투고일：2013. 11. 26                심사일：2013. 12. 19                게재확정일：2013. 12. 26

CBCT를 이용한 악교정수술 계획 수립 및 평가

웃는내일치과, 서울대학교 치의학대학원 치과교정학교실 외래조교수
최 정 호

ABSTRACT
Planning and Evaluation of Orthognathic surgery using CBCT imaging
Smile Future Orthodontic Clinic  / Department of Orhtodontics, School of Dentistry, Seoul National University
Jeong-Ho Choi, DDS, MSD, Ph.D.

The introduction of cone-beam computed tomography(CBCT) and computer software in dentistry has allowed orthodontists and maxillofacial surgeons to provide more accurate diagnosis and treatment. In this article, a facial asymmetry patient who had orthodontic treatment combined with orthognathic surgery using CBCT imaging is introduced and the way how CBCT imaging could be applied in clinical orthodontics and orthognathic surgery is explained. Also, evaluation of treatment outcomes using CBCT is suggested. More accurate, predictable and efficient surgical orthodontic planning and treatment are expected in the near future through cutting edge medical imaging including CBCT and CAD/CAM technologies.

Key words : Cone Beam Computed Tomography(CBCT), orthognathic surgery, orthodontics

Corresponding Author
Jeong-Ho Choi, DDS, MSD, Ph.D.
Smile Future Orthodontic Clinic, 3F Yeochun building, 2909 Nambu sunwhanno, Gangnam-gu, Seoul, Korea
Tel: 82-2-2051-2828   Fax: 82-2-557-7080   E-mail: smilefuture@gmail.com

Ⅰ. 서론
치열 및 안면 골격의 기능 개선과 심미적인 안모를 얻기 위한 악교정수술에서는 환자의 악안면 골격 및 연조직에 대한 정확한 파악과, 이를 바탕으로 하는 세밀한 치료계획 수립이 필요하며  이후 계획된 수술이 잘 이루어졌는지 평가를 통해 개선 및 보완을 도모하게 된다. 이를 위해서 다양한 구내 및 안모 사진, 방사선 사진들과 교합기에 마운팅한 모형 등을 이용해 왔으며, 최근에는 이러한 전통적인 진단 자료 이외에 CBCT 3차원 영상을 함께 이용하고 있다.
CBCT(Cone Beam Computed Tomography)는 낮은 방사선 조사량으로 두경부의 정확한 3차원적인 해부학적 정보를 얻을 수 있고, 3차원 영상과 다른 2차원 방사선 사진으로 재구성이 가능하며 medical CT에 비해 저렴한 비용과 설치에 필요한 공간이 작다는 장점 등으로 치과분야에서 광범위하게 이용되고 있으며, 임상 치과교정과 악교정수술에서도 각광받고 있다1).
본 특집 원고에서는 골격성 부정교합 환자의 악교정 수술에서, CBCT를 이용하여 수술 계획을 수립하는 과정과 수술 결과의 평가에 대하여 임상 증례를 통해 살펴보고, 전통적인 진단자료만을 이용한 기존의 방법과의 차이 및 장점을 보여드리고자 한다. 또한, CBCT를 이용한 치료 결과의 평가 방법의 장점 및 특징에 대해 알아보고자 한다.

Ⅱ. CBCT를 이용한 악교정수술 계획의 수립
정확한 두경부의 3차원적인 정보가 필수적인 안면비대칭 환자의 증례를 통해 악교정수술 계획수립에서 CBCT 이용에 대해 살펴보도록 하겠다.
Fig 1은 안면 비대칭을 주소로 내원한 18세 7개월의 여성 환자의 안모 및 구내 사진이다. 입술과 교합평면의 경사(canting) 및 좌우 눈높이의 차이도 있는 비대칭 안모이며, 반대교합은 없는 III급 치열 관계와 긴 하안면 고경을 보이고 있다. 6개월간의 술전 교정치료 이후, 수술전 자료를 채득하였다.

1. CBCT 촬영
악교정수술 환자를 위한 CBCT 촬영은 안면 골격이 모두 포함될 수 있는 FOV(Field of View)를 가진 장비를 필요로 한다. 일반적인 악교정 수술 환자의 경우에서는 Nasion부터 연조직 턱끝(soft tissue Menton)까지 포함될 수 있어야 하며, 보통 수직으로 17cm 이상의 FOV를 요구한다. 두개부의 형태이상이 있는 두개안면증후군 환자에서는 두개부까지 함께 촬영할 수 있는 장비가 필요하다.
영상의 해상도는 0.3~0.4㎜의 voxel size 및 12~14bit이상의 grayscale이면 훌륭한 영상을 얻을 수 있다. 최신의 치과용 CBCT 장비들은 충분한 해상도와 영상의 질을 제공하고 있고, 본 글의 범위를 벗어날 수 있으므로 더 이상의 기술적인 사항은 생략하기로 한다.
촬영한 영상은 CBCT 응용프로그램을 통해 Fig 2와 같이 다양한 3차원 영상으로 재구성할 수 있다.

2. 머리 위치의 재설정(Head re-orien tation)
촬영한 CBCT영상을 그대로 이용할 수도 있겠지만, 머리 위치를 재설정하여 보다 정확하게 분석할 수 있다. 두부방사선 계측사진은 환자의 머리 위치를 미리 원하는 방향으로 유도하고 촬영하는 경우가 있으나2), CBCT 촬영에서는 습관적인 자세(habitual position)에서 촬영하고 이후 기준 위치로 재설정을 하는 경우가 많다. 3차원적으로 머리의 기준위치를 설정하는 것에 대해서는 여러 방법이 제안되고 있으나3, 4), 본 증례의 경우 FH plane과 평행하고 Nasion을 통과하는 평면을 수평면의 기준으로, Na-Ba plane을 수직시상면의 기준으로 설정하였다(Fig 3).

3. 연조직 분석
연조직 안모에서 전반적인 얼굴의 대칭성 및 계측점(landmark) 비교를 통해 비대칭의 정도를 살펴본다(Fig 4). 안모 사진에서 연조직의 비대칭을 관찰할 수도 있으나, CBCT 영상을 이용하면 정량적인 계측이 가능하다는 장점이 있다.
본 증례의 경우, 임상 안모사진에서는 좌우 눈의 비대칭을 관찰할 수 있었으나, 머리 위치를 바르게 재설정 한 이후에는 inner canthus와 outer canthus의 위치로 판단할 때 좌우 눈의 비대칭은 없다고 보인다. 즉, 환자가 비대칭을 보상하기 위한 방향으로 습관적으로 머리 자세를 취하고 있었다고 할 수 있다. 이외에, 입술의 경사(lip canting)와 연조직 턱끝의 비대칭 정도를 파악할 수 있고, 코의 비대칭도 다소 있음이 관찰된다.
연조직의 모습은 임상 안모사진을 CBCT 영상과 합성하여(photo wrapping) 더 실제감있게 관찰할 수 있다. 3차원 스캐너(3D scanner)를 이용하여 3차원 연조직의 데이터와 영상을 surface model로 얻는 방법도 있으나, CBCT 데이터와 일반 디지털 안모사진을 통해 이와 비슷하게 영상을 재구성할 수 있다(Fig 5). 3차원 스캐너 데이터의 경우 연조직만 관찰이 가능하지만, CBCT 데이터를 이용하는 경우 연조직과 경조직의 관계를 함께 관찰할 수 있는 장점이 있다.

4. 경조직 분석
경조직의 계측점 위치 및 3차원적인 골격 형태를 통해 부조화 및 비대칭을 파악할 수 있다(Fig 6).
상악 중절치간 접촉점의 위치를 보면, 상악 치열궁은 정중시상면에 대해 우측으로 약 2.5㎜ 편위되었음을 볼 수 있으며, 상악 기저골과 치조골 경계선 부분을 비교해 볼 때 약 2㎜ 정도의 차이로 상악골이 우측으로 편위되어 있음을 알 수 있다. 경조직 하악 이부의 경우, 정중시상면에서 약 10㎜ 우측으로 편위되어 있으며, 이를 통해 연조직에서 관찰되는 비대칭보다 골격적인 비대칭이 심한 것을 알 수 있다. 상악 중절치 절단연과 좌우 상악 제1대구치의 근심협측교두를 연결한 상악 교합평면을 기준으로 3차원 영상을 절단한 후, 하방에서 관찰하면 상악골의 회전(yaw)을 관찰할 수 있다(Fig 7). 상악골의 회전은 좌우 견치 혹은 대구치의 위치로 파악하기도 하고, 치열의 중심선과 정중시상면을 비교하여 볼 수도 있다. 이 증례의 경우, 상악골의 회전(yaw)은 특별히 관찰되지 않았다.
상악 교합평면의 경사(occlusal plane canting)는 기준 수평면으로부터 좌우 상악 제1대구치 근심협측교두까지의 거리를 계측하여 비교한다. 본 증례에서는, 기준 수평면으로부터 좌측 상악 제1대구치 협측교두까지의 수직 거리는 77㎜, 우측의 경우 70.5㎜로 약 6.5㎜의 좌우 차이를 보이고 있다. 계측된 수치들을, facrbow transfer를 통해 교합기에 마운팅한 모형상에서 mounting plate와 좌우 상악 제1대구치 근심협측교두까지의 거리와 비교해 보면 그 차이가 유사함을 알 수 있다. CBCT 영상에서는 Nasion을 지나며 FH plane에 평행인 평면을 기준으로 하고, 마운팅한 모형은 Axis-Orbital plane을 기준으로 삼기에 계측되는 수치는 다르지만, 좌우 차이값은 대부분의 경우 비슷하게 관찰된다. CBCT에서 좌우 상악 제1대구치의 차이와 모형상에서의 차이가 다른 경우가 간혹 발생하는데, 이는 좌우 외이공의 위치 차이로 인한 경우가 많다. 심한 안면 비대칭 환자의 경우 좌우 외이공의 위치가 대칭적이지 않으며, 이에 대한 관찰 또한 중요하다 할 수 있다(Fig 8).
하악체의 좌우 길이 및 모양, 하악지의 좌우 길이 비교 등을 통해 하악골의 좌우 대칭을 파악한다. 본 증례의 경우 기준 수평면에 대한 교합평면의 경사가 크고 하악지 길이의 좌우 차이가 꽤 컸지만, 하악체의 좌우 크기와 형태는 대칭적인 양상을 보이고 있다(Fig 9). 하악체의 대칭성은 하악 하연(mandibular plane)에 대해 수직으로 관찰하면 잘 파악할 수 있다. 비대칭의 특징에 따라 하악체의 비대칭과 뒤틀린듯한 모습을 보이는 경우도 있는데, 하악 우각부 혹은 하악 하연의 성형술 필요 여부를 이러한 정보에서 얻을 수 있다.
치열과 기저골의 중심이 일치하는가를 평가하는 데에도, CBCT 영상이 잘 이용될 수 있다. Fig 10는 초진시 CBCT 영상으로, 하악골과 하악 치열의 중심이 상당히 일치하지 않음을 보여주고 있다. 수술전 교정을 통해 치열과 골격의 중심을 일치시키도록 하였다.
이와 같이 3차원 영상을 이용하여 분석하는 방법 이외에, 영상 데이터를 기반으로 3D printing 기술을 응용하여 환자의 두개골 모형을 제작하고 분석할 수도 있다5, 6)(Fig 11). 또한, 가상의 2차원 방사선사진(virtual x-ray film)으로 재구성할 수도 있다. Fig 12은 초진 CBCT 데이터를 이용하여 제작한 가상의 TMJ tomogram으로, 턱관절 상태를 진단하는데 이용하였다.

5. 전통적인 진단 자료의 분석과 통합
측모 두부방사선계측사진 분석의 경우, 3차원 영상에서 이와 유사한 분석을 할 수 있으나4) 아직 분석 방법과 한국인의 평균 및 편차 등에 대한 연구 결과가 정리되지 못하였기에, 전통적인 2차원 사진에서의 분석을 활용하였다.
CBCT 영상에서 계측한 ANS ~ 상악전치 절단연 수직 거리에 3㎜ 더한 값을 모형상으로 옮겨 Le Fort I osteotomy 기준선으로 하였다. 이는 일반적으로 Le Fort I osteotomy를 시행하는 전방 위치가 ANS 상방 3mm임을 응용한 것이다(Fig 8(a)).

6. 모형 수술 및 surgical wafer 제작
CBCT에서의 비대칭 분석과 측모 두부방사선계측사진 분석을 통합하여 수술 계획을 세우고, 이를 바탕으로 교합기에 마운팅한 모형상에서 모형 수술을 시행하여 intermediate wafer 및 final wafer를 제작하였다(Fig 13).
최근에는 기공작업을 통해 wafer를 제작하지 않고, 3D printing 기술을 이용하여 직접 wafer를 CAD/CAM으로 제작하기도 한다. 그러나, 악교정수술 계획을 하는데 이용되는 일반적인 CBCT의 voxel size가 0.3㎜ 정도라고 해도, 치아의 교합면을 표현하기에는 낮은 해상도이며, 치아의 수복물과 브라켓으로 인한 metal artifact, 치아의 교합 관계 등으로 인해 CBCT 영상으로부터 직접 wafer를 디자인하기에는 어려운 점이 있다. 이를 극복하기 위해 3D 스캐너를 이용하여 모형을 스캔한 데이터 혹은 구강내 스캐너를 이용한 디지털 인상 데이터를 CBCT 영상과 융합하여 이용하거나, 가상의 교합기를 이용하기도 한다7). 3D printing을 이용하여 제작된 surgical wafer의 정확성은 이미 검증되어 임상에 이용되고 있다.
이와 같이 기존의 전통적인 진단 자료와 함께 CBCT를 병용하여 수립한 수술 계획을 통해 악교정 수술을 시행하였고, Fig 14와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 안면 비대칭이 개선되었고 심미적인 안모를 얻었으며, 환자의 보상성 머리 자세도 변화되어 좌우 눈의 비대칭이 개선된 것처럼 보인다. 구강내 사진에서는 기능교합의 달성과 심미적인 치아 배열을 볼 수 있다.

Ⅲ. CBCT를 이용한 악교정 수술의 평가
악교정 수술과 교정치료의 결과를 평가하기 위해서는 전통적으로 측모 두부방사선계측사진의 중첩을 이용하여 왔다. 하지만, 안정적인 중첩 기준과 정확한 평가를 위한 노력들이 있었음에도 불구하고, 두부방사선계측사진 중첩법에는 극복하기 어려운 한계점들이 있다8).
CBCT 데이터의 중첩은 이러한 한계점들을 극복할 뿐 아니라, 기존의 방법으로는 어렵거나 불가능한 부분들에 대해서도 평가가 가능하다9, 10). 치료 전후 촬영한 두부방사선계측사진이 서로 다른 촬영기에서 촬영되었다면 확대율의 차이로 인해 중첩 및 평가가 어려운 문제점이 있으나, CBCT 데이터의 중첩은 서로 다른 기계에서 촬영되었거나 voxel size, grayscale 등이 다르거나 촬영 protocol이 다른 경우에도 중첩이 가능하다. 두부방사선계축사진에서는 평가가 어려운 TMJ의 치료 전후 평가 등도 가능하다. 중첩은 응용 프로그램을 통해, 기준 영역만 설정하면 자동으로 빠르게 이루어진다.
Fig 15은 CBCT 중첩법을 이용하여 악교정수술을 동반한 교정치료 전후의 다양한 모습을 보여주고 있다. 영상에서 실제 계측이 가능하므로, 계획한 대로 치료와 수술이 잘 이루어졌는가 정확한 평가를 할 수 있으며, photo wrapping 기술을 응용하면 실제적인 얼굴 모습의 변화를 평가하기 용이하다(Fig 16). CBCT 중첩을 통한 수술 결과와 연조직의 변화를 응용한다면 3차원 영상에서의 가상 수술 및 과학적인 결과 예측도 가능할 것이다.

Ⅳ. 결론
악교정수술을 위한 진단 과 치료계획 수립, 평가에는 안면사진 및 구강내 사진, 두부계측방사선사진을 포함한 수 종의 방사선 사진, 치열 모형 등 많은 자료가 이용되고 있다. 정확성을 높이고 더 좋은 결과를 얻기 위하여 참고로 하는 자료의 종류도 다양해지고 있으며, 여러 장점으로 인해 CBCT의 이용이 증가하는 추세이다.
CBCT 영상을 이용하면, 환자의 실제 해부학적인 정보를 파악하기에 매우 유용하며, 기존의 평면 분석에서 얻기 어려웠던 정보들을 얻을 수 있고, 이러한 정보들을 통해 더욱 정확한 수술계획의 수립이 가능하다. 본 특집 원고에서는 악교정수술을 동반한 교정치료에서 CBCT 자료를 효율적으로 활용하여 도움을 얻었던 증례를 통해 임상에서의 응용 방안을 소개하였고, 그 결과를 평가하는 방법에 대해서도 살펴보았다.
나날이 발전하는 CBCT를 포함한 영상 기술 및 CAD/CAM 기술의 응용을 통해, 미래에는 더욱 정확하고 예측가능성이 높은 악교정수술이 이루어지고, 교정치료를 보다 쉽게 할 수 있으리라 기대하며 이 글을 마치고자 한다.

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Fig 1. 안면비대칭을 주소로 내원한 18세 7개월 여성 환자의 초진 사진
Fig 2. Fig 1 안면 비대칭 환자의 초진 CBCT 3차원 영상. (a) 연조직 영상, (b) 경조직 영상, (c) 치아 및 경조직 영상 (4) airway view.
Fig 3. 수술전 CBCT 영상. (a) habitual position, (b) re-oriented position
Fig 4. 연조직 대칭성 분석을 위한 grid 및 landmark의 예
Fig 5. CBCT 데이터와 디지털 안모사진을 이용한 photo wrapping
Fig 6. 경조직 분석을 위한 grid 및 landmark의 예
Fig 7. 상악골의 회전(yaw) 평가. 본 증례의 경우, 상악골의 회전은 비교적 경미하다
Fig 8. (a) 상악 교합평면 경사의 평가 및 (b) 사용되는 기준 평면
Fig 9. 하악체(mandibular body)의 좌우 크기 및 대칭성 평가. 하악 하연(mandibular plane)에 수직인 시점으로 관찰한다.
Fig 10. 하악 골격성 중심선과 치열 중심선과의 관계. (a) CBCT에서 관찰되는 차이를 (b) 구강내 사진에 표현하였다. 골격과 치열의 중심선 차이가 상당히 큼을 볼 수 있다.
Fig 11. CBCT와 3D printing 기술로 제작한 두개골 모형
Fig 12. CBCT 데이터에서 재구성한 virtual TMJ tomogram
Fig 13. 모형 수술. (a) 수술전, (b) Le Fort I osteotomy 모형 수술 이후, (c) Le Fort I osteotomy 및 BSSRO 모형 수술 이후, (d) 제작된 수술용 스플린트(surgical wafers)
Fig 14. 치료 종료시의 안모 및 구내사진
Fig 15. 골격성 III급 부정교합 환자의 수술 전후 CBCT 중첩. 다양한 시점에서의 비교 평가가 가능하다.
Fig 16. 골격성 III급 부정교합 환자의 수술 전후 CBCT 중첩. 수술 전후의 디지털 안모사진을 각 시기의 CBCT에 photo wrapping하고, 비교를 위해 중첩된 위치에서 약간 벗어나게 위치시켰다.