[창간9주년특집 III] [임상특강] 3D 진단데이터 수집 및 가상환자 데이터 세트의 구현
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[창간9주년특집 III] [임상특강] 3D 진단데이터 수집 및 가상환자 데이터 세트의 구현
  • 이수영 원장
  • 승인 2021.03.15 09:54
  • 댓글 0
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디지털 치의학의 임상적용 ③
오복만세치과 이수영 대표원장

디지털 치의학이라고 이야기하면 CAD/CAM 기술을 활용해 구강스캐너로 치아를 스캔한 다음 CAD 소프트웨어에서 보철물을 디자인하고, 밀링장비를 이용해 모델없이 보철물을 장착하는 과정을 가장 먼저 떠올리게 된다.

그 다음으로는 치과임플란트 식립 수술 시 치과의사가 계획한 위치로 임플란트를 위치시키기 위한 임플란트 수술 가이드, 양악수술을 계획대로 집도하기 위한 양악수술 Stent 및 Guide, 치과 교정치료 시 석고모형을 이용한 진단 셋업모형 제작이 아닌 Digital Setup Model 제작과 치과의사의 계획대로 교정브라켓을 치아에 접착하기 위한 Indirect Bracket Bonding Tray 제작에 디지털치의학 기술이 활용되고 있다.

이러한 디지털 치의학으로의 변화는 과거 아날로그에서 이뤄졌던 치과 기공작업을 디지털 가상공간에서 진행한다는 의미를 넘어, 현실공간에서 이뤄졌던 아날로그 기공작업과정 속에 담겨 있던 ‘진단 및 치료계획수립’ 과정을 Virtual Space에서 디지털로 진행한다는 의미를 함축하고 있다. 

치과의사가 디지털 기술을 활용해 진단 및 치료계획을 수립하기 위해서는 정밀하고 정확한 3D 진단정보 수집이 필요하다. 이러한 3D 진단정보로는 2021년 현재 구강스캐너, 모델스캐너, 안면스캐너, CBCT, 하악의 3차원 운동 경로 데이터가 널리 수집 활용되고 있다.

이렇게 한 환자로부터 다양한 3D 데이터를 획득할 수 있으나, 이러한 개별데이터가 복합적인 해석이 가능한 의미있는 데이터로 거듭나기 위해서는 가상공간 상의 하나의 XYZ축 좌표로 정렬 Superimposition 해야 한다. 이렇게 좌표를 정렬해 여러 3D 데이터를 하나의 좌표로 정렬한 데이터가 바로 Virtual Patient Datasets 가상환자데이터 세트다.

위의 방사선 사진은 턱관절통증과 안면통증치료를 위해 구로디지털단지에 위치한 오복만세치과에 내원한 환자로 특징적으로 금침 Gold threaded acupuncture 치료를 받은 것을 표준 파노라마 방사선 사진과 턱관절방사선사진상에서 확인할 수 있다. 그러나 위의 방사선 사진 정보는 2D 정보이기에 데이터 해석의 어려움이 존재한다.

3차원 CBCT 데이터에서는 금침의 위치를 직관적으로 파악할 수 있으며, 턱관절 관절부위의 퇴행성 골변화와 안면비대칭 등의 다양한 정보를 얻을 수 있습니다.

과거 DSLR 카메라를 이용해 구강 내 6분할 촬영을 통해 환자상태를 2D로 기록했다면, 위의 사진처럼 프라임스캔 구강스캐너을 이용해 전악구강스캔을 시행할 경우 구강내 6분할 촬영이 불필요하며, 치료 전후의 비교 또한 마이크로미터 단위로 비교가 가능하다.

이렇게 2D 데이터를 기반으로 이뤄진 과거 치과진료기록의 표준은 3D 데이터를 쉽게 얻을 수 있는 2021년 현재에는 3차원 데이터가 치과진료기록의 새로운 표준이 될 것이다. 이러한 3D 데이터의 디지털진단 및 진료기록을 통상적으로 EMR(Electronic Medical Record)로 부르고 있다. 그러나 EMR에 담겨있는 의과에 한정된 의미를 넓게 확장하기 위해 EHR(Electronic Health Record) 표현도 널리 사용되고 있다.

여러 문헌에서 상기도의 형태와 크기 Upper Pharyngeal Airway Space는 치과 보철치료의 진단과 치료계획 수립과정의 필수 요소로 고려해야 함을 보고하고 있으며, 이는 보철치료뿐만 아니라 턱관절통증치료에도 동일하게 적용할 수 있다.

그러나 이러한 Upper Pharyngeal Airway Space를 측정하고 비교분석하기 위한 2D 세팔로촬영분석방법과 3D CBCT 방법을 비교해 봤을 때, CBCT를 이용해 얻을 수 있는 3D 데이터는 더 많은 정보를 얻을 수 있으며, 실제적인 부피 Volume 비교가 가능한 장점이 있다.

위의 데이터는 편측저위교합으로 나타나는 턱관절통증 불편감을 편측 제2소구치, 제1대구치 그리고 제2대구치의 교합 거상 보철치료로 치료한 환자의 치료 전후 Upper Pharyngeal Airway Space의 3D 비교데이터로, 치료 후 상기도의 부피가 증가하고 형태가 개선됐음을 디지털데이터로 확인할 수 있다.

이렇게 Upper Pharyngeal Airway Space의 부피정보가 치과진단 및 치료계획의 필수적인 요소로 활용하기 위해서는 첫째로 데이터 수집이 쉽게 이뤄져야 하며, 두번째로 치료 전후 데이터의 비교분석이 용이해야 한다. 

이러한 두가지 조건을 만족시키는 데이터는 과거의 표준촬영방식으로 얻은 2D 데이터가 아닌 3D 디지털 데이터이다.

CBCT 데이터에는 Soft Tissue Profile의 정보와 Skeletal bone 정보가 같이 담겨있어, 다양한 데이터 활용이 가능한 장점을 가지고 있다. 

이렇게 CBCT에서 추출한 연조직 외형 정보는 Monochrome 흑백정보이다. 이러한 흑백정보를 Color Texture가 담긴 정보로 변환하기 위해서는 CBCT 데이터에 사진 Photograph 정보를 Superimposition하면 Full Color Textured Facial Scan 정보를 만들어 낼 수 있으며, 이러한 방법을 2021년 미국치과보철학회지(JPD)에 보고했다.

이렇게 한 환자로부터 안면스캔, CBCT, 구강스캔 이렇게 단지 3개의 3D 데이터만 얻을 수 있더라도 다양한 임상활용과 진단 및 치료계획 수립이 가능하다. 안면스캔데이터 또는 Soft Tissue CBCT 데이터의 연조직 정보를 기반으로 Tragus와 Ala를 연결한 Camper’s Plane을 기준으로 교합평면각도 결정의 기준점으로 삼아 평행하거나 플러스 마이너스 값을 부여한 교합평면각도를 설정할 수 있다. 

상하악 전치부는 심미성을 우선으로 고려해 배열하며, 이러한 심미성은 가상공간상의 Virtual Patient Datasets에서 확인 후, 실제 환자에서도 동일한 심미성을 얻을 수 있는지 여부를 현실 세계의 환자 구강 내에서 최종 확인한다.

디지털치의학에서 가장 먼저 시작된 것은 아날로그 방식으로 제작해 오던 치과보철물을 CAD/CAM 기술을 적용해 디지털 방식으로 제작하는 제작 방식의 변경이었지만, 디지털이 바꿔놓을 미래 치과의 모습은 진단 정보 수집 및 치료계획 수립의 과정이 될 것이다. 

가상공간에서 이뤄어지는 진단 및 치료계획수립과정의 장점으로는 다양한 치료계획을 사전에 Simulation할 수 있으며, 이렇게 시뮬레이션 한 여러가지의 치료계획 중에서 환자에게 적합한 치료계획을 선택 결정할 수 있다. 

또한 진단정보데이터 수집시 데이터의 정밀도에 해당하는 Trueness와 Precision이 50um 이내의 매우 정밀한 데이터를 수집할 수 있게 되고, 치과보철물 그리고 치료계획을 전달하는 Guide 같은 정보전달매개체의 정밀도가 50um 이내로 정밀하게 재현할 수 있게 된다면, 가상공간상에서 수립한 치료계획을 실제 환자에게 동일하게 재현할 수 있게 될 것이다. 

이렇게 진단데이터의 정밀도, 그리고 보철물과 정보전달매개체의 높은 가공정밀도가 현실화 됐을때에는 디지털치의학에서는 진단 및 치료계획 수립이 어떻게 보면 전부가 될 것이다.

“디지털 치의학은 진단 및 치료계획 수립이 핵심이다!!!” 


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