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문제 정의
- 10,16 또한 Park과 Lee11의 연구에서도 전산화 단층촬영을 이용하여 III급 환자와 정상교합자의 상하악기저골의 횡적인 관계를 평가하였으나 상하악골 사이의 관계를 밝히지는 못한 한계점이 있었다. 따라서 본 연구에서는 전산화 단층촬영영상과 3차원 좌표계를 이용하여 정상교합자의 기저골, 치열궁 형태를 파악하고, 이들의 상호관계를 알아보고자 하였으며, 향후 부정교합자의 교정진단 및 치료에서 기저골과 치열의 관계를 수립하는데 도움을 주고자 하였다.
제안 방법
- 치관의 중심점은 절치부에서는 절단연 중앙부위로 정하였고, 견치에서는 교두첨으로 정하였으며 소구치나 대구치는 치아의 가장 풍만한 부위인 인접면 접촉높이에서 협설과 근원심의 중심점으로 정하였다. 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 후 정확한 계측을 위하여 2차원의 수평면상에서 그 위치를 확인하였다 (Fig 3).
- Mimics 프로그램은 원래의 횡단상을 응용하여 종단상과 정면상 등 세 가지 상을 읽어내며, CT상에서 gray scale을 표현하는 수치인 HU (hounsfield unit)을 bone을 나타내는 수치인 226 - 3,071으로 맞추어 전체적인 골격을 불러들이는 작업을 시행하였다. 3차원 재구성 (3-dimensional surface rendering)은 각 픽셀단위를 연속적인 삼각형으로 이루어진 표면으로 형성시켜 이루어졌다.
- 3차원으로 재구성된 입체영상에서 기준점을 설정한 뒤 (Table 1) 상악 중절치 FA point의 중점을 원점으로 하는 3차원 좌표계를 설정하였다. 기준평면은 좌우 상악 제1대구치의 FA point와 #11, 21의 FA point의 중점을 연결하여 상악 교합평면(XY plane)을 설정하였고, 여기에 수직하고 ANS와 PNS를 지나는 평면을 정중구개평면(YZ plane)으로 설정하였다.
- 3차원으로 형성된 악골을 A point와 B point에서 상악 교합평면(XY plane)과 평행하게 수평적으로 절단하고, 상악중절치의 FA point중점, 상악견치, 상악 제1대구치의 FA point에서 정중구개평면(YZ plane)에 평행하게 절단하였다. 또한 #17과 #27의 경우에는 FA point에서 정중구개평면에 평행하게 절단하는 경우 제2대구치 부위의 기저골을 대표할 수 없었기 때문에, 상악 제2대구치의 FA point를 지나며 XY평면에 수직하도록 절단하여 상하악골의 후방한계점으로 설정하였다.
- 01, Materialise, Leuven, Belgium)을 이용하여 3차원 입체영상을 제작하였다. Mimics 프로그램은 원래의 횡단상을 응용하여 종단상과 정면상 등 세 가지 상을 읽어내며, CT상에서 gray scale을 표현하는 수치인 HU (hounsfield unit)을 bone을 나타내는 수치인 226 - 3,071으로 맞추어 전체적인 골격을 불러들이는 작업을 시행하였다. 3차원 재구성 (3-dimensional surface rendering)은 각 픽셀단위를 연속적인 삼각형으로 이루어진 표면으로 형성시켜 이루어졌다.
- 각 기준점을 3차원 좌표계로 나타냈으며, 상하악 기저골, 치열궁, 치관의 중심, 치근의 중심이 이루는 (X, Y)좌표를 이용하여 그래프를 제작하였다. 여기에는 Microsoft office Excel 2007 program을 이용하였으며, 각 점들과 가장 잘 맞는(best-fit) 다항함수로 계산하여 그래프를 제작하였다.
- 또한 #17과 #27의 경우에는 FA point에서 정중구개평면에 평행하게 절단하는 경우 제2대구치 부위의 기저골을 대표할 수 없었기 때문에, 상악 제2대구치의 FA point를 지나며 XY평면에 수직하도록 절단하여 상하악골의 후방한계점으로 설정하였다. 각 절단면들이 상ㆍ하악기저골의 골연과 만나는 7개의 계측점을 지정하여 기저골의 형태를 관찰하기로 하였다 (Fig 2).
- 3차원으로 재구성된 입체영상에서 기준점을 설정한 뒤 (Table 1) 상악 중절치 FA point의 중점을 원점으로 하는 3차원 좌표계를 설정하였다. 기준평면은 좌우 상악 제1대구치의 FA point와 #11, 21의 FA point의 중점을 연결하여 상악 교합평면(XY plane)을 설정하였고, 여기에 수직하고 ANS와 PNS를 지나는 평면을 정중구개평면(YZ plane)으로 설정하였다. 상악의 교합평면과 정중구개평면에 수직하며 #11, 21의 FA point의 중점을 지나는 평면을 전두평면(XZ plane)으로 설정하였다 (Fig 1).
- 본 연구에서는 브라켓이 위치하는 부위로서 이상적인 치열궁의 형태를 파악하기 위한 FA point를 사용하였다. 또한 각 치아의 실제의 치축을 계측하기 위해 각 치아마다 치관의 중심과 치근의 중심을 계측하였으며, 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 뒤 정확한 계측을 위해 횡단면, 종단면, 정면의 2차원 단면에서 그 위치를 확인하였다. 모든 계측치에서 좌우의 유의한 차이는 없었으며, 제2대구치 부위를 제외하고는 남녀에 있어서도 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 27-30 치열궁의 형태를 측정할 때 사용하는 기준점은 절단연, 교두정, 치아들의 접촉점, 치관 중심, FA point 등이 사용되고 있다. 본 연구에서는 브라켓이 위치하는 부위로서 이상적인 치열궁의 형태를 파악하기 위한 FA point를 사용하였다. 또한 각 치아의 실제의 치축을 계측하기 위해 각 치아마다 치관의 중심과 치근의 중심을 계측하였으며, 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 뒤 정확한 계측을 위해 횡단면, 종단면, 정면의 2차원 단면에서 그 위치를 확인하였다.
- A point와 B point는 기저골을 설명하는 대표적인 계측점으로서 측모 두부 방사선사진상에서 상하악골의 외형상 가장 concave하게 들어간 점을 의미하며 기저골의 형태를 나타내는 지표로서 사용되었다. 본 연구에서도 A point와 B point를 기준점으로 정하였으며 치근의 수직적 위치에 준하여 계측을 시행하였다. 하지만 1개의 평면을 기준으로 기저골의 전체를 평가할 수 없으며 각 치아의 치근의 길이가 모두 다르므로 개개 치아의 치근첨의 위치에 가장 근접한 평면을 기준평면으로 정하는 것이 합당하다고 생각되며, 상악의 교합평면을 기준으로 평행하게 절단하여 개개치아의 치근첨의 위치를 파악해본 결과 견치를 제외하고 3 mm 이내의 부위에 각 치아의 치근이 위치하였다.
- 상하악치열궁의 형태를 형성하기 위해 각 치아의 FA point에 계측점을 지정하였으며 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 뒤 정확한 계측을 위하여 횡단면, 종단면, 정면의 2차원 단면에서 그 위치를 확인하였다 (Fig 2).
- 연구 대상자를 눕혀 Frankfort horizontal plane (FH 평면)이 바닥에 수직이 되도록 한 뒤, 전산화 단층 촬영장치 Somatom Emotion 6 (Simens AG, Munich, Germany)을 이용하여 상하악골이 포함되도록 두개 악안면 부위의 촬영을 시행하였다. 촬영조건은 gantry의 각도 0도, 110 kV, 45 mA였으며, 1.
- 87초, 시야 (field of view)는 250 mm였다. 이후 1.25 mm의 slice thickness DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) 영상정보를 구성하였다.
- 전산화 단층촬영으로 얻은 DICOM 영상정보를 개인용 컴퓨터로 옮긴 후 3차원 영상프로그램 (Mimics 10.01, Materialise, Leuven, Belgium)을 이용하여 3차원 입체영상을 제작하였다. Mimics 프로그램은 원래의 횡단상을 응용하여 종단상과 정면상 등 세 가지 상을 읽어내며, CT상에서 gray scale을 표현하는 수치인 HU (hounsfield unit)을 bone을 나타내는 수치인 226 - 3,071으로 맞추어 전체적인 골격을 불러들이는 작업을 시행하였다.
- 정상교합자 27명을 대상으로 두개골의 전산화 단층촬영을 시행한 후 상하악기저골과 치열을 횡적, 수직적, 전후방적으로 비교분석하였다. 상하악기저골의 형태를 비교해 본 결과 A point, B point 부위와 양측 제1대구치 부위의 X, Y 좌표에서 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 치관의 중심점은 절치부에서는 절단연 중앙부위로 정하였고, 견치에서는 교두첨으로 정하였으며 소구치나 대구치는 치아의 가장 풍만한 부위인 인접면 접촉높이에서 협설과 근원심의 중심점으로 정하였다. 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 후 정확한 계측을 위하여 2차원의 수평면상에서 그 위치를 확인하였다 (Fig 3).
대상 데이터
- 본 연구는 교정치료나 교합에 영향을 줄 수 있는 보철치료의 병력이 없고 다음의 조건을 만족하는 피실험자를 모집하였으며, 27명(남 15명, 여 12명)을 대상으로 시행하였다.
- 기준평면은 좌우 상악 제1대구치의 FA point와 #11, 21의 FA point의 중점을 연결하여 상악 교합평면(XY plane)을 설정하였고, 여기에 수직하고 ANS와 PNS를 지나는 평면을 정중구개평면(YZ plane)으로 설정하였다. 상악의 교합평면과 정중구개평면에 수직하며 #11, 21의 FA point의 중점을 지나는 평면을 전두평면(XZ plane)으로 설정하였다 (Fig 1). 실험 대상의 좌측, 후방, 상방이 X축, Y축, Z축의 양의 값을 나타낸다.
- 연구 대상자를 눕혀 Frankfort horizontal plane (FH 평면)이 바닥에 수직이 되도록 한 뒤, 전산화 단층 촬영장치 Somatom Emotion 6 (Simens AG, Munich, Germany)을 이용하여 상하악골이 포함되도록 두개 악안면 부위의 촬영을 시행하였다. 촬영조건은 gantry의 각도 0도, 110 kV, 45 mA였으며, 1.25 mm thickness, slice pitch 1, scanning time 30.87초, 시야 (field of view)는 250 mm였다. 이후 1.
데이터처리
- 단일 계측자에 의한 오류를 검정하기 위해 5명을 무작위로 선별하여 1주일 후 재측정하여 계통오차와 계측 오차를 측정하였고, paired t-test결과 2번의 계측 사이에 유의한 차이가 없었으며, Dahlberg's formula로 계산한 평균 오차는 0.77 mm였다.
- 좌우의 차이에 대한 유의성을 검증하기 위해 paired t-test, 남녀의 유의성을 검증하기 위해 Mann-Whitney U test를 시행하였다. 또한 상악교합평면에 대한 상악과 하악의 기저골의 관계를 비교하기 위하여 기저골의 골연과 절단면이 만나는 점에서 상하악의 y좌표를 비교하기 위한 paired t-test를 시행하였다.
- 각 기준점을 3차원 좌표계로 나타냈으며, 상하악 기저골, 치열궁, 치관의 중심, 치근의 중심이 이루는 (X, Y)좌표를 이용하여 그래프를 제작하였다. 여기에는 Microsoft office Excel 2007 program을 이용하였으며, 각 점들과 가장 잘 맞는(best-fit) 다항함수로 계산하여 그래프를 제작하였다.
- 연구와 계측의 신뢰성을 위해 오차분석을 시행하였다. 단일 계측자에 의한 오류를 검정하기 위해 5명을 무작위로 선별하여 1주일 후 재측정하여 계통오차와 계측 오차를 측정하였고, paired t-test결과 2번의 계측 사이에 유의한 차이가 없었으며, Dahlberg's formula로 계산한 평균 오차는 0.
- , Chicago, IL, USA)을 이용하였다. 좌우의 차이에 대한 유의성을 검증하기 위해 paired t-test, 남녀의 유의성을 검증하기 위해 Mann-Whitney U test를 시행하였다. 또한 상악교합평면에 대한 상악과 하악의 기저골의 관계를 비교하기 위하여 기저골의 골연과 절단면이 만나는 점에서 상하악의 y좌표를 비교하기 위한 paired t-test를 시행하였다.
성능/효과
- 또한 각 치아의 실제의 치축을 계측하기 위해 각 치아마다 치관의 중심과 치근의 중심을 계측하였으며, 3차원 입체영상에서 계측점을 지정한 뒤 정확한 계측을 위해 횡단면, 종단면, 정면의 2차원 단면에서 그 위치를 확인하였다. 모든 계측치에서 좌우의 유의한 차이는 없었으며, 제2대구치 부위를 제외하고는 남녀에 있어서도 유의한 차이가 나타나지 않았다.
- 상악의 기저골과 상악치아의 치근의 중심점과 치관의 중심점을 중첩해보면 제1소구치 부위에서 세 구조물의 형태가 가장 근접하며 전치부에서는 치아들의 순측 경사로 치관의 중심점이 상악의 기저골보다 순협측에 위치하고, 치근의 중심점은 상악의 기저골의 외형에 준하여 구개측에 위치하는 것이 관찰되었다. 하악의 기저골과 하악치아의 치근의 중심점과 치관의 중심점을 중첩해보면 구치부위에서는 하악기저골에 대해 내측으로 치아가 위치하였고, 전치부위에서는 치아들의 순측 경사로 치관의 중심점의 하악의 기저골보다 순협측에 존재하였다.
- 정상교합자 27명을 대상으로 두개골의 전산화 단층촬영을 시행한 후 상하악기저골과 치열을 횡적, 수직적, 전후방적으로 비교분석하였다. 상하악기저골의 형태를 비교해 본 결과 A point, B point 부위와 양측 제1대구치 부위의 X, Y 좌표에서 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 또한 상하악의 치열궁은 기저골악궁에 비해 전치부에서 순측으로 위치하며 상악은 대구치부위에서, 하악은 소구치 부위에서 협설측이 교차된다.
- 상하악의 기저골의 형태 분석에서는, XY 평면을 기준으로 볼 때 A point와 B point에서의 Y좌표는 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았고, 마찬가지로 좌우 제1대구치 부위에서도 상ㆍ하악의 기저골의 Y좌표에서 유의한 차이가 없었다 (Table 4). 상하악기저골의 형태를 중첩하였을 때, 상악기저골의 형태는 견치부위에서 concave하며 하악기저골에 의해 둘러싸여 있었다.
- 이번 연구에서는 정상 교합자들의 치열궁과 기저골의 관계를 횡적으로 파악하였으며, 상하악의 기저골이 A point와 B point, 좌우 제1대구치부위에서 교차하는 형태를 보이는 것을 알 수 있었으며, 이것이 안정적인 상하악관계와 관련 있다고 생각된다. 하지만 이번 연구는 상하악의 기저골을 중첩하여 수평적이고 횡적인 관계는 파악할 수 있었으나 수직적인 관계는 파악하지 못했다는 한계점이 있다.
- 또한 제1대구치의 전방부위에서 형태가 교차되어 역전되는 양상을 보였다. 하악에서의 기저골과 치열궁을 비교하였을 때에는 상악보다 형태가 교차되는 부위가 전방에 위치하며 대구치로 갈수록 기저골의 형태가 넓어지는 양상을 보였다 (Fig 6).
후속연구
- 추후 비대칭이나 심한 악골 부조화를 갖는 대상에 대하여 추가적인 비교 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한 전치부에 crowding이 있거나 두개저에 대해 교합평면의 경사(pitching), 회전(rolling), 편주(yawing)가 있는 경우에도 폭넓게 적용할 수 있는 방법이 고안되어야 할 것이다.
- 하지만 이런 방법을 통해, 상하악골이 부적절한 관계를 가지거나 치성 보상이 심한 환자에 있어서 기저골과 치아의 관계에 대해 3차원적인 진단정보를 얻을 수 있을 것으로 보인다. 추후 비대칭이나 심한 악골 부조화를 갖는 대상에 대하여 추가적인 비교 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한 전치부에 crowding이 있거나 두개저에 대해 교합평면의 경사(pitching), 회전(rolling), 편주(yawing)가 있는 경우에도 폭넓게 적용할 수 있는 방법이 고안되어야 할 것이다.
- 이번 연구에서는 정상 교합자들의 치열궁과 기저골의 관계를 횡적으로 파악하였으며, 상하악의 기저골이 A point와 B point, 좌우 제1대구치부위에서 교차하는 형태를 보이는 것을 알 수 있었으며, 이것이 안정적인 상하악관계와 관련 있다고 생각된다. 하지만 이번 연구는 상하악의 기저골을 중첩하여 수평적이고 횡적인 관계는 파악할 수 있었으나 수직적인 관계는 파악하지 못했다는 한계점이 있다. 하지만 이런 방법을 통해, 상하악골이 부적절한 관계를 가지거나 치성 보상이 심한 환자에 있어서 기저골과 치아의 관계에 대해 3차원적인 진단정보를 얻을 수 있을 것으로 보인다.
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