미세 컴퓨터 단층촬영에서 영상재구성 체적소 두께가 하악 골소주 분석에 미치는 영향

Abstract

[한글]본 연구의 목적은 미세 컴퓨터 단층촬영 (Microcomputed tomography, Micro-CT)을 이용한 하악 소주골의 3차원적 미세구조의 측정 시에, 증가된 영상재구성 체적소 두께가 소주골 분석의 형태학적 변수 (morphological parameters)에 미치는 영향을 알아보고 이에 따라 허용 가능한 최대한의 영상재구성 체적소 두께를 알아보고자 함이다.최근 많은 학자들이 소주골의 생역학적인 특성을 파악하기 위해서는 골 밀도뿐 아니라 골조직의 분석도 필요함을 인식하고 있고, 본 연구도 이에 대한 한 노력으로서 진행되었다.본 연구는 하악의 소주골을 대상으로 하여 Micro-CT(Skyscan 1076, Belgium)를 이용하여 2차원 영상을 구하였고, 이를 기반으로 소주골의 3차원 구조를 재구성하였다. 2차원 영상을 얻기 위해 사용한 scanning voxel size는 18μm이며, 18μm씩 증가시켜 10배인 180μm까지 재구성되었다. 이렇게 10단계로 재구성된 3차원적 영상에서 8개의 형태학적 변수(morphological parameters)들이 비교되었고, 영상재구성 체적소 두께가 18μm일 때의 변수 값과 비교하여 유의차가 없는 최대한의 체적소 두께를 구하는 것이 본 연구의 목적이다. 분석된 형태학적 변수는 bone volume(BV), bone volume fraction(BV/TV), bone surface(BS), bone surface/bone volume(BS/BV), structure model index(SMI), trabecular thickness(Th.Th), trabecular number(Tb.N), trabecular seperation(Tb.Sp)이다. 한편, 소주골은 두 가지 형태로 분류하여 분석되었다. 즉, 소주골 구조가 비교적 규칙적인 Condyle군과 비규칙적인 Mandibular Body군(이하 MB군)으로 나누었다. 각 군은 15개의 volume of interest(VOI)를 가져 총 30개의 VOI에 대한 형태학적 변수들이 구하여졌다. 측정된 변수들의 평균값을 Repeated ANOVA로 유의 수준 5% (p<0.05)에서 통계 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.1. Bone volume(BV), bone volume fraction(BV/TV)의 경우, MB군에선 모든 영상재구성 체적소 두께에서 18μm일 때와 비교할 때 유의할 만한 차이를 보였다(p<0.05). 그러나 Condyle군에선 36μm까지는 차이가 없었고(p>0.05), 그 이상의 영상재구성 체적소 두께에선 유의성 있는 차이를 보였다.2. Bone surface(BS)에선 MB군의 경우 모두 p<0.05로 유의성 있는 차이를 보였지만, Condyle군의 결과는 36μm, 54μm, 108μm, 126μm, 144μm일 때 p>0.05으로 차이를 보이지 않았다.3. Bone surface/bone volume(BS/BV)에선 MB군의 경우 모두 p<0.05로 유의성 있는 차이를 보였지만, Condyle군은 36μm, 108μm일 때 p>0.05로서 18μm일 때와 비교해 차이를 보이지 않았다.4. Structure model index(SMI)에선 MB군의 경우 모두 p<0.05로 유의성 있는 차이를 보였지만, Condyle군의 경우 36μm일 때를 제외한 모든 영상재구성 체적소 두께에서 p<0.05로 유의할 만한 차이를 보였다.5.Trabecular thickness(Tb.Th.), trabecular number(Tb.N.), trabecular seperation (Tb.Sp.)의 경우, Condyle군, MB군 전부 모든 영상재구성 체적소 두께에서 p<0.05로서 유의할 만한 차이를 보였다.이상의 결과를 종합해 볼 때, Condyle군의 경우는 36μm가 Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp을 제외한 모든 변수들에서 허용 가능한 영상재구성 체적소 두께로 측정되었지만, mandible body군의 경우는 18μm가 보다 적절한 두께로 측정됨으로써, 전체 소주골에 대해 36μm이 허용 가능한 영상재구성 체적소 두께라고 할 수는 없을 것으로 보인다. 또한 Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp.과 같은 구조적 특징들의 정확한 측정을 위해선 18μm와 같은 고도의 영상재구성 체적소 두께가 필요할 것으로 사료된다. 한편, MB군에서는 9개의 모든 형태학적 변수가 모든 영상재구성 체적소 두께에서 유의성 있는 차이를 보였다.

[영문]Recently, many researchers have emphasized the importance of bone architectures as well as bone density. This study was also performed to describe three dimensional bone architectures.The purpose of this study was to report the effect of increased reconstruction voxel size on morphological parameters of the three dimensional microstructure for mandibular trabecular bone which were measured with 3D microcomputed tomography.In this study, human mandibles were used. The specimens were scanned and reconstructed into a 3D structure using a microcomputed tomography system(Skyscan 1076, Belgium). The scanning voxel size used to create 2D images was 18μm. From the 2D images, 3D structural images were created with a voxel 18×18×18μm in a reconstruction voxel size which was ranged from 18μm to 180μm at intervals of 18μm.Eight morphological parameters were measured in reconstruction voxel size from 18μm to 180μm and each values were compared to the values measured from 18μm reconstruction voxel size. Therefore, this study was to investigate the largest reconstruction voxel size which does not change the values of morphological parameters for trabecular bone.The morphological parameters measured were bone volume(BV), bone volume fraction(BV/TV), bone surface(BS), bone surface/bone volume(BS/BV), structure model index(SMI), trabecular thickness(Th.Th), trabecular number(Tb.N), and trabecular seperation(Tb.Sp). The specimens were divided into two types of trabecular bones, condyle and mandibular body. The trabecular architecture of the former was more even and regular than that of the latter. Fifteen volume of interests(VOI) were created in each group and the total of thirty were measured. The mean value and standard deviation of each parameter in each reconstruction voxel size were calculated. Repeated ANOVA test was used to determine whether significant differences in the values from each parameter existed among the regions(at 95% confidence interval level, p<0.05) and the following results were drawn.1. The bone volume(BV) and bone volume fraction(BV/TV) values from the mandibular body group when compared to 18μm voxel group were significant at all reconstruction voxel sizes(p<0.05). In condyle group, all voxel sizes greater than 36um were significant(p<0.05), but no differences were noted from voxel size at 36μm(p>0.05).2. The bone surface(BS) values from the mandibular body group were significant at all reconstruction voxel sizes(p<0.05), but in condyle group, 36μm, 54μm, 108μm, 126μm and 144μm reconstruction voxel sizes were not significant(p>0.05).3. The bone surface/bone volume(BS/BV) values from the mandibular body group were significant at all reconstruction voxel sizes(p<0.05), but in condyle group, 36μm and 108μm reconstruction voxel sizes were not significant(p>0.05).4. The structure model index(SMI) values from the mandibular body group were significant at all reconstruction voxel sizes(p<0.05), but in condyle group, reconstruction voxel size of 36μm was not significant(p>0.05).5. The trabecular thickness(Tb.Th), trabecular number(Tb.N) and trabecular seperation(Tb.Sp) values from both condyle and mandibular body group were significant at all reconstruction voxel sizes(p<0.05).In summary, in the condyle group, except for trabecular thickness, trabecular number, and trabecular seperation, most parameter values were not significant at reconstruction voxel size of 36um. Therefore, it may be presumptions to use 36μm reconstruction voxel size in all parameters in condyle, where smaller voxel sizes are required for accurate imaging for trabecular thickness, trabecular number and trabecular seperation. In the mandible body group, all of the parameter values in different voxel sizes were significant.