Design and Implementation of 2D Image-Based Implant Placement Guide System

2D 영상 기반의 임플란트 식립 가이드 시스템 설계 및 구현

Accurate placement of prosthetics represents a critical aspect of dental implant surgery. however, it heavily depends on the dentist's decision and visual obstructions caused by various factors can lead to errors during the procedure. This paper proposes a 2D image-based real-time implant placement guiding system that predicts the implant position using 2D surgical video without the need for preoperative oral scans or 3D model generation. In the initial phase of the surgical video, two segmentation models are employed to measure prior statistics of the occlusal and incisal surfaces for each tooth. Subsequently, a single segmentation model is used to separate the occlusal and incisal surfaces, and the implant placement is predicted and guided based on the axis and length of adjacent teeth as well as the center of the prosthesis to be implanted. The system was designed and implemented using a dental phantom model, which replicates the oral structure of an actual human. The algorithm's average execution time for guiding implant placement on 10 images was measured to be 12.14 ms, demonstrating its feasibility for real-time application in surgical video.

치과 임플란트 수술에서 정확한 위치에 보철물을 식립하는 것이 중요하나 이는 치과의사의 판단에 의존하며, 다양한 요인에 의한 시야 방해로 인해 임플란트 수술의 오류가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 사전 구강 스캔이나 3D 모델 생성 없이 2D 수술 영상을 통해 임플란트 식립 위치를 예측하는 2D 영상 기반 실시간 임플란트 식립 가이드 시스템을 제안한다. 수술 영상 초반 두 가지의 세그멘테이션 모델을 사용하여 각 치아 내 교합면과 절단면의 사전통계를 측정한다. 이후 하나의 세그멘테이션 모델을 사용하여 교합면과 절단면을 분리하고, 인접치의 치축과 치아길이, 식립될 보철물의 중심을 계산하여 임플란트 식립 위치를 예측하고 가이드한다. 실제 사람과 동일한 구강 구조를 가진 인체 치아 모형인 치아 팬텀을 활용하여 시스템을 설계 및 구현하였으며, 10장의 이미지에 대한 임플란트 식립 위치 가이드 알고리즘의 작동시간은 평균 12.14ms로 측정되어 실시간 영상에서의 적용이 가능함을 확인하였다.