우리는 입체측량법을 이용한 연부 조직 변화의 3차원 분석 프로토콜을 제시합니다.
방법 논문
우리는 입체측량법을 이용한 연부 조직 변화의 3차원 분석 프로토콜을 제시합니다.
치과 및 교정 치료, 그리고 정악 수술이 얼굴 연조직에 미치는 영향 평가는 매우 중요합니다. 이러한 치료는 얼굴 미용에 큰 영향을 미치고 따라서 환자 만족도에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 얼굴 연조직 반응을 정확히 평가하는 것은 최적의 치료 결과를 달성하는 데 필수적입니다. 3차원(3D) 입체 사진측량은 신뢰할 수 있고 방사선이 없으며 비침습적인 도구로, 연부 조직 표면의 정량적 평가에 사용되어 얼굴 구조를 매우 정확하게 표현할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목적은 입체측량법을 사용하여 얼굴 연조직 변화를 정량적으로 평가할 수 있는 방법론을 입증하는 것입니다. 영상 시연에서는 3D 이미지 분석 소프트웨어를 사용했습니다. 제안된 프로토콜에는 영상 준비, 3D 축에 대한 공간 등록, 관심 영역의 선택 및 중첩, 그리고 평가에 관련된 두 연조직 표면 이미지 사이에 포함된 면적의 부피 계산 단계가 포함됩니다. 이 프로토콜은 타당성과 재현성에 대해 검증되었으며, 임상 및 연구 목적에 따라 다양한 적용 대상이 될 수 있습니다.
얼굴 연조직 변화 평가는 치과에서 중요합니다. 얼굴 연조직은 미용과 기능의 필수적인 부분이며, 치과 전반에 걸친 치료 계획의 필수적인 부분으로 간주되기 때문입니다. 연부 조직 평가는 임상의가 교정, 보철학, 정악 수술과 같은 치료 중재가 얼굴 외관과 균형에 미치는 영향을 예측할 수 있게 합니다. 골격 또는 치과 측정에만 의존하면 이상적인 교합 및/또는 골격 관계의 달성이 항상 균형 잡히거나 원하는 얼굴 연부 조직 변화로 이어지지 않아 치료 결과가 저하될 수 있습니다 2,3.
연부 조직 분석은 기초 얼굴 특성을 파악하고, 성장과 노화의 영향을 예측하며, 치과, 교정 또는 외과적 개입이 얼굴 윤곽과 구조적 지지를 어떻게 변화시키는지 예측하는 데 있어 개별화된 치료 계획에 필수적입니다 4,5. 구체적으로, 입술 지지대, 얼굴 볼록성, 얼굴 높이 감소는 치과 골격 변형에 의해 직접적으로 영향을 받으며, 이러한 변화는 환자 만족도와 미적 결과에 크게 영향을 미칠 수 있습니다 2,4. 연부 조직 변화의 정확한 평가는 특히 임플란트 및 보철 치과에서 연부 조직 부피의 보존이나 증대가 자연스러운 외관과 기능을 유지하는 데 필수적이며, 미용 부위에서 최적의 결과를 얻는 데 매우 중요합니다6. 현대 3차원 영상 및 스캔 기술은 연부 조직 측정의 정밀도와 재현성을 향상시켜 진단, 치료 계획 및 결과 평가를 용이하게 했습니다 7,8,9.
연부 조직 평가의 금본위는 연부 조직 부피 변화를 정량화하기 위한 연쇄 3D 영상이며, 임상 검사와 환자 보고 증상을 보완하는 것입니다10. 가장 정확하고 재현 가능한 방법은 연속 3D 입체측량 또는 레이저 표면 스캐닝으로, 시간10, 11, 12에 따른 연부 조직 부피 변화를 정밀하게 측정할 수 있습니다. 이전 논문들은 구강 및 악안면 문헌에서 얼굴 연조직 변화를 평가하는 정량적 방법을 설명했으나, 보고된 결과는 여전히 매우 다양합니다 10,11,12,13,14,15,16,17. 하지만 대부분의 이전 연구에서는 관련 단계에 대한 세부 사항이 포함되지 않고, 결과의 재현성도 종종 보고되지 않습니다. 더불어, 수작업 과정의 영상 시연이 없어, 연부 조직 평가를 수행하려는 임상의와 연구자들에게 실질적으로 매우 유용할 것입니다. 이 영상 시연은 얼굴 표면 이미징을 이용한 반자동화, 고정확도, 고재현성 3D 부피 변화 평가를 수행하는 방법론을 자세히 보여줍니다.
이 프로토콜은 미국 국립보건원(NIH) 기관심사위원회(NIDCR IRB #16-D-0040)가 정한 윤리 지침에 따라 수행되었습니다. NIH IRB 승인 프로토콜(NCT02639312) 하에 모든 피험자로부터 사전 동의를 받아 연구 관련 출판물에서 3D 얼굴 사진 사용을 허용하였습니다. 모든 영상 촬영은 NIH 치과 클리닉에서 3D영상 시스템을 사용하여 수행되었습니다. 이 프로토콜에 사용되는 소프트웨어에 대한 자세한 내용은 재료표 를 참조하십시오. 이 프로토콜에 사용된 3D 얼굴 사진 사용에 대해 명시적인 동의를 얻었습니다.
1. 이미지 준비
2. 3D 축 그리드에 대한 기본 이미지 등록
참고: 기준선 이미지는 연구 설계에 의해 정의되었습니다. 이 이미지는 개별 피실험자의 이후 이미지가 등록되는 기준점입니다. 정중 대칭은 다음과 같이 확립됩니다:
3. 랜드마크 주석
참고: 표면 기반 방법보다 연부 조직 랜드마크 기반 등록을 선택하여, 이미지 품질에 제한받고 수술로 영향을 받지 않은 영역에 제한되는 표면 가용성 변동을 더 잘 반영합니다. 각 이미지마다 랜드마크 주석의 순서는 동일해야 합니다. 가능하다면 수술 부위 밖에 있는 흉터나 점과 같은 환자 특유의 랜드마크에 주석을 달아주세요. 각 평가의 관심 분야에 따라 랜드마크 선정이 결정되어야 합니다.
4. 기준선 이미지 및 부피 측정에서 관심 영역 선정
5. 후속 이미지 등록, 관심 영역 중첩 및 부피 측정
이 프로토콜은 안면 연조직 변화의 3D 평가를 위한 표준화되고 재현 가능한 접근법을 상세히 설명합니다. 입체측량은 시간에 따른 표면 변화를 포착하여 얼굴 부종을 정확히 정량화할 수 있게 해줍니다. 랜드마크 기반 등록 과정을 사용하여 수술 후 이미지가 안정적인 기준선에 정렬되어 수술로 영향을 받은 부위를 중복 및 비교할 수 있게 합니다. 관심 영역은 재현 가능한 해부학적 경계를 사용하여 정의되며, 해당 부피는 입방밀리미터(cm3) 단위로 계산됩니다. 각 피험자가 자체 내부 통제 역할을 하기 때문에, 이 분석에서 절대 부피는 피험자 간 직접적으로 비교할 수 없습니다.

그림 1: 3차원 체적 측정 시연. 이 프로토콜을 사용하여 교정 악골 수술 후 얼굴 부종의 양을 정량적으로 평가하는 데 사용된 시연. (A) 수술 후 1년 후 완전히 사라진 후 촬영된 기준 이미지. 이미지는 다음 해부학적 랜드마크를 사용하여 3D 축 격자에 등록되었습니다: 양측 내측 및 외측 안각, 문막. ROI의 정의와 함께. (B) 수술 후 1주일 이내에 촬영된 영상으로, 대부분의 환자가 가장 부종을 경험하는 시기입니다. 동일한 축 그리드에 등록되었으며, 기준선 ROI가 이미지에 투영되었습니다. (C) 정렬 정확도를 확인하기 위해 기저선 및 수술 후 이미지를 중첩합니다. (D) 양 시점에서 ROI로부터 생성된 체적 마스크, 그리고 그 결과 체적 측정은 입방밀리미터(cm3) 단위로 제공됩니다. (E) 마스크 간 부피 차이를 비교하는 히트맵; 파란색과 초록색은 볼륨 증가를 의미하고, 노란색과 주황색은 기준선 이미지에 비해 볼륨이 줄었음을 나타냅니다. 색상으로 구분된 숫자 인덱스가 참고용으로 포함되어 있습니다. 두 마스크 간의 정확한 부피 차이도 출력으로 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
3D 영상은 치과 및 두개안면외과 분야에서 표준 치료가 되었으며,고정밀도의 정량적 연조직 평가를 제공합니다. 3D 이미지에서 해부학적 랜드마크 배치의 재현성과 정확성도 이전 연구들에서 검증되었습니다19. 따라서 입체측량법 또는 3D 얼굴 연조직 이미지는 정밀한 인체측정 측정과 종방향 이미지 비교를 통해 연조직 변화의 객관적 정량화를 가능하게 합니다.
얼굴 연조직 평가에 관한 이전 문헌들은 전문 영상 분석 소프트웨어, 다양한 영상 모달리티 및 소프트웨어 유형의 조합, 또는 여러 랜드마크의 주석 작성이 필요한 방법을 자주 설명하며, 이는 사용자에게 상당한 시간과 노력을 요구할 수 있습니다. 11,13,14,20,21,22,23,24,25, 26. 영역 기반 중첩 역시 다양한 소프트웨어에서 옵션으로 제공되며, 이전 연구들에서 구현된 바있다 27. 이것은 수동 랜드마크 주석 대신 사용할 수 있는 대체 중첩 도구입니다. 그러나 저자들이 후고적 코호트 연구에서 두 방법을 모두 시험한 경험에 따르면, 랜드마크 기반 중첩이 더 쉽고 정확한 선택이었습니다.
주요 이유는 면적 기반 중첩이 겹친 이미지 간의 작은 차이, 예를 들어 피부 표면에 머리카락 한 올의 존재나 머리의 정확한 방향 같은 작은 차이에도 더 민감했기 때문이다. 이는 아래에서 권고한 보다 표준화된 이미지 획득 프로토콜을 사용했다면 피할 수 있었던 사후 연구의 본질적인 문제입니다. 그럼에도 불구하고, 이전 출판물들은 이 과정을 단계별로 안내하지 않아 다른 임상가나 연구자들이 쉽게 복제할 수 있도록 했습니다. 여기서는 이미 기존 영상 소프트웨어에 통합된 체적 변화의 정량화를 위한 표준화된 프레임워크를 제시합니다. 이는 영상 분석 분야의 전문 지식이 필요하지 않은 간단한 부피 연조직 평가 방법입니다.
얼굴 표면 이미지를 중첩할 때 자주 발생하는 기술적 어려움 중 일부는 얼굴 털의 존재와 관련이 있습니다. 수염의 길이와 두께에 따라 피부 표면이 가려져 있어 스캔 정확도를 크게 저하시킬 수 있습니다. 따라서 고민도의 정량적 평가인 스캔 간 비교는 신뢰할 수 없을 것입니다. 따라서 3D 얼굴 스캔 도입 전에는 얼굴 털이 매우 최소한이거나 이상적으로는 전혀 없는 것이 강력히 권장됩니다. 피실험자의 머리카락은 얼굴에서 멀리 떨어져 배치하여 얼굴, 이마, 귀가 명확하게 보일 수 있도록 해야 합니다.
또한, 구강 호흡 패턴이나 골격 불일치로 인한 입술 기능 저하가 있는 환자는 입술을 벌린 채 자세를 취하는 경향이 있습니다. 특히 입술 위치가 일관되지 않을 때 연속 스캔 비교 시 문제가 될 수 있습니다. 서로 다른 시점에 두 개 이상의 스캔을 비교 체적 평가에 포함할 때, 입술의 위치는 재현 가능해야 합니다. 마지막으로, 일관성과 재현성을 위해 스캔 촬영 시 표정은 피해야 합니다. 모든 사진은 환자가 가능하다면 입술을 다문 채 중립적인 표정을 유지하고, 습관적인 교합 관계에서 치아를 접촉한 상태로 촬영하는 것이 권장됩니다. 이 위치는 시간이 지나면서 가장 쉽게 재현할 수 있는 것으로 여겨집니다.
더불어, 피사체들이 무엇을 해야 하는지, 이미지를 촬영하는 과정이 무엇인지 정확히 알 수 있도록 적절한 지도도 중요합니다. 같은 이유로, 이미지 획득에 참여한 인력들은 여러 사람이 참여할 경우 서로 교육받고 보정해야 합니다. 이로 인해 스캔의 품질이 크게 향상되고, 결과적으로 정량적 평가의 정확성도 높아집니다.
요약하자면, 이 프로토콜은 향후 임상 평가와 다양한 치료 중재가 얼굴 미용에 미치는 영향과 장단적 평가의 치유 과정 진행 여부를 평가하는 데 실질적인 지침을 제공합니다. 이러한 평가는 치의학의 여러 분야에서 매우 유익할 수 있으며, 특히 고정 및 탈착 보철, 교정 교정, 교정 수술 분야에서 매우 유익할 수 있습니다. 치과 및/또는 골격 조직 중재에 대한 연부 조직 반응에 초점을 맞춘 연구는 이러한 다양한 치료 기법이 얼굴 연부 조직 윤곽에 미치는 영향에 대한 귀중한 정보를 제공할 것입니다. 이는 전체 치료 결과의 필수 요소입니다. 또한, 노화와 관련된 연부 조직 변화에 대한 종단 평가는 다양한 치료 유형이 연부 조직 프로필에 미칠 장기적 영향에 대해 동등하게 유익할 수 있습니다. 이 정보는 향후 맞춤형 치료 결과 시뮬레이션 접근법의 일부로 활용될 수 있으며, 이는 치료 계획과 환자 상담에 필수적인 요소가 될 수 있습니다.
저자들은 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 국립보건원(NIH) 산하 국립치과 및 두개안면 연구소(NIDCR)의 내부 연구 프로그램의 지원을 받았습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 벡트라 H1 카메라 | 캔필드 사이언티브 | 해당 없음 | 휴대용 3D 이미징 시스템 |
| 벡트라 소프트웨어 | 캔필드 사이언티브 | 해당 없음 | 이미지 분석 소프트웨어 |
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