Accuracy analysis of full-arch implant digital impression using dynamic navigation mediated photogrammetry: A model-based in vitro experiment

기술 요약: 동적 내비게이션 매개 광사진 측량법을 이용한 전악 임플란트 디지털 인상 채득의 정확도 분석

문제 제기
임플란트 지지 보철물은 무치악 환자에게 선호되는 치료법이지만, 전통적인 인상 채득 기술은 수술 시간 연장, 환자의 불편함, 감염 위험 등의 문제를 안고 있다. 구강 스캐너는 환자의 편의성을 개선했음에도 불구하고, 이미지 스티칭(stitching) 과정에서 발생하는 누적 오차로 인해 전악 적용 시 정확도에 대한 논란이 있다. 광사진 측량법(Photogrammetry, PG)은 스티칭 없이 광학 마커를 통해 임플안트 위치를 포착하는 해결책을 제시하지만, 기존의 PG 시스템은 고가의 장비 비용과 연조직 형태 또는 교합 관계를 포착하기 위해 추가적인 레지스트레이션(registration) 단계가 필요하다는 한계가 있다. 또한, 동적 내비게이션 시스템(Dynamic Navigation Systems, DNS)은 수술 가이드용으로는 확립되어 있으나, 보철 단계에서의 활용 가능성에 대해서는 아직 연구가 미비하다. 특히, DNS 카메라를 사용하여 광사진 측량을 수행하는 방식인 '동적 내비게이션 매개 광사진 측량법(Dynamic Navigation Mediated Photogrammetry, DNMP)'의 정확도는 기성 참조 표준(reference standards)을 통한 검증이 필요하다.

연구 방법
본 in vitro 연구는 모델 기반 실험 설계를 사용하여 전악 임플란트 디지털 인상 채득을 위한 DNMP의 진실도(trueness, 정확도)를 평가하였다.

• 실험 설정: 4개의 Nobel Biocare 임플란트가 포함된 10개의 무치악 레진 상악 모델을 팬텀 헤드에 장착하였다. 환자 트래커(patient tracker)를 정중선에 고정하였다.
• 테스트 절차 (DNMP): 세 개의 반사형 곡면을 가진 광학 트랜스퍼(FastMap)를 멀티 유닛 어버트먼트에 토크를 가해 장착하였다. X-Guide Dynamic 3D Navigation 시스템을 사용하여, 스테레오스코픽 카메라로 60~80cm의 작업 거리에서 트랜스퍼를 촬영하였다. 시스템은 좌표 계산을 위한 반사 지점을 생성하기 위해 청자색광(blue-violet light, 420–480 nm)을 활용하였다. 생성된 데이터는 사전 계획된 CBCT 데이터와 융합되어 STL 파일로 내보내졌다.
• 참조 절차 (LS): 동일한 모델을 고정밀 랩 스캐너(Ceramill Map 600)로 스캔하여 참조 표준으로 사용하였다.
• 데이터 분석: 테스트 및 참조 STL 파일을 Geomagic Control X 2021로 불러왔다. 스캔 바디에 원통형 피처를 피팅하여 중심축과 상단 중심점을 결정하였다.
  • 측정 지표: 스캔 바디 간의 선형 거리(Dt)와 각도(At)를 측정하였다.
  • 통계적 평가: 일치도는 급내 상관계수(ICC)와 Bland-Altman 도표를 사용하여 평가하였다. 절대 선형 편차(LD = |Dt - Dr|)와 절대 각도 편차(AD = |At - Ar|)를 계산하였다.
  • 층화 분석: 임플란트 위치 관계(동측, 대각선, 전방, 후방 쌍)에 따라 편차를 분류하였다. 층간 유의미한 차이를 테스트하기 위해 일원 분산 분석(one-way ANOVA)을 실시하였다.
• 수용 기준: 임상적 허용 임계값은 선형 편차 150 µm, 각도 편차 1도로 설정하였다.

주요 결과

• 일치도: 본 연구는 DNMP와 랩 스캐너 간의 매우 우수한 일치도를 입증하였다. 선형 거리에 대한 ICC는 1.000이었으며, 각도 측정에 대한 ICC는 0.993이었다.
• 체계적 편향(Systematic Bias): Bland-Altman 분석 결과, 평균 선형 편향은 -32.78 µm (95% LoA: -151.52 µm ~ 85.96 µm)였고, 평균 각도 편향은 0.03도 (95% LoA: -0.45 ~ 0.52도)였다. 선형 편향은 통계적으로 유의미했으나(95% CI가 0을 포함하지 않음), 그 크기는 임상적 허용 범위 내에 있었다.
• 전반적 정확도: 전체 평균 LD는 55.34 ± 40.60 µm였으며, 전체 평균 AD는 0.21 ± 0.14도였다. 모든 측정된 편차는 사전에 결정된 임상적 허용 한계(150 µm 및 1도) 이내였다.
• 위치의 영향: 일원 분산 분석 결과, 임플란트 위치 관계가 LD(p = 0.070) 또는 AD(p = 0.509)에 미치는 통계적으로 유의미한 영향은 없었다. 그러나 두 전방 임플란트 사이의 편차가 다른 쌍보다 수치적으로 높게 나타나는 경향이 있었으며, 동측 쌍과 전방 쌍 사이의 선형 편차에서 근접 유의미한 차이가 관찰되었다 (p = 0.051).

핵심 기여

1. DNMP의 검증: 본 연구는 DNMP가 전악 임플란트 인상 채득에 있어 임상적으로 수용 가능한 정확도를 달립을 실증적 근거를 통해 제공하며, 이는 선형 및 각도 편차가 기존의 PG 시스템 보고값과 대등하거나 더 우수함을 보여준다.
2. 이중 기능성 입증: 본 연구는 원래 수술 가이드를 위해 설계된 동적 내비게이션 시스템이 보철 단계에서 효과적인 광사진 측량 장치로 기능할 수 있음을 확인하였으며, 이는 임상 현장에서 별도의 고가 PG 하드웨어를 구입해야 하는 필요성을 줄일 수 있음을 의미한다.
3. 워크플로우 통합: 본 연구는 DNMP가 DNS의 고유한 레지스트레이션 기능을 활용하여 수술 후 임플란트 위치를 사전 계획된 CBCT 데이터 및 가상 치아 배열과 직접 정렬할 수 있는 독특한 능력을 갖추고 있음을 강조하며, 이를 통해 즉시 보철 워크플로우를 간소화한다.
4. 위치 분석: 임플란트 위치가 DNMP 정확도에 영향을 미치는지에 대한 구체적인 질문을 다루었으며, 전방 임플란트에서 수치적 편차가 약간 높게 나타나긴 했으나 시스템이 다양한 위치 관계 전반에서 견고함을 유지한다는 결론을 내렸다.

의의 및 주장
본 논문은 DNMP가 전악 임플란트 재활을 위한 디지털 인상 채득의 실행 가능한 대안이라고 결론짓는다. 주요 의의는 이미 동적 내비게이션 시스템을 보유한 치과 병원에서 별도의 광사진 측량 장비를 도입해야 하는 장벽을 제거함으로써 비용 효율적인 솔루션을 제공한다는 점에 있다. DNMP는 임플란트 좌표 데이터를 CBCT를 통해 사전 수술 설계 좌표계에 직접 통합함으로써, 즉시 전악 보철을 위한 간소화된 워크플로우를 촉진한다.

저자들은 본 연구가 in vitro 연구이며 타액, 혈액 또는 입 벌림과 같은 임상 변수를 시뮬레이션하지 않았음을 인정하며 신중한 태도를 유지하였다. 또한, 진실도(trueness)는 평가되었으나 시스템의 정밀도(precision)에 대해서는 향후 평가가 필요하다고 언급하였다. 아울러, 본 연구는 데이터 획득의 정확성에 초점을 맞추었으며, 해당 데이터를 보철 설계와 정렬하는 후속 레지스트레이션 정확도는 평가하지 않았다. 이러한 발견을 임상 환경에서 검증하기 위해 향후 in vivo 연구가 권장된다.