골격성 III급 부정교합자의 Nasal Airway 형태에 관한 3차원적 분석 연구 document_id A220517035351

서양인에 비해 한국인에서 호발 하는 III급 부정교합은 함몰된 중안모와 더불어 돌출된 하순과 하악골로 인해 기능적, 심미적, 심리적 문제를 야기하게 된다. 이러한 인종적 특성에 따른 발생 빈도의 차이에 따라 기존의 연구들은 주로 nasal airway 폐쇄와 II급 부정교합과의 관계에 대한 것이 대부분이었다. 또한 이러한 연구들은 자료 채득이 용이한 반면 2차원적 한계를 가지고 있는 측모 두부방사선 계측사진을 이용한 연구가 대부분이었다. 이에 본 연구는 III급 부정교합자와 정상교합자의 nasal airway의 형태를 3차원 전산화 단층촬영을 통해 얻어진 입체 영상으로 재구성한 모델을 이용하여 비교해 보고자 시행되었다. 연구 대상으로서 실험군으로 골격성 III급 부정교합으로 진단되어 악교정 수술을 위한 술 전 교정치료를 받기로 예정된 총 16명과 대조군으로 임상적으로 정상적인 교합관계를 보이며 교정치료와 보철치료의 경험이 없는 정상 교합자 13명을 선정 하였다. 두개골의 전산화 단층촬영을 시행한 후 얻은 영상정보를 이용하여 nasal airway와 두개골의 3차원 입체영상을 제작하였다. 이러한 입체영상을 가지고 nasal airway의 절대적, 상대적 부피, 단면적의 비교를 시행하였으며 결과는 다음과 같았다. 두 군 사이에 절대적 상기도 부피 비교에 있어서 실험군의 구인두 크기가 대조군에 비해 크게 나타났으며, 나머지 항목에서는 두 군 사이에 유의한 차이가 나타나지 않았다. 두 군 사이에 상대적 상기도 부피 비교에 있어서 실험군의 구인두 부피가 대조군에 비해 크게 나타났으며, 나머지 항목에서는 두 군 사이에 유의한 차이는 나타나지 않았다. 두 군 사이에 구인두 폭경변화 양상은 유사하게 나타나 하방으로 갈수록 점점 감소하다 다시 증가하는 양상을 보였으며 모든 부위에서 대조군에 비해 실험군의 평균 폭경이 크게 나타났다. 측면에서의 상기도 평균 기도 만곡도를 나타내는 그래프 상에 있어서 두 군 사이에 유사한 양상이 나타났다. 측모 두부방사선 계측사진은 Broadbent에 의해 처음 도입되고 Downs에 의해 이를 이용한 측모 형태 분석법이 발표된 이후 교정 환자의 진단에 앞서 가장 일반적으로 사용되는 검사 방법중 하나가 되었다. 이러한 일상적 사용에 따른 자료 채득의 용이함으로 인해 안면 골격 평가뿐만 아니라 Nasal airway의 평가를 위한 많은 연구들에서도 측모 두부방사선 계측사진이 사용되어왔으며 McNamara line과 Fujioka adenoidnasopharyngeal ratio 등은 그 중 가장 많이 사용되는 대표적 계측 방법 중의 하나이다. 그러나측모 두부방사선 계측사진을 이용한 기존의 연구는 3차원적 구조물을 2차원적으로 압축하는 과정에서 오차를 가지게 되며, 이러한 오차로 인해 연구 결과에 오류가 발생할 수 있다. Michael 등은 기존의 11편의 논문들에 대한 분석을 통해 실제의 비인두 크기와 측모 두부방사선 계측사진의 측정치 사이의 낮은 상관관계를 보고하였으며 비인두 크기 평가에 있어서 측모두부방사선 계측사진의 진단한적 한계를 지적한바 있다. 이에 반해 3차원 전산화 단층사진 영상은 상의 확대나 왜곡이 적은 실측치를 얻을 수 있고, 구조물이 중첩되지 않음으로서 정확한 해부학적 지표의 구분이 용이하다. 3차원 전산단층사진영상의 정확성과 재현성에 대해서 그동안 많은 연구가 이루어져 왔다. Cavalcanti 등은 cadaver heads를 이용한 연구에서 전산화 단층촬영 영상을 이용한 측정값과 실제 cadaver상에서 측정한 계측치 사이에 통계적으로 유의한 차이가 없음을 보고하였고, 장과 백 등은 3차원 CT 입체영상 계측점의 재현도에 대한 연구에서 평균 표준편차가 1.0을 넘지 않을 정도로 매우 높은 재현도를 보인다고 보고하였다. 이처럼 전산화 단층촬영 영상은 측모 두부방사선 계측사진에 비해 우수한 정확성과 재현성 그리고 여러 장점들을 가지고 있다. 그간에 단점으로 지적 되었던 높은 방사선 피폭량의 문제도 최근에 Cone beam Computed Tomography의 도입으로 기존의 방법에 비해 피폭량이 1 5정도로 줄어들어듦으로서 어느 정도 해결 되었다. 그러나 Cone beam CT의 경우 화질에 있어서 아직 까지는 한계를 가지므로 본 연구에서는 보다 정확한 상기도 형태의 평가를 위해 MedicalCT를 이용하였다. 일반적으로 상기도는 비강, 비인두, 구인두, 하인두, 구강으로 구성되어 있고 인접 골격 구조물에 매달려 있는 근육으로 구성 된다. 이러한 구분에 따라 이번 논문에서도 3차원적으로 재구성된 Nasal airway 모델을 비강, 비인두, 구인두로나누어 각각의 부피와 표면적을 측정하였다. 구강의 경우 전산화 단층 촬영 시에 상악골과 하악골의 분리를 위해 wax bite를 물고 촬영을 시행하여 혀 위치의 변위가 발생하였기 때문에 측정에서 제외되었다. 또한 자세에 따라 상기도 부피의 변화가 나타날 수 있다. Fouke 등은 인두의 단면적이 정상인의 경우 직립위에서 양와위로 자세가 변할 때 23% 감소한다고 하였다. 혀의 위치에 영향을 주는 설골의 위치도 두부위치에 의해 많은 영향을 받게 되는데, Kimg은 두부를 후방으로 신장 시후상방으로 하방으로 숙일 경우 전하방으로 움직인다고 하였다. 따라서 환자의 자세 변화에 의한 상기도 부피의 변화를 고려하여 동일한 조건내의 비교를 위해 CT 촬영 시에 모든 연구 대상자를 눕혀 Frankfort horizontal plane이 바닥에 수직이 되도록 전산화단층촬영장치에 위치시키고 촬영을 시행하였다. 같은 Nasal airway 크기를 가졌더라도 사람에 따라 골격크기의 차이가 있으므로 Nasal airway부피의 절대적 비교만으로는 두 군사이의 객관적인 비교에 한계가 있다. 따라서 이번 연구에서는 절대적 크기 비교와 더불어 표준 두개골 부피, S N, 구인두강 높이의 측정을 통해 Nasalairway 부피의 표준화를 통한 비교를 시행하였다. 그러나 두 군 사이의 표준화를 위한 계측항목에 있어서 유의한 차이는 나타나지 않았다. Nasal airway의 크기는 아데노이드와 같은 임파 조직에 의해 영향을 받게 된다. 임파 조직은 정상 성장 아동에서 생후 빠르게 발달 되어, 조기 아동기에 성인 크기의 거의 2배 정도의 크기에 이르게 된다. 이후 8세에서 10세부터 작아지기 시작해, 12세에서 14세 무렵까지 크기의 감소가 일어나 성인의 크기에 도달하게 된다. King과 Brodie는 비인두의 전후방적 크기가 1 2세에 거의 확립된다고 보고하였고, Handelman 등은 비인두의 고경이 5세경에 활발한 성장을 하여 여성의 경우 12세 이후에는 비인두의 크기가 안정된다고 보고한 바 있다. 따라서 대부분의 아데노이드 비대로 인한 구호흡의 발생 시기는9세경으로 생각되고 구호흡으로 인한 부정교합은 보통 12세경부터 발생하는 것으로 생각해 볼수 있다. 이에 따라 Nasal airway 폐쇄와 부정교합의 관련성을 알아보기 위한 기존의 대부분의연구들은 주로 5 17세 사이의 성장기 환자를 대상으로 하였으나 이번 연구에서는 샘플 수집의어려움으로 인해 성장이 완료된 성인 환자를 대상으로 하였다. 따라서 기도 공간의 크기는 안정되어 있다고 판단되며 이러한 샘플링의 한계로인해 실험군과 대조군 사이의 성장기에 있어서 임파 조직 비대의 차이로 인한 Nasal airway 폐쇄정도 차이의 비교는 불가능할 것으로 판단된다. 공기는 항상 압력 차이가 있는 상황에서 높은 압력 쪽에서 낮은 압력 쪽으로 흐른다. 대기압은 일정하게 유지되는 반면 비인두강 압력은 호흡운동, 연구개 움직임 등에 의하여 수시로 변하기 때문에 흡기와 호기가 일어날 수 있다. 공기의 흐름에 영향을 주는 요소로는 압력차이 뿐만 아니라 비강의 지름과 길이, 비강기류의 특징 등이 있다. 비강기도의 지름과 기류의 특징은 비강 저항의 변동에 가장 큰 영향을 주며, 실제적으로 비강 기도 저항을 결정하는 가장 중요한 요소는 비강기도의 단면적으로 비강 저항값은 기본적으로 최소단면적의 상태를 반영한다고 이해될 수있다. 기류의 양상의 경우에는 객관적 측정에 있어 한계가 있으므로 이번 논문에서는 기도의 단면적에 초점을 맞추어 측정을 시행하였다. 최소단면적이 기도 저항을 결정하는 중요한 요소이기는 하지만 비강과 비인두의 경우 3차원 기도영상에서 자르는 각도에 따라서 단면적이 달라져 최소단면적을 측정하지 못하였고 구인두의 경우에는 비교적 FH plane에 수직에 가깝게 위치한다고 생각되어 FH plane에 평행하게 일정 간격으로 하인두를 잘라 단면적을 측정하였고 이 중최소 단면적을 구하여 실험군과 대조군 사이의 비교를 시행하였다. 이 외에도 비강과 비인두 사이, 비인두와 구인두 사이, 구인두와 하인두 사이 단면적을 측정하였다. 또한, 측면과 정면에서 구인두의 직경 변화를 측정하여 각 높이별 평균값으로 평균 굴곡도를 그래프화 하였으며, 측면에서 구인두와 비인두 폭경의 중간 지점을 좌표화한 후 같은 높이에 해당하는 좌표값들의 평균값들로 실험군과 대조군의 기도형태에 있어서의 평균 만곡도를 그래프화 하였다. 연구결과 평균 폭경 변화 측정 시 두 군모두 하방으로 갈수록 점점 감소하다 Lateral 4, Frontal 4 부위부터 증가하는 양상을 보여 가운데부위가 오목한 형태를 보였다. 대조군에 비해 실험군의 평균 폭경이 크게 나타났으나 두 군 사이에 변화 양상은 유사하게 나타났다. 측면에서 평균 기도 만곡도 측정을 위해 각 높이마다 기도 폭경의 중점을 좌표화한 후 동일한 높이에 해당하는 좌표들의 평균값을 구하였고 이를 가지고 각 높이 별로 평균 좌표값을 산출하여 그래프화 하였으며 두 군 사이에 유사한 양상이 나타났다. 그러나 이것은 청소년기 환자에 비해 인두 크기가 안정화된 성인을 대상한 결과였으므로 성장기 아동을 대상으로 하였을 경우 에는 다른 결과가 나타날 것으로 생각된다. Nasal airway 폐쇄로 인한 구호흡과 부정교합의 관련성에 대해서는 아직 많은 논란이 되고 있는 것이 사실이다. 1860년 구호흡이 치아안면부에 해로운 영향을 줄 수 있다는 최초의 보고가 있은 이후 비호흡 장애와 관련된 구호흡과, 부정교합 및 두개 안면 성장과의 관련성을 입증하기위한 수많은 연구가 이루어져왔다. Dunn 등은 아데노이드의 과증식으로 인한 비인두 폐쇄에 의해 구호흡이 발생 하게 되고 이것이 하악골을 포함한 안면골 형태에 영향을 줄 수 있다고 하였다. Kerr는 성장기 II급 부정교합자의 비인두 크기가 I급 부정교합자에 비해 작다고 하였으며 비인두 크기와 전안면 고경 사이에 상관관계가 있다고 보고하였다. Fields 등은 정상 아동과 장안모 아동의 비폐쇄 비율의 비교를 통해서 비폐쇄가 장안모 발육에 기여할 수 있음을 보고하였다. Woodside는 아데노이드 절제 후 하악 평면각에 있어서 여전히 차이는 있으나 대조군의 평균치로 돌아오는 경향이 있다고 보고하였다. 이처럼 기존의 연구들은 nasal airway 폐쇄로 인한 구호흡과 주로 II급 부정교합 및 장안모 양상의 발현과의 관련성에 초점이 맞추어져 있었으며 III급 부정교합과의 관련성에 대한 연구는 드물었다. Nasal airway 폐쇄와 III급 부정교합과의 관련성에 대한 연구로서 Havold는 성장 중인 원숭이실험을 통해 인위적인 장기간의 비폐쇄에 의한 하악 전돌의 발생을 보고 하였고 또한 McCoy와 Meredith는 비인두 폐쇄가 골격성 III급 부정교합의 중요한 원인이라고 보고 하였다. 이번 논문에서는 실험군과 대조군의 절대적, 상대적 Nasalairway 부피와 단면적 비교 시 대부분의 항목에서는 두 군 사이에 유의한 차이는 나타나지 않았다. Nasal airway의 크기가 안정화된 성인을 대상으로 하였기 때문에 이러한 결과가 나왔을 것으로 생각된다. 특이하게 일반적인 예측과 달리 구인두 부피와 최소 구인두 단면적, 표준 구인두 부피가 실험군에서 대조군에 비해 오히려 유의성 있게 크게 나타났다. 구인두의 측면, 정면에 있어서의 평균 폭경에 있어서도 모든 부위에서 실험군이 대조군에 큰 값을 나타내었다. 이처럼 실험군에서 대조군에 비해 구인두와 관련된 수치들이 크게 나타난 것은 성인 III급 부정교합 환자에 있어서 하악의 상대적 전방 위치로 인한 후방 기도 공간의증가의 결과로 추측된다. Mergen과 Jacobs, Kerr는 II급 부정교합자의 비인두 면적이 정상 교합자보다 작다고 보고하였고, 이 등의 연구에서는 구인두와 하인두 면적에 있어서 유의한 차이가 없다고 보고하였다. 또한 Lubarth 등은 구호흡을 유발하는 비폐쇄가 비인두의 크기와 연관이 있다고 보고한 바 있다. 이처럼 이 전의 대부분의 연구들은 주로 Nasal airway에 있어서 하방에 위치하는 구인두와 하인두 보다는 상방에 위치하는 비인두와 부정교합 발생과의 관련성을 보고하였다. 호흡 시비강과 구인두를 연결하게 되는 비인두 부위에서 기도 공간이 꺾이게 되므로 이 부분이 공기흐름의 저항에 있어 중요한 결정 부위가 아닐까 생각된다. 이번 연구에서는 두 군 사이의 비인두크기 차이는 나타나지 않았다. 이러한 비인두 크기의 중요한 결정요소로서 임파 조직의 비대 정도를 생각해 볼 수 있는데, 임파 조직은 조기 아동기에 성인 크기의 거의 2배 정도의 크기에 이르게 된 이후 12세에서 14세 무렵까지 크기의 감소가 일어나게 된다. 이번 연구에서는 성장기 환자가 아닌 성인을 대상으로 하였으므로 비인두 크기는 안정화된 것으로 생각되며 이로 인해 이러한 결과가 나타났을 것으로 생각된다. 논란이 되고 있으나 Nasal airway의 폐쇄는 호흡에 영향을 미치게 되며 이와 관련하여 부정교합의 원인요소로 생각 될 수 있다. 본 연구에서는 3차원 전산화 단층촬영을 통해 얻어진 입체영상으로 재구성한 모델을 이용하여 III급 부정교합자와 정상교합자의 Nasal airway의 형태를 비교해 봄으로써 기도 형태와 III급 부정교합 발생의 관련성에 대해 알아보고자하였다. 연구 성적에서 두 군 사이에 구인두를 제외하고는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 그러나 본 연구의대상이 성인환자였으므로 성장기 환자를 대상으로 하였을 경우 다른 연구 결과가 나타날 수있을 것으로 생각된다. 대부분의 아데노이드 비대로 인한 구호흡의 발생 시기는 9세경이며, 구호흡으로 인한 부정교합이 보통 12세경부터 발생하는 것으로 생각해 볼 수 있으므로 Nasalairway 폐쇄와 부정교합의 관련성을 알아보기 위해서는 앞으로 5 17세 사이의 성장기 환자를 대상으로 한 추가적 연구가 필요할 것으로 생각된다. 본 연구는 III급 부정교합자와 정상교합자의nasal airway의 형태를 3차원 단층촬영을 통해 얻어진 입체 영상으로 재구성한 모델을 이용하여 비교 연구해 봄으로써 III급 부정교합의 발생과 Nasal airway 형태와의 관련성을 알아보고자 시행되었다. 실험군으로 골격성 III급 부정교합으로 진단되어 악교정 수술을 위한 술 전 교정치료를 받기로 예정된 16명과, 대조군으로 임상적으로 정상적인 교합관계를 보이며, 교정치료와 보철치료의 경험이 없는 정상 교합자 13명의 두개골 전산화 단층촬영을 시행한 후 얻은 영상정보를 이용하여 상기도와 두개골의 3차원 입체영상을 제작하였다. 두군 사이의 nasal airway의 절대적, 상대적 부피와 단면적의 비교를 시행하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다. 두 군 사이에 절대적 상기도 부피 비교에 있어서 실험군의 구인두 크기가 대조군에 비해 크게 나타났으며. 두 군 사이에 상대적 상기도 부피 비교에 있어서 실험군의 구인두 부피가 대조군에 비해 크게 나타났으며. 두 군 사이에 구인두 폭경변화 양상은 유사하게 나타나 하방으로 갈수록 점점 감소하다 다시 증가하는 양상을 보였으며 모든 부위에서대조군에 비해 실험군의 평균 폭경이 크게 나타났다. 측면에서의 상기도 평균 기도 만곡도를 나타내는 그래프 상에 있어서 두 군 사이에 유사한양상이 나타났다.