이터로부터 타깃을 검출한다.

움직임추적부(160)는 3차원의 데이터를 바탕으로 복수의 특징점을 설정하고 각 특징점의 이동을 추적한다. 움직임추적부(160)는 각 특징점들의 이동을 비교하여 이동이 가장 적은 특징점을 판단하여 회전축을 검출한다. 일반적으로 입을 벌리는 턱관절의 운동을 분석해보면, 턱관절 운동은 초기 회전운동을 하다가 일정 구간 후부터는 직선운동(선형운동)을 동반한 회전운동을 수행한다. 따라서, 초기 회전운동을 하는 구간에서 턱관절의 회전운동을 위한 회전축을 찾아내야 할 필요가 있다.

이를 위해, 움직임추적부(160)는 치아 저면을 포함한 얼굴의 스캔데이터를 통해서 치아의 회전운동 구간에서의 턱관절 회전축을 검출한다. 후술하겠지만, 움직임추적부(160)는 3차원의 데이터를 바탕으로 복수의 특징점들을 설정하고 각 특징점의 이동을 추적하며, 각 특징점들 중 이동이 가장 적은 특징점을 판단하여 회전축을 검출한다.

스캔데이터에 타깃이 포함된 경우, 움직임추적부(160)는 검출된 타깃의 이동을 통해 움직임을 판단한다.

또한, 움직임추적부(160)는 기준점을 설정하고, 기준점으로부터 특징점들 간의 거리를 비교하여 회전축을 검출하며, 움직임추적부(160)는 치아 또는 턱관절의 상하 운동 및 직선운동을 검출한다.

궤적생성부(170)는 움직임추적부(160)에 의해 판단된 턱관절의 회전축, 턱관절의 상하 운동 및 직선운동에 대한 특징을 검출한다. 궤적생성부(170)는 턱관절의 선형운동 궤적을 찾아 궤적데이터를 생성한다. 궤적데이터는 데이터부(190)에 저장된다.

출력부(180)는 데이터를 출력하여 표시하는 표시수단을 포함하고, 또한 진행상태 및 경고음을 출력하는 스피커, 또는 동작램프를 더 포함할 수 있다.

데이터부(190)에는 입력부(120) 또는 스캐너(130)를 통해 입력되는 데이터, 영상처리부(150) 및 움직임추적부(160)의 데이터가 저장되며, 궤적생성부(170)의 궤적데이터가 저장된다.

도 2 는 본 발명에 따른 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하기 위한 움직임 정보의 예가 도시된 도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 움직이는 얼굴을 스캔하기 위해, 사람의 얼굴에 복수의 타깃을 부착할 수 있다.

사람의 얼굴 중 복수의 위치에 타깃을 부착하여 스캔을 시작하면 사람이 말을 하거나 음식물을 씹는 과정에서 움직임이 스캔된다. 얼굴의 움직임에 따라 타깃 또한 움직이게 된다.

영상처리부(150)는 스캔데이터로부터 타깃을 추출하고, 움직임추적부(160)는 이동된 타깃을 바탕으로 회전축을 검출하고 이동방향 및 정도에 대한 추출한다.

한편, 사람의 얼굴에 타깃이 없는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 특징점을 설정하여 처리 가능하다.

도 3a 내지 3b 은 본 발명에 따른 턱관절의 구성 및 움직임 추적방법을 설명하는데 참조되는 도이다.

도 3a에 도시된 바와같이 사람의 두개골에서 치아 및 턱관절을 도시한 것으로, 상악과 하악으로 구분되는 치아는 턱관절의 움직임을 통해 치아가 이동하여 저작활동을 하게 된다.

그에 따라 치아 또는 턱관절의 움직임을 추적하여 그 움직임에 대한 궤적데이터를 생성함으로써, 치아 또는 턱관절의 이상을 진단할 수 있도록 한다.

이때 복수의 특징점을 설정하고, 턱관절의 움직임에 따라 특징점의 이동을 추적하여 회전축을 검출하고 궤적데이터를 생성할 수 있다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 턱관절이 이동하게 되면, 그에 따른 특징점이 하단으로 이동하게 되고, 이동하는 정도를 바탕으로 이동이 가장 적은 특징점을 회전축으로 추출할 수 있다. 예를 들어 복수의 특징점들 P31, P32, P33 중 이동이 가장 적은 P31이 회전축이 될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c 는 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 턱관절의 이동을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 턱관절에 대하여 이동 전, 하나의 축을 기준으로 상악과 하악을 구분하여 복수의 특징점들(P1, P2, P3)을 설정한다.

도 4b에 도시된 바와 같이 복수의 특징점들이 턱관절의 이동에 따라 움직여 새로운 위치에 표시된다.

이때 제 2 특징점(P2), 제 3 특징점(P3)의 위치이동이 크게 나타나게 된다. 또한, 일부 제 2 특징점(P2), 제 3 특징점(P3)의 이동각도나 이동거리가 상이함을 알 수 있다.

즉, 제 2 특징점과 제 3특징점이 상이한 방향성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

도 4c와 같이 도 4a, 4b를 중첩하여 표시해보면, 각각 제 2 특징점과 제 3특징점의 이동방향을 확인할 수 있게 된다.

도 5a 내지 도 5c 는 도 4의 턱관절의 이동에 따른 이동 방향을 설명하는데 참조되는 예시도이다.

도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이, 턱관절의 중심(R11)으로부터 제 1 방향(D1)으로 방향성을 1차 판단하고 도 5b와 같이 결하여, 제 2 방향(D2)으로의 방향성을 판단한다. 그에 따라 턱관절은 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)을 합산한 제 3 방향(D3)로, 제 1 궤적(L1)에 따라 이동하게 된다.

이러한 이동 궤적을 저장하여 궤적데이터를 생성하게 된다.

도 6 는 본 발명에 따른 치아 움직임 추적 장치의 동작방법이 도시된 순서도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 치아데이터가 입력된다(S310). 이때 입력부(120)는 스캐너, 3D스캐너 일 수 있고, 또는 스캐너, 3D스캐너와 연결되어 스캔된 데이터를 입력 받을 수 있다. 또한 별도로 촬영된 CT데이터가 입력될 수 있다.

스캐너(130)는 움직이는 얼굴을 스캔 한다(S320). 2D의 연속성이 있는 데이터로 실시간으로 입력되어 처리된다. 영상처리부(150)는 입력되는 치아데이터를 얼굴의 스캔데이터와 매핑하여 빠른속도로 3D좌표를 생성할 수 있다.

이때 영상처리부(150)는 2D 프로세싱을 통해 치아데이터는 치아의 3D이미지데이터 또는 CT데이터가 사용된다. 영상처리부(150)는 치아데이터와 스캔데이터를 결합하여 3D의 데이터를 생성한다.

또한 영상처리부(150)는 타깃 또는 특징점에 대한 정보를 추출한다(S330).

얼굴 스캔을 지속적으로 이루어지므로, 얼굴스캔(S340)과 타깃/특징점 추출(S350)은 반복하여 수행된다.

한편, 추출된 특징점을 이용하여 치아 또는 턱관절의 이동에 따른 움직임을 추적한다(S360).

이때 타깃의 이동에 따른 움직임을 판단하거나 타깃을 포함하지 않은 경우 얼굴에 특징점을 설정하여 그 움직임을 추적할 수 있다.

움직임추적부(160)는 3차원의 데이터를 바탕으로 복수의 특징점들을 설정하고 각 특징점들의 이동을 추적한다. 움직임추적부(160)는 각 특징점들의 이동을 비교하여 이동이 가장 적은 특징점을 판단하여 회전축을 검출한다(S370).

움직임추적부(160)는 치아 저면을 포함한 얼굴의 스캔데이터를 통해서 치아의 회전운동 구간에서의 턱관절 회전축을 검출한다.

회전축을 기준으로 타깃 또는 특징점의 이동을 바탕으로 이동궤적을 산출한다(S380). 이동궤적을 연결하여 궤적데이터를 생성한다(S390). 이렇게 생성된 궤적데이터를 치료기간 또는 치료장치로 전송한다(S400).

본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 실시예에 따라서는 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

110: 제어부 120: 입력부
130: 스캐너 140: 인터페이스부
150: 영상처리부 160: 움직임추적부
170: 궤적생성부