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문제 정의
- 저자는 Inspektor Research System사로부터 QLF-D 시스템의 기본 원리를 실험실에서 구현할 수 있는 장비를 지원받아 실험실에서 자연치의 초기 법랑질 우식증 영상과 탈회 따른 변화 양상에 대한 영상을 채득하여 차후 실험실용 영상 분석 프로그램 개발의 기초 자료로 활용하고자 하였다.
- 저자는 최근 널리 활용되고 있는 선명한 고화질의 DSLR(digital single-lens reflex)카메라를 접목시킨 QLF-D 시스템을 구현하고, 이를 이용하여 자연치에 발생한 법랑질 초기 우식증을 관찰하고, 탈회 기간에 따른 병소의 깊이 변화를 편광현미경 소견과 비교 분석한 결과 다소의 지견을 얻었기에 보고하는 바이다.
제안 방법
- 탈회에 따른 QLF-D 영상의 변화를 평가하기 위하여 인공 우식을 유발하기 위한 탈회 용액을 제조하였다. 24시간동안 90℃에서 중탕한 1 M의 젖산과 Carbopol 907(USA) 그리고 수산화인회석을 혼합하여 제조하였다. 준비된 시약을 pH 5.
- QLFTM는 2003년 상용화에 성공하여 임상과 실험실에서 법랑질의 초기 무기질 변화량을 모니터링하고 영상화하고 분석할 수 있도록 개발한 장치이다. Inspektor Research System사가 보유하고 있는 TMR (transmicroradiography)의 핵심 기술인 초기 법랑질 우식증의 영상 분석 프로그램을 QLFTM 영상과 접목시켜 임상과 실험실에서 TMR을 대체하여 무기질 함량의 변화와 병소 깊이의 변화를 모니터링 할 수 있도록 하였다1,21). QLFTM는 구내 카메라를 사용하여 치아의 국소 부위를 쉽게 촬영할 수 있고, 특정 부위를 정확하게 재촬영할 수 있는 기술이 포함되어 있으며, 촬영된 영상의 무기질 함량과 병소 깊이를 정량화 할 수 있도록 영상 분석프로그램이 포함되어 있다.
- 이는 Takagi 등37)이 언급한 바와 같이 법랑질 표면에 함유된 불소의 양에 의해 탈회 속도에 차이가 나타날 수 있기 때문이었다. QLF-D 영상 촬영시 주위의 빛의 간섭을 최소화하고 일정 광량 하에서 촬영하기 위하여 암실에서 카메라 촬영대에 고정시켜 촬영하였다.
- QLF-D 영상에서 정상 법랑질과 탈회 법랑질의 광밀도를 영상 분석 프로그램으로 측정하고, 정상 법랑질에 대한 탈회 법랑질의 광밀도 비율을 산출하였다. 탈회 기간에 따른 각 군의 광밀도 비율을 Table 3에 나타내었다.
- 편광 현미경 이미지에 대한 병소 깊이는 영상 분석 프로그램(Able image analyser, USA)을 이용하여 측정하였다. 광밀도 값은 정상 법랑질에 탈회 법랑질의 광밀도 값을 백분율로 산출하였다.
- 광원은 치아로부터 일정 거리를 유지하였으며, 촬영된 영상을 평가하여 가장 판독하기 양호한 상태를 설정하였다.
- QLF-D 촬영이 끝난 시편은 탈회 기간에 따른 병소 깊이의 변화를 측정을 위하여 편광 현미경 시편을 제작하였다. 대조군인 정상 법랑질과 탈회 법랑질이 포함되도록 고속 절단기를 이용하여 시편을 절단하였다. 절단된 시편을 슬라이드 글라스에 접착하여 100 ㎛ 두께가 될 때까지 활택 연마하였다.
- 빛의 간섭을 차단하기 위해 촬영대를 암실에서 설치하였다. 디지털 카메라를 촬영대에 고정하고 치아에 수직이 되도록 조절한 다음 치아우식증이 존재하는 교합면, 협면 혹은 설면을 촬영하였다.
- 법랑질 표면에 치아우식증이 있는 치아를 QLF-D 시스템으로 촬영하고, 해당 부위에 대한 편광 현미경 소견을 Fig. 1 부터 Fig. 4까지 나타내었다.
- 촬영은 디지털 카메라와 컴퓨터를 USB 케이블로 연결하고, 윈도우즈 XP(Microsoft, USA) 운영체제에서 Inspektor Research System에서 제공한 프로그램으로 디지털 카메라의 영상 조건 설정과 촬영을 하였고, 촬영된 영상은 노트북 컴퓨터에 자동으로 저장되었다. 셔터 스피드 1/20초, 조리개 8, ISO 800 그리고 화이트 밸런스(white balance)는 자동으로 설정하고 촬영하였다.
- 슬라이드 글라스에 부착된 시편을 관찰하기 위해 디지털 편광현미경(CX21, Olympus, Japan) 관찰대에 올려놓고 증류수 점적 하에서 관찰대를 돌려가면서 탈회 법랑질 소견이 가장 잘 나타날 때의 영상을 컴퓨터에 저장하였다.
- QLF 촬영이 끝난 시편은 레진에 매몰한 후 고속 절단기로 해당 우식 부위가 포함되도록 절단하여 슬라이드 글라스에 부착하였다. 실리콘 카바이드 페이퍼로 활택 연마한 후 시편을 디지털 편광현미경(CX21, Olympus, Japan) 관찰대(stage)에 올려놓고 증류수 점적 하에서 관찰한 후 우식 병소가 가장 잘 보이는 상태에서 영상을 채득하였다.
- 인공 우식 유발 기간을 2일부터 14일까지 설정하고, 각 기간마다 우식이나 균열이 없는 유구치 10개씩을 무작위로 배정하였다(Table 1). 활택 연마가 용이하게 하기 위해서 왁스로 주형을 만들고 바닥에 수평이 되도록 치아를 위치시킨 다음, 협면 혹은 설면이 노출되도록 교정용 레진에 매몰하였다.
- 자연 치아의 우식 관찰과 같은 방법으로 암실에서 셔터 스피드 1/20 초, 조리개 8, ISO 800 그리고 화이트 밸런스(white balance)는 수동으로 설정하고 촬영하였다.
- 저자는 DSLR(digital single-lens reflex) 카메라를 이용한 QLF-D 시스템을 고안하고, 사람의 유구치에 자연 발생된 법랑질 초기 우식증을 관찰하고, 유구치 법랑질 시편을 대상으로 2일부터 14일까지 인공 탈회시킨 후 탈회 기간에 따른 상관관계를 편광 현미경 소견과 비교 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 24시간동안 90℃에서 중탕한 1 M의 젖산과 Carbopol 907(USA) 그리고 수산화인회석을 혼합하여 제조하였다. 준비된 시약을 pH 5.0으로 조절하면서 혼합한 후 필터링하여 최종 1 L의 인공 우식 유발용 탈회 용액을 제조하였다.
- 준비된 시편을 2일부터 14일 동안 인공 우식을 유발시키고, 해당 기간에 대한 백색광 영상, QLF-D 영상 그리고 편광 현미경 소견을 촬영하고, Fig. 5부터 Fig. 12까지 나타내었다.
- 촬영된 QLF-D 영상은 영상 분석 프로그램(Able image analyser, USA)를 이용하여 대조군으로 설정한 영역과 실험군으로 설정한 영역의 광밀도 값을 측정하였다.
- 촬영은 디지털 카메라와 컴퓨터를 USB 케이블로 연결하고, 윈도우즈 XP(Microsoft, USA) 운영체제에서 Inspektor Research System에서 제공한 프로그램으로 디지털 카메라의 영상 조건 설정과 촬영을 하였고, 촬영된 영상은 노트북 컴퓨터에 자동으로 저장되었다. 셔터 스피드 1/20초, 조리개 8, ISO 800 그리고 화이트 밸런스(white balance)는 자동으로 설정하고 촬영하였다.
- 탈회 법랑질의 병소 깊이를 얼마나 정확하게 반영하고 있는지를 평가하기 위하여 우식이나 균열이 없는 유구치의 평활면에 인공 우식을 유발시키고, 탈회 기간에 따라 QLF-D 영상을 촬영하고, 해당 부위에 대한 편광 현미경 시편을 제작하여 영상분석 프로그램을 병소 깊이를 측정하여 상관관계를 분석하였다. 치아간의 오차를 최소화하기 위하여 100 ㎛ 정도의 법랑질 표면을 연마지로 제거하였다. 이는 Takagi 등37)이 언급한 바와 같이 법랑질 표면에 함유된 불소의 양에 의해 탈회 속도에 차이가 나타날 수 있기 때문이었다.
- 탈회 법랑질의 병소 깊이를 얼마나 정확하게 반영하고 있는지를 평가하기 위하여 우식이나 균열이 없는 유구치의 평활면에 인공 우식을 유발시키고, 탈회 기간에 따라 QLF-D 영상을 촬영하고, 해당 부위에 대한 편광 현미경 시편을 제작하여 영상분석 프로그램을 병소 깊이를 측정하여 상관관계를 분석하였다. 치아간의 오차를 최소화하기 위하여 100 ㎛ 정도의 법랑질 표면을 연마지로 제거하였다.
- 편광 현미경 이미지에 대한 병소 깊이는 영상 분석 프로그램(Able image analyser, USA)을 이용하여 측정하였다. 광밀도 값은 정상 법랑질에 탈회 법랑질의 광밀도 값을 백분율로 산출하였다.
- 개발 초기에는 레이저를 광원으로 사용하였으나, 현재는 405 nm 파장의 푸른색 자연광을 사용하고 있다. 푸른색 광은 노란색을 띄는 상아질에서 반사되어 녹색으로 보이게 되며, 보다 선명한 영상을 얻기 위해 520 nm 파장의 황색 필터를 DSLR 카메라 렌즈에 장착하여 상아질의 노란색을 필터링하였다. 정상 법랑질은 형광 빛을 잘 투과시켜 밝은 빛을 보이지만, 탈회가 일어난 부위에서는 빛의 산란이 일어나 정상 법랑질에 비해서 어둡게 보이게 된다.
- 활택 연마 후 노출된 표면을 반으로 나누고 한쪽 면에 불소가 포함되지 않은 투명한 네일 바니쉬를 도포하여 대조군으로 사용하였다. 준비된 시편을 탈회 용액에 담가 36℃로 조절된 항온기에 넣고 2일부터 14일까지 실험 계획에 따라 보관한 후 꺼내어 생리 식염수로 세척 후 보관하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 디지털 카메라(EOS-450D, Canon, Japan)에 마크로 렌즈(EF-S 60 mm Ultrasonic, Canon, Japan)를 장착하여 사용하였다. 마크로 렌즈에는 치아에서 반사된 영상을 필터링하기 위해서 520 nm 파장의 황색 필터를 장착하였다. QLF-D 시스템은 405 nm 파장의 청색광을 내는 포터블 램프(Inspektor Research System bv, Netherland)와 충전기(Inspektor Research System bv, Netherland) 그리고 노트북 컴퓨터(Dell, USA)와 디지털 카메라를 연결하는 USB 케이블로 구성되어 있다.
- 본 연구에서는 디지털 카메라(EOS-450D, Canon, Japan)에 마크로 렌즈(EF-S 60 mm Ultrasonic, Canon, Japan)를 장착하여 사용하였다. 마크로 렌즈에는 치아에서 반사된 영상을 필터링하기 위해서 520 nm 파장의 황색 필터를 장착하였다.
- 1% thymol 용액에 보관하여 수집하였다. 수거된 치아들 중 광학 돋보기로 살펴보아 치아우식증이나 균열(crack)이 없는 치아 70개와 자연 우식이 존재하는 치아 100개를 선별하고, 스케일러로 치아 표면의 이물질을 제거한 후 실험 시작 전까지 0.1% thymol에 보관하였다.
- 최근 발거된 유구치들을 대상으로 하였으며, 부패 방지를 위하여 발거 직후 0.1% thymol 용액에 보관하여 수집하였다. 수거된 치아들 중 광학 돋보기로 살펴보아 치아우식증이나 균열(crack)이 없는 치아 70개와 자연 우식이 존재하는 치아 100개를 선별하고, 스케일러로 치아 표면의 이물질을 제거한 후 실험 시작 전까지 0.
- 탈회에 따른 QLF-D 영상의 변화를 평가하기 위하여 인공 우식을 유발하기 위한 탈회 용액을 제조하였다. 24시간동안 90℃에서 중탕한 1 M의 젖산과 Carbopol 907(USA) 그리고 수산화인회석을 혼합하여 제조하였다.
데이터처리
- SPSS 통계프로그램을 이용하여 탈회 기간에 따른 병소 깊이의 변화에 대한 회귀 분석을 시행하였고, QLF-D 영상의 광밀도 값과 탈회 기간에 대한 상관관계를 평가하였다.
이론/모형
- 조기 진단은 이렇게 미세 통로가 형성되고 법랑질 표층하부의 무기질이 탈회되기 시작하는 시점의 상태를 진단하는 장비이다. 무기질이 빠져나간 법랑질은 빛의 불투과성으로 나타나게 되며, 이러한 불투과성을 진단하기 위해서 형광 빛을 이용한 방법이 de Josselin de Jong 등27)에 의해서 고안된 QLF이다.
성능/효과
- 1. 탈회 기간에 따른 편광 현미경 상의 병소 깊이와 QLF-D 영상의 광밀도 값 비율 간의 피어슨 상관 계수는 0.969였다(p<0.01).
- 2. 편광현미경에서 측정된 병소 깊이의 탈회 기간에 대한 회귀분석 결과 y = 8.67x - 1.16의 회귀 방정식이 산출되 었다(p<0.05).
- 13은 QLF-D 영상을 영상 분석 프로그램으로 측정하여 산출한 광밀도 비율에 대한 산포도와 회귀 분석 결과이다. 2일 경과 후부터 14일까지 광밀도 비율이 유의하게 증가하였으며, 회귀 분석 결과 y = 3.53x + 6.42의 회귀 방정식이 산출되었다. 산포도가 직선을 얼마나 잘 따르는지를 나타나는 r square값도 0.
- 12에 나타내었다. 2일경과 후부터 14일까지 탈회 깊이는 증가하였으며, 회귀 분석 결과 y = 8.67x - 1.16의 회귀 방정식이 산출되었다. 산포도가 직선을 얼마나 잘 따르는지를 나타나는 r square 값이 0.
- 3. QLF-D 영상에서 측정된 광도값 비율의 탈회 기간에 대한 회귀분석 결과 y = 3.53x + 6.42의 회귀 방정식이 산출되었다(p<0.05).
- Correlation 분석 결과 피어슨 상관계수가 0.969로 매우 높은 상관관계를 보여 주었다(p<0.01).
- 반면, QLFD 영상에서는 비교적 명확한 경계를 보여 주어 탈회의 범위를 인지할 수 있다. 동일 부위에 대한 편광 현미경 소견에서 병소 본체가 비교적 작은 것을 알 수 있었으며, 이는 QLF-D 영상에서 비교적 명암이 좀 더 대조적으로 표현되고 있는 것을 알 수 있다.
- 57 ㎛ 이었다. 병소 깊이는 탈회 기간이 증가할수록 증가함을 알 수 있었다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때, QLF-D 시스템은 법랑질에 형성된 초기 탈회 정도를 조기에 인식 할 수 있을 뿐만 아니라, 시간 경과에 따른 변화 양상을 감시할 수 있는 매우 유용한 장비이다. 법랑질 탈회 정도를 정량적으로 분석할 수 있는 소프트웨어가 개발된다면 임상에서 탈회 법랑질의 재광회 치료에 많은 도움을 줄 수 있을 것이라고 생각된다.
- 편광 현미경 소견에서 해당 부위의 탈회가 많이 진행 된 것이 관찰되며, 영상 분석 프로그램에서 측정된 병소 깊이는 120.64 ± 5.57 ㎛ 이었다.
- 편광 현미경 소견에서 해당 부위의 탈회가 많이 진행 된 것이 관찰되며, 영상 분석 프로그램에서 측정된 병소 깊이는 53.64 ± 3.18 ㎛ 이었다.
- 편광 현미경 소견에서 해당 부위의 탈회가 많이 진행 된 것이 관찰되며, 영상 분석 프로그램에서 측정된 병소 깊이는 71.73 ± 2.32 ㎛ 이었다.
- 편광 현미경 소견에서 해당 부위의 탈회가 많이 진행 된 것이 관찰되며, 영상 분석 프로그램에서 측정된 병소 깊이는 97.28 ± 3.58 ㎛ 이었다.
후속연구
- 이상의 결과를 종합해 볼 때, QLF-D 시스템은 법랑질에 형성된 초기 탈회 정도를 조기에 인식 할 수 있을 뿐만 아니라, 시간 경과에 따른 변화 양상을 감시할 수 있는 매우 유용한 장비이다. 법랑질 탈회 정도를 정량적으로 분석할 수 있는 소프트웨어가 개발된다면 임상에서 탈회 법랑질의 재광회 치료에 많은 도움을 줄 수 있을 것이라고 생각된다.
- 본 연구 결과 QLF-D 시스템의 실험실 활용 가능성을 타진하고자 하였으며, 촬영용 카메라의 표준화, 렌즈의 소형화, 촬영 및 분석용 소프트웨어의 개발이 시급하다. 추후 QLF-D 시스템의 다양한 실험실 활용 가능성을 평가하기 위한 법랑질의 재광화 관찰 등이 필요하다고 생각된다.
- Costa 등31)도 시진이 더 우수한 정확성을 보이며, 의심되는 경우에 laser fluorescence가 유용하다고 하였다. 저자도 laser fluorescence가 단독으로 사용될 수는 없다는데 의견을 같이하며, 오류를 최소화하기 위해서는 우식증진단 시 오염이나 수분에 영향을 쉽게 받을 수 있기 때문에 건조에 유의해야 하며, 다양한 각도에서 레이저 조사를 위해 회전시키면서 측정하는 한다면 교합면 우식 진단에 매우 유용할 것이라고 생각된다.
- 본 연구 결과 QLF-D 시스템의 실험실 활용 가능성을 타진하고자 하였으며, 촬영용 카메라의 표준화, 렌즈의 소형화, 촬영 및 분석용 소프트웨어의 개발이 시급하다. 추후 QLF-D 시스템의 다양한 실험실 활용 가능성을 평가하기 위한 법랑질의 재광화 관찰 등이 필요하다고 생각된다.
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