교정 분야에서의 3차원 영상의 활용분야는 크게 나누어 보면 진단, 치료결과예상(simulation), 치료결과분석, 여러 가지 교정 장치 제작, research 등을 들 수 있다.
X-ray기계가 3차원 영상을 획득하지만, 이미 획득된 영상의 활용은 전적으로 soft ware의 기능에 의존한다. 현재 상업적으로 구매 가능한 soft ware의 기능이 5년 전에 비하면 비약적인 발전이 된 상태이지만 향후 임상가들의 3차원 영상의 사용 경험의 축적과 더불어 더욱더 다양한 기능과 편리성을 겸비한 수준 높은 soft ware가 요구될 것이다. 현재의 soft ware로 가능한 3차원 영상의 교정 임상에서의 활용에 대해 서술해 보고자 한다.
● Diagnosis
3차원 영상은 환자의 골격과 치아들을 다양한 각도에서 입체적으로 볼 수도 있고 특정 단면으로도 볼 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 또한 환자의 얼굴사진을 3차원 영상의 표면에 입힐 수 있어 공간상에서 3차원의 얼굴모습을 볼 수 있다. 3차원 영상의 또 다른 장점은 전통적으로 교정과에서 사용되고 있는 많은 2D image들을 별도의 찰영없이 하나의 3차원 영상에서 무제한 추출해낼 수 있다는 것이다. 예를 들면 하나의 3차원 영상에서 lateral ceph, frontal ceph(P-A ceph), panoramic X-ray, corrected tomogram of TMJ, submental-vertex view 등을 추출 할 수 있고, 그 외 3차원상의 어떤 단면도 볼 수 있으며, 그 단면을 image file(jpeg등)로 추출 및 저장이 가능하다.
Cephalometric 분석에 관해서는 3D image에서 추출한 2D ceph을 tracing 한후 전통적인 방법으로 2D cephalometric analysis를 시행할 수 있다. 또한 최근에는 체계적인(comprehensive) 3D cephalometic 분석법이 개발되어 사용되고 있다. 공간상에 직접 3차원 영상에 정해진 anatomic landmark들을 위치시키면 3차원 cephalometric analysis를 자동으로 구현하는 soft ware의 기능이 이미 개발되어 사용 중에 있다.
Segmentation이라는 technology로 3차원 영상의 치아와 뿌리부분을 시각적으로 그 외의 부분에서 분리하여 가상석고모형을(virtual cast) 만들어 보여주는 기법이 현재 사용되고 있으며, 이를 이용하면 석고 모형의 취득이 없이도 환자의 교합의 기록과 분석이 가능하다. 동시에 그 교합상태에서의 악관절의 위치도 확인할 수 있다. 단, 현재의 virtual cast의 해상도는 개선이 많이 요구되는 상황이다.
3차원 영상은 2D image에 비해 매복치의 위치파악에 있어 탁월한 장점이 있어 매복치의 진단과 치료계획에 있어 탁월한 기여를 할 수 있다.
성장기에 발견되는 골격성부정교합의 경우 주기적인 3차원 영상을 취득하여 이들의 3차원 중첩을(3D superimposition) 하면 골격성 부정교합의 실체를 정확히 파악할 수 있어 향후 적절한 치료계획 수립에 결정적 도움이 될 수 있을 것이다.
OSA(obstructive sleep apnea, 폐쇄성 수면무호흡증)와 좁은 airway의 관련이 계속보고 되고 있고, 수면 중 구내 장치를 통한 하악의 전방이동이 효과적인 OSA치료법 중의 하나로 널리 사용되고 있다. 3D image를 이용하여 OSA환자의 airway의 해부학적 특징이 밝혀지면 OSA의 진단에 3D imagae가 크게 기여할 것이다.
● Treatment simulation
현재 사용가능한 software로도 3차원의 virtual cast상에서 개개의 치아를 움직여 가상의 교정치료를(virtual orthodontic treatment) 시행할 수 있다. 또한 상하악골도 공간상에서 이동이 가능하여 가상수술을(virtal surgery) 시행할 수 있다. 이런 가상치료는 환자에게 앞으로 진행될 치료를 설명할 수 있는 좋은 도구가 될 수 있다. 가상 치료 후 3D image의 표면에 입혀진 얼굴모습이 치료 후의 모습으로 변하는 기능이 현재 사용 중에 있지만, 이 기능은 아직 초보단계에 있어 많은 개선이 요구되는 상태다.
● 치료결과 분석
교정과 의사는 치료 전후의 2D cephalogram들을 중첩(superimposition)하여 치료결과를 분석하고 이를 통해 많은 지식을 습득하였다. 하지만 2D cephalgram은 beam projection에 따른 확대와 2D ceph 촬영 시 head postion의 표준화의 부재로 인한 이미지의 왜곡 등이 본질적인 문제점으로 지적되고 있다.
또한 superimposition의 reference structure도 이미지 왜곡에 따른 부정확성을 피할 수 없었다. 3D 영상에서 추출한 2D cephalogram에서는 이미지 왜곡이 없어 매우 정확한 reference structure를 제공해주고, 전통적인 2D cephalogram에서는 볼 수 없었던 상악중첩의 reference structure인 zygomatic process의 anterior wall을 정확히 볼 수 있다. 3차원 영상을 사용한 치료결과분석의 백미는 3차원으로 중첩할 수 있다는 사실이다. 3차원으로 중첩된 이미지를 3차원으로 볼 수도 있고 다양한 단면(cross secional plane)에서의 변화를 분석할 수 있다. 향후 3차원 치료분석은 수술치료의 정확성을 높이는데 크게 기여하게 될 것이다.
● 여러 교정장치의 제작
가상석고모형의 해상도가 높아지면 이를 이용한 여러 가지 교정장치의 제작이 CAD/CAM(Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing)의 기법으로 가능하게 될 것이다. Retainer, surgical splint, stablizing splint, clear aligner, indirecet bonding system, custom made brackets 등의 제작이 가능할 것이다.
● Research
1937년 발표된 Broadbent의 2D cephalogram을 이용한 두경부 성장발육에 관한 연구 이후에 수많은 연구가 2D cephalogram을 이용하여 시행되었다. 기존의 2D cephalogram은 촬영 시 head orientation을 표준화하기도 어렵고, beam projection으로 일한 enlargement도 있어 영상이 부정확하다는 태생적인 문제점을 가지고 있다. CB3D는 영상의 확대와 왜곡이 없고 촬영 후 head orientation도 표준화 할 수 있어 3D에서 추출한 2D cephalogram은 정확한 2D image이다.
따라서 3D에서 추출한 2D cephalogram으로 연구를 하면 지금까지의 2D cephalogram을 이용한 연구의 부정확성을 근본적으로 개선할 수 있다. 하지만 가장 큰 변화는 정확히 실제 크기와 같은 3차원 영상으로 직접 3차원적으로 연구를 할 수 있다는 것이다. 이는 대부분의 교정의사들이 아직 경험해보지 못한 미답의 영역이다. 이 미답의 영역을 개척해 나가면 보석 같은 지식과 정보를 얻게 될 것이다.
결론적으로 CB3D Imaging은 비교적 적은 방사선 조사량으로 정확한 두경부의 입체적 정보를 제공해주는 혁신적인 imaging technology이다. 3차원 영상의 지속적인 활용은 교정임상가들에게 매우 유익한 지식과 정보를 제공해 줄 것이며, 교정학의 획기적인 발전을 촉진할 것이다.
이를 위해서는 관련 hardware와 software의 지속적인 발전이 필수적이다. 무엇보다 교정의사들의 적극적 관심과 노력이 절실히 요망된다.
