Biplanar radiography 원리를 이용한

3차원 레이저스캔 치열영상의 디지털 마운팅에 관한 연구

김 석 필

전남대학교 대학원 치의학과

(지도교수 : 황 현 식)

(국문초록)

악안면기형 환자의 진단 및 올바른 치료계획 수립을 위해서 치아 석고모형의 교합기 마운팅이 이용되고 있는 반면, 최근 많이 사용하고 있는 3차원 레이저스캔 치열영상의 경우 3차원 공간에서 이 치열영상의 오리엔테이션을 결정하는 방법이 없어 이의 제시가 필요하다.

본 연구는 정모 및 측모 두부방사선규격사진을 이용하여 3차원 레이저스캔 치열영상을 3차원 공간에 위치시키는 디지털 마운팅 방법을 제시하고 이의 정확도를 확인해보고자 시행되었다. 성인 30명을 대상으로 상악인상을 채득하고 이를 이용하여 제작한 석고모형을 레이저스캔(Orapix KOD 300, Orapix, Seoul, Korea)하여 3차원 역설계 프로그램(RapidformTM2006, Inus, Seoul, Korea)으로 3차원 치열영상을 제작하였다. 레이저스캔 치열영상을 컴퓨터 공간에 위치시키는 기준을 마련하기 위하여 연구대상자에 두부자세재현기를 장착하고 biplanar radiography 원리를 이용한 정모 및 측모 두부방사선규격사진을 촬영하는 한편 두경부 콘빔CT를 촬영하였다. 촬영된 정모 및 측모 두부방사선규격사진으로부터 두부자세재현기와 좌우 ear rod를 이용하여 기준선을 설정하고 전후방적 교합면 경사 및 수평적 교합면 경사를 포함한 치열의 3차원적 위치 관계를 채득한 후, 두부방사선규격사진의 기준선에 상응하는 기준평면을 3차원 역설계 프로그램상에서 설정하여 레이저스캔 치열영상의 3차원적 오리엔테이션을 결정하였다. 이러한 위치의 정확도를 알아보기 위하여 좌우 제1대구치, 견치, 중절치로 구성된 6개의 점을 설정하고 이를 각각 전후, 좌우로 연결하여 치열의 오리엔테이션을 나타내는 4개의 3차원 각도 계측항목을 설정하고 이를 콘빔CT 영상과 비교 분석하였다. 아울러 마운팅된 3차원 치열영상의 위치 차이가 어느 방향에서 주로 나타나는지 알아보기 위하여 3차원 각도 계측항목을 시상기준면, 횡단기준면, 그리고 관상기준면에 각각 투영하여 살펴보는 한편 본 연구에서 설정한 6개 점의 3차원 좌표값을 각각 콘빔CT 영상과 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 본 연구에서 설정한 4개의 각도 계측항목을 이용하여 레이저스캔 치열영상의 3차원적 오리엔테이션을 콘빔CT와 비교한 결과, 그 차이는 0.96˚에서 1.30˚의 범위 안에서 나타났다.

2. 본 연구에서 두 점을 연결하여 설정된 4개의 각도를 콘빔CT와 비교한 결과 좌우로 연결된 각도 계측치에 비해 전후로 연결된 각도 계측치가 다소 큰 경향을 보였다.

3. 3차원 각도의 차이가 어느 방향에서 많이 나타나는지 알아보기 위하여 시상기준면, 횡단기준면, 그리고 관상기준면에 각각 투영하여 비교한 결과, 횡단기준면 상에 투영한 경우에서 많은 차이를 보였다.

4. 각도 계측항목을 구성하는 6개의 계측점 위치를 3차원 좌표계로 비교한 결과, 수직방향의 경우 어느 계측점에서도 유의차를 보이지 않은 반면 전후방향과 좌우방향의 경우 일부항목에서 통계적 유의차를 보였다.

이상의 연구 결과, 디지털 마운팅 영상과 콘빔CT 영상의 계측치 차이가 크지 않아 정모 및 측모 두부방사선규격사진에서 얻은 정보를 이용한 3차원 레이저스캔 치열영상의 오리엔테이션 방법이 임상적으로 사용될 수 있음을, 그리고 그 차이는 계측점의 수직방향보다는 전후 또는 좌우 방향에서의 차이에 기인함을 알 수 있었으며 임상에서 사용시 이에 대한 고려가 필요함을 시사하였다.

Digital Mounting of Laser-scanned Dental Image using the Principle of Biplanar Radiography

Seok-Pil Kim

Department of Dental Science

Graduate School, Chonnam National University, Gwangju, Korea

(Directed by Professor Hyeon-Shik Hwang)

(Abstract)

The mounting of dental cast is being used for the orthodontic diagnosis and proper treatment planning for maxillofacial deformity patients. Meanwhile, in the case of the three-dimensional (3D) laser-scanned dental image used quite often these days, there is no method to decide the orientation of the image in 3D space.

The purpose of this study is to introduce a digital mounting method, which shows laser-scanned dental image in 3D space using frontal and lateral cephalogram, and to evaluate its accuracy. For the goal, maxillary plaster casts were fabricated from dental impression of thirty adults whose casts were laser scanned (Orapix KOD 300, Orapix, Seoul, Korea) and the 3D images were reconstructed by the 3D reverse engineering software program (RapidFormTM 2006, Inus, Seoul, Korea). In order to set a standard locating images on a computer, the Head Posture Aligner (HPA) was placed to the examinees and frontal and lateral cephalograms were taken using the principle of biplanar radiography. Also, Maxillofacial Cone-beam CT (CBCT)  was scanned. The reference lines on the frontal and lateral cephalogram were established using ear rod ball markers and horizontal wires in the HPA and 3D relation of the dentition were registered. The orientation of dentition was decided by the software. In order to test the accuracy of those locations, the six points - right and left central incisors, canines, and first molars were selected, four 3D angular measurements were established by connecting the points each other, and projected to the sagittal, transverse, and coronal plane while a 3D coordinate system was used to compare with CBCT image. And the study showed the following results:

1. The 3D orientation of laser-scanned dental image was compared with CBCT image by using four angular measurements established in this study and the difference was within the scope of 0.96˚ to 1.30˚.

2. In the laser-scanned dental image, the four angular measurements established by connecting two points were compared with CBCT image. It showed that the angular measurements connected from the front to the back were a bit greater than those connected from the right to the left.

3. The 3D angular measurements were projected to the sagittal, transverse, and coronal plane to identify the difference by direction. According to the projection, the angulation projected to the transverse plane had more differences than others.

4. The locations of six points composing the angular measurements were compared through the 3D coordinate system. There was no statistically significantly difference on a vertical coordinate while there are some in horizontal coordinates.

The present study suggested that the difference between digital mounting model and CBCT image was negligible therefore the orientation method of laser-scanned dental image using information obtained from frontal and lateral cephalograms could be clinically used.