Accuracy Increase According to Registration Area

in the Integration of Laser Scanned Dental Images into Maxillofacial Cone-beam CT Images

Lijun Sun

Department of Dental Science

Graduate SchoolofChonnamNationalUniversity

(Supervised by Professor Hyeon-Shik Hwang)

(Abstract)

A precision 3-dimensional (3D) head model can be fabricated by integrating laser-scanned dental image into a maxillofacial cone-beam computed tomography (CBCT) image. The purpose of the present study was to examine whether the registration accuracy increases or not in case some visible occlusal surface and incisal edge area were included as registration area in addition to buccal surface in the integration of laser scanned dental image into the maxillofacial CBCT image.

The CBCT scans were obtained from 30 adults, and the maxillofacial 3D images were reconstructed. Maxillary dental casts were taken from the same subjects and scanned with a 3D laser scanner. For the integration of laser scanned dental images into maxillofacial CBCT images, all anterior teeth and the second molars were used as the registration area. In order to evaluate the effect of inclusion of some visible occlusal surface and incisal edge as the registration area, three types of implementation were performed according to the area: only the buccal/labial surfaces (R1), the incisal edge of anterior teeth, and buccal and distal marginal ridge of second molars (R2), and labial surfaces including incisal edge of anterior teeth and buccal surfaces including buccal and distal marginal ridge of second molars (R3). Surface-based registration was performed by using an iterative closest point algorithm, and the differences between the two images were evaluated with color-mapping methods and shell/shell deviation by measuring the 3D Euclidean distances between the surface points on the 2 images.

1. In the evaluation with color-mapping methods, the R1 method which used facial surfaces only as the registration area showed more discrepancies between the laser scanned and CBCT images than the other two methods.

2. The discrepancy occurred on incisal edge and lingual surface of incisors and occlusal surface of posterior teeth indicating that deviation of the two images occurred mostly in occluso-gingival direction.

3. Also in the comparison of registration errors by using shell/shell deviation, the R1 method which used facial surfaces only as the registration area showed highest errors than the other two methods.

4. The R2 method which used incisal edge and marginal ridge as the registration area did not show a significant difference in registration accuracy with the R3 method which used facial surfaces together with incisal edge and marginal ridge as the registration area.

The results of this study indicate that the accuracy in the integration of laser-scanned dental images into the maxillofacial CBCT images can be increased by including some visible occlusal surface and incisal edge area as registration area.

악안면 콘빔CT 영상과 레이저 스캔 치열영상 중첩시

중첩영역에 따른 적합도 증가

Lijun Sun

전남대학교 대학원 치의학과

(지도교수 : 황 현 식)

(초록)

정밀한 치아영상이 포함된 3차원 두부영상 제작을 위해서는 악안면 콘빔CT 영상과 레이저 스캔 치열영상 합성이 필요하다. 본 연구는 악안면 콘빔CT 영상과 레이저 스캔 치열영상의 합성시 그 중첩영역으로 협면 외에 추가적으로 교합면과 절단연을 포함시킬 경우, 중첩 적합도가 증가하는지 알아보고자 시행되었다.

성인 30명을 대상으로 콘빔CT 스캔 데이타를 이용하여 악안면 영상을, 상악 인상 채득 후 석고모형을 이용하여 레이저 스캔 치열영상을 획득하였다. 두 영상의 합성을 위하여 중첩영역으로 전치부 모두와 제2대구치를 이용하였는데 중첩 치아의 협면 외에 교합면 일부와 절단연을 포함시킬 경우 중첩 적합도가 증가하는지 알아보기 위하여 본 연구에서는 (1) 협면만을 이용하여 중첩하는 경우 (2) 전치에서는 절단연, 제2대구치에서는 협측과 원심측의 변연융선만을 이용하여 중첩하는 경우 (3) 협면과 아울러 전치 절단연, 제2대구치의 협측 및 원심측 변연융선을 모두 이용하여 중첩 하는 경우 등 3가지 방법으로 중첩을 시행하였다. Iterative closest point 알고리즘을 이용하여 중첩을 시행한 후 두 영상의 적합도를 color-mapping 방법으로 살펴보는 한편 shell/shell deviation을 산출하여 중첩영역에 따른 세 방법간의 비교를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1.  Color-mapping을 통하여 콘빔CT 영상과 레이저 스캔 치열영상의 적합도를 살펴본 결과 협면만을 이용하여 중첩을 시행한 경우가 다른 두 방법에 비하여 그 차이가 큰 양상을 보였다.

2.  협면만을 이용하여 중첩을 시행한 경우 영상간 차이는 전치부에서는 절단연과 설측면, 그리고 구치부에서는 교합면에서 나타나 두 영상의 차이는 주로 상하방향으로 나타난다는 것을 알 수 있었다.

3.  Shell/shell deviation을 이용하여 두 영상간 적합도를 통계적으로 비교한 결과 협면만을 이용하여 중첩을 시행한 경우가 다른 두 방법에 비하여 유의하게 높은 수치를 보여 가장 적합도가 낮은 것으로 나타났다.

4.  전치의 경우 절단연, 제2대구치에서는 협측과 원심측의 변연융선만을 이용하여 중첩을 시행한 경우 협측면을 모두 포함하여 중첩한 경우와 버금가는 적합도를 보였다.

이상의 연구결과는 악안면 콘빔CT 영상과 레이저 스캔 치열영상 중첩시 중첩영역으로 협면 외에 일부라도 구치부의 교합면과 전치부의 절단연을 포함시키는 것이 적합도 증가에 도움이 됨을 보여주었다.