콘빔CT 촬영시 피사체 움직임이

3차원 재구성 영상에 미치는 영향

송 진 명

전남대학교 대학원 치의학과

(지도교수 : 황현식)

(국문초록)

콘빔CT 촬영도중 피사체의 움직임은 3차원 재구성 영상의 motion artifact를 발생시킨다. 본 연구는 콘빔CT 촬영 도중 두부의 움직임 양상에 따라 생긴 motion artifact가 재구성된 3차원 영상에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 시행되었다.

15개의 건조두개골을 수직 및 수평회전 움직임을 구현할 수 있는 motion controller에 장착하여 콘빔CT 촬영시작 1초간 상방으로 10° 수직회전, 하방으로 10° 수직회전, 좌측으로 10° 수평회전, 우측으로 10° 수평회전 등 4가지 유형의 움직임을 부여하면서, 그리고 대조영상으로 움직임을 부여하지 않는 경우를 합하여 건조두개골 당 5가지 영상을 채득하였다. 아울러 건조두개골의 6 부위(N, ANS, PNS, Cd, Me, Go)에 직경 1.0 mm의 티타늄 볼 마커를 부착한 후 동일한 방법으로 건조두개골 당 5가지 영상을 채득하였다.

마커를 부착하고 촬영한 영상을 이용하여 각 마커 간의 거리를 수평, 수직, 그리고 전후방 계측항목으로 설정하고 움직임을 부여한 경우의 영상에서의 계측치를 움직임 없이 촬영한 대조영상과 비교하여 건조두개골의 움직임에 따른 3차원 재구성 영상의 형태변화 여부를 평가하였으며, 마커를 부착하지 않고 촬영한 영상을 이용하여 각 영상에서 3개의 정중계측점(Cg, ANS, Me), 3쌍의 양측성 계측점(Po, Golat, Goinf) 등 총 9개의 계측점을 2주 간격으로 반복하여 설정한 후 1회차와 2회차 간의 오차를 3차원적 거리 및 x축, y축, z축 방향으로 구분한 거리로 각각 구하고, 이를 두부의 움직임 없이 촬영한 대조영상에서의 계측점 설정 오차와 각각 비교함으로써 건조두개골의 움직임에 따른 계측점 설정 재현도 감소 여부를 분석하였다. 아울러 두부 움직임 유형에 따른 계측점 설정 오차 발생 차이를 알아보기 위하여 수평회전과 수직회전 움직임에서의 차이, 우측회전과 좌측회전의 차이, 그리고 상방회전과 하방회전의 차이 등을 비교 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 볼 마커 간의 거리 계측을 통하여 두부의 수직 및 수평회전에 따른 3차원 재구성 영상의 형태변화 여부를 살펴본 결과, 두부 움직임 유형에 관계없이, 그리고 폭경, 고경, 깊이에 관계없이 대조영상과 유의한 차이를 보이지 않았다.

2. 두부 움직임을 부여한 경우의 계측점 설정 오차를 대조 영상과 비교한 결과 본 연구에서 사용한 9개의 계측점 중 7개의 경우 두부움직임 유형과 관계없이 대조영상과 비교하여 통계적으로 더 큰 오차를 보이지 않았다. 그러나 좌측 및 우측 Po의 경우 본 연구에서 부여한 4가지 움직임 중 좌측 또는 우측으로의 수평회전 움직임을 부여한 경우 대조영상에 비하여 통계적으로 유의하게 큰 오차를 나타내었다.

3. 오차발생 양상을 3차원으로 구분하여 대조영상과 비교한 결과 9개 중 7개의 계측점에서는 대조영상과 유의한 차이를 보이지 않았으며, 3차원 거리로 평가시 차이를 보인 Po의 경우 y축, z축 방향에서는 대조영상과 차이를 보이지 않은 반면, x축 방향 오차에서 통계적으로 유의한 차이를 나타내었다.

4. 두부 움직임 유형에 따른 계측점 설정 오차 발생 차이를 알아보기 위하여 수평회전시 오차와 수직회전시 오차를 계측점 별로 비교한 결과 9개의 계측점 중 수직회전보다 수평회전에서 더 큰 움직임을 보인 Po을 제외한 8개의 계측점에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 우측회전 움직임을 부여한 영상과 좌측회전 움직임을 부여한 영상 간 계측점 설정오차를 비교한 결과, 관구가 움직이는 방향과 반대방향인 좌측방으로 회전 움직임을 부여한 영상에서 오차가 크게 나타나는 양상을 보였으며 9개의 계측점 중 2개의 계측점(우측과 좌측의 Golat)에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 한편, 상방회전 움직임을 부여한 영상과 하방회전 움직임을 부여한 영상 간에 계측점 설정오차를 비교한 결과 모든 계측점에서 유의한 차이를 보이지 않았다.

5. 양측성 계측점(Po, Golat, Goinf) 설정 시 좌측과 우측 간 계측점 설정오차 차이를 알아보기 위하여 움직임 별로 각각 비교한 결과, 수직회전 움직임을 부여한 영상에서는 두드러진 좌우차이를 보이지 않았으나, 수평회전 움직임을 부여한 영상에서는 좌측의 계측점 설정 오차가 우측에서보다 전반적으로 크게 나타나는 경향을 보였다.

이상의 연구 결과는 콘빔CT 촬영시 피사체 움직임은 3차원 재구성 영상의 형태변화에는 큰 영향을 미치지 않는 반면, 계측점 설정 재현도에는 일부 영향을 미칠 수 있음을 시사하였다.

Influence of Head Motion on

Three-dimensional Reconstruction Images

in Cone-beam Computed Tomography

Jin-Myoung Song

Department of Dental Science

Graduate School, Chonnam National University

(Supervised by Professor Hyeon-Shik Hwang)

(Abstract)

Head motion during acquisition of cone-beam computed tomography (CBCT) can cause some artifacts in reconstruction of three-dimensional images. The purpose of this study was to evaluate influence of head motion during scanning of CBCT on three-dimensional reconstruction images.

Fifteen human dry skulls were fixed on the motion controller designed to replicate various kinds of head motion. The dry skull was rotated at 10° upward and 10° downward in vertical rotation and rotated at 10° right and 10° left side in lateral rotation for the first one second from starting point of CBCT scanning. Including a CBCT image without any head motion as the control image, five CBCT images were taken from each dry skull. After titanium ball markers were attached on six sites (N, ANS, PNS, Cd, Me, Go) five CBCT images were taken at each dry skull using the same protocol.

Using images with ball markers attached, the morphologic changes of three-dimensional reconstruction image according to head motion was evaluated by the comparison of images with four types of head motion and the control image without any head motion by means of analysis of width, height, and depth measurements acquired from distances between those markers.

Using images without ball markers attached, total nine landmarks including three midsagittal (Cg, ANS, Me) and three pairs of bilateral (Po, Golat, Goinf) were identified on each image in two weeks' interval by same researcher. The differences between the first and second measurements were recorded as Euclidean distance and as distances in x, y, and z axes. The decrease in reproducibility of landmark identification according to head motion was evaluated by comparing those landmark identification errors to the control image without any head motion.

In order to estimate error occurrence between horizontal and vertical rotation, between right and left side rotation, and between upward and downward rotation, landmark identification errors were evaluated during the various types of head motion. The following conclusions were can be made.

1. As the results from evaluation of morphologic change of three-dimensional reconstruction image using measuring of distances between each ball markers showed that there were no significant differences in any width, height, and depth measurements between images with four types of head motion and the control image.

2. Seven of nine landmarks showed no significant difference in landmark identification error between images with any type of head motion and the control image. However, right and left Po showed statistically significant difference when the head was rotated to right or left horizontally.

3. In three-dimensional aspects of landmark identification error, seven of nine landmarks showed no significant difference between images with any type of head motion and the control image. Right and left Po showed statistically significant difference in x axis but no significant differences were found in y and z axes.

4. As the result from evaluation of landmark identification errors according to types of head motion, the comparison between horizontal and vertical rotation, eight of nine measurements showed no significant difference except left Po which more moved in horizontal than vertical rotation. The comparison between right and left side rotation, two measurements (right and left Golat) of images with left side rotation showed more statistically significant differences than images with right side rotation and overall landmarks identification errors are larger in images with left side rotation which is opposite to the rotation of the CBCT scanner. The comparison between upward and downward rotation, there were no significant differences.

5. The comparison between right and left landmarks during identification of bilateral landmarks (Po, Golat, Goinf) in each head motion was made to evaluate the landmark identification error. There were no remarkable differences in images with vertical rotation but landmark identification error of left landmarks showed greater than right overall in images with lateral rotation.

The results of the present study indicate that head motion during acquisition of CBCT could have some effect on the reproducibility of landmark identification while it does not have significant effect on morphologic change of three-dimensional reconstruction images.