1) 치아 개별 분할 기술 개발 - 치아 간의 경계를 미리 구하여, 그 울타리 내에서 사용자 조작을 통한 영역 확장 기법으로 다른 부분으로 분할된 결과가 퍼지지 않도록 하여 개별 치아를 분할함2) 금속물 허상 제거 기술 개발 - 3차원 CT 데이터에서 영상 처리 기법을 통해 금속 영역을 추출하고, 2차원 X-ray 데이터 상에서 해당 금속 영역에 대한 영상 보정을 수행하여 다시 CT 재구성을 통해 새로운 CT 영상을 획득3) 3차원 CT 영상과 Laser Scan 메쉬 간 정합 개선 - 사용자가 특정 영역을 지정할 경우, 해당 영역에 가중치를 두어 최적화를 진행함으로써 사용자가 원하는 영역 위주로 정합을 수행할 수 있도록 함4) 크라운 모델의 기하 연산 - 치아 사이의 교합 여부를 따지기 위해 충돌 감지, 거리 계산 등의 기하 연산 알고리즘 개발5) 3차원 편집(sculpting) 툴 개발 - 메쉬 subdivision, 메쉬 pushing/pulling, 메쉬 smoothing, 간단한 도형에 대한 메쉬 cropping 및 단면 생성, 특징점 및 매개 변수 조작을 통한 크라운 변형 툴 개발6) S/W 플랫폼 개발 (2차년도) - 프로그램의 사용성을 높여 실제 상용화 이후 경쟁력을 확보할 수 있도록 S/W 플랫폼 상에서 추가적인 기능들을 제공7) 환자 관리 및 네트워크 서비스 시스템 - X-ray CT 및 Laser 장비에서 스캔된 환자 데이터를 병원 네트워크에서 저장 및 보관하고 이를 읽어 들일 수 있는 시스템 개발 - 서비스 제공자 및 의사가 수행한 기능 내역을 양방향으로 병원 외부 네트워크를 통해 공유할 수 있는 시스템 개발 - 다양한 Crown 및 Implant 모델을 제조사별로 획득하고, 이를 본 과제에서 개발하는 소프트웨어에 라이브러리로 구축하여, 임플란트 수술을 위한 서비스 항목을 제공8)시스템 통합, 최적화 및 성능 검증 - 상용 제품 수준에서 요구되는 성능 기준을 만족시키는지 검증하고, 이를 충족시키기 위한 최적화 작업 수행9)표준 가상치아 라이브러리 검증 - 제품화를 위해 개발된 표준 가상치아 라이브러리가 임상적 측면에서의 영향성이 없는지 검증10)디지털치과시스템 전문 감수 - 개발된 시스템이 실환경에서의 운용성이 유효한지에 대한 판단은 제품 상용화를 위해 확인 - 제품의 특성상 의료영상 데이터를 취급하기 때문에 임상측면, 의료법 측면에서의 제한점 등을 확인

[쓰리디산업영상]- (Denture Design S/W 개발) Digital Denture 설계를 위한 표준 디지털 데이터(STL 포맷) 관리, 고경 설정, 치은면 설정 및 편집, 가상 치아배열, 상/하악 교합분석, 덴처 모델 생성(STL) 기술 개발- (Custom Abutment Design S/W 개발) 임플란트 수술 후, 치아를 지지해줄 지대주인 어버트먼트를 개인 맞춤형으로 설계가 가능한 Design S/W 개발- (Cloud System 개발) 클라우드 기반 주문형 웹사이트 개발, 인공지능 기반 데이터 처리와 스마트 레이블링 기술 개발- 클라우드 기반 임상데이터 및 환자영상 빅데이터 저장 아키텍처 모델링, 클라우드 기반 빅데이터 관리 및 배포 시스템 개발- 빅데이터 저장 플랫폼 내 데이터 관리 및 말단 애플리케이션, 터미널로 데이터 배포를 위한 인터페이스 및 도구 개발- 영상 데이터 마이그레이션 기술 개발, 상용 클라우드 플랫폼 접속 및 호출 API 개발, 클라우드 기반 영상 데이터 무손실 압축전송 기술- 클라우드 기반의 영상 데이터 서버 구축을 통해 고화질, 고용량 영상 데이터의 고속 전송 및 스트리밍 서비스를 제공하기 위한 압축 알고리즘 및 프로토콜 개발-(Virtual Articulator 개발) 컴퓨터단층촬영(CT), 인상, 안면스캔, 교합 등의 정보를 획득하여 해부학적 구조와 생리학적 기능에 기반을 둔 디지털 가상교합기 개발 [네오바이오텍]- Guide S/W 기반의 수술 Kit 동향 및 자료 정보 수집 - 선행 특허 조사 및 특허 동향 조사를 통해하여 개발 방향 확보- Guide 수술 Drill Kit 개발 및 검증- (주)네오바이오텍은 치과용 임플란트 및 시술 기구를 개발, 판매를 하고 있으며 그에 따른 원천기술을 보유 하고 있음- 네비게이션 원리 기반 3D 진단시스템으로 획득한 구강구조 데이터 확보, 그에 따른 식립 위치 가이드에 따라 시술 가능한 맞춤형 시술 기구 제작, 개발 컨셉 확보- S/W와 접목 하여 무치악, 부분 무치악에 사용 할 수 있는 Drill 개발 및 검증[그래피]- (우레탄 올리고머 합성) Polyol과 isocyanate를 반응시키면 후단에 NCO기가 남는 Prepolymer 합성- 후단에 NCO기가 있는 Prepolymer와 HA(Hydroxy acrylate)를 반응시켜 Urethane acrylate oligomer를 제조- (광경화성 소재 Formulation 공정) 소재의 기능성을 부여하는 올리고머 화학적 합성 [서울대학교치과병원] - (Guide S/W 기반의 수술 및 보철치료 개념 개발) 개별환자의 자료 즉 CT 등 영상자료, 구강 내 스캔자료, 교합정보, 안면 스캔 자료 등을 통합하여 개별 환자에 최적화 된 맞춤형 자료를 만들어 내는 소프트웨어의 기본 개념을 개발하여 참여기관에 전달함- (가상교합기 개념 개발) 새로운 형태의 가상 교합기는 실제 환자의 과두 형태와 관절와 형태, 관절 디스크의 형태 및 관절 주위를 둘러싼 연조직을 형태와 기능을 반영하는 가상교합기가 되어야 함. 한국인의 과두 및 관절와 형태 분석 - (3D Printing 소재 평가 및 소재 개발 자문) 수술용 가이드, 의치, 보철물 등 소재를 평가하기 위한 프로토콜을 개발 및 확립- 구강조직과의 색조의 조화 및 해부학적 형태에 대한 우수한 적합성- (CT, 스캔데이터 DB 구축) 향후 인공지능 학습에 사용될 데이터베이스 구축

- 디지털데이터(Conebeam CT, 3D Scan data) 입/출력 모듈 개발(쓰리디산업영상) - Conebeam CT 영상 입출력 모듈 개발: 의료영상 표준인 DICOM 3.0의 DICOM TAG를 분석하여 Conebeam CT 데이터를 Load, Save하는 모듈 개발 - 3D Scan data(STL) 입/출력 모듈 개발: Intraoral Scanner 또는 3D Laser Scanner에서 생성되는 표준 3차원 구강데이터인 STL format인 3차원 객체를 Load, Save하는 모듈 개발- 기도(Airway) 추출 및 분석(쓰리디산업영상) - CT 볼륨데이터를 3차원으로가시화 하고 기도 영역 분석을 위한 단면 가시화 모듈 - 기도영역을 추출하기 위한 영역 설정 도구 개발 - 기도영역 추출을 위한 Threshold 기반의 Segmentation 알고리즘 개발 - 기도 확장 전후 3차원 개체모델 비교 분석 모듈 개발: 체적 비교, 특정위치 단면 영역 정보 비교 - 기도확장 전/후 볼륨데이터 정합 및 분석(쓰리디산업영상) - 기도확장 전/후 볼륨데이터의 세 쌍의 위치를 지정하여 초기위치 정합 알고리즘 개발 - 사용자 입력을 이용한 강체 변환 행렬 계산 모듈 구현 - 입력받은 세 쌍의 위치 정보를 이용하여 강체 변환 행렬 계산 모듈 구현 - 최적화를 통한 세부 강체 정합 알고리즘 개발 - 두 개의 볼륨에 대한 유사도를 측정하고 정합상태의 Cost Function 알고리즘 개발 - 정합도가 기준에 수렴하게 될 때까지 반복 계산 알고리즘 개발- CT 데이터 및 3차원 구강스캐너 메쉬 간 위치 정합(쓰리디산업영상) - 하악전방유도장치의 마스크를 실환자의 구강구조에 최적화 되도록 설계를 위해 3차원 구강스캔 데이터와 기도확장 상태의 CT볼륨 영상에 위치 정합을 수행 - 사용자가 CT와 메쉬 데이터에서 대응하는 위치 세 쌍을 입력 도구 개발 - 입력받은 세 쌍의 위치 정보를 이용하여 강체 변환 행렬 계산 모듈 구현- 장치 마스크 설계(쓰리디산업영상) - 치아 및 잇몸 표면상에 반자동으로 가이드를 생성할 경계를 지정하는 툴 개발 - 사용자의 불완전한 경계 입력을 자동으로 보완 - 경계를 따라 잘라낸 표면의 볼륨 생성- 하악전방유도장치 임상적 요구사항 작성 (리더스덴탈, 가톨릭대학) - 현 치과 및 이비인후과에서 하악전방유도장치 제작을 위한 기존의 정확한 시나리오가 검증되어야 함 - 병원에서 진단 및 촬영, 장치 제작 까지의 시나리오를 식별하고 디지털 시스템으로 전환하기 위한 작업을 식별

지능형 CAD 통합 SW 개발의 연구 내용 o 치과 보철 CAD SW 아키텍처 설계o 통합 S/W 기능 및 연동 아키텍처 설계 o 치과 보철 디자인을 위한 CAD SW 설계 및 구현 o 가상교합 시뮬레이션 설계 및 구현 o CAD 시스템 연동 통합 구조와 인터페이스 설계 및 구현 o 차세대 CAD UIUX 개발 (AR기반 시뮬레이션 구현)o 치과 보철 CAD 통합 SW의 제품화 o 지능형 클라우드 서비스 플랫폼 구축 및 시범 적용o SW 인증(인허가) 및 사업화

◦ 교합 분석(쓰리디산업영상) - 마스크를 착용한 상태에서의 턱의 움직임이 불편하지 않도록 하기 위해 치아 사이의 교합 여부 분석을 위해 충돌 감지, 거리 계산 등의 기하 연산이 필요함. - 기하 연산의 가속화를 위해서는 활용 분야에 맞는 모델 구조와 그에 따른 BVH를 설계해야 함. - TMJ(Temporomandibular, 하악과 두개골을 연결하는 부위)의 위치와 치아의 구조를 고려한 하악의 움직임을 시뮬레이션 하는 모듈 개발◦ 마스크 결착장치 라이브러리 구축(리더스덴탈, 가톨릭대학) - 현 치과 및 이비인후과 병원에서 자체적으로 아날로그 방식으로 제작하고 있는 구강장치의 결착장치 모델을 수집하여 라이브러리 제작 2건 이상 - 과제 수행기간 동안 구강장치 설계 검증을 위해 시험용 자체 브랜드의 구강장치 모델을 설계하고 제작, 기본라이브러리로 등록◦ 하악전방유도장치 제작 및 유효성 검증(리더스덴탈) - 개발된 소프트웨어에 의해 설계된 구강장치 모델데이터를 3D Printing을 이용해 제품을 제작 하고 검증 - 다양한 3D Printing 재료를 적용하여 제작하고 특성을 설계소프트웨어에 반영 - 실제 코골이 및 수면무호흡 환자에게 착용하여 편의성 등의 임상평가◦ 하악전방유도장치 소프트웨어 사용성 검증(리더스덴탈, 가톨릭대학) - 실환경에 소프트웨어를 설치하여 진단 시나리오 유효성 검증 - 기도확장 전/후 영상 비교 및 기도영역 분석의 유효성 검증 - 하악전방유도장치 설계시의 시나리오 유효성 검증 - 제작된 장치의 사용성에 대한 임상 검증

지능형 CAD 통합 SW 개발의 연구 내용 o 치과 보철 CAD SW 아키텍처 설계o 통합 S/W 기능 및 연동 아키텍처 설계 o 치과 보철 디자인을 위한 CAD SW 설계 및 구현 o 가상교합 시뮬레이션 설계 및 구현 o CAD 시스템 연동 통합 구조와 인터페이스 설계 및 구현 o 차세대 CAD UIUX 개발 (AR기반 시뮬레이션 구현)o 치과 보철 CAD 통합 SW의 제품화 o 지능형 클라우드 서비스 플랫폼 구축 및 시범 적용o SW 인증(인허가) 및 사업화

본 연구의 1단계에서는 차세대 X-ray 검사 시스템의 핵심 기술 확보를 위한 기반을 마련하고자, 검사 대상인 전자 부품의 다양한 결함 유형을 중심으로 기술적 타당성 분석을 수행할 계획이며, 이를 바탕으로 현장에 적용이 가능한 고성능 X-ray 검사 시스템의 개념을 정립할 예정입니다. 이를 위해 3DII와 KITECH는 독일 Fraunhofer IKTS를 방문하고, IKTS는 한국 협력기관을 방문하여 각 기관의 기술 인프라와 연구진 간의 상호 이해를 높이고 협력 기반을 공고히 다질 것입니다. 또한, HADI 소프트웨어 내에 딥러닝 기반 결함 검출 기능을 구현하기 위한 워크플로우를 수립할 예정이며, 이는 데이터 흐름 정의, 모델 구조 설계, 결과 해석 및 의사결정 절차 등을 포함하는 형태로 정리될 것입니다. 더불어, 다양한 형태의 전자 부품 샘플을 확보하고, 각 기관의 기술 인력과 연구진이 참여하여 전문 연구 수행 체계를 구축할 계획입니다. 이와 함께 기술 구현을 위한 핵심 과제들을 도출하고, 기술적 난이도 및 실현 시급성을 기준으로 우선순위를 설정할 예정입니다. 주요 과제로는 AI 기반의 자동 검사 설정, 딥러닝 기반의 결함 검출 알고리즘, 겹쳐진 영역 내 Void 검출, HIP 결함 검출 정밀도 향상 등이 포함될 것입니다. 마지막으로 1단계 종료 시점까지 참여 기관 간 긴밀한 협력을 통해 타당성 분석과 기술 실현 가능성 검토를 완료하고, 이를 바탕으로 제2단계의 구체적인 연구 계획과 실행 전략이 포함된 제안서를 공동으로 작성할 예정입니다. 이를 통해 후속 단계의 원활한 진행을 위한 체계적인 기반을 마련할 것입니다.

1) 치아 개별 분할 기술 개발 - 치아 간의 경계를 미리 구하여, 그 울타리 내에서 사용자 조작을 통한 영역 확장 기법으로 다른 부분으로 분할된 결과가 퍼지지 않도록 하여 개별 치아를 분할함 2) 금속물 허상 제거 기술 개발 - 3차원 CT 데이터에서 영상 처리 기법을 통해 금속 영역을 추출하고, 2차원 X-ray 데이터 상에서 해당 금속 영역에 대한 영상 보정을 수행하여 다시 CT 재구성을 통해 새로운 CT 영상을 획득 3) 3차원 CT 영상과 Laser Scan 메쉬 간 정합 개선 - 사용자가 특정 영역을 지정할 경우, 해당 영역에 가중치를 두어 최적화를 진행함으로써 사용자가 원하는 영역 위주로 정합을 수행할 수 있도록 함 4) 크라운 모델의 기하 연산 - 치아 사이의 교합 여부를 따지기 위해 충돌 감지, 거리 계산 등의 기하 연산 알고리즘 개발 5) 3차원 편집(sculpting) 툴 개발 - 메쉬 subdivision, 메쉬 pushing/pulling, 메쉬 smoothing, 간단한 도형에 대한 메쉬 cropping 및 단면 생성, 특징점 및 매개 변수 조작을 통한 크라운 변형 툴 개발 6) S/W 플랫폼 개발 (2차년도) - 프로그램의 사용성을 높여 실제 상용화 이후 경쟁력을 확보할 수 있도록 S/W 플랫폼 상에서 추가적인 기능들을 제공 7) 환자 관리 및 네트워크 서비스 시스템 - X-ray CT 및 Laser 장비에서 스캔된 환자 데이터를 병원 네트워크에서 저장 및 보관하고 이를 읽어 들일 수 있는 시스템 개발 - 서비스 제공자 및 의사가 수행한 기능 내역을 양방향으로 병원 외부 네트워크를 통해 공유할 수 있는 시스템 개발 - 다양한 Crown 및 Implant 모델을 제조사별로 획득하고, 이를 본 과제에서 개발하는 소프트웨어에 라이브러리로 구축하여, 임플란트 수술을 위한 서비스 항목을 제공 8)시스템 통합, 최적화 및 성능 검증 - 상용 제품 수준에서 요구되는 성능 기준을 만족시키는지 검증하고

[쓰리디산업영상]-(Virtual Articulator S/W (인공지능 기반) 개발) 환자의 하악 운동을 측정할 수 있는 여러 정보들을 S/W에 반영하여 환자의 하악 운동 상태를 분석하고 하악 운동의 모든 경로를 자동화 시뮬레이션이 가능하도록 개발- (조립형 Guide Design S/W 개발) 임플란트 수술시 환자 맞춤형의 정확한 수술을 하기 위해 제작하는 수술용 가이드 4개를 Design이 가능한 S/W 개발 - (AI 기반 치아 및 임플란트 배열) 인공지능 기반의 자동 치아 배열 기술 개발- 고정밀의 치아 배열을 위해 기존 데이터 디지털화 및 빅데이터 구축 - 치아 모델의 디지털화 및 계측점 수집 분석- 치열궁 모델 데이터 수집 및 분석[네오바이오텍]- 가이드 기능이 적용된 무치악, 부분 무치악 전용 Kit 보완 및 개발 완료- 무치악, 부분 무치악에 활용할 수 있는 전용 Guide Kit를 개발 하여 시술시 편의성을 확보- 시술시 정확한 깊이와 방향을 알 수 있는 Fixture 직경별 Drill 개발- Fixture를 식립과 동시에 가이드를 고정 시키는 기구류 개발- 과도한 토크 발생을 방지 시키는 도구 개발- 치조골이 많이 없는 케이스에서도 사용 가능 할 수 있는 기구 개발- Fixture 식립 위치에 원형으로 Tissue를 제거 할 수 있는 기구 개발- Drill 제품 인증- 절삭력 및 마모도 Test를 통하여 Drill 성능 검증- 의료기기 인허가 인증[그래피]- (의치용 3D프린터 소재 개발 및 의료기기 2등급 인증) 물리/화학적 성능에 관한 시험 ISO 20795-1 기준에 따라 의뢰- 안전성에 관한 시험은 의료기기 생물학적 안전에 관한 공통기준규격에 따름- (임플란트 가이드용 및 의치용 3D프린터 소재 최적화 및 보완) 물리/화학적 성능에 관한 시험 ISO 20795-1 기준에 따라 최적화 및 보완 작업- 수분 억제, 표면 밀도 증가, 질소 퍼징 등 잔여 미반응물 최소화 개발- 주요 성능지표인 Flexural strength 및 Flexural modulus 세계 최고 수준을 얻기 위하여 만든 올리고머들을 다양한 reactive diluent를 사용하여 배합하여 만들어진 레진의 물성을 측정, 결과 보완, 최적화를 통해 합성하는 반복 Cycle을 수행 - 3D프린터에 사용하기 위해서 올리고머의 점도를 낮추기 위한 반응온도를 컨트롤하고 최적화된 희석제를 선택하는 올리고머 저점도 기술개발 [서울대학교 치과병원]- (치아배열, 교합면, 가상교합기 프로토콜 개발) 교합평면 landmark 제시- 안면 Landmark 포지셔닝- (합평면 및 치아배열 디지털화 개념 개발) 환자의 악궁을 인상채득한 후 3차원 스캐너를 이용하여 스캔 - 스캔결과를 STL파일로 추출하여 상용프로그램을 이용하여 CT 와 정합- 유치악환자를 촬영한 CT에서 중립대 설정을 위한 악골상의 참고점 및 치아상의 참고점을 선택하여 환자가 가진 교합평면 및 악궁의 3차원적 위치를 분석하여 무치악 환자의 중립대 설정- 가철성 및 고정성 보철물 외형 결정- (3D Printing 소재 평가 프로토콜 확립 및 소재 평가) ISO 20795-1 (Dentistsry-Base polymers-Part 1: Denture base polymers)에 따라 굴곡강도와 굴곡계수 등 의치상에 적절한 기계적 성질을 가지는 3D 프린팅용 의치상용 레진인지 평가 - (가이드를 사용한 임플란트 식립 및 보철물제작 마네킹 실험) 2년차까지 완성된 시스템을 사용하여 마네킹에 장착된 덴티폼에 임플란트와 보철물을 연결하고 평가함

㉮ 반자동 비균질 배경 보정 기술 개발*추출한 비균질 배경 전체 이미지를 실제 이미지에 차감하여 균질한 배경 이미지로 치환하여 이미지 전체에서 비균질 배경 문제 해결함㉮ 템플릿 기반 물체 매칭 기술 개발㈀ X-ray 영상에서 형상, 영상밝기값, 검사물체배치정보 등을 반영하여 검사 영역의 prototype을 모델화할 수 있도록 함.㉯ 변형가능한 Object fitting 알고리즘 개발㈀ Prototype이 이미지 환경에 맞게 검사 대상 물체에 자동으로 맞춰질 수 있는 Active Contour Models, Active Shape Models, Deformable Elastic Template 등과 같은 Deformable object fitting algorithms을 개발함. ㉮ 기포 및 크랙 결함 검사 기술 개발* 노이즈의 영향을 최소화하기 위해, 2차 미분 가우시안 기반의 LoG (Laplacian of Gaussian) 필터를 x-ray 촬영영상에 적용한 후, zero-crossing을 취하여 gray level 값의 변화가 큰 엣지에 해당하는 픽셀들을 추출.㉯ 영상 유사도 기반 부품 누락 검사 기술 개발* 부품이 누락되지 않은 정상 상태의 x-ray 촬영 영상을 기준 영상(템플릿)으로 사용하여, 검사 대상 x-ray 영상의 부품 누락 여부를 검사함.㉰ GPU 병렬 처리를 이용한 검사 가속화 기술 개발* 다중 촬영된 x-ray 영상들을 인라인으로 검사하기 위해서는 검사 가속화 기술 개발이 필수적임.㉮ Beam hardening 효과의 최소화 및 보정 기술 개발* 촬영 부품 형상의 복잡도 및 X-ray의 감쇄도에 영향을 받는 CT 촬영의 특성 및 센서의 물리학적 한계로 인하여 단일 재질의 내부에서 불균일한 밀도 값을 갖는 beam hardening artifact를 생성함㉮ 3D CT 데이터로부터 level set을 이용하여 3차원 primitive 추출㈀ Level set 방법을 이용한 특징 형상 인식* CT 스캔한 데이터로부터 곡면 생성을 위한 메쉬를 만드는 기존의 방법 (contouring, marching cube 등)은 뾰족한 모서리나, 특징을 나타내는 경계 곡선을 명확히 표현하기 어려움㉮ 평평한 모델에 대해 구조화된 메시 자동 추출 기법 ㈀ 복셀 정보로부터 특징점 추출 기법* 꼭짓점 추출 : 모든 복셀 데이타에 대해 다음 그림의 필터(⒜)를 적용하여 세 개 이상의 면이 만나는 점의 특징점들을 추출 ㉮ 여러밀도 (플라스틱, 알루미늄, 철계) 재질의 팬텀 설계 및 제작㈀ 현재 ASTM, ISO, KS등에 표준이 확립되지 않은 해당 분야에 대해 여러 국내외 팬텀 제작 사례 검토 및 분석㉮ 지정된 CT scan 국부 mesh에 대한 대칭 패턴 인식㈀ 지정된 국부 mesh 집합을 대상으로 면대칭 패턴 인식 ㈁ 지정된 국부 mesh 집합을 대상으로 점대칭 및 복합 대칭 패턴 인식㉯ 자동 비균질 배경 제거 기술 개발*물체에서 비균질 배경을 제거하기 위하여 Rolling Ball algorithm을 적용함.