Threshold 결정 방법에 따른 micro-computed tomography를 이용한 교정용 미니 임플란트 주위 골조직 형태분석의 유효성

Abstract

[한글]

Micro-computed tomography (microCT)의 이미지는 2, 3차원적 골조직 형태분석에 유용한 도구이다. 그러나 선속경화현상에 의한 감약계수의 변화로 허상이 생기게 되어 피, 수질골간의 명확한 구분이 어렵고, 교정용 임플란트처럼 고밀도 물질에서는 금속성 허상이 발생하게 되어 정확한 계측과 분석에 어려움을 초래할 수 있다. 이를 개선하기 위한 가장 중요한 요소는 threshold의 설정이며, 이에 따라 binary image에서 골, 골수강, 임플란트를 구분하고 분리하는 기준이 달라지므로 각각의 계측치에 많은 영향을 미친다.

본 연구는 조직시편과 일치하는 microCT 이미지에서 manual threshold (Manual-T)와 grey level에서 자동적으로 얻어지는 automatic threshold (Auto-T)를 통해서 골면적율(BV2D, BV3D)을 상, 하악에서 각각 측정하였고, 조직시편에서 얻어지는 골면적율(BVhisto)과 비교하여 threshold의 결정이 microCT의 골조직 형태분석에 미치는 영향과 유효성을 평가하고자 하였다. 12개월 된 12 Kg의 웅성 성견(Beagle Dog) 8마리의 상, 하악 협측골에 직경 1.8 mm, self-drilling 타입의 교정용 미니 임플란트(ORLUS, Ortholution CO., Seoul, Korea)를 총 96개 식립하고, 12주 후 microCT를 촬영하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. Implant의 threshold는 bone의 threshold에 비해 상, 하악에서 높은 평균값을 가졌고, Auto-T와 Manual-T를 비교한 경우 유의성이 없었다.

2. Bone의 threshold는 Manual-T의 평균값이 Auto-T보다 증가하였고, 하악에서 Manual-T와 Auto-T를 비교한 경우 통계학적 유의성이 있었다 (P < 0.01). Manual-T에서 bone의 threshold는 상, 하악간의 유의성이 있었다 (P < 0.01).

3. Auto-T로 골면적율을 측정 시, 하악에서 BV2D와 BV3D의 평균값이 BVhisto보다 증가하였고, BV2D와 BVhisto간의 유의성이 있었다 (P < 0.05). 그러나 Manual-T로 측정 시 bone volume간의 유의성이 없었다.

4. Auto-T와 Manual-T에서 측정한 골면적율은 조직시편에서 측정한 골면적율과 높은 상관성을 보였다 (P < 0.001).

본 실험에서는 threshold의 결정방법에 따라서 골면적율(BV/TV)을 분석한 결과threshold 값에 따라 골면적율에 차이가 있었으며, Manual-T 방식이 Auto-T 방식보다 더 유효한 골조직 분석을 가능케 하였다. 향후에는 관찰자 간의 분석이 가능하도록 optimal manual threshold를 결정하는 표준화된 기준을 정립하는 것이 필요할 것이다.

[영문]The purpose of this study was to validate the histomorphometric analysis of bone structure around orthodontic mini-implant using microCT (Skyscan 1076, Skyscan, Aartselaar, Belgium) according to the determination method of optimal threshold level. The optimal thresholds of bone and implant objects were determined by automatic (Auto-T) and manual threshold (Manual-T) methods. By each threshold level, bone volume (BV2D, BV3D) was calculated and it was compared with bone volume from histologic slide. 96 orthodontic mini-implants (ORLUS, Ortholution CO., Korea) were placed in the buccal jaw bone of 8 beagle dogs. After 12 weeks, micro-computed tomogram of the excised specimens were preformed. The obtained results were as follows:

1. For both Auto-T and Manual-T method, the threshold of implant was higher than that of bone structure, showing no difference between Auto-T and Manual-T method.

2. The threshold of bone structure was significantly higher in Manual-T compared with Auto-T for mandible (P < 0.01). For Manual-T method, there was significant difference in bone threshold between maxilla and mandible (P < 0.01).

3. For Auto-T method, the mean BV2D and BV3D were significantly higher than the mean BVhisto for mandible, and there was significant difference between BV2D and BVhisto (P < 0.05), but for Manual-T method, there was no significant difference between microCT and histologic analysis.

4. Both Auto-T and Manual-T methods showed significant high correlation with histologic analysis for measuring bone volume (P < 0.001).

According to the determination of optimal threshold in micoCT, Manual-T method was found to have higher agreement with histologic analysis compared with Auto-T. However, the artifact image in bone structure around orthodontic mini-implant using microCT could not be deleted due to beam hardening effect for both methods. Further study should be followed for making standard method for getting high reliability of Manual-T.