[기획특집1]Dental CT의 임상 응용

Dental CT의 임상 응용

김현철 리빙웰치과병원 병원장

대한치과이식(임프란트)학회 이사
한국 국제구강 임프란트학사회 이사
(가칭) 대한레이저치의학회 회장
경희대학교 치과대학 외래교수
부산대학교 치과대학 외래교수
한양대학교 의과대학 외래교수
일본 구루메대학 비상근 강사
대한 구강 악안면 외과 학회 지도전문의
리빙웰 덴탈팀 대표

이장렬 리빙웰치과병원 공동원장

대한치과이식(임프란트)학회 이사
(가칭) 대한레이저치의학회 이사
연세대학교 치과대학 외래교수

Dental CT의 특성

최근 들어 보다 덜 고통스럽고 안전한 치과진료를 바라는 환자들의 바람은 어는 때보다 한층 높아져 있다. 이를 만족시키기 위해 술 전 정확한 진단과 세밀한 치료계획이 필요하다. 기존의 방사선촬영과 달리 3차원적인 방사선촬영 자료는 질환에 대한 이해뿐만 아니라 치료 방법 선택에 많은 정보를 제공하여 준다. 특히 외과적 술식에서 주변 해부학적 구조물에 손상을 방지하고 외과적 손상과 시술시간을 줄일 수 있는 보다 안전하고 효율적인 접근방법을 제시하여 준다.
기존의 CT 장비는 규모가 크고 고가이기 때문에 보유와 관리에 제약이 컸고, 이로 인해 대학병원 등 일부 의료기관에서만 사용되어져 왔다. 또한 환자에 대한 피폭량이 커서 구강악안면외과영역에서 수술을 요하는 비교적 중증의 질환에서만 제한적으로 촬영되어 왔다(그림 1).

그림 1. multiple slice helical CT

디지털 산업의 발전은 적은 방사선 노출량에도 예민한 방사선 검출기의 제작을 가능하게 하였고, 적은 방사능 노출량으로도 방사선 영상을 획득할 수 있게 하였다. 또한 대용량의 디지털 검출기 제작을 가능하게 하였고, 컴퓨터의 발전으로 다량의 영상정보 처리가 가능하게 되어, 기존의 CT와는 다른 형태의 보다 경량화되고 손쉽게 사용할 수 있는 치과 전용 Cone Beam CT를 개발하게 되었다.
가장 큰 특성으로는 기존의 CT가 부채꼴 모양의 얇은 방사선을 사용하는 반면 Cone Beam CT (CBCT)는 깔때기 모양의 입체 형태의 방사선을 사용한다는 것이다. Cone Beam CT라는 명칭도 여기서 유래하였다. 또한 검출기의 형태가 기존 CT에서는 일차원적으로 배열되어 있어 한 층의 단면 촬영한 후 다음 층 촬영을 위해 피사체를 이동시켜야 하는 반면 Cone Beam CT는 이차원적인 검출기로 한번 회전에 촬영이 가능하다(그림 2).

그림 2. 기존 CT와 Dental CT의 촬영원리 비교

기존의 CT가 Axial 영상을 합성하여 입체 데이터를 형성하기 때문에 촬영 간격이 큰 경우 촬영된 영상의 공간해상능(spatial resolution)이 떨어지는 반면 CBCT는 촬영할 때부터 균일한 크기의 입체 데이터가 획득되고, 영상 데이터를 입체적으로 합성하는 영상재구성( image reconstruction)이 빠르다(그림 3).

그림 3. CBCT의 균일한 Voxel 크기 및 공간해상능

Dental CT 형태

현재 판매되고 있는 CBCT는 다양한 형태와 촬영방식을 나타낸다 (그림 4-9). 기존의 CT 경우처럼 누워서 촬영하는 형태가 있는가 하면 (그림 6) 대부분의 촬영기는 앉아서 촬영하도록 되어 있다. 또한 한번의 촬영으로 촬영가능한 범위(FOV)에 대해서도 다양한 차이를 나타낸다. 한번의 촬영으로 상·하악 악골을 모두 촬영 가능한 기종에서부터 몇 개의 치아나 한쪽 악골만 촬영이 가능한 형태로 나뉠 수 있다 (그림 10). 영상 검출기도 기존 아날로그 방식의 CCD 카메라를 사용하는 형태부터 디지털 방식의 flat panel 검출기를 사용하는 형태로 대별될 수 있다 (그림 11, 12). 또한 사용되는 방사선량에서도 차이를 나타내며 얻어진 자료의 데이터 크기에도 차이를 보인다.

그림 4. i-CAT, ISI, USA 그림 5. MercuRay, Hitchi, Japan

그림 6. NewTom 900, QR-NIM SRL, Italy 그림 7. 3DX, Morita, Japan

그림 8. PSR9000N, Yoshida, Japan 그림 9. Implagraphy, Vatech, Korea

그림 10. Dental CT의 다양한 촬영범위 (FOV)

그림 11. 아날로그 방식의 CCD 카메라를 이용한 영상 검출기

그림 12. 디지털 방식의 Flat Panel 영상 검출기

본 병원에서 사용되고 있는 CBCT는 미국의 imaging science international사의 i-CAT 기종으로써 다음과 같은 특징을 가지고 있다 (그림 13).

1. 촬영기 크기가 2.0 m x 1.8 m로 작고 따라서 설치 공간 역시 작다.
2. 앉아서 촬영하도록 되어 있고 개방형으로 설계되어 기계에 대한 거부감이나 폐쇄 공포증을 유발하지 않는다. 또한 경량화된 디자인은 환자로 하여금 편안한 느낌을 준다.
3. flat panel 디지털 검출기를 사용하여 영상의 왜곡과 오류를 최소화하였고, 기계의 크기를 경량화하였으며, 기존 CCD방식에 비해 검출기 수명이 대폭 연장되었다.
4. 민감한 flat panel 검출기로 인해 방사선 피폭량이 적다(30-135uSv).
5. 대형 flat panel 검출기를 사용함으로써 촬영 범위(FOV = Height 17cm)가 크다.
6. 촬영(10s, 20s, 40s) 및 영상재구성 시간 (1-2 min.)이 짧다.
7. 최소 공간해상능 0.2 mm로 해상능이 높다.
8. 데이터 크기가 작아 backup이 용이하다.

그림 13. i-CAT system (Imaging Science International, USA)

치과에서의 임상적용

CBCT는 기본적으로 경조직 병소 진단에 사용되어진다. 적은 노출량을 사용하기 때문에 연조직을 관찰할 수 있으나 연조직 간에 구별에는 한계를 보인다 (그림14). CBCT의 임상 적용례는 다음과 같다.
1) 과잉치 혹은 매복치의 위치 파악 및 주변 치아와의 관계 평가 2) 하악 제3대구치 발치시 하악관과의 관계 평가 3) 치주질환에 의한 골파괴 평가 및 골이식 평가 4) 치근단 절제술 5) 상악동 질환 평가 6) 낭종 및 종양의 관찰 7) 측두하악관절장애 평가 8) 골질환 평가 9) 임프란트 식립부위 및 골 채취부위 평가 10) 악골기형 및 악교정 수술 환자 평가
CBCT의 경조직에 대한 뛰어난 공간해상능에도 불구하고 골밀도 측정시 기존 CT의 CT number(Hounsfields Unit)와의 호완성 문제는 아직 모든 기종에서 해결될 문제로 남아 있다. 기존 CT는 기종에 관계없이 같은 밀도의 물체에 대해 같은 CT number로 측정되나 CBCT에서 측정되는 밀도값은 기종에 따라 달리 나타나고 기존 CT의 CT number와 일치하지 않는다. 그러나 기존 CT number와 CBCT의 밀도 측정치 간에 비례관계가 성립한다고 알려져 있다 (그림 15).

그림 14. 연조직 대조도 (좌) CBCT (우) 기존 CT

그림 15. 기존 CT CT number와 CBCT 골밀도 측정간에 비례관계 (Aranyarachkul etc, JOMI, Vol 30, 2005)

임상활용 증례

■ 과잉치 및 매복치 발치
기존 방사선촬영법과 달리 3차원적인 위치 정보를 정확히 알려준다. 뿐만 아니라 주변 치아나 해부학적 구조물과의 연관성을 명확하게 관찰할 수 있다. 결과적으로 발치를 위한 효과적인 외과적 접근을 계획할 수 있어 발치 시간을 단축시키고 주변 해부학적 구조물에 대한 손상을 최소화할 수 있다.

그림 16. 과잉치 및 매복치 발치 증례 : (상) 상악 과잉치의 외과적 접근 분석 (하) 상악 매복치의 주변 해부학적 구조물과의 연관성 분석

■ 하악 제3대구치와 하악관 관계 평가

하악 제3대구치와 하악관이 인접한 경우, 하치조 신경의 지각이상이 발생될 우려가 있다. CBCT는 방사선 피폭량이 기존 CT에 1/50 - 1/30 정도로 적기 때문에 하악 제3대구치 발치시에 촬영을 권유할 수 있고 많은 환자들이 촬영에 동의한다. CBCT를 통해 환자와 충분히 발치에 따른 위험성을 공유함으로써 만약에 발생될 수 있는 상황에서 환자의 협조를 얻어낼 수 있을 것이다.

그림 17. 매복된 하악 제3대구치 발치 증례 : 치근과 하악관과의 접근도 및 위치관계 평가

■낭종 및 종양 증례

병소의 진단 및 병소의 성장으로 인한 주변 골조직과 주변 해부학적 구조물의 영향을 평가할 수 있다. 술 전 평가를 통해 병소의 성장양상과 크기, 술 전 수술계획을 확립하는 데 다양한 정보를 제공하여 준다.

그림 18. 상악골에 발생된 치성각화낭의 증례

그림 19. 하악골에 발생된 법랑모세포종 증례 : 종양의 범위와 골 파괴 정도를 입체적으로 보여주며, 하악관 위치관계를 명확히 보여주고 있다.

■ 임프란트 식립

임프란트 식립시 CBCT가 제공하는 정보는 다음과 같다.
1) 해부학적 구조물, 병소
2) 골높이, 골폭 측정
3) 골밀도 측정
4) 임프란트 식립 위치 및 각도

임프란트 시술에 필요한 측정을 위해서 특성화된 프로그램을 사용할 수 있다. 대표적인 프로그램으로는 Vimplant (Cybermed, Korea), Simplant (Materialise, Belgium) 등을 들 수 있다. 이들 프로그램은 임프란트 식립 예정부위에 대한 골량 측정, 골밀도 측정, 하악관 추적, 상악동 골이식량 예측, 모의 임프란트 식립, 입체 영상 구성 등의 다양한 기능이 포함되어 있어 임프란트 식립에 많은 정보를 제공하여 준다.

모의 임프란트 식립
: 하악 우측 제2대구치 부위 임프란트 식립을 위한 모의 임프란트 식립 영상
하악관의 주행을 추적하여 표시된 영상과 3차원으로 재구성된 영상을 볼 수 있다.

그림 20. 임프란트 식립을 영상 재구성 소프트웨어 상에서 시뮬레이션함으로써 종합적인 정보를 얻을 수 있다.

골질 평가
: 임프란트용 프로그램은 골밀도를 수치로 측정할 수 있는 기능을 내재하고 있다.
그러나 단순 수치는 측정부위와 측정면적에 따라 다소 상이하게 나타날 수 있다.
그러므로 전반적인 골단면의 형태를 확인하는 것도 중요하다.

그림 21. 식립예정부위의 다양한 피질골 두께 및 골밀도를 확인할 수 있다.

임프란트 식립각도 평가
: 인접 치아의 각도 혹은 대합치의 각도를 확인하고 또 치조골의 경사도를 확인함으로써 임프란트의 식립각도를 결정하는 데 이용될 수 있다.

그림 22. 인접치와 대합치 그리고 악골의 형태를 종합적으로 고려한 임프란트의 식립각도와 위치를 선택할 수 있다.

해부학적 구조물 평가

: 하악관의 부근관
악 구치부에서 비교적 많은 빈도로 하악관의 부근관 주행을 확인할 수 있다.

그림 3. 임프란트 식립예정부위에 3개로 나뉘어진 하악관의 주행을 관찰할 수 있다.

  : 상악동의 격벽
    상악동의 격벽은 Socket lift나 Sinus Graft를 위한 lateral window형성
    에 장애를 줄 수 있어 위치 확인이 필요하다. 일반 파노라마 방사선사진
    에서는 관찰하기가 어렵다.

그림 24. 파노라마방사선사진에서 관찰하기 힘든 상악동 격벽의 존재 및 위치, 크기 등을 명확하게 확인할 수 있다.

  : 후상치조동맥의 주행
    상악동 외측벽 내면으로 후상치조동맥의 분지가 주행하며 주행경로가
    외측벽에 흔적을 남긴다. 이 동맥의 외과적 손상은 상악동 거상술시
    대량 출혈과 골 치유과정에 영향을 줄 수 있다는 보고가 있었다.

그림 25. 후상치조동맥 분지의 주행경로를 다수 증례에서 추적할 수 있다.

: 하악골의 Vascular canals
하악 정중부에 설측 vascular canal이 관찰된다. 이는 하악 정중부 임프란트
식립시 출혈과 관련이 있을 수 있어 주의를 요한다.

그림 26. 하악 정중부에 하악골로 합입된 vascular canal의 주행이 관찰된다.

: 하악골 이공
    하악골 소구치부 임프란트 식립시 이공 부위의 하악관 주행이 다양한 양상을
    보인다. 기존의 파노라마방사선사진을 근거하여 진단한 경우 이공 주위의 하악관
    주행에 외과적 손상을 입힐 수 있다. 입체적인 진단을 통하여 이공에 손상을
    주지 않고 주변의 가용골량을 충분히 이용할 수 있는 임프란트의 위치 및 각도
     선정에 도움을 받을 수 있다.

그림 27. 하악 소구치부에서 이공의 위치와 하악관의 주행을 입체적으로 관찰할 수 있다.

자가골 채취 부위에 대한 평가
하악지 부위 자가골 채취가 필요한 증례에서 하악관에 손상을 주지 않는 범위를 설정하고 또한 채취 가능한 골량을 가늠하는 데 사용될 수 있다.

그림 28. 하악지에서 안전한 자가골 채취를 위한 술 전 분석 및 이를 토대로 한 실제 시술 장면

상악동거상술을 위한 필요한 골량 평가

상악동거상술 증례의 경우 Dental CT를 통한 영상분석은 상악동저의 형태, 격벽의 위치, 측벽의 두께 그리고 혈관의 위치 등 다양하고 유용한 정보를 제공해준다. 아울러 상악동거상술을 시행할 때 요구되는 골이식재의 요구량을 가늠할 수 있다.

그림 29. 상악동거상술시 필요한 골이식재의 요구량을 영상재구성 프로그램을 통하여 측정할 수 있다.

■ 상악동 질환

상악동염
: 상악동염에 의한 점막 비후 및 농형성, 상악동벽의 골변화 및 상악동 소공의
건전성 주변 부비동으로의 이환 등을 평가할 수 있으며, 상악동염과 치근단 질환의
관련성 등에 대해 평가할 수 있다.

그림 30. 우측 상악동에 점막 비후양상이 관찰되나 상악동의 소공의 개방성은 유지됨을 알 수 있다.

상악동의 위축
: Caldwell 수술 등의 상악동에 대한 외과적 처치의 병력이 있는 환자에서
상악동의 위축이 관찰된다.

그림 31. 임프란트 식립을 위해 내원한 환자의 증례로 상악동에 대한 외과적 처치 기왕력이
있으며 상악동의 위축 및 상악골의 변화가 관찰된다.

■ 측두하악관절 평가
기존 촬영법으로는 촬영각도에 따라 하악과두의 모양이 판이하게 관찰되므로 정확한 골 변화를 관찰하기 어렵다. CBCT를 이용하면 관찰하고자 하는 각도로 단면을 관찰할 수 있어 하악과두의 정확한 골변화를 평가할 수 있다. 아울러 하악와의 형태, 하악골의 대칭성과 하악과두와 하악와 사이의 간격을 평가할 수 있다.

그림 32. 좌측 하악과두의 골흡수 양상이 관찰되며, 하악와의 비정상적인 형태와 좌·우 하악과두의 비대칭이 관찰된다.

■ 악교정수술

악교정수술 증례에서 Dental CT를 통해 얻어진 입체적인 영상정보를 영상재구성프로그램을 통하여 모의 수술을 시행할 수 있다. 이를 통하여 중요 해부학적 구조물의 손상을 방지하기 위한 외과적 접근방법과 수술 후 결과에 대한 정보를 얻을 수 있다. 아울러 촬영된 영상정보를 토대로 프라스틱 모델을 제작하여 보다 실제적인 세밀한 술 전 분석과 술 후 예후 판정에 이용될 수 있다.

그림 33. 악교정 환자에서 프로그램 상의 모의 수술을 통해 술전 분석 및 술후 예측을 시행한 증례

그림 34. Dental CT로 얻어진 영상정보를 통해 제작된 프라스틱 모형에서 술전 진단을 시행한 예