KR20190062011A - 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치 - Google Patents

Abstract

단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치가 소개된다.
이를 위해 본 발명은 치과 핸드피스의 고정부에 구비되는 하우징; 상기 하우징의 각도를 실시간 측정하는 센싱부; 상기 센싱부에서 측정된 각도를 드릴 날의 각도로 보정하여 상기 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산하는 연산부; 상기 연산부의 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 상기 드릴날의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하는 셋팅부; 및 상기 연산부의 3차원 공간적 각도가 상기 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고메시지를 표시하는 표시부; 를 포함한다.

Description

단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치{Apparatus for correcting three dimensional space-angle of drill for dental hand piece and measuring depth of the drilling with single sensor}

본 발명은 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치로 더욱 상세하게는 종래에 쓰이는 2개에 센서 대신에 1개의 센서로 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정을 수행하고 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 치과 핸드피스는 치아를 깎거나, 치아에 구멍을 뚫거나, 치조골에 구멍을 뚫는 등에 사용되는 것으로, 그 끝단에 드릴 날이 회전 가능하게 구비되어 있다.

이러한 치과 핸드피스를 이용한 정확한 치과 술식에 대한 요구는 날로 증가하고 있다. 현대 치과 술식의 두 축이라 할 수 있는 치아 삭제 술식과 임플란트 식립 술식에 대해 이러한 요구를 충족하기 위한 무수한 발전이 이루어졌다. 정확한 치과적 술식은 술식의 완성도를 향상시키고, 보철물의 수명을 증가시킬 뿐만 아니라, 술식에 소요되는 시간을 감소시키며, 술 후 합병증을 감소시키는 최소 침습 기술(minimally invasive technique)을 가능케 한다. 이 중 각도의 정확성은 주조 금관을 위한 지대치 형성과, 임플란트 식립에서 특히 강조된다.

주조 금관이 기능 중 탈락하지 않기 위해서는 충분한 유지와 적절한 저항형태가 필수적이다. 주조 수복물의 유지량은 치아 삭제부 수렴각, 표면적, 주조물의 내부 표면 거칠기 등에 의해 결정되는데, 이 중 수렴각이 중요인자(primary factor)이며, 이에 대해 가장 많은 연구가 행해졌다. 수렴각의 정의는 치아 삭제를 통해 지대치에 형성된 마주보고 있는 두 축벽의 연장선이 이루는 각도로, 전장관의 유지에 영향을 미치며, 최적의 수렴각은 5도에서 12도 사이로 알려져 있다. 또한, 각도의 정확성은 치과용 임플란트 식립시 최상의 심미적 결과와, 긴 수명을 위해서도 중요하다. 임플란트 식립 각도는 임플란트에 가해지는 교합력의 방향과, 수복물의 유지력을 결정한다. 특히 두 개 이상의 치과용 임플란트가 식립된 경우, 여러 임플란트 간의 식립 각도는 임플란트의 기능과 수명에 결정적인 역할을 한다.

한편, 치과 술식에서 정확한 각도는 매우 중요하지만, 기존의 핸드피스를 이용한 치과 술식은 이러한 중요성에 못 미치는 결과를 내보이고 있다. 이는 주조용 금관을 위한 지대치의 수렴각에 대한 연구에서 잘 나타난다.

실제 임상에서 형성된 478개의 주조 금속관 지대치의 수렴각을 분석한 결과 실제 수렴각은 평균 21도이며, 술자마다 수렴각에 큰 차이가 있다라는 보고가 있다. 다른 연구들도 실제 임상에서의 지대치 삭제시 수렴각이 14도 에서 20도 사이라고 보고하여 위 사실을 뒷받침 하고 있다. 이는 이상적인 값에서 상당히 벗어난 수치이다.

이러한 수렴각의 증가는 사용하는 시멘트의 종류에 상관없이 평균적인 유지력의 감소로 귀결된다. 고정성 보철물에서 도재파절(16%)에 이어 나타나는 문제가 바로 유지력 부족에 의한 접착불량(15.1%)으로 이는 수렴각 증가를 방지하여 예방할 수 있다.

이에, 한국 등록특허공보 제10-1505785의 '치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 장치 및 보정 방법'이 개시되고 있다.

그러나, 이 선행문헌의 경우 하우징에 제1센싱부가 설치되고, 환자의 치아에 제2센싱부가 설치되어, 환자에게 불편함을 줄 뿐만 아니라, 2개의 센싱부에 의한 제어 조절이 쉽게 이루어지지 않으며, 시술자 역시 2개의 센싱부를 통해 조절하는 것이 여의치 않은 등 다양한 문제점이 노출되고 있다.

또한, 본 발명은 더 나아가 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

KR 10-1505785 (2015.03.25)

본 발명은 추적(tracking)을 위한 기준 몸체(reference body)나, 부가적인 카메라 등의 측정장비가 없으면서 주변 환경에 의해 사용이 제한되지 않는 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 장치및 보정 방법을 제공함에 그 목적이 있고, 종래 2개의 센서로 드릴의 각도를 보정하는 것을 지양하고, 1개의 센서만으로도 이를 수행할 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치가 소개된다.

이를 위해 본 발명은 치과 핸드피스의 고정부에 구비되는 하우징; 상기 하우징의 각도를 실시간 측정하는 센싱부; 상기 센싱부에서 측정된 각도를 드릴 날의 각도로 보정하여 상기 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산하는 연산부; 상기 연산부의 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 상기 드릴날의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하는 셋팅부; 및 상기 연산부의 3차원 공간적 각도가 상기 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고메시지를 표시하는 표시부; 를 포함한다.

상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부에 착탈 가능하게 구비되고, 상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부에 착탈 가능하게 끼워지도록 중공부를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부와 일체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 중공부의 내주면에는 방진 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 센싱부는 전자 센서인 것을 특징으로 하되, 상기 전자 센서로, 자이로 센서와 가속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 표시부는, 무선 또는 유선의 통신모듈로 상기 통신모듈은 외부 단말기에 상기 경고 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하고, 상기 표시부는, 상기 드릴 날이 +X축 방향인 오른쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제1 램프와 상기 드릴 날이 -Y축 방향인 아래쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제2 램프와 상기 드릴 날이 -X축 방향인 왼쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제3 램프 및 상기 드릴 날이 +Y축 방향인 위쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제4 램프를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 램프 각각에는 하나의 이상의 색을 가진 등이 하나의 세트로 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 중공된 원통 형상을 가지고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 램프는 하나의 램프 유닛으로 제공되며, 상기 램프 유닛은 상기 하우징의 외주면에 그 둘레를 따라 설정 간격을 두고 복수개 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 셋팅부는 스위치를 더 포함하고, 술자가 상기 드릴 날의 각도를 정한 후 상기 스위치를 누르면 그 각도가 상기 기준 3차원 공간적 각도로 셋팅되는 것을 특징으로 하고, 상기 스위치는 발로 누를 수 있도록 발판에 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.

첫째, 추적(tracking)을 위한 기준 몸체(reference body)나, 부가적인 카메라 등의 측정 장비가 없고, 주변 환경에 의해 사용이 제한되지 않으면서도 치과 핸드피스의 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위로 보정할 수 있다.

둘째, 소형화, 단순화를 통해 술자에게 방해가 될 수 있는 요소를 줄일 수 있고, 구강 내 금속 보철물 등의 주변 환경요인에 의해 사용이 제한되지 않고, 기존의 정확성을 유지할 수 있으며, 비용이 저렴하고, 사용이 직관적이고 간편할 수 있다.

셋째, 종래 드릴의 3차원적 각도 보정을 위해 2개의 센서가 필요하였으나, 본 발명에 의한다면 하우징에 설치된 1개의 센서로 이를 수행할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 종래 환자의 치아에 위치하는 센서가 필요없게 되어 환자가 치료받는데 더 편안하고, 안정적인 느낌을 줄 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있는 등 다양한 효과가 구현된다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 전체 블록도,
도 3은 본 발명의 일 구성요소인 램프 유닛 하나를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명이 구현되든 전체 순서도이다.
도 5는 본 발명을 통해 드릴링의 깊이를 측정할 수 있는 개략적인 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명인 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명이 구현되는 작동 상태를 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 구성요소인 표시부의 램프 유닛 하나를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 하우징, 센싱부, 연산부, 셋팅부 및 표시부를 포함한다.

하우징은 치과 핸드피스의 고정부에 구비되고, 센싱부는 하우징의 각도를 실시간으로 측정하며, 연산부는 센싱부에서 측정된 각도를 드릴 날의 각도로 보정하여 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산한다.

또한, 셋팅부는 연산부의 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 드릴날의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하고, 표시부는 연산부의 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고메시지를 표시한다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 이미 설명한 바와 같이 환자의 치아(1)와 악골을 포함하는 구강악안면 영역의 경조직과 연조직의 구조물을 포함하는 치아 구조물[이하, 치아(1)를 하나의 예로 하여 설명함]에 대한 치과 핸드피스(10)의 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 보정하는 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치에 관한 것이다.

이때, 하우징(110)은 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)에 구비되는 것으로, 이에 센싱부([0040] 120)와 표시부(160) 등이 구비된다. 예를 들어, 하우징(110)은 술자가 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)를 잡을 경우 술자의 손에 의해 하우징(110)이 가리지 않는 부위, 예를 들어, 엄지 손가락과 검지 손가락을 연필 잡듯이 잡았을 경우 엄지 손가락과 검지 손가락 사이의 빈 공간에 위치되도록 구비될 수 있다.

즉, 하우징(110)은 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)에 착탈 가능하게 구비되거나 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)와 일체로 이루어질 수도 있다.

특히, 하우징(110)이 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)에 착탈 가능하게 구비될 경우, 치과 핸드피스(10)의 세척시에 하우징(110)을 탈거할 수 있어, 하우징(110)에 구비되는 센싱부(120)나 표시부(160) 등의 전자 장치들이 세척물에 의해 쇼트(short)되는 것을 미연에 막을 수 있다.

나아가, 하우징(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)에 착탈 가능하게 끼워지도록 중공부(111)를 가질 수 있다.

또한, 치과 핸드피스(10)가 구동이 되면 그 끝단에 구비된 드릴 날(11)이 회전하게 되는데, 이 때 발생되는 진동으로부터 하우징(110)에 구비되는 센싱부(120) 등이 영향을 받지 않도록 중공부(111)의 내주면에는 방진부재(미도시)가 구비되는 것일 바람직하다.

한편, 센싱부(120)는 하우징(110)의 각도를 실시간 측정하는 것으로, 전자 센서일 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 자이로 센서(S1)와 가속도 센서(S2)를 포함할 수 있다.

자이로 센서(S1)와 가속도 센서(S2)는 핸드피스 드릴의 3차원 공간적 각도를 측정하기 위해 사용되는 것으로, 가속도 센서(S2)는 중력 가속도에 대한 상대 가속

도를 측정하고, 자이로 센서(S1)는 그 측정된 각속도를 적분하여 회전거리를 구한다.

이를 통해 치과 핸드피스(10)의 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 평가할 기초 정보로 하우징(110)의 각도를 정확히 측정할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있다.

바람직하게는 가속도 센서(S2)와 자이로 센서(S1)가 함께 내장되어 있는 MPU-6050 모듈을 이용할 수 있다.

이때, 종래에는 환자의 두부 각도를 실시간으로 측정하기 위해 환자의 턱이나 치료를 요하지 않는 치아에 마우스 피스 등을 통해 고정된 별도의 센서가 필요하였다.

이러한 별도의 센서는 환자의 머리 혹은 턱이 움직일 경우를 대비한 것으로, 환자의 머리 혹은 턱이 움직일 경우 환자의 치료를 요하는 치아(1)의 각도가 또한 변경되므로 이러한 치아(1)의 움직임을 정확히 측정할 경우 연산부(140)를 통해 치아(1)에 대한 드릴 날(11)의 각도 보정값을 정확히 제공할 수 있게 된다.

그러나, 이러한 센서가 부착되기 위해서는 환자에게 별도의 마우스피스를 끼게 해야 되고, 이물감에 의해 환자에게 불편함을 초래할 수 있는바 본 발명은 이러한 별도의 센서 없이도 드릴의 3차원적 각도를 조절할 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

더 바람직하게는 별도의 센서가 구비되지 않고, 환자의 둔부가 고정될 수 있는 헤드를 설치하는 경우 가능할 것이다.

한편, 연산부(140)는 센싱부(120)에서 측정된 하우징(110)의 각도를 드릴 날(11)의 각도로 보정하여 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산한다.

즉, 3차원적 각도를 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치를 알 수 있게 되고, 더 나아가 X축, Y축, Z축 값을 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있다.

이때, 센싱부(120)에서 각각 얻어지는 측정값을 칼만 필터 알고리즘(Kalman filter algorithm) 등과 같은 보정 알고리즘을 통해 보정하는 방식으로 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산할 수 있다.

또한, 셋팅부(150)는 연산부(140)의 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 치아(1)에 대한 드릴날(11)의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하는 것으로, 술자가 드릴 날(11)의 각도를 원하는 각도로 한 후 스위치(151)를 누르면 그 각도가 기준 3차원 공간적 각도로 셋팅될 수 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 스위치(151)는 발로 누를 수 있도록 발판에 구비될 수 있다.

다만, 스위치로 본 발명이 작동될 수 있도록 하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 장치를 통해서 스위칭 기능을 수행할 수도 있다.

스위치(150)와 셋팅부(150) 는 유선으로 연결될 수도 있고, 도면에는 도시되지는 않았지만 무선 통신을 통해 연결될 수도 있다.

또한, 전원은, 도시되지는 않았지만 주지된 바와 같이 치과 핸드피스(10)의 고정부(12)의 후단에 회동 가능하게 체결되는 회동부(미도시)를 통해 인가될 수 있다.

한편, 표시부(160)는 연산부(140)의 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고 메시지를 표시한다.

예를 들어, 표시부(160)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 무선 또는 유선의 통신모듈(161)을 포함할 수 있다.

이러한 통신모듈(161)은 구글 글래스 등과 같은 외부 단말기(30)에 경고 메시지를 전송할 수 있다.

표시부는, 도 3에 도시된 바와 같이, 드릴 날(11)이 +X축 방향인 오른쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제1 램프(161)와, 드릴 날(11)이 -Y축 방향인 아래쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제2 램프(162)와, 드릴 날(11)이 -X축 방향인 왼쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제3 램프(163)와, 그리고 드릴 날(11)이 +Y축 방향인 위쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제4 램프(164)를 포함할 수 있다.

나아가, 제1, 제2, 제3 및 제4 램프(161)(162)(163)(164) 각각에는 하나 이상의 색을 가진 등이 하나의 세트로 구비될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(110)이 중공된 원통 형상을 가질 경우, 제1, 제2, 제3 및 제4 램프(161)(162)(163)(164)는 하나의 램프 유닛(U1)으로 제공될 수 있고, 이러한 램프 유닛(U1)은 하우징(110)의 외주면에 그 둘레를 따라 설정 간격을 두고 복수개 배치될 수 있다.

또한, 제1 색을 가지는 등과 제2 색을 가지는 등은 발광다이오드(LED)로 구현될 수 있다.

한편, 드릴 날(11)의 축에 해당하는 Z축에 대해 회전하는 경우 술자에 의해 핸드피스 몸체가 이동되더라도 핸드피스 드릴의 3차원 공간적 각도는 변화하지 않으므로, Z축에 대한 각도를 표시하지 않는다.

실질적으로 X축 및 Y축에 대한 각도 정보만이 표시부(160)에 표시되므로 Z축과 함께 표시되는 것에 비해 사용이 편리하고 임상에 적합한 이점이 있다.

본 발명에 의해 구현되는 표시부의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

표시부(160)의 하나의 동작 예를 살펴 보면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 드릴 날(11)의 기준각의 설정 범위에 있으면, 90도 간격을 두고 위치된 제1, 제2, 제3 및 제4 램프(161)(162)(163)(164)를 키되 각 램프에 포함된 녹색등을 지속적으로 켜서 표시할 수 있다.

따라서, 녹색등이 각 램프(161)(162)(163)(164)에 모두 켜지므로 술자는 +X축, -X축, +Y축, -Y축에 대해 정확한 정보를 용이하게 인지할 수 있다.

또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도가 -Y축으로 치우쳐 설정 범위를 벗어나면, -Y축의 반대인 +Y축으로 드릴 날(11)이 기울도록, +Y축에 구비된 제4 램프(164) 중 적색등을 지속적으로 키고, -Y축에 구비된 제2 램프(162) 중 적색등을 깜박거리게 하여 표시할 수 있다.

따라서, 술자는 적색등이 지속적으로 켜 있는 +Y축으로 드릴 날(11)을 기울이면 된다.

나머지 X축에 대해서도 동일한 방법으로 표시부의 동작 예를 구현할 수 있다.

다른 예로, 표시부(160)의 다른 동작 예를 살펴 보면, 도시되지는 않았지만, 색깔을 구별하지 않고 제1, 제2,제3 및 제4 램프(161)(162)(163)(164)가 모두 켜 있으면 설정 범위에 있는 것으로 하고, 어느 하나가 깜박이면 그 깜박이는 쪽으로 드릴 날(11)을 기울이면 되도록 할 수도 있다.

또한, 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 Z축에 대한 각도가 표시되는 경우 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 의해 구현되는 방법을 설명한다.

본 발명에 의해 구현되는 방법은 치과 핸드피스의 각도를 실시간으로 측정하는 단계, 측정된 치과 핸드피스의 각도를 드릴 날의 각도로 보정하여 드릴 날의 3차원적 각도를 연산하는 단계, 연산된 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 드릴 날의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하는 단계 및 연산된 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나는 경우 이를 알리기 위해 경고하는 단계를 포함한다.

또한, 더 나아가 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정하는 단계를 더 포함한다.

이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

환자의 치아(1)와 악골을 포함하는 구강악안면 영역의 경조직과 연조직의 구조물을 포함하는 치아 구조물[이하, 치아(1)를 하나의 예로하여 설명함]에 대한 치과 핸드피스(10)의 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 보정하는 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 방법으로, 먼저 치과 핸드피스(10)의 각도를 각각 실시간으로 측정한다(S110).

예를 들어, 자이로 센서(S1)와 가속도 센서(S2)를 하나의 세트로 하여 각 위치에 각각 구비되어 측정할 수 있다.

3축의 각속도를 측정하는 자이로 센서(S1)와 가속도 센서(S2)는 중력 가속도에 대한 상대 가속도를 측정하고, 측정된 각속도를 적분하여 회전거리를 구할 수 있다.

이를 통해 치과 핸드피스(10)의 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 평가할 기초 정보로 하우징(110)의 각도를 정확히 측정할 수 있다.

예를 들어, 가속도 센서(S2)와 자이로 센서(S1)가 함께 내장되어 있는 MPU-6050 모듈을 이용할 수 있다.

그리고 나서, 측정된 치과 핸드피스(10)의 각도[즉, 하우징(110)의 각도]를 드릴 날(11)의 각도로 보정하여 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 연산한다(S120).

예를 들어, 자이로 센서(S1)와 가속도 센서(S2)에서 각각 얻어지는 측정값을 칼만 필터 알고리즘(Kalman filter algorithm) 등과 같은 보정 알고리즘을 통해 보정하는 방식으로드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도를 연산 수 있다.

또한, 연산하는 과정(S120)에서, 치과 핸드피스(10)의 각도를 실시간으로 측정하여 드릴 날(11)의 각도로 보정하기 위해, 아래와 같은 행렬식이 사용될 수 있다.

(도 1를 기초로 하여, X축, Y축, Z축는 드릴 날의 위치, x', y', z'은 치과 핸드피스의 고정부의 위치, 그리고 θ는 고정부의 길이 방향으로 연장된 가상의 제1 선과 드릴 날에 대해 수직인 가상의 제2 선과의 각도)이 사용될 수 있다.

연산된 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 치아(1)에 대한 드릴 날(11)의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅한다(S130).

예를 들어, 술자가 드릴 날(11)의 각도를 원하는 각도로 한 후 발로 셋팅부(150)의 스위치(151)를 누르면 그 각도가 기준 3차원 공간적 각도로 셋팅될 수 있다.

연산된 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고 메시지를 표시할 수 있다(S140). 표시하는 방법은, +X축 방향인 오른쪽 방향으로 치우쳐 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 -X축 방향인 왼쪽 방향으로 기울도록 표시하고, -Y축 방향인 아래쪽 방향으로 치우쳐 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 +Y축 방향인 위쪽 방향으로 기울도록 표시하고, -X축 방향인 왼쪽 방향으로 치우쳐 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 +X축 방향인 오른쪽 방향으로 기울도록 표시하며, 그리고 +Y축 방향인 위쪽 방향으로 치우쳐 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 -Y축 방향인 아래쪽 방향으로 기울도록 표시할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도가 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위에 있으면, 90도 간격을 두고 위치된 제1, 제2, 제3 및 제4 램프(161)(162)(163)(164)를 키되 각 램프에 포함된 제2 색을 가진 등을 지속적으로 켜서 표시할 수 있다.

따라서, 제2 색을 가진 등이 각 램프(161)(162)(163)(164)에 모두 켜지므로 술자는 +X축, -X축, +Y축, -Y축에 대해 정확한 정보를 용이하게 인지할 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 드릴 날(11)의 3차원 공간적 각도가 -Y축으로 치우쳐 설정 범위를 벗어나면, -Y축의 반대인 +Y축으로 드릴 날(11)이 기울도록, +Y축에 구비된 제2 램프(162) 중 제1 색을 가진 등을 지속적으로 키고, -Y축에 구비된 제4 램프(164) 중 제1 색을 가진 등을 깜박거리게 하여 표시할 수 있다.

따라서, 술자는 제1 색을 가진 등이 지속적으로 켜 있는 +Y축으로 드릴 날(110)을 기울이면 된다. 나머지 X축에 대해서도 동일한 방법으로 표시부(160)의 동작 예를 구현할 수 있다.

또한, 더 나아가 하우징에 설치된 한개의 센서를 통해 X축, Y축, Z축의 드릴 날의 위치도 작업자가 알 수 있는바 이를 통해 드릴링의 깊이도 측정할 수 있는 등 다양한 효과가 구현된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 치아([0078] 치료 대상) 2: 치아(치료 비대상)
10: 치과 핸드피스 11: 드릴 날
110: 하우징 111: 중공부
120: 센싱부 U1: 램프 유닛
140: 연산부 150: 셋팅부
160: 표시부 200: 마우스 피스
FP: 발판 30: 외부 단말기
161: 통신모듈 151: 스위치

Claims (8)

1. 치과 핸드피스의 고정부에 구비되는 하우징;
   상기 하우징의 각도를 실시간 측정하는 센싱부;
   상기 센싱부에서 측정된 각도를 드릴 날의 각도로 보정하여 상기 드릴 날의 3차원 공간적 각도를 연산하는 연산부;
   상기 연산부의 3차원 공간적 각도 중 술자가 원하는 3차원 공간적 각도로 상기 드릴날의 기준 3차원 공간적 각도를 셋팅하는 셋팅부; 및
   상기 연산부의 3차원 공간적 각도가 상기 기준 3차원 공간적 각도의 설정 범위를 벗어나면 이를 알리도록 경고메시지를 표시하는 표시부; 를 포함하는 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부에 착탈 가능하게 구비되고, 상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부에 착탈 가능하게 끼워지도록 중공부를 가지는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징은 상기 치과 핸드피스의 상기 고정부와 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 중공부의 내주면에는 방진 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 센싱부는 전자 센서인 것을 특징으로 하되, 상기 전자 센서로, 자이로 센서와 가속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 표시부는, 무선 또는 유선의 통신모듈로 상기 통신모듈은 외부 단말기에 상기 경고 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하고,
   상기 표시부는, 상기 드릴 날이 +X축 방향인 오른쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제1 램프와 상기 드릴 날이 -Y축 방향인 아래쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제2 램프와 상기 드릴 날이 -X축 방향인 왼쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제3 램프 및 상기 드릴 날이 +Y축 방향인 위쪽 방향으로 기울도록 표시하는 제4 램프를 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제1, 제2, 제3 및 제4 램프 각각에는 하나의 이상의 색을 가진 등이 하나의 세트로 구비되는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 하우징은
   중공된 원통 형상을 가지고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 램프는 하나의 램프 유닛으로 제공되며, 상기 램프 유닛은 상기 하우징의 외주면에 그 둘레를 따라 설정 간격을 두고 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 셋팅부는 스위치를 더 포함하고, 술자가 상기 드릴 날의 각도를 정한 후 상기 스위치를 누르면 그 각도가 상기 기준 3차원 공간적 각도로 셋팅되는 것을 특징으로 하고, 상기 스위치는 발로 누를 수 있도록 발판에 구비되는 것을 특징으로 하는, 단일센서에 의한 치과 핸드피스용 드릴의 3차원 공간적 각도의 보정 및 드릴링 깊이 측정 장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images