[논문]치아 임플란트 재료에 따른 자기공명영상의 SNR 비교

김동현; 고성진; 예수영

초록
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치아 임플란트는 구강 내에 위치하여 목, 뇌 기저부와 안면부 MR 영상에 영향을 미친다. MR 검사에 사용되어지는 자장의 비균일성은 주로 주파수 부호화 방향으로 신호강도의 변화 및 기하학적인 왜곡으로 인공물을 발생시킨다. 본 연구는 치아 임플란트에 의한 왜곡 정도를 자기공명영상의 신호대 잡음비(singal to noise ratio:SNR)를 평가하여 임플란트 영향 정도를 확인하고자 하였다. 이를 위하여 인체와 유사하게 지방, 근육, 물로 구성된 돼지고기 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정하고, 실험을 위해 제작한 고정형 물 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정하여 치아 임플란트 재료 종류에 따른 신호대 잡음비의 크기를 비교 분석하였다. 돼지고기 팬텀의 Brushite, HSA, Metal, RBM 은 T1 SE에서 2.76, 2.22, 1.88, 1.57 이었고, T2 FLAIR에서 1.88, 1.78, 1.65, 1.79, T2 FSE에서 2.28, 2.25, 2.88, 2.05 T2 GRE에서 2.74, 1.94, 1.67, 1.48의 신호대 잡음비가 측정되었다. 고정형 물 팬텀의 Brushite, HSA, Metal, RBM 은 T1 SE에서 1.93, 1.87, 1.93, 2.06, T2 FLAIR에서 1.83, 1.76, 1.82, 1.92 T2 FSE에서 1.85, 1.79, 7.86, 1.97 T2 GRE는 1.97, 1.93, 1.99, 2.06의 신호대 잡음비가 측정되었다. 이러한 결과를 고려해 볼 때, 치아 임플란트의 재료를 선택할 경우 환자와 치과 의사는 치아의 수복이 주된 목적이지만 여러 분야의 검사에 미치는 영향도 고려해야한다. 또한 환자의 치아 임플란트 재료에 따라 검사 프로토콜을 선택하는데 이 연구 결과가 기초자료로 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Tooth implant is located in oral cavity and affects neck, skull base, and facail image. These magnetic inhomogeneities are usually frequency encoding direction which cause artifacts due to change of signal strength and geometric distortion. First, to evaluate signal to noise ratio (SNR) of magnetic ...

Tooth implant is located in oral cavity and affects neck, skull base, and facail image. These magnetic inhomogeneities are usually frequency encoding direction which cause artifacts due to change of signal strength and geometric distortion. First, to evaluate signal to noise ratio (SNR) of magnetic resonance image caused by tooth implant this study uses meat phantom which is similar to human body and is consisted with fat, muscle, and water to measure signal to noise ratio. Second, signal to noise ratio by using custom-made fixed phantom is measured, and then signal to noise ratio size of different tooth implant types is compared and analyzed. The measured signal to noise ratio values of Brushite, HSA, Metal, and RBM for meat phantom were 2.76, 2.22, 1.88, and 1.57 on T1 SE, 1.88, 1.78, 1.65, and 1.79 on T2 FLAIR, 2.28, 2.25, 2.88, and 2.05 on T2 FSE, and 2.74, 1.94, 1.67, and 1.48 on T2 GRE. The measured signal to noise ratio values of Brushite, HSA, Metal, and RBM for fixed water phantom were 1.2, 1.06, 1.12, and 1.22 on DWI, 1.93, 1.87, 1.93, and 2.06 T1 SE, 1.83, 1.76, 1.82, and 1.92 on T2 FLAIR, 1.85, 1.79, 7.86, and 1.97 on T2 FSE, and 1.97, 1.93, 1.99, and 2.06 on T2 GRE. By considering through the results, patients and dentists need to consider some impacts from testing many aspects although their main purpose of having tooth implants is a dental restoration. Moreover, depending on the tooth implant characteristics of individual patients this study results can be used as baseline data when choosing test protocol.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 치아수복 장치인 치아 임플란트로 인한 자기공명영상의 신호대 잡음비를 평가하기위하여, 첫 번째로 인체와 유사하게 지방, 근육, 물로 구성된 돼지고기 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정한다. 그리고 두 번째로 자체 제작한 고정형 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정하여 치아 임플란트 종류에 따른 신호대 잡음비의 크기를 비교 분석한다.

제안 방법

본 연구는 치아수복 장치인 치아 임플란트로 인한 자기공명영상의 신호대 잡음비를 평가하기위하여, 첫 번째로 인체와 유사하게 지방, 근육, 물로 구성된 돼지고기 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정한다. 그리고 두 번째로 자체 제작한 고정형 팬텀을 이용하여 신호대 잡음비를 측정하여 치아 임플란트 종류에 따른 신호대 잡음비의 크기를 비교 분석한다.
본 연구는 치아수복 장치인 치아 임플란트를 Metal, RBM, HSA, Brushite 가공 방법 별로 자기공명영상의 신호대 잡음비를 평가하였다. 자기공명 영상 촬영 방법는 돼지고기 팬텀 고정형 물 팬텀을 이용하여 T1 SE, T2 FLAIR, T2 FSE, T2 GRE을 사용하였다.
본 연구에서는 돼지고기 팬텀과 고정형 물팬텀을 제작하여 코팅 방식이 다른 Metal, RBM, HSA, Brushite의 치아 임플란트를 삽입하여 자기공명영상을 촬영하였다. 획득된 영상을 분석하기 위하여 Image J 프로그램을 사용하여 신호대 잡음비를 계산하였다[9].
본 연구는 치아수복 장치인 치아 임플란트를 Metal, RBM, HSA, Brushite 가공 방법 별로 자기공명영상의 신호대 잡음비를 평가하였다. 자기공명 영상 촬영 방법는 돼지고기 팬텀 고정형 물 팬텀을 이용하여 T1 SE, T2 FLAIR, T2 FSE, T2 GRE을 사용하였다.
MR 영상은 인체를 전자석 속에 들어가게 한 후 비전리방사선인 라디오 고주파를 발생시켜 인체에 풍부한 물분자의 수소원자핵을 공명시켜 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 영상화하여 진단에 이용한다. 자기공명영상 촬영 기법 중 T1 SE(Spin Echo), T2 FLAIR(Fluid Attenuated Inversion Recovery), T2 FSE(Fast Spin Echo), T2 GRE(Gradient Recalled Echo)를 이용하여 치아 임플란트 종류에 따라 촬영을 실시하였다.
자기공명영상기기를 이용하여 코팅 방법이 서로 다른 4가지 치아 임플란트를 이용하여 T1 SE, T2 FLAIR, T2FSE, T2 GRE 각각의 검사 촬영 방법에 따른 치아 임플란트의 신호대 잡음비을 측정하였다. 첫 번째 방법은 인체와 유사조직으로 구성된 돼지고기 팬텀을 이용하여 관심영역인 ROI의 평균값과 배경 영역의 ROI의 표준편차 값을 구하여 신호대 잡음비를 측정하였다.

대상 데이터

돼지고기 팬텀은 인체와 유사한 근육, 지방, 물로 구성된 팬텀으로 그림 4(a)와 같이 제작 하였다. 고정형 물 팬텀은 그림 4(b)와 같이 물을 주체로 하여 구성된 물질로써 지름 15cm, 높이 12cm의 원통형으로 치아 임플란트를 고정 할 수 있는 팬텀으로 제작하였다.
치아 임플란트는 그림 5와 같이 코팅 방식이 서로 다른 Metal, RBM, HSA, Brushite를 사용하고 크기는 ɸ4.5*8mm로 모두 같은 크기의 치아 임플란트를 사용하였다.

데이터처리

신호대 잡음비는 노이즈 신호 대비 관심영역(Region of Interest : ROI)의 신호의 세기를 측정하여 영상을 평가하는 방법 중 하나이다. 신호대 잡음비를 계산하기 위하여 미국 국립보건원에서 제공하는 영상 감약 분석 프로그램 Image J를 이용하여 그림 6과 같이 관심영역의 평균값과 배경의 표준편차를 이용하여 계산하였다[10][11].

이론/모형

본 연구에 사용된 MRI 장비는 GE사의 Signa EXCITE Echo Speed를 사용하였다.

성능/효과

자기공명영상 시쿼스 T1 SE에서는 돼지고기 팬텀의 신호대 잡음비 값이 높게 나타나 영상의 질이 높음을 확인할 수 있었다. T2 FLAIR에서는 돼지고기 팬텀의 Brushite와 고정형 물 팬텀의 RBM에서 높은 신호대 잡음비값을 나타내었다.
이상의 결과를 종합해 볼때 치아 임플란트를 선택할 때 환자와 치과 의사는 치아의 수복이 주된 목적이지만 자기공명영상검사와 같은 여러 분야의 검사에 미치는 영향도 고려하여야 한다. 자기공명영상기기를 담당하는 방사선사는 치아 임플란트가 식립된 검사를 진행할 경우, 머리와 목 부위의 임플란트의 영향을 고려해야 할 것이다. 이에 본 연구가 임플란트가 식립된 환자의 자기공명영상 검사 및 영상 판독에 활용되기를 기대한다.

후속연구

이상의 결과를 종합해 볼때 치아 임플란트를 선택할 때 환자와 치과 의사는 치아의 수복이 주된 목적이지만 자기공명영상검사와 같은 여러 분야의 검사에 미치는 영향도 고려하여야 한다. 자기공명영상기기를 담당하는 방사선사는 치아 임플란트가 식립된 검사를 진행할 경우, 머리와 목 부위의 임플란트의 영향을 고려해야 할 것이다.
자기공명영상기기를 담당하는 방사선사는 치아 임플란트가 식립된 검사를 진행할 경우, 머리와 목 부위의 임플란트의 영향을 고려해야 할 것이다. 이에 본 연구가 임플란트가 식립된 환자의 자기공명영상 검사 및 영상 판독에 활용되기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	체내에 삽입된 금속이 자기공명영상 획득 시 정확한 영상의 정보를 얻는데 방해가 되는 이유는?	강자성체의 경우 자기공명영상에서 주파수 방향으로 비정상적인 신호 강도와 기하학적인 왜곡(distortion)을 유발하므로 체내에 삽입된 금속은 자기공명영상획득시 정확한 영상의 정보를 얻는데 방해가 요소가 된다. 예를 들어, 금속스텐트 삽입의 경우, 자기공명영상을 이용한 영상평가에서 강자성 인공물 인하여 금속 스텐트 주위 신호가 감소하거나 증가되는 문제점을 발생 시킨다[3],[4].
	치아 임플란트란 무엇인가?	치아 임플란트는 인공 치아 또는 제3의 치아라고도 한다. 치아의 결손이 있는 부위나 치아를 뽑은 자리의 턱뼈에 골 이식, 골 신장술 등의 부가적인 수술을 통하여, 충분히 감쌀 수 있도록 부피를 늘린 턱뼈에 생체 적합적인 치아 임플란트 본체를 심어서 자연치의 기능을 회복시켜주는 치료방법이다. 치아 임플란트의 발전이 가속화된 계기는 1951년 스웨덴의 의과대학 교수였던 Branemark이 뼈와 티타늄의 결합이 우수하다는 것을 발견하고 부터이다.
	자장의 비 균일성으로 발생된 인공물은 영상에서 어떻게 나타나는가?	그리고 자장의 비 균일성의 경우 주파수 부호화 방향으로 신호강도의 변화, 기하학적인 왜곡으로 인한 인공물이 발생된다. 발생된 인공물은 금속 주변으로 고신호강도의 밝은 테두리 또는 신호의 밝기가 전혀 없는 어두운 구역으로 나타나게 되며, 금속물의 재질이나 종류, 크기 및 위치, 외부자장과의 방향, 주자장의 세기에 다양하게 발생된다[7].

참고문헌 (11)

Branemark, Per-Ingvar, Zarb, George, Tissueintegrated prostheses (in English), Berlin, German: Quintessence Books, 1989.
S.C. Bushong, Geoffrey Clarke, Magnetic Resonance Imaging : Physical and Biological Principles(4Th edition), Elsevier, 2013.
Tymofiyeva, Vaegler S, Rottner K, Boldt J, Hopfgartner AJ, Proff PC, Richter EJ, Jakob PM., "Influence of dental materials on dental MRI", Dentomaxillofac Radiol.,Vol.42, No.2, pp.20120271, 2013.

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Dorota V. Burchardt, Maria Borysewicz-lewicka, "Disturbing effect of different dental materials on the MRI results: preliminary study", Acta of Bioengineering and Biomechanics, Vol.15, No.4, 2013.

상세보기
Jana Starcukova, Jana Starcukova, Jana Starcukova, Zenon Starcuk Jr., Hana Hubalkova, Igor Linetskiy, "Magnetic susceptibility and electrical conductivity of metallic dental materials and their impact on MR imaging artifacts", Vol. 24, Issue 6, pp. 715-723, 2008.

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C. Fiolhais, F. Nogueira, and M.A.L. Marques (Eds.), A Primer in Density-Functional Theory, Lecture Notes in Physics, Vol. 620 (Springer, Berlin), 2003.
Marta Tanasiewic,"Magnetic resonance imaging in human teeth internal space visualization for requirements of dental prosthetic", J Clin Exp Dent.,Vol. 2, No.1, pp.e6-11, 2010.
Hansson S., "The implant nect: smooth or provided with retention elements. Abiomechanical approach", Clin Oral Implants Res, Vol. 10, No.5, pp. 394-405, 1999.

상세보기
Abramoff, M. D. and Viergever, M. A. "Computation and visualization of three-dimensional soft tissue motion in the orbit", IEEE Trans. Med.Imaging 21, 296-304, 2002.

상세보기
D. J. Schroeder, Astronomical opstics (2nd ed.). Academic Press. p. 433, 1999.
Bushberg, J. T., et al., The Essential Physics of Medical Imaging, (2e). Philadelphia: Lippincott Williams &Wilkins, 2006, p. 280.

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