본 연구에서는 매복 과잉치의 발치를 돕기 위해 마커리스 등록(markerless registration) 방식의 스테레오 카메라 기반 증강 현실(AR) 접근법을 제안합니다. 이러한 워크플로우는 매복 과잉치의 위치를 파악하는 데 시각적 보조를 제공하며, 임상에서 활용 가능한 실용적인 보조적 접근법이 될 수 있습니다.
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본 연구에서는 매복 과잉치의 발치를 돕기 위해 마커리스 등록(markerless registration) 방식의 스테레오 카메라 기반 증강 현실(AR) 접근법을 제안합니다. 이러한 워크플로우는 매복 과잉치의 위치를 파악하는 데 시각적 보조를 제공하며, 임상에서 활용 가능한 실용적인 보조적 접근법이 될 수 있습니다.
깊게 매복된 과잉치의 외과적 제거는 치배 및 신경과 같은 주요 구조물과의 인접성과 숨겨진 위치로 인해 까다로운 소아과적 시술입니다. 기존의 프리핸드 방식은 종종 3D 영상의 주관적인 정신적 재구성에 의존하며, 이는 과도한 골 제거와 의원성 손상으로 이어질 수 있습니다. 본 연구에서는 매복 과잉치의 위치 파악을 돕기 위해 카메라 기반 3D AR 내비게이션 시스템을 사용하는 표준화된 프로토콜을 제시합니다. 수술 전 원추형 빔 전산화 단층촬영(CBCT) 데이터와 구강 내 스캔 데이터를 통합하여 환자 맞춤형 가상 계획을 수립하는 디지털 워크플로우를 구축하였습니다. 수술 중에는 고해상도 카메라가 수술 부위를 캡처하며, 매복 과잉치의 가상 모델이 컴퓨터 화면에 표시되는 실시간 카메라 영상 위에 겹쳐져 위치 파악을 위한 시각적 참조를 제공합니다. AR 내비게이션 인터페이스를 통해 외과의는 다양한 조직 층의 투명도를 조절하여 내부 관찰 능력을 높일 수 있으며, 조정 가능한 위치 신뢰도 임계값을 통해 이미지 정합을 미세 조정할 수 있습니다. 또한, 가장 정확한 정렬이 이루어지면 디스플레이를 고정할 수 있어 중요한 조작 중에 시각적 안정성을 확보할 수 있습니다. 본 프로토콜은 깊게 매복된 과잉치를 가진 환자의 임상 사례를 통해 입증되었습니다. 예비 결과에 따르면, 이 시스템은 매복 과잉치의 보조적 위치 파악을 위한 직관적인 공간 가이드를 제공하는 것으로 나타났습니다. 워크플로우는 임상적으로 실행 가능함이 입증되었으며, 인접 치근 손상과 같은 수술 중 합병증은 관찰되지 않았습니다. 결론적으로, 카메라 기반 AR 내비게이션은 매복 과잉치의 보조적 발치를 위한 기존 기술의 잠재적인 보조적 접근법이 될 수 있습니다. 내부 구조의 실시간 시각화와 정합 및 투명도에 대한 대화형 제어를 제공함으로써, 본 프로토콜은 복잡한 소아 치과 중재술에서 디지털 혁신의 임상적 도입을 지원합니다.
과잉치는 치열에서 정상 개수를 초과하여 나타나는 치아를 말합니다. 이는 흔한 치아 발육 이상이며, 특정 증후군의 구강 내 증상으로 나타나기도 합니다. 임상적으로 과잉치는 상악 전치부에서 가장 빈번하게 관찰됩니다. 일부 과잉치는 단순히 치아 수의 증가만을 나타내며 무증상으로 남아 있을 수 있으나, 인접 치아의 비정상적인 맹출, 치근 흡수, 치열 불규칙 및 낭종 형성 등의 합병증을 유발할 수 있습니다1,2. 따라서 과잉치가 영구치의 맹출을 방해하거나, 합병증의 위험이 있거나, 이후의 치료 계획에 영향을 주는 경우에는 대개 외과적 제거가 필요합니다.
과잉치의 관리에는 조기 진단과 적절한 시기의 개입이 필수적입니다. 개입 시기와 수술적 접근법의 선택은 과잉치의 공간적 위치와 밀접한 관련이 있습니다. 제거의 최적 시기에 대해서는 여전히 논란이 있으나, 많은 임상의들은 이미 영구치 맹출에 영향을 미쳤거나 합병증의 잠재적 위험이 있는 경우 조기 개입을 선호합니다3,4. 수술 기법의 선택은 주로 임상 및 방사선 검사 결과에 따라 결정됩니다. CBCT는 과잉치의 개수, 위치, 치근 형태 및 주변 해부학적 구조와의 관계를 3차원(3D)으로 평가할 수 있기 때문에 과잉치 제거 전에 흔히 사용됩니다. 이러한 정보는 치아의 정확한 위치, 순측 또는 구개측 위치, 골성 매복 정도 및 적절한 수술적 접근법을 결정하는 데 도움이 됩니다2,5.
현재의 전통적인 자유수술식 제거 방식은 주로 수술 전 영상에 대한 외과의의 공간적 해석과 경험 기반의 위치 파악에 의존하고 있습니다. 위치 파악의 오류는 과도한 골 삭제로 이어질 수 있으며, 인접한 치근이나 중요한 해부학적 구조물을 손상시킬 수도 있습니다3,6. 최소 침습 개념의 발전과 디지털 기술의 진보에 따라, 복잡한 매복치나 과잉치 제거에 3D 프린팅 맞춤형 가이드, 동적 내비게이션, 혼합 현실 및 로봇 보조 기술이 적용되어 왔습니다7,8,9,10. 이러한 기술들은 위치 파악 능력을 향상시키고, 수술 시간을 단축하며, 골 삭제량을 줄일 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 하지만 이러한 기술들에도 한계는 있습니다. 3D 프린팅 맞춤형 가이드는 일반적으로 수술 전 설계, 모델 처리, 가이드 출력 및 후처리가 필요하며, 이는 준비 시간과 작업 흐름의 복잡성을 증가시킬 수 있습니다. 일차 의료기관이나 장비가 제한적인 기관에서는 가이드 제작을 외부 가공 센터에 의존하는 경우가 많아 준비 시간이 더욱 길어질 수 있습니다. 동적 내비게이션과 로봇 보조 시스템은 대개 추가적인 추적 장치와 등록 절차가 필요합니다. 제한된 구강 내 수술 공간에서 이러한 시스템은 장비 배치와 수술 조작의 복잡성을 높일 수 있으며, 외과의의 시야와 기구 조작에 영향을 줄 수 있습니다. 혼합 현실은 강력한 시각화 잠재력을 가지고 있지만, 가상-실제 등록의 정확도와 동적 추적의 안정성은 여전히 임상 적용을 제한하는 중요한 요인으로 남아 있습니다. 또한, 장비의 높은 비용과 이러한 기술들과 관련된 긴 학습 곡선은 외래에서의 매복 과잉치 제거술에 널리 보급되는 것을 제한할 수 있습니다.
이러한 한계를 해결하기 위해, 본 프로토콜에서 사용된 AR 방법은 주로 컴퓨터, 스테레오 카메라 및 AR 내비게이션 소프트웨어로 구성된 상대적으로 간단한 하드웨어 설정을 채택합니다. AR 기술은 치성 낭종 절제술, 치과 임플란트 식립, 악교정 수술, 악안면 외상 수술 및 매복 제3대구치 발치를 포함한 구강악안면 수술에 예비적으로 적용되어 수술 중 시각화 및 공간적 위치 파악에 대한 가능성을 보여주었습니다11,12,13,14,15,16. 따라서 본 프로토콜에서는 과잉치 제거를 돕기 위해 스테레오 카메라 기반의 마커리스 등록 기반 AR 방법을 제안합니다. 수술 전, 3D 재구성을 위해 CBCT 데이터와 구강 스캔 모델을 획득합니다. 과잉치와 인접치의 디지털 모델을 재구성하여 AR 내비게이션 시스템으로 불러옵니다. 수술 중에는 스테레오 카메라가 수술 부위를 실시간으로 캡처합니다. 시스템은 치아 형태를 기반으로 마커리스 등록을 수행하며, 과잉치의 가상 모델이 화면에 표시되는 실시간 카메라 이미지 위에 중첩되어 수술 중 위치 파악을 위한 시각적 참조를 제공합니다. 이러한 워크플로우는 기존의 프리핸드 수술로는 위치 파악이 어려울 것으로 예상되는 깊게 매복된 과잉치에 특히 적합합니다.
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여기에 설명된 절차는 중국 쿤밍에 위치한 쿤밍 의과대학 부속 치과병원의 인간 연구 윤리 위원회 가이드라인에 따라 승인 및 수행되었습니다 (승인 번호 KYKQ2025MEC0077). 임상 및 수술 중 이미지의 사용 및 출판에 대해 환자와 법적 보호자로부터 서면 동의를 얻었습니다.
1. 기기 준비
2. 수술 전 영상 촬영 및 환자 준비 (그림 1)
3. 3D 스캔 데이터와 CBCT 유래 재구성 데이터의 정합
4. 인식을 위한 전치부 치열 데이터 분리 (그림 2B)
5. AR 내비게이션 시작
참고: Intel RealSense D415 카메라는 1080p, 30 fps의 RGB 이미지 획득 용도로만 사용되었으며, 추적이나 정합을 위한 깊이 감지 기능은 사용되지 않았습니다. 카메라 보정 매개변수는 소프트웨어 개발 단계에서 미리 정의되었으며 AR 정합에 사용되었습니다. 이후 사용 과정에서 추가적인 보정은 필요하지 않았습니다. 본 시스템에서는 환자 맞춤형 3차원 전치부 치열 모델을 치열 마커로 사용하여 정합을 수행하였습니다. 시스템은 이 3D 모델의 투영된 윤곽 및 기하학적 특징을 실시간 RGB 카메라 뷰에 나타나는 환자의 전치부 치열과 일치시켰습니다. 자동 정합 후, 가상 과잉치 모델이 전치부 치열 모델과 수술 전 정의된 공간적 관계에 따라 표시되었습니다.
6. 수술 전 준비
7. AR 보조 하의 외과적 접근법 확립
참고: AR 기술에 경험이 많은 담당 구강외과 의사, 수술 보조원 및 AR 수술 보조원으로 구성된 팀과 함께 절차를 수행하십시오.
8. 매복 과잉치의 노출 및 제거
9. 수술 후 관리
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교정 상담 중 CBCT 검사를 받은 17세 여성 환자의 상악 전치부에서 2개의 매복 과잉치가 발견되었습니다. 교정 전문의의 평가 결과, 2개의 과잉치와 1개의 잔존 유치의 발치가 권장되었습니다. 구강 내 검사 결과 잔존 유치는 확인되었으나, 과잉치 2개는 모두 구강 내로 맹출되지 않은 상태였습니다. CBCT 영상에서 우측 상악 측절치 치근단 상부에 역방향으로 위치하여 골 내에 완전히 매복된 과잉치가 확인되었습니다. 다른 과잉치는 좌측 상악 중절치와 측절치 사이의 구개측에 위치하며 순-구개 방향으로 배열되어 있었고, 골로 완전히 덮여 있지 않아 위치 파악의 난이도가 상대적으로 낮았습니다. 환자와 보호자에게 현재 상태, 치료 계획, 잠재적 위험 및 대체 치료 옵션에 대해 충분히 설명한 후, 우측 상악 측절치 치근단 상부에 역방향으로 골 매복된 과잉치를 AR 보조 하에 발치하기로 동의하였습니다. 나머지 과잉치와 잔존 유치는 전통적인 방식으로 발치되었습니다.
수술 전후 결과는 다음과 같...
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과잉치는 흔한 치아 발육 이상으로, 인접 치아의 비정상적인 맹출, 치근 흡수, 치열 부정 및 낭종 형성 등의 합병증을 유발할 수 있습니다. 영구치 맹출을 방해하거나 합병증 위험이 있는 경우, 또는 향후 교정 치료 계획에 영향을 미치는 과잉치는 일반적으로 외과적 제거가 주요 치료 옵션이 됩니다. 점막을 뚫고 맹출하여 직접 확인이 가능하거나, 골을 관통하여 점막 절개 후 시각화할 수 있는 과잉치는 비교적 제거가 용이합니다. 반면, 골 내에 완전히 매복된 과잉치는 수술 시야에서 직접 관찰할 수 없습니다. 이러한 치아의 순측-구개측 위치, 골 창의 크기 및 수술적 접근법의 결정은 주로 술자의 술 전 영상에 대한 공간적 해석과 임상 경험에 의존하므로, 특히 경험이 적은 젊은 외과의에게는 이러한 사례들이 더 까다로울 수 있습니다. 전통적인 수술 기법으로도 매복 과잉치를 제거할 수 있지만, 그 성공 여부는 술자의 경험에 크게 좌우됩니다. 수술 중 위치 파악이 실제 치아 위치와 다를 경우 과도한 골 제거가 발생할 수 있으며, 이는 인접 치근이...
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저자들은 영어 언어 교정 및 번역 지원을 위해서만 DeepSeek를 사용하였습니다. AI의 지원을 받은 모든 텍스트는 저자들에 의해 검토 및 수정되었으며, 저자들은 원고의 최종 내용에 대해 모든 책임을 집니다.
본 연구는 쿤밍 의과대학교 복합 두안면 기형 진단 및 치료팀(2024XKTDTS08), 운남성 임상 의료 센터 연구 프로젝트(2024YNLCYXZX0227, 2024YNLCYXZX0229), 운남성 구강 질환 임상 연구 센터(202505AJ310001), 운남성 고수준 인재 양성 지원 계획(YNWR-MY-2020-086), 쿤밍 의과대학교 교육 및 교수 연구 프로젝트(2026-JY-Z-18)의 지원을 받아 수행되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.5% povidone-iodine | N/A | N/A | 수술 전 구강 내 및 구강 외 소독에 사용됨. |
| 3-0 비흡수성 실크 봉합사 | Johnson (Suzhou) Medical Devices Co., Ltd. | 조직 봉합. | |
| 4% 에피네프린 함유 articaine hydrochloride | 국소 마취에 사용됨. | ||
| 카메라 | Intal RealSense | D415 | 마커 인식을 위한 실시간 시야 확보에 사용됨. |
| CBCT | Quantitative Radiology s.r.1.Verona, Italy | New Tom 3G | 치아 및 주변 구조물의 영상 획득에 사용됨. |
| 큐렛 | N/A | N/A | 발치窩 큐렛팅 및 잔존 치배 조직 제거에 사용됨. |
| 치과용 엘리베이터 | N/A | N/A | 분할된 치관 및 치근 파편의 이완 및 제거에 사용됨. |
| E3D CMF | Hunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China. | https://www.e3d-med.com/ | AR 내비게이션 소프트웨어. |
| Geomagic Wrap 2021 | 3D Systems Corporation | version 2021 | 구강 스캔 모델 처리 및 등록 마커로 사용할 전치부 분할. |
| 지혈 거즈 | N/A | N/A | 상처 폐쇄 후 압박 지혈에 사용됨. |
| 구강 스캐너 | SHINING 3D | Aoralscan 3 CA3-C80046J04;https://www.shining3d.cn/ | 디지털 치궁 데이터 획득에 사용됨. |
| J45-LED 수술용 핸드피스 | Guangdong JINME Medical Technology Co., Ltd. | 45-TUP; https://www.jinmedental.cn/ | 과잉치 상부 골 제거 및 치관과 치근의 분할. |
| 노트북 컴퓨터 | Lenovo Group Limited | Legion Y7000 IRX9; Intel Core i7-13650HX CPU; NVIDIA GeForce RTX 4060 Laptop GPU, 8 GB GDDR6; 24 GB DDR5 RAM; 512 GB SSD. | AR 소프트웨어 구동. |
| Mimics | Materialise | version 21.0 | 3차원 재구성 및 복원에 사용됨. |
| 멸균 드레이프 | N/A | N/A | 수술 부위만 노출시키고 머리, 얼굴, 목을 덮는 데 사용됨. |
| 멸균 슬리브 | N/A | N/A | 수술 중 영상 획득 시 카메라 데이터 케이블 및 소형 지지 브라켓을 덮는 데 사용됨. |
| USB 3.0 케이블 | N/A | N/A | 영상 획득을 위해 카메라를 노트북 컴퓨터에 연결하는 데 사용됨. |
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