악관절의 해부학적 구조에 기반한 하악 움직임 경로의 생성

Abstract

We introduce a new approach to the generation of mandible trajectories that can avoid collision between mandibular condyle and maxilla. This is used for analyzing occlusion and the development virtual articulator simulation technique to naturally move mandible following input from a user. Mandible movement has 6 degrees of freedom. However, articular disk, ligament, and muscle near temporomandibular joint constrain the condyle movement. As a result, Mandibular condyle moves from inside of mandibular fossa to below of articular tubercle through a specific trajectory. Therefore, we propose an effective condyle trajectory modeling method based on these features of the anatomical structure of a temporomandibular joint to show accurate mandible movement. By utilizing Bezier surfaces approximating components of both sides of temporomandibular joints, it constrains movable space of both condyles and expresses sequential mandible movement according to the location of those condyles. Mandible can be easily manipulated by simple user interface like virtual articulator, and it can present various movements such as protrusion, retrusion, and lateral movement. Also, the additional interface presents a space which is generated by one point of mandible located through all kinds of movements.

본 논문에서는 환자의 치아 교합을 파악하기 위해 두개골 모델을 사용하여 하악 과두(mandibular condyle)의 충돌을 회피하면서 자연스럽게 움직이는 하악의 이동 경로를 생성하고, 사용자의 입력에 따라 하악 동작을 제어하는 가상 교합기 시뮬레이션 기법을 제시한다. 하악의 움직임은 한정된 공간에서 6-자유도(6-DOF)를 가지는 것으로 보이지만, 악관절(temporo-mandibular joint) 부근의 관절 원판(articular disk), 인대, 근육 등에 의해 하악 과두의 움직임이 크게 제한되어 있기 때문에 하악 과두는 상악의 관절 융기(articular tubercle)를 따라 일정한 경로 범위 이내에서만 움직인다. 이러한 악관절 해부학적 구조에 따라, 일반적인 과두의 움직임 경로를 효과적으로 모델링하고 하악의 움직임을 정확하게 나타내는 새로운 시뮬레이션 방법을 제안한다. 악관절 부근을 근사한 베지에 곡면을 이용하여 양측 과두의 움직임을 제한하고, 이에 따라 연속적으로 변화하는 하악의 위치와 방향을 구한다. 가상 교합기와 같이 간단한 사용자 인터페이스를 통해 과두의 움직임을 쉽게 조작할 수 있으며, 경로의 선택에 따라 전방 운동(protrusion), 후방 운동(retrusion), 측방 운동(lateral movement) 등을 다양하게 나타낼 수 있다. 이외에도, 생성된 경로에 따라 환자의 하악이 움직일 수 있는 공간을 나타내는 인터페이스를 제시한다.