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문제 정의
- 다음으로 석고모형의 콘빔CT를 통한 디지털 모델의 보철물 제작 시 활용가능성을 분석 하였다. Christensen은 금인레이와 같은 보철물의 적합한 변연 간격은 약 39 μm라고 보고하였다.
- 따라서 본 연구에서는 석고모형을 대상으로 콘빔CT 영상과 3차원 광학 스캐너를 통해 구성된 디지털 모델을 비교 분석하였다. 상, 하악 11쌍의 석고모형으로부터 구성된 디지털 모델들에 대하여 ICP 알고리즘을 이용해 정렬한 후 모델을 구성하는 두 모델의 삼각형 폴리곤메시(polygon mesh)의 최단거리를 통해 두 모델의 차이를 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 환자의 석고모형의 콘빔CT 이미지로 디지털 모델을 제작하고 이 디지털 모델을 3차원 광학 스캐너의 디지털 모델과 비교하였다. 비교 시 ICP(iterative closest point) 알고리즘을 이용해 두 모델을 정렬하여 3차원 광학스캐너의 디지털 모델과 콘빔CT로 구성된 디지털 모델의 차이를 측정하고 분석하였다.
가설 설정
- 1 mm 범위에 존재했다(Table 1). 상악과 하악의 양의 오차와 음의 오차의 평균의 분포는 공분산을 가정할 수 있었다. 이에 따라 일원배치 분산분석을 시행 할 수 있었으며 시행 결과 상악과 하악에서 유의한 차이가 없다(P < 0.
제안 방법
- 콘빔CT에서 얻어진 데이터는 DICOM (Digital Imaging & Communication in Medicine) 파일 형식으로 변환하였다. DICOM 데이터를 3D Slicer17를 이용해 3D 표면 데이터로 변환하였다. 변환 시 잡음을 제외한 석고모형부분만 표면 데이터로 구성하기 위해 데이터의 임계값(threshold)를 600 - 1000 범위의 값에서 조절하였다.
- 각 비교 쌍의 정면, 교합면의 양의 오차와 음의 오차를 색을 이용해 표현하였다(Fig. 3). 두 모델의 수월한 비교를 위해 위해 색채가 나타내는 오차의 크기와 범위를 21개의 색 범주로 최대 오차를 3.
- 각 석고모형에 대하여 콘빔CT와 3차원 광학 스캐너를 이용하여 만든 디지털 모델을 한 쌍으로 묶어 상, 하악 각각 11쌍을 구성하여 아래의 과정을 통해 두 모형간 차이를 분석하였다. 분석은 Geomagic Studio 12(Geomagic, 3D Systems, Rock Hill, USA) 프로그램을 이용하였다(Fig.
- 구외 모델스캐너(Identica-Blue, Medit, Seoul, Korea)을 사용하여 아래의 과정을 통해 석고모형의 디지털 모델을 제작하였다. 정확도 10 - 15 μm의 조건에서 제조사의 지침에 따라 3차원 광학 스캐너로 모델 촬영하였다.
- 정확도 10 - 15 μm의 조건에서 제조사의 지침에 따라 3차원 광학 스캐너로 모델 촬영하였다. 그 후 자동 스캔 작업 수행하고 보간(interpolation) 작업 중 공극으로 표시된 부분은 재촬영을 실행하여 모델을 생성하였다. 완성된 이미지를 STL 파일 형식으로 저장하였다.
- 3). 두 모델의 수월한 비교를 위해 위해 색채가 나타내는 오차의 크기와 범위를 21개의 색 범주로 최대 오차를 3.0 mm 최대 공칭(nominal)값을 0.05 mm로 동일하게 설정하였다. 이를 통하여 일부 콘빔CT 모델에서 소와(pit), 열구(fissure) 및 치간부에는 양의 오차가 발생하고 교두(cusp) 부위는 음의 오차가 발생한 것을 확인하였다(Fig.
- DICOM 데이터를 3D Slicer17를 이용해 3D 표면 데이터로 변환하였다. 변환 시 잡음을 제외한 석고모형부분만 표면 데이터로 구성하기 위해 데이터의 임계값(threshold)를 600 - 1000 범위의 값에서 조절하였다. 완성된 이미지는 STL(STereoLithography) 형식으로 저장하여 ICP 알고리즘을 이용해 정렬하고 비교하였다.
- 본 연구에서는 일반적인 석고 석고모형의 콘빔CT 영상을 이용하여 구성한 디지털 모델과 3차원 광학 스캐너를 통해 구성한 디지털 모델을 비교하여 오차를 분석하였다. 분석 결과 양의 오차의 최대값은 0.
- 따라서 본 연구에서는 환자의 석고모형의 콘빔CT 이미지로 디지털 모델을 제작하고 이 디지털 모델을 3차원 광학 스캐너의 디지털 모델과 비교하였다. 비교 시 ICP(iterative closest point) 알고리즘을 이용해 두 모델을 정렬하여 3차원 광학스캐너의 디지털 모델과 콘빔CT로 구성된 디지털 모델의 차이를 측정하고 분석하였다.
- 따라서 본 연구에서는 석고모형을 대상으로 콘빔CT 영상과 3차원 광학 스캐너를 통해 구성된 디지털 모델을 비교 분석하였다. 상, 하악 11쌍의 석고모형으로부터 구성된 디지털 모델들에 대하여 ICP 알고리즘을 이용해 정렬한 후 모델을 구성하는 두 모델의 삼각형 폴리곤메시(polygon mesh)의 최단거리를 통해 두 모델의 차이를 분석하였다. 분석 결과 평균 양의 오차는 85 μm, 음의 오차는 121 μm로 측정 되었다.
- 1). 석고모형을 고정한 후 콘빔CT 촬영장치를 이용하여 촬영하였다. 촬영조건은 80 - 90 Kvp, 2 - 15 mA, scan time은 12 - 28초, Voxel size 200 μm으로 하여 한 모형에 대하여 287개의 cut을 촬영하였다.
- 그 후 자동 스캔 작업 수행하고 보간(interpolation) 작업 중 공극으로 표시된 부분은 재촬영을 실행하여 모델을 생성하였다. 완성된 이미지를 STL 파일 형식으로 저장하였다.
- 정확도 10 - 15 μm의 조건에서 제조사의 지침에 따라 3차원 광학 스캐너로 모델 촬영하였다.
- 2). 치아를 제외한 부분을 제거한 후 두 모형을 ICP (Iterative Closest Point) 알고리즘을 통해 3차원 광학 스캐너로 만든 디지털 모델을 기준으로 정렬하였다. 분석 시 정렬된 콘빔CT로부터 생성한 모델이 대조군인 광학 스캐너의 모델보다 높은 값을 가지게 된 경우를 양의 오차(Positive Error, PE)로 정의하고 반대로 정렬된 콘빔CT 모델이 대조군 보다 같은 지점에서 축소된 값을 가지게 된 것을 음의 오차(Negative Error, NE)로 정의하였다.
- 콘빔CT 촬영장치(Carestream CS9300, Carestream Health, Rochester, USA)를 이용하여 아래의 과정을 통해 디지털 모델을 제작하였다(Fig. 1). 석고모형을 고정한 후 콘빔CT 촬영장치를 이용하여 촬영하였다.
- 콘빔CT에서 얻어진 데이터는 DICOM (Digital Imaging & Communication in Medicine) 파일 형식으로 변환하였다.
대상 데이터
- 2014년 2월에서 2015년 5월까지 서울대학교 치과병원 교정과에 내원한 환자들의 진단모형 중 11쌍을 난수표를 이용하여 무작위 선출하였다.
- 촬영조건은 80 - 90 Kvp, 2 - 15 mA, scan time은 12 - 28초, Voxel size 200 μm으로 하여 한 모형에 대하여 287개의 cut을 촬영하였다.
데이터처리
- 분석 시 정렬된 콘빔CT로부터 생성한 모델이 대조군인 광학 스캐너의 모델보다 높은 값을 가지게 된 경우를 양의 오차(Positive Error, PE)로 정의하고 반대로 정렬된 콘빔CT 모델이 대조군 보다 같은 지점에서 축소된 값을 가지게 된 것을 음의 오차(Negative Error, NE)로 정의하였다. 두 모델의 정렬된 위치에서의 평균오차, 최대 오차 및 표준편차를 계산하였다.
- 각 석고모형에 대하여 콘빔CT와 3차원 광학 스캐너를 이용하여 만든 디지털 모델을 한 쌍으로 묶어 상, 하악 각각 11쌍을 구성하여 아래의 과정을 통해 두 모형간 차이를 분석하였다. 분석은 Geomagic Studio 12(Geomagic, 3D Systems, Rock Hill, USA) 프로그램을 이용하였다(Fig. 2). 치아를 제외한 부분을 제거한 후 두 모형을 ICP (Iterative Closest Point) 알고리즘을 통해 3차원 광학 스캐너로 만든 디지털 모델을 기준으로 정렬하였다.
- 양의 오차와 음의 오차 간의 정규성 검정 시행하여 두 분포의 정규성을 유의수준 0.05에서 확인 후 각 오차에 대하여 일반적인 보철물의 변연오차 허용 값인 70 μm, 120 μm 및 각 오차의 평균 근방의 값인 80 μm, 90 μm, 100 μm, 110 μm를 기준으로 단일표본 T 검정을 수행하였다.
- 변환 시 잡음을 제외한 석고모형부분만 표면 데이터로 구성하기 위해 데이터의 임계값(threshold)를 600 - 1000 범위의 값에서 조절하였다. 완성된 이미지는 STL(STereoLithography) 형식으로 저장하여 ICP 알고리즘을 이용해 정렬하고 비교하였다.
성능/효과
- 25 따라서 콘빔CT를 이용해 제작된 디지털 모델이 CAD/CAM에 적용될 경우 오차의 중첩으로 인하여 같은 연구에서 제시된 변연오차의 기준인 120 μm를 넘는 130 - 229 μm의 변연오차를 가질 것으로 예상할 수 있었다.
- 검정 결과 양의 오차는 70 μm이상이며 100 μm 이하이며(Table 2) 음의 오차는 70 μm 이상이며 120 μm 이하인 것이 유의 함(P < 0.05)을 확인했다(Table 3).
- 이러한 문제점에 대하여 디지털 모델이 해결책으로 제시 되어 현재 임상적으로 사용되고 있다. 대안으로 제시된 디지털 모델은 저장 공간이 필요하지 않고 영구적인 보관이 가능하며 복제와 이동이 편하다는 장점이 있다. 현재 디지털 모델은 임상적으로 사용 가능한 정확성을 확보 하여 보철수복 및 악구강영역의 수술 등 치과진료에 활용되고 있다.
- 분석 결과 평균 양의 오차는 85 μm, 음의 오차는 121 μm로 측정 되었다. 또한 일부 콘빔CT 모델에서 교두 부분에서는 음의 오차가 발생하고 소와, 열구, 치간부에서 양의 오차가 발생한 점을 확인하였다.
- 반면 양의 오차, 음의 오차 의 평균값은 Beuer 등이 제시한 기준인 120 μm의 변연오차 보다는 유의하게(P < 0.05) 작다는 점을 확인할 수 있었다.
- 본 연구에서는 일반적인 석고 석고모형의 콘빔CT 영상을 이용하여 구성한 디지털 모델과 3차원 광학 스캐너를 통해 구성한 디지털 모델을 비교하여 오차를 분석하였다. 분석 결과 양의 오차의 최대값은 0.866 - 3.564 mm 범위에 존재했고 평균값은 0.059 - 0.117 mm의 범위에 존재했다. 음의 오차의 최대값은 1.
- 분석 결과 평균 양의 오차는 85 μm, 음의 오차는 121 μm로 측정 되었다.
- 음의 오차의 최대값은 1.283 - 3.840 mm 범위에서 얻어졌으며 유의수준 0.05 에서 양의 오차의 평균은 70 - 100 μm, 음의 오차의 평균은 100 - 120 μm 내에 존재함을 확인 하였다.
- 05 에서 양의 오차의 평균은 70 - 100 μm, 음의 오차의 평균은 100 - 120 μm 내에 존재함을 확인 하였다. 이로부터 석고모형의 콘빔CT 영상으로부터 구성된 디지털 모델은 임시수복물 제작 및 교정진단 과정에 활용될 수 있는 가능성이 있다는 결론을 내렸다.
- 05 mm로 동일하게 설정하였다. 이를 통하여 일부 콘빔CT 모델에서 소와(pit), 열구(fissure) 및 치간부에는 양의 오차가 발생하고 교두(cusp) 부위는 음의 오차가 발생한 것을 확인하였다(Fig. 4).
- 이에 따라 일원배치 분산분석을 시행 할 수 있었으며 시행 결과 상악과 하악에서 유의한 차이가 없다(P < 0.05)는 점을 확인하였다.
후속연구
- 콘빔CT를 이용한 디지털 모델 제작에 사용된 3D slicer의 경우 모델 구성에 이러한 과정이 포함되어 있었고 교두, 소와 및 열구 부분의 값은 평탄화되어 평균 쪽으로 이동하여 교두 부위에는 음의 오차가 소와 열구 부위에는 양의 오차가 발생하게 된 것으로 파악된다. 이러한 오차는 보다 많은 실험을 통해 석고모형의 콘빔CT 영상을 통한 디지털 모델에서 자주 발생하게 되는 3차원 영상구성상의 오류를 통계적으로 파악하여 그에 맞는 영상처리 기법을 적용함으로써 일부분 극복가능 할 것으로 예상된다.
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