최근 3차원 영상을 이용한 진단방법이 빠르게 개발되고 있으며 그 중 환자의 치열분석에 필요한 모형분석은 이미 실용화에 성공하여 임상적으로 사용되기 시작하였다.

사이버 모형은 이미 기본적인 치열분석뿐 아니라 진단 및 치료계획을 환자나 보호자에게 설명할 경우 유용하고 치료 전, 후 평가 시에도 필요한 진단 정보를 제공한다.

최근에는 브라켓의 부착방법에 대한 서비스를 제공함으로써 임상적인 활용도가 높아지고 있는 추세이다. 최근에 활발하게 소개되고 있는 사이버 모형에 대한 특징과 임상 적용방법을 알아보고자 한다.

◆ 3차원 모형의 장점

3차원 모형의 특징은 데이터가 디지털화 되어있기 때문에 전송과 저장이 용이하여 최소한의 공간에 효율적으로 정보를 저장하고 분류할 수 있을 뿐 아니라 술자가 원할 때면 최소한의 시간으로 검색하여 임상에 참고할 수 있다.

뿐만 아니라 컴퓨터 상에서 재현된 3차원모형은 치아를 이동시킬 수 있도록 분리할 수 있기 때문에 이런 모형을 만들어서 진단과 치료계획에 응용할 수 있다(표 1).

◆ 3차원 모형의 정확성

Laser scan으로 제작된 3차원 진단모형의 계측치오차에 대한 연구는 주로 석고 모형과 디지털 모형의 계측치에 대한 오차를 통해 검증되었으며 유의성있는 차이가 보고되었다.

Santoro는 76개의 모형에서 치아폭경과 피개도를 계측한 결과 디지털모형에서 더욱 작은 수치를 나타내었다고 보고하였고 그 차이는 0.16~0.49 mm 정도로 미비한 수치였다.

오차의 이유를 디지털계측방식에서는 확대기능을 이용하여 선택된 평면간의 거리를 통해 치아의 근원심 폭경을 계측하기 때문에 사용자의 숙련도와 기호에 따라 전통적인 방식에 비해 정확도가 변할 수 있으며, 디지털모형을 제공하는 과정에서 재료의 수축에 의해 일어난다고 보고하였다.

박과 장은 35명의 환자의 모형을 스캔하여 계측치간의 오차를 검증하여 데이터를 입력하는 방식에 따라 부위별 오차가 생길 수 있다고 보고하였다.

Laser 스캔의 경우 line angle이 만나 이루어지는 교두정에 있어서 둥글게 변형되는 현상이 보고되었고 계측상의 오차는 0.03 ~ 0.16mm의 범위로 보고하여 임상적으로 문제는 없다고 생각된다. 재현도 평가 있어서도 접촉점의 협설측 위치에 따라 상의 외곡이 생길 수 있음이 보고되었고 치아계측치의 경우 디지털 모형이 석고모형보다 작게 계측되는 경향이 있으며 치열궁이나, 견치, 구치간 폭경에서는 크게 계측되는 경향이 있음이 지적되었다.

◆ 3차원 모형 스캔방식

석고모형을 3차원 디지털 모형으로 재현하는 방법에는 파괴식, 접촉식 및 비접촉식으로 나뉘며 파괴식은 contrast media에 매몰시킨 석고 모형을 선반으로 조금씩 삭제하여 보이는 석고단면을 스캔한 후 이를 3차원으로 재구성하는 방식이고, 접촉식은 stylus가 모형의 표면을 따라가면서 3차원 영상을 얻는 방식이다.

마지막으로 비접촉식은 빛이나 레이저를 사물에 조사한 후 반사광을 측정하는 방식으로 가장 빠르고 간단한 방식으로 요즘 널리 선호되고 있는 방식이다. 현재 널리 상용화되고 있는 3차원 진단모형 프로그램은 미국의 SurSmileⓇ과 OrthoCADⓇ, 그리고 국내에서 개발된 3TexerⓇ프로 그램이다.

◆ SureSmileⓇ

환자의 구강내에서 직접 스캐너(OraScanner, OraMetrix, Dallas, Tex)나 Cone Beam Computed Tomography를 이용하여 3차원 영상을 습득하는 과정으로 시작되며 구강내에서 얻어지는 영상들은 개인 컴퓨터 프로그램상에서 중첩과 최적화 과정을 통해 실시간으로 재구성되어 3차원 모형을 구성한다.

구강내 스캔시간은 양악을 기준으로 30~40분 정도 걸리는 단점이 있으나 획득한 3차원 영상을 통해 환자의 모형분석뿐 아니라 측모 두부방사선 사진과 중첩을 통해 환자의 진단에 응용 할 수 있으며 개개별 치아에 3차원적인 평가가 가능하다 (사진 1). 일단 치료계획이 결정이 되면 술자는 컴퓨터 모형상에서 브라켓과 호선형태를 결정할 수 있으며 치료의 각 단계에 필요한 호선을 선택하고 치아가 배열되는 과정을 검증하게 된다. 이렇게 결정된 브라켓과 호선형태는 기공실로 전송되어 브라켓 간접 부착을 위한 이동 트레이가 제작되고 wire-bendingrobot에 의해 형상기억합금으로 제작된 호선의 원하는 부위에 1st, 2nd, 3rd order가 부여되어 최소한의 호선으로 교정치료를 가능하게 할 수 있다 (사진 1).

◆ OrthoCADⓇ

OrthoCAD는 환자의 모형을 OrthoCAD사로 직접 보낸 후 인터넷을 통해 환자의 디지털모형을 1주일 안에 제공받는 체계로 술자가 위치시켜야할 브라켓의 위치를 위한 reference를 함께 제공하는 특징을 가지고 있다.

술자가 정하는 브라켓의 위치될 부위가 디지털 모형에 표시가되며 술자는 구강내에서 Wand라는 소형비디오카메라를 통해 브라켓 부착위치가 정해진 reference에 정확히 위치되는지를 실시간으로 확인한 후 즉시 중합시킬 수 있는 시스템을 이용한다(그림 2).

이를 모형상에서 직접 시행한 후 간접부착을 위한 이동 트레이를 제작한다면 모형을 set-up하지 않고서도 트레이를 제작할 수 있는 장점이 있다.

◆ 3TxerⓇ (Orapix)

국내에서 개발된 디지털 모형진단 프로그램으로 환자의 모형을 회사로 보내면 1주일 내에 진단모형을 인터넷을 통해 술자에게 제공한다. 디지털 모형을 이용하여 모형분석을 할 수 있는 구체적인 도구들을 제공하며 한국인 사용자에게 편리한 interface 로 설계되어있다. 각각의 치아크기계측을 통한 기본적인 분석과 함께 virtual set-up 프로그램을 이용하여 교정진단을 위한 셋업 모형을 제작할 수 있으며 필요시에는 브라켓 부착을 위한 트레이도 제공한다 (그림 3).

◆ 모형분석 및 치열궁 형태 분석

모형분석은 크게 치열궁의 형태 및 대칭분석 공간분석 그리고 치아크기분석으로 나누어 생각할 수 있으며 치아의 형태과 크기를 컴퓨터 프로그램을 이용하여 계측할 수 있다 (사진 4).

이렇게 계측된 치아크기를 이용하여 악궁에서 공간부족 양을 계측할 수 있다.

환자의 치열궁의 형태는 프로그램상에 저장된 여러형태의 치열궁 템플레이트를 이용하여 결정할 수 있으며 모든 환자마다 서로 다른 악궁의 형태가 존재하기 때문에 치열궁은 환자에 적합하도록 프로그램 상에서 세밀한 수정이 가능하다.

이러한 방법을 이용하여 교정치료 시 환자의 원래의 악궁의 형태를 유지하여 치료 후의 안정성을 높일 수 있다. 악궁의 비대칭분석은 격자판을 모형 위에 올려놓아 평가할 수 있으며 악궁내 비대칭이 존재하는 경우 골격적인 비대칭 유무를 감별하는 것이 필요하다 (사진 4).

◆ 3차원 진단모형의 응용

3차원 모형은 환자의 진단을 위한 도구의 수준을 넘어서 진료결과의 예측과 정확성을 향상시키기 위한 정밀도구로써의 기능이 개발되고 사용될 수 있으며 인터넷의 발달로 3차원진단모형을 이용한 치과의사들 간의 협진이 손쉽게 이루어질 것이다.

◆ Virtual set-up

모형상의 치아들은 개개별로 이동할 수 있게 되며 환자 개인의 악궁이 설정이 되면 악궁을 따라서 치아들은 자연적으로 배열이 된다. 이때 치아를 발치하거나 치간삭제를 시행한 후 이동이 가능하고 새롭게 배열된 치아의 경사도 및 토오크를 확인하여 개개치아의 부가적인 치아이동이 가능하고 이렇게 설정된 set-up모형을 이용하여 악궁에 적합한 호선모형과 장치를 부착시키는데 필요한 트레이를 제작할 수 있다(사진 5).

◆ 구개 연조직의 분석

3차원 디지털 모형을 통해 구강내 치조돌기 또는 구개면에 대한 정보를 분석하여 두개안면기형환자에서의 치료 전후의 구개형태와 크기분석에 있어 더욱 정확하고 객관적으로 분석할 수 있게 되었다.

◆ 원거리 진단

초고속 인터넷의 발달로 인하여 원거리에서도 인터넷과 전송된 3차원모델을 이용하여 협진이 가능하게 될 것이며 향후 자료의 공유과 전송을 이용하여 digital orthodontic office가 가능 할 것이다.

◆ 두개안면 진단정보와의 결합

현재 환자의 C T를 이용한 안면두개분석진단법 이 개발되고 있다. 그러나 아직 C T상에서 치아를 정확히 구성하는 데는 한계가 있으며 치아의 정확성을 향상시키기 위해서는 막대한 양의 데이터가 필요한 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 환자의 두개안면형태가 포함된 적절한 크기의 CT 데이타와 디지털치아모형을 결합하는 시도가 진행되고 있으며 환자의 치열과 골격적인 정보를 결합한 새로운 진단방법이 나올 것으로 예상된다

◆ 결론

3차원 디지털 모형은 처음 브라켓과 악궁의 형태를 파악하기 위해 이용되기 시작하였고 컴퓨터의 발달과 인터넷을 통한 저장매체의 전송이 쉽게 이루어짐으로써 진단용 석고모형을 대체하는 새로운 도구로 관심을 갖게 되었다.

현재에는 교정진단을 위한 도구뿐 아니라 3차원 정보에서 얻은 개개 치아의 정보를 담아 개별화된 장치부착 트레이를 제작하려는 시도가 관심을 받게 되었고 이미 국내에서도 레이저 스켄을 이용한 진단모형계측프로그램이 개발되어 상용되고 있다.

이제 환자는 자신의 현재의 치아뿐 아니라 3차원 영상의 simulation을 통해서 자신의 치아가 이동된 후의 모습을 본 후 치료를 결정할 수 있게 되었다. 또한 술자는 환자의 모형을 통해 손쉽게 진단에 필요한 정보를 계측하고 저장할 수 있게 되었으며 개개인에 치아형태와 치열에 맞는 호선과 장치를 부착하여 치료에 정확성을 향상시킬 수 있을 것이다.

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