Computed tomography (CT), which has advantages of fast and accurate acquisition of internal and metrological information of the object, has been introduced in dentistry since the mid 2000’s. Recently, there have been various attempts to actively utilize dental CT imaging for dental treatment. Although a variety of digital-based dental applications that actively employ CT images are being developed, the applications are still constrained by existent challenging issues such as artifacts which degrade image quality. Therefore, in this work, we have investigated innovative applications of CT imaging in dental treatment. In addition to the new applications of dental CT imaging which have not been studied so far, research has been conducted to overcome the technical limitation of dental CT imaging.
At first, we proposed a new CT application to endodontic treatment for the challenging situation of the patients who have anomalous teeth and therefore cannot be treated by a general endodontic treatment. Morphologic information of tooth and internal root canal structures were achieved from CT data, and were converted to physical tooth model and custom-made jig by 3D printing techniques. With the fabrications, a novel endodontic treatment procedure which provides precise and safe working path to the anomalous root canal was successfully established. Next, we investigated innovative CT application for dental restoration that can fabricate accurate and efficient digital cast model. The key idea of the proposed scheme is that dental impression of patients can be accurately digitized by CT scan and that one can make digital cast model from CT data directly. By segmentation of the air regions and conversion to digital surface model, accurate digital cast model for dental restoration was fabricated. We also studied a new reduction method of metal artifacts which is the main problem that hinders the application of dental CT imaging. As additional tilted CT scans would provide information complementary to that of scans in which some regions are free of metal artifacts, a modified version of SSIM was utilized to generate artifact-free image by selecting the regions with less metal artifacts between original and tilted CT images. Unlike the widely used MAR methods that require sinogram data, the proposed method consists of a post-processing procedure alone, which can be performed without reference to the CT system or reconstruction method.
Both simulation and experimental studies were conducted to check the clinical feasibility and validity of the proposed methods in dentistry. We have successfully validated that dental CT imaging in each specific subject can effectively serve the corresponding purpose. These studies are expected to be available not only in dentistry but also in other medical fields using CT system.
빠르고 정확하게 물체 내부의 3차원 영상을 획득할 수 있다는 장점을 지닌 CT는 2000년도 중반부터 치의학에 본격적으로 도입이 되었다. 최근에는 치의학에서의 CT를 기존의 진단 및 치료 보조의 용도를 넘어 치과 치료에서도 이용하려는 연구들이 시도되고 있다. CT 영상을 보다 적극적으로 사용하는 디지털 기반의 다양한 치과 응용 기술로 발전되는 단계에 있으나, 영상의 품질을 떨어트리는 아티팩트와 같은 기술적 어려움들 때문에 제약을 받고 있다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 치의학에서 제대로 연구된 적이 없는 CT 영상의 새로운 응용 방법들과 CT 영상이 가지고 있는 기술적 한계를 극복할 수 있는 방법을 개발하였다.
가장 먼저, 근관 치료에서 CT 영상을 이용하여 일반적인 근관 치료를 받지 못하는 기형 치아를 가진 환자들을 위한 새로운 근관 치료 방법을 제안하였다. 환자의 CT 영상에서 추출한 치아 및 근관 구조 정보를 3D 프린팅 기법을 통해 치아 모델로 제작하고, 제작된 치아 모델이 제공해주는 안전하고 정확한 작업 경로를 바탕으로 근관 치료를 수행하는 새로운 방법을 확립하였다. 다음으로, 치아 수복에서 CT 영상을 이용하여 기존의 방법들보다 효율적인 디지털 모델링 및 치아 수복 방법을 제안하였다. 환자 대신 환자의 치과 인상을 CT 스캔하고, 이로부터 치아 수복용 디지털 모델을 제작을 하는 일련의 치아 수복 방법을 연구하였다. 마지막으로, CT 영상의 대표적인 기술적 한계인 금속 아티팩트를 제거하는 방법을 개발하였다. 기울여서 추가 스캔한 CT 영상은 기존의 CT 영상과는 다른 양상의 금속 아티팩트를 가지게 되므로, 두 CT 영상에서 금속 아티팩트가 없는 영역만을 선택하여 금속 아티팩트가 없는 최종 CT 영상을 만들어내는 방법을 제안하였다. 치의학에서의 임상적 타당성과 실행 가능성을 확인하기 위해 시뮬레이션 및 실험 연구들을 진행 하였으며, 제안한 방법들이 CT 영상을 바탕으로 각 해당 목적을 성공적으로 수행할 수 있음을 검증하였다. 본 연구 내용들은 치과 치료에서의 응용을 전제로 제안되었지만, CT를 사용하는 다른 의료 분야에서도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
