untitled

Transcription

1 ORIGINAL ARTICLE 석고모형, 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상간의모형분석계측치비교 임미영 a ㆍ임성훈 b 본연구의목적은레이저스캔디지털모형과콘빔 CT (CBCT) 영상을모형분석에사용할수있는지를평가하는것이었다. 이를위해인접면에금속수복물을갖지않는영구치열기의 20 명의교정환자에서 CBCT 영상, 석고모형, 디지털모형을제작하여각각에서모형분석을시행한후그계측치들을비교하였다. 연구결과디지털모형과석고모형을비교시, 치아폭경계측치차이의평균은 mm 였으며, 치열궁길이부조화계측치차이의평균은상악 0.41 mm, 하악 0.82 mm 였고, Bolton 부조화값차이의평균은전치부에서 0.17 mm, 전체에서 0.44 mm 로나타났다. CBCT 영상과석고모형을비교시치아폭경계측치차이의평균은 mm 였으며, 치열궁길이부조화계측치차이의평균은상악 0.43 mm, 하악 0.32 mm 였고, Bolton 부조화값차이의평균은전치부에서 0.35 mm, 전체에서 1.25 mm 로나타났다. 디지털모형과 CBCT 영상의모형분석을석고모형의모형분석에비교해볼때몇몇계측치들에서유의한차이가있었으나그차이가크지않으므로임상에서활용가능할것으로판단된다. ( 대치교정지 2009;39(1):6-17) 주요단어 : 디지털모형, 콘빔 CT, 모형분석, 석고모형 서론 최근교정용석고모형은점차디지털모형으로대체되어가고있다. 디지털모형제작업체중 OrthoCAD (Cadent, Carlstadt, NJ, USA) 1 는 1999 년에디지털모형제작서비스를시작하였으며, emodels (GeoDigm, Chanhassen, MN, USA) 2 는 2001 년에디지털모형제작서비스를시작하였다. 여러가지디지털모형의정확성을석고모형과비교하여평가한연구들 3-7 이보고되었으며, Zilberman 등 3 과 Stevens 등 6 은 OrthoCAD 와 emodel 의정확도는임상적으로활용가능한수준이라고결론지었다. 레이저를이용한스캔은장비가간단하고, 스캔 a 대학원생, b 부교수, 조선대학교치과대학교정학교실. 교신저자 : 임성훈. 광주시동구서석동 421 조선대학교치과대학교정학교실 ; , shlim@chosun.ac.kr. 원고접수일 : 2008년 8월 19일 / 원고최종수정일 : 2008년 12월 19일 / 원고채택일 : 2008년 12월 22일. DOI: /kjod * 본연구는교육과학기술부와한국산업기술재단의지역혁신인력양성사업으로수행된연구결과임. 하는시간이짧으며, 스캔시얻는데이터양이많은장점이있어안면스캔을이용한연구 8,9 및디지털모형을이용한연구 10,11 에활용되어왔다. 그러나석고모형은곡률변화가심하고언더컷이많아정확하고효율적인레이저스캔이어려웠다. 이에 2000 년 You 12 는최적의스캔경로를연구하였으며, 보다쉬운스캔경로를설정할수있게되었다. 이를바탕으로 Orapix 사 (Seoul, Korea) 에서레이저를이용한스캐너 (Orapix scanner, Orapix, Seoul, Korea) 와 Rapidform 2001 프로그램 (INUS Technology, Seoul, Korea) 을이용하여디지털모형을제작하는기술을개발하였고, 디지털모형의입력과분산을위한프로그램 (3Dxer, Orapix, Seoul, Korea) 을개발하여상용화하였으며, 이후여러연구들이 이기술을기반으로수행된바있다. Park 13 은 Orapix 사의기술을이용하여제작한레이저스캔디지털모형을계측한계측치의오차에대한연구결과몇개의항목에서유의한차이가있었고, 이는언더컷과빛의난반사에의한것이라고하였으며, 동일한기술을이용하여연구한 Han 14 은 120 개의석고모형과레이저스캔디지털모형의계측치를비교하여레 6

2 Vol. 39, No. 1, Korean J Orthod 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상의모형분석 이저스캔디지털모형의높은재현도를보고하였다. Park 15 은총생이레이저스캔디지털모형의계측치오차에미치는영향을알아보기위해 30 개의석고모형을부정교합유형에따라분류하여계측프로그램 (3Dxer 3.5, Orapix, Seoul, Korea) 을이용하여비교계측한결과치아계측치가총생의영향을받지만, 실질적으로오차값이적어서레이저스캔디지털모형이임상적으로유용하다고하였다. Computed tomography (CT) 는정확한 3 차원영상을제공하여치과영역의진단에많은도움을주지만많은방사선조사량과높은가격으로인해치과영역에서는대중화되지못하였다. 최근에는이런단점들을보완한콘빔 CT (CBCT) 가개발되어치과영역에널리이용되고있다. CBCT 의정확성에관한다수의연구들이이루어졌는데, Holberg 등 16 은 417 개의치아와주변구조물을대상으로 helical CT 와 CBCT 의정확성을비교하여 helical CT 가보다좋은영상을제공한다고하였으며, Mischkowski 등 17 은 CBCT 와 helical CT 를비교하여 helical CT 가평균적으로길이측정에서 0.06 mm, 체적측정에서 0.55 ml 더정확하지만 CBCT 와의차이가미미하여 CBCT 를임상적으로사용하는데문제가없다고하였다. Misch 등 19 과 Pinsky 등 20 은하악에인위적으로만든골결손부위의길이와체적을측정하여 CBCT 스캔이실측값과유의한차이가없다고하였고, Ludlow 등 21 은 28 개의두개골을사용하여위치를변화시켜 CBCT 스캔을할경우에도 CBCT 의정확도에영향을주지않는다고하였다. 또한 Chang 등 22 은 CBCT 의영상이기존에사용하던 helical CT 에비해평균 0.3 mm 차이를보이고기하학적인뒤틀림등을보이지않아 3 차원방사선외과치료에있어유용하다고하였다. 만약 CBCT 영상의모형분석계측치가임상적용이가능할만큼정확하다면인상채득과정이필요한석고모형의제작없이 CBCT 방사선촬영만으로모형분석을할수있을것이다. 그러나아직까지 CBCT 영상에서모형분석의정확도를조사한연구는찾기어렵다. 본연구에서는석고모형과레이저스캔방식 3 차원스캐너로부터획득된레이저스캔디지털모형, 그리고 CBCT 영상에서모형분석을시행하여그계측치들을비교함으로써레이저스캔디지털모형과 CBCT 영상이석고모형을대신하여모형분석에사용될수있는지를평가하고자하였다. 연구방법 조선대학교치과병원교정과에내원한영구치열기의 20 명의부정교합환자를연구대상으로하였다. 치아형태이상이나결손치또는인공치관, 2 급와동의금속수복물과같이인접면에금속수복물이있는환자는제외시켰다. 치아의배열은대체로총생이있었으며치간공극 (spacing) 이있는환자도있었다. 석고모형 (PL 군 ) 과이석고모형을스캔한레이저스캔디지털모형 (DG 군 ), CBCT 영상 (CT 군 ) 을각각제작, 획득하여계측하였다. 모든인상은알지네이트 (Aroma Fine DF III, GC, Toyko, Japan) 로채득하였고, 채득후바로경석고 (New Plastone, GC, Toyko, Japan) 를부었다. 석고모형제작과 CBCT 촬영은같은날시행되었다. 석고모형의계측은디지털버니어캘리퍼스 (Mitutoyo, Kawasaki, Japan) 를이용하여시행하였다. 석고모형, 레이저스캔디지털모형, CBCT 영상모두에서한명의치과의사가 2 주일간격으로 2 회에걸쳐반복계측하였다. 모형계측기준은다음과같았다. ㆍ치아의근원심폭경교합면에서상, 하악편측제 1 대구치부터반대측제 1 대구치까지각치아의최대근원심폭경을측정하였다 (Figs 1 and 2). ㆍ견치간폭경상하악모두에서양측견치교두정사이의거리를측정하였다. ㆍ대구치간폭경상, 하악모두에서양측제 1 대구치의근심협측교두정사이의거리를계측하였다. ㆍ가용공간상, 하악모두에서네개의구획으로치열궁을나눠서계측하였고가용공간은네개의구획거리의합으로하였다. 첫번째구획은우측제 1 대구치근심접촉점에서우측견치근심접촉점까지로하였고두번째구획은우측견치근심접촉점에서우측중절치근심접촉점까지로하였다. 세번째구획은좌측중절치근심접촉점에서좌측견치근심접촉점까지로하였고네번째구획은좌측견치근심접촉점에서좌측제 1 대구치근심접촉점까지로하였다. ㆍ필요공간상, 하악에서양측중절치, 측절치, 견치, 제 1 소구 7

3 임미영, 임성훈 대치교정지 39 권 1 호, 2009 년 Fig 1. Measurements of tooth size and dental arch width of a laser scan digital model. 3DXer ver 3.5 was used. 치, 제 2 소구치의근원심폭경의합을각악궁의필요공간으로하였다. ㆍ치열궁길이부조화 (arch length discrepancy) 상악가용공간에서상악의필요공간을뺀값을상악치열궁길이부조화계측치로하였고하악가용공간에서하악의필요공간을뺀값을하악치열궁길이부조화계측치로하였다. ㆍ Bolton 부조화석고모형, 레이저스캔디지털모형, CBCT 영상모두에서, 상악 6 전치와하악 6 전치사이의전치부 Bolton 비율과상악 12 개치아와하악 12 개치아사이의전체 Bolton 비율을구하였으며, 통계분석을위해서 Bolton 부조화계측치를상악치아폭경의넘침과부족함의양으로구하였으며, 넘침을양의값으로, 부족을음의값으로나타내었다. 이때넘침과부족함을계산하는정상값의기준은전치부 Bolton 비율 77.2%, 전체 Bolton 비율 91.3% 로하였다. 23 치열궁길이부조화와 Bolton 부조화의계측치는별도의계측치가아니라치아근원심폭경및가용공간계측치를계산하여산출하는간접계측치이므로, 결국직접계측치인치아근원심폭경이나가용공간계측치의정확도에영향받는것이다. 직접계측치외에추가로이러한간접계측치를계산하여비교한것은모형분석결과중에서최종적으로중요하게사용되는치열궁길이부조화와 Bolton 부조화의모형의종류에따른차이수준을직접계측치의차이수준과는별도로알아볼필요가있었기때문이다. Fig 2. Volume rendering model of CBCT data constructed using Accurex ver D zoom mode was applied and displayed in the main window for measurement of lower left lateral incisor width. The thresholding ranges of teeth 3 preset that were used in this study are shown in the fine tuning tab on the bottom of the program window. 20 쌍의석고모형을레이저스캔방식스캐너 (Orapix scanner, Orapix, Seoul, Korea) 로스캔하였고, 계측에는 3Dxer 3.5 프로그램 (Orapix, Seoul, Korea) 을이용하였다. 계측기준은석고모형에서와동일하게하였다. 이때화면에모형을각치아의장축에직각이되도록위치시킨후교합면상에서관찰되는인접면최대풍융부를클릭하여표시하였다. 이때생성되는치아폭경계측을위한근심면과원심면의인접면기준평면이최대풍융부를바르게지나가는지를확인하였으며, 인접면기준평면이최대풍융부를지나지않을경우인접면기준평면의근원심위치를프로그램상의 detail control of two points 메뉴상의조절버튼을이용하여조절하였다 (Fig 1). CBCT 스캐너 (Dental Cone-Beam x-ray system, CB Mercuray, Hitachi, Osaka, Japan) 를이용하여, mm 의 FOV (field of view), 15 ma, 120 kv, 스캔타임 9.6 초, mm 상층두께로전산화단층촬영을시행하였다. 치아의교합면을명확히보기위해서솜을물게하여환자의교합을일정량개구시킨상태에서촬영하였고계측은 Accurex 1.0 (Cybermed, Seoul, Korea) 을이용하였다. 모든계측점의기준은석고모형에서와동일하게하였으며, 이때 3D zoom 기능을이용하여측정하고자하는부위를확대하여계측하였다. Volume 영상의역치 8

4 Vol. 39, No. 1, Korean J Orthod 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상의모형분석 범위설정 (thresholding) 에있어서는프로그램에내장된 preset 모음중치아가가장잘보인다고판단되는 teeth 3 preset 을수정없이사용하였으며, 이때역치범위는 306-3,685 Hounsfield unit 범위였다 (Fig 2). 통계처리시치아폭경의계측치에있어서는 20 명의자료를좌우로나누어서총 40 개의자료에서좌우구분없이치아종류별로계측치의차이를구하였으며, 이외의측정에서는좌우를분리할수없으므로총 20 개의자료를사용하였다. 석고모형, 레이저스캔디지털모형, CBCT 영상에서모든시편을각각 2 회에걸쳐반복측정하였으며, 반복계측치들사이에유의한차이가있는지조사하기위해대응 t- 검정을시행하였다. 이후반복계측치의오차수준을평가하기위해차이의절대값의평균과표준편차를구하였다. 이후의통계분석에서는 2 회계측치의평균값을사용하였다. 레이저스캔디지털모형, CBCT 영상의모형계측치와석고모형의모형계측치를비교하여그정확성을조사하기위해서레이저스캔디지털모형과석고모형사이, 그리고 CBCT 영상과석고모형사이에모형계측치에차이가있는지를대응 t- 검정을통해검정하였다. 세가지모델종류에따른계측치차이의크기수준을알아보기위해계측치차이의절대값의평 균과표준편차를구하였고, 추가적으로레이저스캔디지털모형과석고모형사이, CBCT 영상과석고모형사이의 Bolton 부조화계측치의상관관계분석을시행하였다. 연구성적 치아폭경의반복계측치차이의절대값평균에있어서석고모형은치아에따라 mm 의범위를보였으며, 레이저스캔디지털모형은 mm, CBCT 영상은 mm 의범위를보였다. 치아폭경의반복계측치에대한대응 t- 검정결과석고모형은하악제 1 소구치의폭경에서레이저스캔디지털모형은상악측절치와견치폭경에서유의한차이를보였으며 CBCT 영상은하악측절치와제 2 소구치폭경에서유의한차이를보였다 (Table 1). 치열궁폭경의반복계측치차이의절대값평균에있어서석고모형은 mm 의범위를보였으며, 레이저스캔디지털모형은 mm, CBCT 영상은 mm 의범위를보였으나, 반복계측치의차이는통계적으로유의하지않았다. 치열궁길이부조화값의반복계측치차이의절대값평균은세가지모형에서 mm 범 Table 1. Absolute differences of repeated measurements of tooth sizes of plaster model, laser scan digital model and CBCT image (unit, mm) Plaster model (n = 40) Digital model (n = 40) CBCT (n = 40) Maxillary arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar Mandibular arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar 0.12 ± ± ± ± 0.10 * 0.09 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.15 * 0.16 ± 0.11 * 0.16 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.18 * 0.16 ± ± ± 0.20 * 0.20 ± 0.17 * p < 0.05 (paired t-test). 9

5 임미영, 임성훈 대치교정지 39 권 1 호, 2009 년 위로나타났으며통계적으로유의하지않았다. 전치부및전체 Bolton 부조화의반복계측치의차이는세가지모형에서각각 mm, mm 의범위로나타났으며통계적으로유의하지않았다 (Table 2). 레이저스캔디지털모형과석고모형사이의치아폭경계측치차이의절대값평균은 mm 의범위를보였으며 (Table 3), 레이저스캔디지털모형에서일곱개치아의폭경이유의하게크게계측되었다 (Table 4). CBCT 영상과석고모형사이의치아폭경계측치차이의절대값평균은 mm 의범위를보였으며 (Table 3), CBCT 영상에서다섯개치아의폭경이유의하게작게계측되었고한개치아의폭경이유의하게크게계측되었다 (Table 4). 레이저스캔디지털모형과석고모형사이에서전치부치아크기합의차이의절대값평균이상악에서 0.74 mm, 하악에서 0.96 mm 로나타났으며, 전체치아크기합의차이의절대값평균은상악에서 1.26 mm, 하악에서 1.76 mm 로나타났고 (Table 5), 모두레이저스캔디지털모형에서유의하게더크 게계측된것으로나타났다 (Table 6). CBCT 영상과석고모형사이에서는전치부치아크기합의차이의절대값평균이상악에서 0.53 mm, 하악에서 0.55 mm 로나타났으며, 전체치아크기합의차이의절대값평균은상악에서 1.45 mm, 하악에서 1.12 mm 로나타났으며, 상악전치부치아크기합에서만 CBCT 영상에서유의하게작게계측된것으로나타났으며다른치아크기합에서는통계적으로유의한차이가없었다 (Tables 5 and 6). 치열궁길이부조화값의계측치차이절대값평균은레이저스캔디지털모형과석고모형사이에서는상악에서 0.56 mm, 하악에서 1.23 mm 로나타났으며, 레이저스캔디지털모형에서유의하게작게계측되는것으로나타났고, CBCT 영상과석고모형사이에서는상악에서 0.88 mm, 하악에서 1.03 mm 로나타났으며, 차이는둘모두에서통계적으로유의하지않았다 (Tables 5 and 6). 레이저스캔디지털모형과석고모형, CBCT 영상과석고모형사이의치열궁폭경의계측치차이의절대값의평균은 mm 의범위로나타났으며, 견치간폭경에서 CBCT 영상의계측치가 Table 2. Absolute differences of repeated measurements of arch length discrepancies, arch width, Bolton discrepancies of plaster model, laser scan digital model and CBCT image (unit, mm) Plaster model (n = 20) Digital model (n = 20) CBCT (n = 20) Maxillary arch Sum of anterior teeth 0.42 ± ± 0.37 * 0.62 ± 0.33 Sum of all teeth 0.66 ± ± ± 0.68 Required space 0.49 ± ± ± 0.50 Available space 0.21 ± ± ± 0.25 Arch length discrepancy 0.51 ± ± ± 0.63 Intercanine width Intermolar width 0.38 ± ± ± ± ± ± 0.27 Mandibular arch Sum of anterior teeth 0.56 ± ± ± 0.42 Sum of all teeth 1.37 ± ± ± 0.63 Required space 1.12 ± ± ± 0.41 Available space 0.25 ± ± ± 0.22 Arch length discrepancy 1.17 ± ± ± 0.52 Intercanine width 0.33 ± ± ± 0.28 Intermolar width 0.26 ± ± ± 0.34 Bolton discrepancy Anterior 0.93 ± ± ± 0.74 Overall 1.70 ± ± ± 1.63 * p < 0.01 (paired t-test). 10

6 Vol. 39, No. 1, Korean J Orthod 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상의모형분석 Table 3. Absolute differences of tooth size measurements between laser scan digital model and plaster model, and between CBCT image and plaster model (unit, mm) Maxillary arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar Mandibular arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar DG-PL (n = 40) 0.16 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± 0.15 CT-PL (n = 40) 0.15 ± ± ± ± ± ± ± 0.11 * 0.12 ± ± ± ± ± 0.16 PL, Plaster model; DG, laser scan digital model; CT, CBCT image. * p < 0.05; p < 0.01; p < (Paired t-test). 석고모형의계측치보다유의하게작은것으로나타났다 (Tables 5 and 6). 전치부 Bolton 부조화의계측치차이의절대값평균은레이저스캔디지털모형과석고모형사이에서 1.12 mm 로나타났고, CBCT 영상과석고모형사이에서는 0.97 mm 로나타났으며이때 CBCT 영상에서유의하게더작게계측된것으로나타났다 (Tables 5 and 6). 전체 Bolton 부조화의계측치차이의절대값평균은레이저스캔디지털모형과석고모형사이에서 1.42 mm 로나타났고, CBCT 영상과석고모형사이에서는 1.70 mm 로나타났으며차이는모두통계적으로유의하지않았다 (Table 5). 상관분석을통해전치부및전체 Bolton 부조화에서레이저스캔디지털모형과석고모형, CBCT 영상과석고모형이높은상관관계가있음을확인하였다 (Table 7). 고찰 CBCT가치아및악안면조직과관련해서큰구조물을측정하는데있어신뢰할수있다는보고가있지만 24 CBCT 영상에서치아폭경및악궁폭경계측의정확성을조사한연구는아직찾아보기어렵다. 예비실험시구강내에금속수복물이있는 Table 4. Differences of tooth size measurements between laser scan digital model and plaster model, and between CBCT image and plaster model (unit, mm) DG-PL (n = 40) p value CT-PL (n = 40) p value Maxillary arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar 0.14 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± Mandibular arch Central incisor Lateral incisor Canine 1 st Premolar 2 nd Premolar 1 st Molar 0.11 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * PL, Plaster model; DG, laser scan digital model; CT, CBCT image. p < 0.05; p < 0.01; p < (Paired t-test). 11

7 임미영, 임성훈 대치교정지 39 권 1 호, 2009 년 Table 5. Absolute differences of arch length discrepancy, arch width, and Bolton discrepancy measurements between laser scan digital model and plaster model, and between CBCT image and plaster model (unit, mm) DG-PL (n = 20) CT-PL (n = 20) Maxillary arch Sum of anterior teeth 0.74 ± ± 0.43 Sum of all teeth 1.26 ± ± 1.10 Required space 0.87 ± ± 0.90 Available space 0.52 ± ± 0.45 Arch length discrepancy 0.56 ± ± 0.80 Intercanine width 0.33 ± ± 0.28 Intermolar width 1.00 ± ± 1.11 Mandibular arch Sum of anterior teeth 0.96 ± ± 0.72 Sum of all teeth 1.76 ± ± 1.07 Required space 1.39 ± ± 0.92 Available space 0.34 ± 0.23 * 0.58 ± 0.52 Arch length discrepancy 1.23 ± 1.29 * 1.03 ± 1.21 Intercanine width 0.48 ± ± 0.53 Intermolar width 0.49 ± 0.46 * 0.46 ± 0.32 Bolton discrepancy Anterior 1.12 ± ± 0.96 Overall 1.42 ± ± 1.68 * PL, Plaster model; DG, laser scan digital model; CT, CBCT image. * p < 0.05; p < 0.01; p < (Paired t-test). 경우 CBCT 영상에서 scatter 현상이일어나는것이관찰되었으므로, 정확한측정을위하여본논문에서는가능한구강내에보철물과금속수복물이있는환자는제외시켰으며, 특히치아폭경계측에방해가될수있는인접면금속수복물이있는경우는제외시켰다. 향후금속 scatter 를최소화할수있는기술이개발되기전까지는다수의보철물과금속수복물을갖는환자에서 CBCT 영상을모형분석목적으로활용하는것은어려울것이다. 치아폭경과악궁폭경의반복계측치간차이의절대값평균은세모형간에큰차이가없었다. 석고모형의경우한개치아에서디지털모형과 CBCT 영상의경우두개치아에서반복측정시유의한차이가있는것으로나타났는데, 차이의절대값평균이최대 0.22 mm 로문제되는수준은아니라고판단되었다. Park 15 은총생이있는레이저스캔디지털모형에서 중절치와측절치의재현도가상대적으로낮았다고하였고, Han 14 은총생의여부에관계없이레이저스캔디지털모형의모든치아에서재현도가높았다고보고하였다. 레이저를이용한스캔시에는총생이심한모형에서언더컷과우각부위에서빛이산란되어난반사가일어나치아인접면의 3 차원재현이부정확해지므로디지털모형에서치아폭경의재현도는총생의영향을받을것으로생각된다. 또한레이저스캔디지털모형에서는변연융선이더둥글게보이므로접촉점의위치선정에서석고모형의경우와차이가생길수있다. 악궁폭경을계측할때레이저스캔디지털모형상에서는치아의교두정이꼭지점이아닌곡면으로표현되어정확한계측에어려움이있었다. CBCT 영상의경우에도 voxel 사이의연결이선으로이루어지고, 특히계측에사용한 3D zoom 모드에서는확대시 voxel 사이의연결이부드럽게되도록하는기술이적용되고있어치아의날카로운부분의형태가둥글게보이는문제점이있다. 본연구의레이저스캔디지털모형과석고모형사이의치아폭경계측치차이는 mm 의범위로 Park 15 과 Han 14 이발표한 mm, mm 와유사하게나타났으며, 치아폭경계측치의절대차도 0.33 mm 이하로나타나서임상적수용이가능한수준으로생각된다 (Table 3). 본연구에서레이저스캔디지털모형은석고모형과비교시상, 하악전치부와제 1 대구치에서치아의폭경이유의하게컸는데, 여러문헌들에서이러한차이를보이는치아의일관성을찾을수는없었다 이는각모형마다부정교합형태가다르므로계측이어려운치아부위가달라지기때문이라고생각된다. Santoro 등 25 은 OrthoCAD 디지털모형에서계측한치아의폭경이항상작다고하였고, Park 13 은레이저스캔디지털모형에서인접면접촉부의자료가소실되어더작게계측되는경향을보인다고하였다. 그러나 Quimby 등 26 은 OrthoCAD 디지털모형에서계측한치아의폭경이항상크다고하였으며, 이들은디지털모형에서치아폭경이더크게측정되는원인으로각회사의 scanning 과정과소프트웨어의특정알고리즘, 사용자의소프트웨어사용의미숙함등을제시하였다. Zilberman 등 3 은정확성에있어서하드웨어나소프트웨어보다는이를운용하는사용자의숙련도와지식이정확성을결정하는데더욱기여한다고하였고, Han 14 은디지털모형측정치의정확도를향상시키기위해서디지털 12

8 Vol. 39, No. 1, Korean J Orthod 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상의모형분석 Table 6. Differences of arch length discrepancy, arch width, and Bolton discrepancy measurements between laser scan digital model and plaster model, between CBCT image and plaster model (unit, mm) DG-PL (n = 20) p value CT-PL (n = 20) p value Maxillary arch Sum of anterior teeth 0.73 ± ± Sum of all teeth 1.24 ± ± 1.19 Required space 0.83 ± ± Available space 0.41 ± ± 0.51 Arch length discrepancy ± ± Intercanine width 0.16 ± ± 0.42 Intermolar width 0.47 ± ± Mandibular arch Sum of anterior teeth 0.71 ± ± Sum of all teeth 1.53 ± ± Required space 1.05 ± ± Available space 0.21 ± * ± 0.57 Arch length discrepancy ± * ± Intercanine width 0.26 ± ± Intermolar width 0.34 ± * 0.01 ± Bolton discrepancy Anterior ± ± Overall ± ± * PL, Plaster model; DG, laser scan digital model; CT, CBCT image. * p < 0.05; p < 0.01; p < (Paired t-test). Table 7. Pearson correlation of Bolton discrepancies between laser scan digital model and plaster model, and between CBCT image and plaster model Anterior Bolton discrepancy Overall Bolton discrepancy DG vs PL CT vs PL * * * * PL, Plaster model; DG, laser scan digital model; CT, CBCT image. * p < 모형에익숙해지기전까지는석고모형과디지털모형을비교하면서계측하는것과컴퓨터화면에서관찰하고자하는부위에명암이생기도록디지털모형을회전시키는것이입체구조의파악에도움이된다고하였다. Lee 등 27 은다섯개의디지털모형에서두명의계측자가치아폭경과악궁폭경을계측하여비교한결과계측자간오류가없었다고보고하였고, Stevens 등 6 도계측자간유의한차이는없었다고보고하였다. 본연구에서는한명의계측자가계측하였으며, 석고모형에비해디지털모형에서, 디지털모형에비해 CBCT 영상에서계측시 더많은시간이소요되었다. CBCT 영상과석고모형사이의치아폭경계측치차이는 mm 의범위로나타났으며, 치아폭경계측치의절대차는 0.30 mm 이하로나타나서레이저스캔디지털모형과마찬가지로임상적수용이가능한수준으로생각된다 (Table 3). CBCT 영상은석고모형과비교시상악견치, 제 1 소구치, 제 2 소구치, 제 1 대구치의폭경이유의하게작게계측되었고하악중절치의폭경이유의하게크게계측되었다 (Table 5). CBCT 영상은레이저스캔디지털모형에비해총생이주로나타나는상, 하악전치부에서더작은차이를보였는데이는 CBCT 영상이본연구에서사용된레이저스캔디지털모형과같은표면스캔 (surface scan) 방식이아니라볼륨스캔 (volume scan) 방식으로획득되기때문에총생의영향을덜받은것으로생각된다. 디지털모형의경우에도언더컷 (undercut) 의영향을받는레이저를이용한표면스캔방식이아닌공업용 CT (industrial CT) 를사용한볼륨스캔방식을사용할경우에는총생의영향을덜받을것으로생각된다. Lascala 등 24 은건조두개골을 CBCT 로스캔하여실측값과비교 13

9 임미영, 임성훈 대치교정지 39 권 1 호, 2009 년 한결과 mm 의차이가나타났으며 CBCT 영상에서크기가더작게계측되었다고하였다. 본연구에서는 Lascala 등 24 의보고와유사하게 CBCT 영상에서크기가더작게계측되는경향이관찰되었다. 본연구에서레이저스캔디지털모형에서는석고모형에비해상악의가용공간은 0.41 mm 크게계측되었고하악의가용공간은 0.21 mm 크게계측되었는데 (Table 6), Quimby 등 26 도디지털모형에서가용공간이상악에서 0.54 mm, 하악에서 2.88 mm 더크게계측되었다고보고하였다. 본연구에서레이저스캔디지털모형에서는치열궁길이부조화에따른공간부족이석고모형에비해상악에서 0.41 mm, 하악에서 0.82 mm 더많은것으로계측되었는데 (Table 6), 이러한결과는본연구에서레이저스캔디지털모형에서가용공간에비해치아폭경이좀더확대되어계측되었기때문으로생각된다. CBCT 영상에서는치열궁길이부조화에따른공간부족이석고모형에비해상악에서 0.43 mm 적은것으로, 하악에서 0.32 mm 더많은것으로계측되었는데, 이는 CBCT 영상에서상악전체치아폭경의합이작게계측된데기인한것으로생각된다 (Table 6). 본연구에서레이저스캔디지털모형과석고모형사이의악궁폭경계측치오차는평균 mm 의범위로 Park 15 과 Han 14 이발표한 mm, mm 와비교했을때더작은수준으로나타났고, 계측치차이의절대치평균도 mm 의범위로나타나서임상적으로수용가능한수준이라생각된다 (Tables 5 and 6). CBCT 영상에서계측된치열궁폭경은석고모형과비교시평균 mm 의차이를보여석고모형보다대체로작게계측되었으나통계적으로유의하지는않았으며, 임상적으로수용가능한수준이라생각된다 (Table 6). CBCT 영상에서치열궁폭경계측시치아의교두에서가장밝은곳을교두정이라고표시하고교두정간의거리를측정하였는데 CBCT 영상을회전시킨후교두정의 3 차원적위치를다시확인하는과정에서하이라이트부분이변하는경향이오차의원인이되었을수있다. 레이저스캔디지털모형과마찬가지로 CBCT 영상에익숙해지기전까지는석고모형과 CBCT 영상을비교하면서계측하는것이도움이될것이다 년 Bolton 23 은 55 명의우수한교합을갖는환 자를대상으로치아크기의부조화가치열궁간의관계에미치는영향에대해연구하여, 하악전체치아의근원심폭경의합대상악전체치아의근원심폭경의합의비율 ( 전체 ratio) 및하악 6전치의근원심폭경의합대상악 6전치의근원심폭경의합의비율 ( 전치부 ratio) 을정의하였다. Bolton 23 은전체 ratio는평균 91.3%, 전치부 ratio는평균 77.2% 라고하였으며, 1962년몇몇의임상증례에 Bolton ratio를적용한결과임상적으로유용하다고하였다. 28 Tomassetti 등 29 은 22개의석고모형에서버니어캘리퍼스를이용하여치아폭경을측정한값과 3가지소프트웨어들 (Quick Ceph, HATS, Ortho CAD) 에서측정한치아폭경값을대상으로 Bolton 부조화를비교한결과평균 0.88 mm의전치부 Bolton 부조화계측치의차이와 1.34 mm의전체 Bolton 부조화계측치의차이를보고하였다. 본연구에서는디지털모형에서석고모형에비해전치부 Bolton 부조화계측치가평균 0.17 mm 작게, 전체 Bolton 부조화계측치가평균 0.44 mm 작게나타났으나, 통계적으로유의하지는않았다 (Table 6). 그러나 CBCT 영상에서는석고모형에비해전치부 Bolton 부조화계측치에서평균 0.35 mm 작은것으로나타나서통계적으로유의한차이를보이지않았지만, 전체 Bolton 부조화계측치에서는 CBCT 영상에서평균 1.25 mm 유의하게작은것으로나타났다 (Table 6). 상악과잉시양으로표현되는전체 Bolton 부조화계측치가 CBCT에서더적게계측된것으로나타난것은 CBCT 영상에서상악전체치아폭경의합이평균 1.38 mm 더작게계측된때문으로생각된다 (Table 6). 디지털모형과석고모형, CBCT 영상과석고모형사이에는 Bolton 부조화계측치에있어서 범위의상관관계가있는것으로나타났으며레이저스캔디지털모형과석고모형사이에서상관관계가더낮았다 (Table 7). 임상적으로레이저스캔디지털모형과 CBCT 영상을활용하기위해서는석고모형의모형분석결과와레이저스캔디지털모형과 CBCT 영상의모형분석결과가거의일치해야할것이다. 개개치아의폭경계측에있어서몇몇치아들에서디지털모형과석고모형, CBCT 영상과석고모형사이에유의한차이가있는것으로나타났고, 치열궁공간부조화, 전체 Bolton 부조화등에서도일부에서유의한차이가나타났다 (Tables 4 and 6). 그러나이러한차이가디지털모형이나 CBCT 영상을모형분석에사용할수없을정도로큰수준은아니라고생 14

10 Vol. 39, No. 1, Korean J Orthod 레이저스캔디지털모형, 콘빔 CT 영상의모형분석 각된다. 다만개개치아의폭경의계측치에비해다수의치아폭경의합으로부터계산되는계측치들은상대적으로오차가클수있다는점을염두에두는것이바람직하다. 본연구에서는 CB Mercuray CBCT 스캐너 (Hitachi, Osaka, Japan) 로촬영한 CBCT 영상에서 Accurex 프로그램상에내장된 teeth 3 preset 설정을이용하여치아를계측하였는데 (Fig 2), 만약다른해상도의 CBCT 영상을이용하거나 teeth 3 preset 과다른설정을이용한다면본연구와는다른결과가나올수있다고생각된다. 본연구에서 CBCT 영상에서상악견치와구치의치아폭경이유의하게작게계측되었는데 (Table 4), 이는 teeth 3 preset 이인접면의최대풍융부의형태를축소시켰기때문일수도있다. 그러나 teeth 3 preset 에비해좀더낮은 Hounsfield unit 부위도표시되도록역치범위설정 (thresholding) 을조절할경우에는인접면최대풍융부의형태축소가능성은줄일수있으나치아사이에약간의빈공간 (spacing) 이있는경우이공간이채워져있는것처럼나타나는경우가많아치아폭경이오히려지나치게크게계측될수있는문제점이있었다. CBCT 촬영기에따라 HU 수치가달라질수있으며, 일부 CBCT 촬영기의 HU 수치의오차를수정하기위한 conversion factor 도보고된바있다. 30 CBCT 영상에서치아를계측하는데바람직한역치범위는 CBCT 촬영기의종류와촬영조건에따라달라져야할것이며, CBCT 영상을모형분석에사용하기위해서는먼저모형에서계측한치아폭경과 CBCT 영상에서계측한치아폭경의차이가최소가되는역치범위를찾는과정이선행되어야할것이다. 또한본연구에서는인접면에금속수복물이없는환자에서입을벌린상태로 CBCT 를촬영하여분석에활용하였는데, 인접면에금속수복물이있어서 scatter 현상이나타나는경우나입을벌리지않은상태로촬영된 CBCT 에서는치아폭경을측정하기어려울것이다. 석고모형에서버니어캘리퍼스를이용하여계측하는방법과 CBCT 영상및디지털모형에서계측프로그램을사용하여계측하는방법사이에서오차가발생할수있으며, 버니어캘리퍼스로측정하는경우에는캘리퍼스의첨단이폭경측정을위해필요한부위에정확히도달할수없는경우가있다는문제점이있고, 디지털모형과 CBCT 영상의경우에는 3 차원모형을 2 차원화면상에서계측하는어 려움에의해문제가발생할수있다. 이러한문제점을피하기위해서는사체 (cadaver) 로부터 CBCT 를촬영한후인상을채득하여석고모형을제작하고다시사체에서치아를발치한뒤, 석고모형에서캘리퍼를이용하여측정한치아폭경, CBCT 영상에서측정한치아폭경을사체에서발치한치아의폭경과비교하는것이바람직할수있다. Sim 등 31 은치아를하나씩분리하여측정한치아폭경에비해모형상에서측정한치아폭경은더작았다고보고하였는데, 이에따르면본연구에서석고모형에비해계측프로그램상에서계측기준이되는치아인접면을더정확히설정할수있는레이저스캔디지털모형에서치아폭경이더크게계측된것이디지털모형의오차만을나타내는것은아닐것이다. 본연구에사용된석고모형은환자로부터인상을채득하여제작한것이므로인상채득과정에서실제악궁과오차가발생할수있으나, CBCT 영상은석고모형을촬영한것이아니라환자에서직접획득한것이므로본연구에서나타난 CBCT 영상과석고모형의계측치차이가순수하게 CBCT 의오차만을나타내는것역시아닐것이다. 최근환자에서획득된 CBCT 영상으로부터디지털모형을제작해주는서비스를제공하는회사 (Anatomage, San Jose, CA, USA) 32 와공업용 CT 를이용하여인상체를스캔하여디지털모형을제작해주는회사 (OrthoProofUSA, Albuquerque, NM, USA) 33 가등장하였는데, 이러한환자의 CBCT 영상기반의디지털모형및인상체의 CT 영상기반의디지털모형이모형분석에활용할수있는수준의정확도를지녔는지는추후연구되어야할것으로생각되며, 또한향후구치관계나전치부수직, 수평피개도와같은악간관계계측항목의정확도에대해서도연구되는것이바람직하다. 결론 레이저스캔디지털모형과 CBCT 영상이석고모형을대신하여모형분석에사용될수있는지를조사하기위하여인접면에금속수복물을갖지않는영구치열기의교정환자 20 명의 CBCT 영상과석고모형, 석고모형을레이저스캔방식으로스캔한디지털모형으로부터모형분석을시행하여비교한결과몇몇모형분석항목들에서디지털모형과석고모형, CBCT 영상과석고모형사이에유의한차이가있는것으로나타났으나, 오차수준이크 15

11 임미영, 임성훈 대치교정지 39 권 1 호, 2009 년 지않아임상에서디지털모형과 CBCT 영상을모형분석에활용할수있을것으로생각된다. 그러나 CBCT 영상에서는 II 급금속수복물이나금관으로수복된치아에서 metal scatter 가발생되어인접면을정확히파악할수없으므로 CBCT 영상은인접면에금속수복물이없는경우에한해모형분석에활용할수있을것이다. 참고문헌 1. OrthoCAD, USA. Available at: 2. Emodels, USA. Available at: 3. Zilberman O, Huggare JA, Parikakis KA. Evaluation of the validity of tooth size and arch width measurements using conventional and three-dimensional virtual orthodontic models. Angle Orthod 2003;73: Kuroda T, Motohashi N, Tominaga R, Iwata K. Three-dimensional dental cast analyzing system using laser scanning. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1996;110: Sohmura T, Kojima T, Wakabayashi K, Takahashi J. Use of an ultrahigh-speed laser scanner for constructing three-dimensional shapes of dentition and occlusion. J Prosthet Dent 2000; 84: Stevens DR, Flores-Mir C, Nebbe B, Raboud DW, Heo G, Major PW. Validity, reliability, and reproducibility of plaster vs digital study models: comparison of peer assessment rating and Bolton analysis and their constituent measurements. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2006;129: Garino F, Garino GB. Comparison of dental arch measurements between stone and digital casts. World J Orthod 2002; 3: Baik HS, Lee HJ, Jeon JM. A proposal of soft tissue landmarks for craniofacial analysis using three-dimensional laser scan imaging. Korean J Orthod 2006;36: Baik HS, Jeon JM, Lee HJ. A study of facial soft tissue of Korean adults with normal occlusion using a three-dimensional laser scanner. Korean J Orthod 2006;36: Ko SD, Cha KS. A Study on the labial & buccal surface contour in Korean permanent teeth using three-dimensional laser scanning. Korean J Orthod 2002;32: Chang YJ, Kim TW, Yoo KH. The effect of variations in the vertical position of the bracket on the crown inclination. Korean J Orthod 2002;32: You HW. The optimal scanning pose generating algorithm for 3D dental model scanner [thesis]. Seoul: Myongji University; Park JW. The study on the measurement error of the 3D-digital model made by laser scan method [thesis]. Seoul: Seoul National University; Han JH. Comparison of measurements in three-dimensional digital model and dental plaster model [thesis]. Seoul: Yonsei University; Park SI. The comparison between manual and 3D-digital measurement in dental cast measurements according to the degree of crowding [thesis]. Seoul: Korea University; Holberg C, Steinhäuser S, Geis P, Rudzki-Janson I. Conebeam computed tomography in orthodontics: benefits and limitations. J Orofac Orthop 2005;66: Mischkowski RA, Pulsfort R, Ritter L, Neugebauer J, Brochhagen HG, Keeve E, et al. Geometric accuracy of a newly developed cone-beam device for maxillofacial imaging. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2007;104: Chae JH, Song JW, Cha JY, Choi JS, Park YC. Labial and buccal surface contours of Korean normal occlusion in a three-dimensional digital model. Korean J Orthod 2008;38: Misch KA, Yi ES, Sarment DP. Accuracy of cone beam computed tomography for periodontal defect measurements. J Periodontol 2006;77: Pinsky HM, Dyda S, Pinsky RW, Misch KA, Sarment DP. Accuracy of three-dimensional measurements using cone-beam CT. Dentomaxillofac Radiol 2006;35: Ludlow JB, Laster WS, See M, Bailey LJ, Hershey HG. Accuracy of measurements of mandibular anatomy in cone beam computed tomography images. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2007;103: Chang J, Yenice KM, Narayana A, Gutin PH. Accuracy and feasibility of cone-beam computed tomography for stereotactic radiosurgery setup. Med Phys 2007;34: Bolton WA. Disharmony in tooth size and its relation to the analysis and treatment of malocclusion. Angle Orthod 1958; 28: Lascala CA, Panella J, Marques MM. Analysis of the accuracy of linear measurements obtained by cone beam computed tomography (CBCT-NewTom). Dentomaxillofac Radiol 2004;33: Santoro M, Galkin S, Teredesai M, Nicolay OF, Cangialosi TJ. Comparison of measurements made on digital and plaster models. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2003;124: Quimby ML, Vig KW, Rashid RG, Firestone AR. The accuracy and reliability of measurements made on computer-based digital models. Angle Orthod 2004;74: Lee JH, Paik KS, Chang MS, Lee SP. An evaluation of validity of measurements using digital caliper and three-dimensional virtual dental models. Korean J Anat 2004;37: Bolton WA. The clinical application of tooth-size analysis. Am J Orthod 1962;48: Tomassetti JJ, Taloumis LJ, Denny JM, Fischer JR Jr. A comparison of 3 computerized Bolton tooth-size analyses with a commonly used method. Angle Orthod 2001;71: Lagravère MO, Fang Y, Carey J, Toogood RW, Packota GV, Major PW. Density conversion factor determined using a cone-beam computed tomography unit NewTom QR-DVT Dentomaxillofac Radiol 2006;35: Sim EJ, Hwang HS, Moon JD. A study on the error of tooth size measurements. Korean J Orthod 1999;29: Anatomage, USA. Available at: OrthoProofUSA, USA. Available at: com. 16

12 ORIGINAL ARTICLE Comparison of model analysis measurements among plaster model, laser scan digital model, and cone beam CT image Mi-young Lim, DDS, MSD, a Sung-hoon Lim, DDS, MSD, PhD b Objective: The purpose of this study was to evaluate the possibility of using a digital model and cone beam computed tomograph (CBCT) image for model analysis. Methods: Model analyses of CBCT images, plaster models, and digital models of 20 orthodontic patients with a permanent dentition with no proximal metal restorations, were compared. Results: The average differences of tooth size measurements were 0.01 to 0.20 mm, and the average difference of arch length discrepancy measurements were 0.41 mm in the maxilla and 0.82 mm in the mandible. The difference in Bolton discrepancy measurements was 0.17 mm for the anterior region and 0.44 mm overall but with no statistically significant difference. When comparing CBCT images with plaster models, the average differences in tooth size measurements were to 0.01 mm, and the average differences in arch length discrepancy measurements were 0.43 mm in the maxilla and 0.32 mm in the mandible. Difference in Bolton discrepancy measurements were 0.35 mm in the anterior region and 1.25 mm overall. CBCT images showed significantly smaller overall Bolton discrepancy measurements. Conclusions: Although there were statistically significant differences in some model analysis measurements, the ranges of measurement errors of the digital model and CBCT images were clinically acceptable. Therefore, a digital model and CBCT image can be used for model analysis. (Korean J Orthod 2009;39(1):6-17) Key words: Digital model, Cone beam CT, Model analysis, Plaster model a Postgraduate student, b Associate Professor, Department of Orthodontics, School of Dentistry, Chosun University. Corresponding author: Sung-hoon Lim. Department of Orthodontics, School of Dentistry, Chosun University, 421, Seoseok-dong, Dong-gu, Gwangju , Korea ; , shlim@chosun.ac.kr. Received August 19, 2008; Last Revision December 19, 2008; Accepted December 22,