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문제 정의
- 교정치료의 목적은 치아와 악골을 포함한 경조직 관계의 개선을 통하여 기능과 심미성을 회복하고 치료 결과를 유지하는 것이다. 궁극적으로 안모는 연조직을 통하여 표현되므로 교정의와 환자는 교정치료 전후의 입술과 입술 주위 연조직의 변화에 큰 관심을 갖게 된다.
- 이에 본 연구에서는 성인 환자의 포괄적 교정치료를 위하여 상, 하악 치아의 순면에 브라켓을 접착한 환자를 대상으로, 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전후 입술 및 입술 주위 연조직 변화를 분석하였다.
- 하지만 브라켓 접착에 의한 입술과 주위 연조직의 변화에 대한 연구가 거의 없는 실정이므로 교정의는 주관적인 견해를 피력하고 있다고 생각한다. 따라서 브라켓의 접착에 의한 입술 및 입술 주위 연조직의 변화에 대한 객관적인 자료를 얻기 위하여 본 연구가 진행되었다.
- 본 연구는 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직의 변화를 알아보기 위한 것이다. 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전과 후의 3차원 입체모델을 형성하고 이를 중첩하여 연조직 변화량을 측정하였다.
제안 방법
- 숙련된 교정의가 임상 치관 장축의 중점을 기준으로 전체 치열과 개개의 치아 상태를 고려하여 브라켓의 접착을 시행하였다. 사용된 브라켓의 종류는 metal (MicroArch, Tomy Inc.
- Rapidform 2006 프로그램상의 ‘Face analyzer’15를 이용하여 20개의 안면 연조직 계측점을 지정하고, soft tissue nasion을 원점으로 하는 기준축 상에서 3차원 입체 모델을 형성하였다 (Fig 3).
- Nasal ala (Rt)와 양측 tragus를 지나는 평면(Camper’s plane)을 설정한 후, 좌우측 tragus를 연결한 축을 중심으로 Camper’s plane을 7.5o 상방 회전한 평면(진성수평면)을 평행 이동하여 soft tissue nasion과 만나는 평면을 체축기준평면(axial reference plane)으로 지정하였다.
- 3차원 레이저 스캔은 Vivid 900 (Konica Minolta Sensing, Inc., Osaka, Japan) laser scanner를 이용하였으며, 연구대상자는 중심위 상태에서 입술을 자연스럽게 이완한 상태로 브라켓의 접착 직전과 브라켓의 접착 직후에 스캔 촬영을 시행하였다 (Fig 2). 연구대상자들에게 촬영 당일 안면에 부종을 일으킬 수 있는 야식과 음주 등을 피하고 짙은 화장을 하지말 것을 촬영 전에 주지시켰다.
- 3차원 레이저 스캔 촬영은 연구대상자를 촬영장 내에서 가볍게 걷게한 후, 선 자세로 거울을 정면에서 보고 거울 속 자신의 눈동자를 응시하도록 하여 자연스러운 두부 자세(natural head position)를 정하고, 두부에 착용한 플라스틱 헤어 밴드의 두부정과 측방에 2개의 알코올 수준기를 부착하여 좌우와 전후방 기울기를 각각 기록하고 두부 자세를 재현하였다. 연구대상자를 회전의자에 앉히고 정면과 오른쪽 45도 측방, 왼쪽 45도 측방의 세 방향에서 스캔 촬영을 시행하여 안면부의 3차원 영상을 얻었다.
- 3차원 레이저 스캔 촬영은 연구대상자를 촬영장 내에서 가볍게 걷게한 후, 선 자세로 거울을 정면에서 보고 거울 속 자신의 눈동자를 응시하도록 하여 자연스러운 두부 자세(natural head position)를 정하고, 두부에 착용한 플라스틱 헤어 밴드의 두부정과 측방에 2개의 알코올 수준기를 부착하여 좌우와 전후방 기울기를 각각 기록하고 두부 자세를 재현하였다. 연구대상자를 회전의자에 앉히고 정면과 오른쪽 45도 측방, 왼쪽 45도 측방의 세 방향에서 스캔 촬영을 시행하여 안면부의 3차원 영상을 얻었다.14
- 5o 상방 회전한 평면(진성수평면)을 평행 이동하여 soft tissue nasion과 만나는 평면을 체축기준평면(axial reference plane)으로 지정하였다.14 체축기준평면에 수직이면서 soft tissue nasion과 좌우 tragus의 중점을 지나는 평면을 시상기준평면(sagittal reference plane)으로, 체축기준 평면과 시상기준평면에 수직이면서 soft tissue nasion을 지나는 평면을 관상기준평면(coronal reference plane)으로 지정하였다.
- Soft tissue nasion을 원점(0, 0, 0)으로 할 때, 브라켓의 접착 전후 입술 및 입술 주위 연조직 계측점의 3차원 좌표 변화 즉, X축(좌우 방향), Y축(상하 방향), Z축(전후 방향)에서의 변화량과 각 계측점의 3차원 변화량(distance: 동일 계측점 간의 변화에 대한 최단 거리)을 구하였다 (Table 3). 모든 계측점 중 Sn, ULP (Rt, Lt), Ls, Ls Rt, Ls Lt, Ch (Rt, Lt), Stm, Li, Li Rt, Li Lt, B'에서 유의성 있는 변화가 나타났다.
- 하지만 Burstone19은 치료 전후 입술의 변화량 비교에서 입술의 긴장도가 상당한 영향을 미칠 수 있다고 하였으며, Hillesund 등20은 입술의 긴장도가 치료 전 후 변화량을 상쇄시킬 수도 있으므로 입술을 가볍게 접촉시켜 촬영하는 것보다 자연스럽게 이완시켜 촬영하는 것이 더욱 유리하다고 하였다. 또한 중심 교합에서는 입술의 긴장도에 차이를 보일 수 있으므로 본 연구에서는 중심위 상태에서 입술을 자연스럽게 이완시켜서 레이저 스캔을 촬영하였다.
- 단지 5개의 점이 일치하도록 하는 방법은 기준점 지정시의 작은 오차도 중첩 후에는 커다란 오차로 나타나게 할 수 있을 뿐만 아니라, exocanthion과 endocanthion이 거의 일직선상에 위치하므로 3차원 좌표 상에서 적절한 기준점으로서의 역할을 하지 못하고, 이마의 넓은 면적을 기준으로 중첩하였을 경우, 동양인의 넓고 편평한 이마가 마치 널판지 같은 평면으로 인지되므로 전후 영상이 좌우측으로 미끄러지는(shift) 문제가 발생하기 때문에 Baik과 Kim15은 악교정 수술 환자의 중첩 시 위의 5개의 점과 이마의 넓은 면을 중첩하였다. 본 연구에서도 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직 분석을 위한 중첩 시 좌우측 exocanthion, 좌우측 endocanthion, soft tissue nasion 등 5개의 점과 이마의 넓은 면을 이용하였다. 브라켓의 접착 전후 영상의 중첩 시 위의 기준점 5개의 위치를 임의로 지정하는 초기중첩(initial register)을 시행하면 일차적으로 이 점들을 중심으로 두 영상이 근접한 위치로 정렬된다.
- 본 연구는 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직의 변화를 알아보기 위한 것이다. 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전과 후의 3차원 입체모델을 형성하고 이를 중첩하여 연조직 변화량을 측정하였다. 이러한 분석을 통하여 브라켓의 접착 시 입술 및 주위 연조직의 변화를 예측하는데 참고가 될 것이다.
- 심한 골격적 부조화가 존재하지 않는 18세 이상 29세 미만의 성인 환자 중 포괄적 교정치료를 위하여 상, 하악 치아의 순측에 브라켓을 접착한 45명을 대상으로 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 직전과 직후의 3차원 입체 영상을 획득하고 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직의 변화를 3차원 좌표계 상에서 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
대상 데이터
- 연세대학교 치과대학 부속 병원 교정과에 내원한 18세 이상, 29세 미만의 환자 중 포괄적 교정치료를 위하여 상, 하악 치아의 순면에 브라켓을 접착한 환자 중에서 구순구개열 및 기타 두개안면증후군의 증상이 없으며 안면비대칭 등 심한 골격적 부조화가 존재하지 않는 자(ANB: 0.3 - 4.2o)를 대상으로 하였다. 또한 lip incompetency가 크거나 전치부 반대 교합이 있는 환자는 연구대상에서 제외하였다.
- 또한 lip incompetency가 크거나 전치부 반대 교합이 있는 환자는 연구대상에서 제외하였다. 연구대상은 총 45명(남자 19명, 여자 26명)으로 치료 시작 평균 나이는 21.6세(18.7 - 29.5세)이며 주요 측모 두부방사선사진 및 치아모형 계측치는 Table 1과 같다.
- 숙련된 교정의가 임상 치관 장축의 중점을 기준으로 전체 치열과 개개의 치아 상태를 고려하여 브라켓의 접착을 시행하였다. 사용된 브라켓의 종류는 metal (MicroArch, Tomy Inc., Tokyo, Japan), ceramic (Crystaline MB, Tomy Inc., Tokyo, Japan), Damon 3 (Ormco, CA, USA), SPEED System (TM) (Strite industries Ltd., Ontario, Canada)였으며 각 브라켓의 종류에 따른 두께(height) 및 폭(width)은 Table 2와 같다 (Fig 1).
- 본 연구에 사용된 Minolta VIVID 900 레이저 스캐너는 Baik 등13에 의해 X축, Y축, Z축의 평균 오차가 0.16 mm, 0.15 mm, 0.15 mm이고 확대율이 0.66%로서 수용 가능한 정확도를 가지고 있음이 보고된 바 있다.
- 본 연구에서 사용한 브라켓의 종류는 총 네 종류 (MicroArch, Crystaline MB, Damon 3, SPEED System (TM))이다. 3차원 변화량에서 유의성을 보인 계측점 중에서 Ls Rt를 제외한 나머지 계측점에서 두께가 가장 얇은 metal 브라켓에 의한 연조직 변화율이 가장 크게 나타났고, Sn, Ls Lt, Li Rt, Li Lt, B’를 제외한 나머지 계측점에서 두께가 가장 두꺼운 Damon 3에 의한 연조직 변화율이 가장 작게 나타났다 (Tables 2 and 4).
데이터처리
- 한 명의 술자가 각 환자의 연조직 계측점 20개를 2주 간격으로 2회에 걸쳐 지정하였으며, 각 계측점들은 (x, y, z)의 3차원 좌표로 표현되고 이는 Microsoft Excel 프로그램으로 송출된다.
- 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직 계측점의 변화율(distance/bracket height × 100 (%))을 브라켓의 종류에 따라 그룹을 나누어 Kruskal-Wallis test로 유의성을 검정하였다.
- , NC, USA)을 이용하여 통계 처리하였다. Paired t-test를 이용하여 조사자 내 오차와 브라켓의 접착 전후 3차원 입체 영상에서 입술 및 주위 연조직 계측점의 X, Y, Z축 좌표의 변화량과 3차원 변화량(distance: 동일 계측점 간의 변화에 대한 최단 거리)을 구하고 브라켓의 접착 전후 차이에 대한 유의성을 검정하였다. 브라켓의 접착 전후 입술 및 주위 연조직 계측점의 변화율(distance/bracket height × 100 (%))을 브라켓의 종류에 따라 그룹을 나누어 Kruskal-Wallis test로 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- Rapidform 2006 프로그램을 이용하여 브라켓의 접착 전후 영상간의 편차(deviation)를 color map으로 나타낼 수 있다. Shell-to-shell deviation color map은두 면(surface) 간의 편차(deviation)를 색깔로 표현하기 때문에 관찰자는 브라켓의 접착 전후 연조직의 변화 정도와 부위를 한눈에 알 수 있다.
성능/효과
- 모든 계측점 중 Sn, ULP (Rt, Lt), Ls, Ls Rt, Ls Lt, Ch (Rt, Lt), Stm, Li, Li Rt, Li Lt, B'에서 유의성 있는 변화가 나타났다.
- 임의로 10 sample을 선정하여 브라켓의 접착 전과 후의 계측점 선정과 계측항목의 계측치를 2주 간격으로 재측정하였을 때, paired t-test를 시행한 결과 유의한 차이가 없었다 (p ＜ 0.05).
- 3차원 변화량에서 유의성을 보인 모든 계측점에서 전방 변화량(Z축 변화량)이 가장 크게 나타났으며 (p ＜ 0.05, p ＜ 0.01), 측면 계측점들(Ls Rt, Ch (Rt, Lt), Li Rt, Li Lt)에서는 측방으로(X축 변화량)유의성이 나타났다 (p ＜ 0.05). 또한 상순의 계측점들(ULP (Rt, Lt), Ls, Ls Rt, Ls Lt)은 상방으로(Y축 변화량), 하순의 계측점들(Li, Li Rt)과 B'은 하방으로(Y축 변화량) 유의성 있는 변화가 나타났다 (p ＜0.
- Signed color map type은 브라켓의 접착 후 전방 이동한 부위와 후방 이동한 부위를 각각 다른 색으로 표현하며 점을 지정하여 그 점에서의 이동 량도 측정이 가능하다. 본 연구에서는 전방으로 이동량이 많을수록 붉게, 후방으로 이동량이 많을수록 푸르게 표현되었다. 또한 absolute color map type은 변화량의 절대값을 색으로 표현한다.
- 3차원 변화량에서 유의성을 보인 계측점 중에서 Ls Rt를 제외한 나머지 계측점에서 두께가 가장 얇은 metal 브라켓에 의한 연조직 변화율이 가장 크게 나타났고, Sn, Ls Lt, Li Rt, Li Lt, B’를 제외한 나머지 계측점에서 두께가 가장 두꺼운 Damon 3에 의한 연조직 변화율이 가장 작게 나타났다 (Tables 2 and 4).
- 3. Ch (Rt, Lt)와 Stm에서 1.17 mm, 1.16 mm, 1.02 mm (p ＜ 0.01), Sn와 B'에서 0.46 mm, 0.63 mm (p ＜ 0.01, p ＜ 0.05)의 변화가 나타났다.
- 변화된 계측점의 방향성을 살펴보면, 3차원 변화 량(distance)에서 유의성을 보인 모든 계측점에서 전방 변화량(Z축 변화량)이 가장 크게 나타났으며, 측면 계측점들(Ls Rt, Ch (Rt, Lt), Li Rt, Li Lt)에서는 측방으로(X축 변화량) 유의성이 나타났다 (Table 3). 측면 계측점의 변화가 생긴 것은 상, 하악 측방치군에 의한 협측 지지(support)가 전방뿐 아니라 측방으로도 힘을 가하기 때문으로 생각된다.
- 1. 3차원 변화량(distance: 동일 계측점 간의 변화에 대한 최단 거리)에서 유의성을 보인 모든 계측점에서 전방 변화량(Z축 변화량)이 가장 크게 나타났으며, 측면 계측점들은 측방 변화량(X축 변화량)에서 유의성이 나타났다. 또한 상순의 계측점들은 상방으로(Y축 변화량), 하순의 계측점들과 B'는 하방으로(Y축 변화량) 유의성 있는 변화가 나타났다.
- 2. 하순의 Li에서 1.39 mm로 가장 큰 변화가 나타났고 (p ＜ 0.01), Li Rt, Li Lt에서 1.15 mm, 1.09 mm의 변화가 나타났다 (p ＜ 0.01). 상순의 ULP(Rt, Lt), Ls, Ls Rt, Ls Lt에서 0.
후속연구
- 레이저 스캐너를 이용하여 브라켓의 접착 전과 후의 3차원 입체모델을 형성하고 이를 중첩하여 연조직 변화량을 측정하였다. 이러한 분석을 통하여 브라켓의 접착 시 입술 및 주위 연조직의 변화를 예측하는데 참고가 될 것이다. 입술의 변화량이 작아 임상적으로 환자들이 인지하지 못할 수도 있지만, 일부 환자들은 브라켓에 의한 입술 돌출 변화에 민감하기 때문에 환자의 상담 및 치료 계획 수립 시 교정의는 입술 돌출의 영향에 대한 객관적인 자료를 제시할 필요가 있다.
- 특히 경조직과 달리 연조직 변화의 예측은 연조직의 두께나 탄력성, 부종, 근육 긴장도 등의 다양성 때문에 모든 환자에게 일괄적으로 적용하기는 어렵다. 또한 레이저 스캐닝 시 환자의 호흡이나 표정, 움직임, 자세도 변수가 될 수 있으므로 촬영 전 환자의 교육을 통하여 오차를 최소화해야 할 것이다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 브라켓 접착 시 연조직 변화에 기여하는 다양한 요소(성별, 나이, 입술의 두께, 입술의 curling, 입술의 길이, 골격의 전후방적ㆍ 수직적 차이, 전치 각도, 총생 등)를 고려한 연구가 필요하리라 생각된다.
- 또한 레이저 스캐닝 시 환자의 호흡이나 표정, 움직임, 자세도 변수가 될 수 있으므로 촬영 전 환자의 교육을 통하여 오차를 최소화해야 할 것이다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 브라켓 접착 시 연조직 변화에 기여하는 다양한 요소(성별, 나이, 입술의 두께, 입술의 curling, 입술의 길이, 골격의 전후방적ㆍ 수직적 차이, 전치 각도, 총생 등)를 고려한 연구가 필요하리라 생각된다.
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