Received: August 13, 2012, Revised: November 30, 2012, Accepted: December 3, 2012 ISSN 1598-4478 (Print) / ISSN 2233-7679 (Online)
†
Correspondence to: Jae-Hong Kim
Department of Health Science Specialized in Dental Lab. Science & Engineering, Graduate School, Korea University, San 1, Jeongneung 3-dong, Seongbuk-gu, Seoul 136-703, Korea
Tel: +82-2-940-2840, Fax: +82-2-940-2849, E-mail: [email protected] Copyright © 2012 by the Korean Society of Dental Hygiene Science
전악의 디지털 인상 채득 시 치과용 모형재가 디지털 모형 정확성에 미치는 영향
김기백ㆍ이경탁ㆍ김혜영ㆍ김재홍
†
고려대학교 일반대학원 보건과학과 치의기공전공
The Influence of Different Gypsum Materials on the Accuracy from Complete Arch Digital Impression
Ki-Baek Kim, Gyeong-Tak Lee, Hae-Young Kim and Jae-Hong Kim †
Department of Health Science Specialized in Dental Lab. Science & Engineering, Graduate School, Korea University, Seoul 136-703, Korea
This study was performed to measure the accuracy of different gypsum materials by a white light dental scanner. A master model with the prepared lower full arch tooth was used. The type IV and scannable stone were used for 20 stone casts (10 casts each) duplicated a master model of mandible. The distance between the reference points were measured and analyzed by the Delcam Copycad
Ⓡ(Delcam Plc, UK) 3D graphic software. The t-student test for paired samples were used for statistical analysis. The mean differences to master model for type IV stone and scannable stone model were 0.29∼0.56 mm, and 0.17∼0.35 mm, respectively. There were statistical differences in dimensional accuracy for full arch impression between the master model and type IV/scannable stone (p<0.05). Two different gypsum materials showed clinically acceptable accuracies of full arch digital impression produced by them. Besides, in both gypsum materials, the differences to the master model detected appear to provide enough accuracy for clinical application.
Key Words: Artificial dental stone, Dental digital impression, Dimensional measurement accuracy, Scanner
서 론
최근 치의학 분야 전반적으로 computer aided design/
computer aided manufacturing (CAD/CAM)에 관한 관심 과 연구가 급속도로 증가하고 있는 추세이다. 이는 지난 세 기를 거쳐 현재까지 진행되고 있는 산업 전반의 자동화 및 무인화의 열풍에서 치의학 분야도 더 이상 예외일 수 없음 을 알 수 있다 1) . 치의학 영역에 도입되어 이용되고 있는 CAD/CAM 시스템은 치아모형의 3차원 입력과 수복물의 설계 및 재료 가공으로 나눌 수 있다 2) . 치과 CAD/CAM 시 스템이 적용되기 위한 첫 번째 과정은 환자의 인상 정보의
정밀한 3차원 입력이라 할 수 있다. 주로 치과 병, 의원에서
사용하고 있는 방법으로 CEREC Ⓡ system (Sirona, Ben-
sheim, Germany)와 같이 환자의 구강 내 상태를 intra-oral
scanner을 이용하여 구강 내에서 직접 촬영을 통해 인상을
채득하는 방법이 있다 3) . 반면 치과기공소에서는 치과 병, 의
원에서 채득된 음형의 인상체에 치과용 석고를 채워 양형의
모형을 제작한 후 치과용 스캐너를 통해 석고모형의 표면을
분할한 후 수많은 X, Y, Z 좌표 데이터를 형성하여 환자의
인상을 3차원 디지털 영상으로 전환하여 보철물 제작을 위
해 사용하고 있다. 현재 치과기공소에서 사용되는 치과용
스캐너는 접촉식과 비접촉식으로 크게 두 가지로 분류된다 4) .
Fig. 1. Lower full arch model (500B-1, Nissin Dental Products, Kyoto, Japan).
접촉식은 touch probe를 사용하여 측정물의 3차원 형상 데 이터를 얻는 방법이고, 비접촉식은 빛, 센서 등을 이용한다.
접촉식은 정확한 형상 데이터를 얻지만, 측정시간이 많이 소요되고, 변형이 쉽게 되는 피측정물의 측정이 어렵다는 단점이 있다 5) . 반면 비접촉식은 비교적 정확한 형상 데이터 를 얻을 수 있고, 측정 속도가 빠르며 변형되기 쉬운 측정물 도 측정이 가능하다는 장점이 있다 6) . 최근 소개된 비접촉식 으로 백색광을 사용하는 치과용 스캐너는 기존에 사용하던 레이저 센서로 측정된 데이터에 비해 높은 정밀도를 보이며 빠른 시간 내에 측정이 가능한 것으로 알려져 있어 현재 치 과용 CAD 시장에 소개가 되어 각광을 받으며 현재 임상에 서 폭넓게 사용되고 있다.
환자의 구강 내 환경을 정확하게 인상 채득하고 인상체를 이용하여 인접치아와의 관계를 정확하게 재현하는 석고모 형을 제작하는 것은 보철물 제작 시 매우 중요한 과정이다 7) . 정확한 작업모형을 제작하기 위해서는 석고 제품의 경화 반 응 시에 나타나는 물리적 특성 및 경화반응이 완료된 후 기 계적, 화학적 특성을 충분히 인지하고 있어야 하며, 인상재 의 수축량을 보상할 수 있는 석고제품을 선택하여야 하고, 모형 제작 시 사용이 용이하고 기포가 없어야 한다 8) . 현재 임상에서 사용되고 있는 치과용 석고는 국제표준규격(Inter- national Standard Organization, ISO) 6873에 의해 1형에 서 5형까지 각각 인상용 보통석고, 모형용 보통석고, 모형용 경석고, 모형 및 다이 제작용 저팽창 초경석고, 모형 및 다이 제작용 고팽창 초경석고로 분류하고 있다. 최근에 들어서는 치과 CAD/CAM을 이용한 보철물 제작의 빈도가 늘어감에 따라 최적의 작업모형 스캐닝을 위한 스캔용(scannable)석 고가 출시되어 현재 해외뿐만 아니라 국내에서도 판매 중에 있다. 기존의 치과용 석고에 비해 광택이 없으며, 미세기포 를 최소화하고, 극미세 분말로 재현성이 뛰어난 모형재로 알려져 있다. 그러나 모든 모형재는 경화 시 어느 정도의 체 적변화와 뒤틀림을 발생하기에 이들 재료의 특성에 대한 선 학들의 연구에 의하면, 완전하게 만족할 만큼 정확한 재료 가 없다는 결론을 내었다 9-11) . 치과용 석고는 사용하는 용도 에 따라 다양한 형태의 제품으로 출시되고 있으며, 이에 따 른 국제표준규격에 의한 물성 시험이 이루어지고 있는 반면 실제 임상에서 적용가능성에 관한 구체적이며 실질적인 연 구는 다소 부족한 것으로 생각된다. 전악 인상 채득 시 인상 체의 정확도에 대한 연구보고 12,13) 가 있었으나, 선행 연구에 서는 대부분 일차원적으로 선팽창률을 비교하거나, 지대치 에 적합되는 코핑을 제작하여 그 적합도를 비교하는 방법으 로 주로 진행되었다.
이에 본 연구는 현재 임상적으로 널리 사용되고 있는 4형
(type IV)석고와 스캔용(scannable)석고를 이용하여 전악의 작업모형으로 제작한 후 치과용 스캐너를 통해 3차원 디지 털 모형으로 전환한 데이터를 토대로 각 계측지점간의 거리 를 측정하여 그 측정값의 차이를 근거로 이종의 치과용 석 고가 3차원 디지털 모형의 크기재현 시 정확성여부를 비교 분석하였다. 이 과정을 통하여 모형재료에 따른 디지털 모 형의 정확도를 확인함으로써 임상에서 적용가능성 여부와 실제 측정값의 차이는 어느 정도인지를 규명하고자 하였다.
재료 및 방법
1. 실험 재료
1) 주 모형 준비
결손치가 없으며, 수복물이 없는 자연치를 재현한 하악의 구강모형(500B-1, Nissin Dental Products, Kyoto, Japan) 을 기준 모델로 선정하였다. 치아의 배열이나 총생이 없는 이상적인 치열이며, 실제 임상환자들의 모형과는 상이할 수 있으나 스캐닝과정에서 발생할 수 있는 오차를 최대한 줄이 기 위해 선정하였다(Fig. 1).
2) 석고모형 제작
실험군 제작을 위해 주 모형을 복제는 부가중합형 실리콘
인상재인 Deguform Ⓡ (Degudent GmbH, Hanau-Wolfgang,
Germany)을 제조회사의 지시대로 혼합하여 석고모형 제작
용 복제주형을 만들었다. 제작된 복제주형 내면에 wetting
agent (Picosilk Ⓡ , Renfert, Hilzingen, Germany)를 도포한
Fig. 3. Scanning process (Identica, Medit, Seoul, Korea).
Fig. 2. (A) Type IV stone model, (B) scannable stone model.
Fig. 4. Reference points on the master model.
후 type IV 치과용 석고인 Tuff-rock Ⓡ (Talladium Inc., Valencia, CA, USA)과 CAD/CAM용 scannable stone의 한 종류인 aesthetic-basegold Ⓡ (Dentona, Detmold, Ger- many)를 제조사의 지시에 따른 혼수비(Water/Powder ratio)로 vacuum mixer system을 이용하여 30초간 혼합한 후 vibrator 상에서 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 넣어 1시간이 지난 다음 복제주형에서 석고모형을 분리하였다.
각 석고의 종류마다 10개의 모형을 제작하였으며, 제작된 석고모형은 측정을 시행하기 전에 22 o C±2 o C의 온도와 45%±5% 습도의 항온항습이 유지되는 곳에서 24시간 보관 하였다(Fig. 2).
3) 백색광 스캐너를 이용한 디지털 모형의 채득
전악의 디지털 모형 데이터를 얻기 위해 비접촉 방식의 치과용 백색광 스캐너인 IdenticaⓇ (Medit, Seoul, Korea) 을 이용하여 주 모형은 10회 스캐닝을 하여 디지털 데이터 를 얻었고, 두 가지 석고모형 각각 20개의 디지털 데이터를 채득하였다. 구동 테이블 위에 모형을 위치시킨 후 스캐닝
메뉴에서 전악(full arch)을 선택하여 동일한 조건하에 데이 터를 채득하였다(Fig. 3).
2. 선 계측 지점
전악의 디지털 모형의 정확도를 평가하기 위해 Creed 등 14) 의 연구에서 사용한 계측지점을 참고하여 총 4곳에 측정 지 점을 지정하였다. 하악 좌측 견치 교두를 ‘a’ point, 하악 우 측 견치 교두를 ‘b’ point, 하악 좌측 제1대구치 원심설측 비 기능교두를 ‘c’ point, 하악 우측 제1대구치 원심설측 비기 능교두를 ‘d’ point로 지정하였다(Fig. 4).
측정한 항목은 다음과 같다(Table 1).
- 견치간 폭경(a∼b): 해부학적인 정의에 따른 견치 교두 정을 지정하여 최대한 직선거리를 측정.
- 구치간 폭경(c∼d): 하악 좌우 제1대구치 원심설측 교두 간의 최대한 직선거리를 측정.
- 치열궁 장경(a∼c, b∼d): 양측 견치 교두정과 제1대구 치의 원심설측 교두간의 최대 직선거리로 측정하여 판단.
- 대각선 치열궁 장경(a∼d, b∼c): 치열궁 장경과 동일한
Fig. 5. Digital model measurement.
Measurement
Descriptive
Master-type IV (+value=master is larger)
System significance
Master Type IV
p-value
bMean±SD
aMean±SD
aa∼b 27.13±0.17 26.57±0.15 0.56 0.001
c∼d 38.67±0.16 38.25±0.18 0.42 0.001
a∼c 27.18±0.21 26.66±0.19 0.52 0.001
b∼d 27.39±0.25 26.95±0.22 0.44 0.001
a∼d 41.91±0.34 41.57±0.29 0.34 0.001
b∼c 42.86±0.31 42.57±0.22 0.29 0.001
a
Units are represented in millimeters.
b
p-value indicated the significance of paired t-test.
Table 2. Agreement between Master and Type Ⅳ Models in Assessment of 6 Reference Points Reference
point Measurement Definition
a∼b Intercanine distance Straight distance between the crown tips of the canines
c∼d Intermolar distance Straight distance between the disto-lingual cusp tip of the 1st molar
a∼c Dental arch length (left) Straight distance between the left canine cusp tip and left 1st molar disto-lingual cusp tip b∼d Dental arch length (right) Straight distance between the right canine cusp tip and right 1st molar disto-lingual cusp tip a∼d A diagonal of dental arch (left) Straight distance between the left canine cusp tip and right 1st molar disto-lingual cusp tip b∼c A diagonal of dental arch (right) Straight distance between the right canine cusp tip and left 1st molar disto-lingual cusp tip Table 1. Measurement Definitions
방식을 적용하여 서로 반대편의 두 계측지점을 연결한 최대 대각선 거리를 측정하여 판단.
3. 디지털 모형 측정
백색광 치과용 스캐너를 통해 채득된 데이터는 Delcam Copycad Ⓡ (Delcam Plc, Birmingham, UK)를 사용하여 지
정된 각 계측지점의 X, Y, Z 좌표를 중심으로 직선거리를 측정하였다. Copycad Ⓡ 소프트웨어 내 ‘Tool bar' 메뉴의
‘Measurement’를 선택하여 디지털 모형에 좌표를 지정한 후 세 개의 축에 좌표간의 거리를 계산하여 측정값을 도출 하였다(Fig. 5). 측정자는 계측에 경험이 풍부하며 전용 소 프트웨어 운용이 숙련된 1인이 계측지점 마다 3번씩 측정한 값의 평균값으로 계산하여 도출하였으며, 각 실험군 10개씩 의 모형을 반복 측정하였다.
4. 분석방법
각 실험군의 계측치 평균, 표준편차 및 차이의 평균 등으 로 기술적 통계량을 제시하였고, 디지털 모형간의 정확도 검정을 위해 대응 표본 t검정(paired t-test)을 시행하였다.
모든 통계 처리와 분석은 SPSS 12.0 통계처리 프로그램 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 사용하여 시행하였으며, 제1종 오류의 수준은 0.05로 정하였다.
결 과
주 모형과 치과용 모형재로 복제된 각 실험군은 전용 3D
software를 사용하여 계측지점간의 거리를 측정하여 평균
과 표준편차로 나타내었고, 주 모형과의 측정값 차이의 절
Measurement
Descriptive
Master-scannable (+value=master is larger)
System significance
Master Scannable
p-value
bMean±SD
aMean±SD
a∼b 27.13±0.17 26.78±0.21 0.35 0.001
c∼d 38.67±0.16 38.41±0.17 0.26 0.001
a∼c 27.18±0.21 26.89±0.18 0.29 0.001
b∼d 27.39±0.25 27.18±0.29 0.21 0.001
a∼d 41.91±0.34 41.73±0.22 0.18 0.001
b∼c 42.86±0.31 42.69±0.21 0.17 0.001
a
Units are represented in millimeters.
b
p-value indicated the significance of paired t-test.
Table 3. Agreement between Master and Scannable Models in Assessment of 6 Reference Points
대값 평균을 기준으로 정확성을 평가하였다(Table 2, 3).
Type IV군과 주 모형의 차이의 절대값 평균의 범위는 0.29
∼0.56 mm로 나타났다. 전체적인 계측지점의 차이를 기준 으로 type IV군이 주 모형에 비해 작게 계측되었다. 각 모형 별 동일한 계측지점의 수치 값의 차이가 있는지 알아보기 위해 paired t-test의 시행결과, 모든 계측지점에서 통계학적 으로 유의한 차이가 나타났으나 적정수준의 정확성은 확보 되지 않았다(Table 2, p<0.05). Scannable군과 주 모형의 차이 또한 유사한 결과를 보였다. 주 모형간의 차이의 절대 값 평균의 범위는 0.17∼0.35 mm로 나타났으며, type IV군 에 비해 좁은 범위를 보였다. 동일한 계측지점에 대한 수치 값의 차이에 대한 paired t-test의 검정결과, 모든 계측지점 에서 통계적으로 유의한 차이를 보여 역시 적정수준의 정확 성이 없음이 판명되었다(Table 3, p<0.05).
고 찰
치과용 모형재는 기공작업을 가능하게 하며 정확한 최종 보철물의 제작을 위해 환자의 구강 내 해부학적인 상태를 정확히 재현하는 것이 가장 중요한 요구사항 중 하나이다.
ADA Specification No. 25에 따르면 치과용 모형재는 0.2%의 팽창이 발생할 수 있으며, 작업모형의 변위에 상당 한 영향을 줄 수 있다고 하였다 15) . 더구나 상ㆍ하악 치아의 악궁을 재현한 석고모형은 상대적으로 작은 크기로 치아의 입체적인 구조나 undercut 존재, 악궁형태의 다양성 등으로 미세 재현성과 체적 안정성이 뒷받침 되어야 하기에 적절한 치과용 모형재의 선택이 중요하다 할 수 있다. 구강 내에서 정밀한 보철물을 얻기 위해 정확한 작업모형의 제작은 치과 기공작업의 출발점이다 16) . 작업모형을 제작한 후 3D dental scanner를 통해 스캐닝과정을 거쳐서 얻어진 3차원 디지털 모형은 전용 소프트웨어를 통해 오차값을 분석한다. 이러한
치과 CAD 시스템은 환자의 진단 및 보철물 제작의 디자인 을 위해 사용되고 장소와 시간의 제약을 받지 않는다. 데이 터를 복사하고 전자우편(e-mail)을 통해 전송함으로써, 여 러 사람의 공유가 가능하고, 파절이나 분실을 막을 수 있는 장점이 있다 17) . 하지만 3D scanner의 성능이나 사용자에 따 른 측정오류나 3차원 가상공간에서의 불분명함, 사용자의 숙련도나 지식에 따라 발생할 수 있는 오차가 단점이라 할 수 있다 18) .
본 연구는 두 가지의 치과용 모형재로 전악(full arch)의 작업모형을 제작한 후 치과용 백색광 스캐너를 이용하여 3 차원 디지털 모형으로 채득하여 지정된 계측지점의 선계측 결과를 통해 각기 다른 모형재가 디지털모형의 정확성에 미 치는 영향을 규명하고자 함이다. 치과기공소에서 작업모형 의 제작을 위해 가장 폭넓게 사용하고 있는 4형(type IV)석 고는 주 모형과 0.29∼0.56 mm 정도의 수치 범위를 나타냈 으며(Table 2), CAD/CAM 보철물 제작 시 정확한 디지털 모형을 얻기 위해 출시된 스캔용(scannable)석고는 0.17∼
0.35 mm 정도의 값을 보였다(Table 3). 각 모형 별 동일한
계측지점의 수치 값의 차이를 알아본 결과 두 가지의 각기
다른 석고의 작업모형에서 모든 지점이 통계적으로 유의한
차이를 보여 적정수준의 정확도를 주 모형으로부터 획득하
지 못하였다(p<0.05). 대부분의 선행연구에서 3차원 디지
털 모형의 검증은 석고모형과의 직접 계측한 지점 간의 거
리와의 오차 값을 통해 보고가 되었으며, 유의성 있는 차이
를 나타내며 임상적 효용성을 검증하였다. Santoro 등 19) 과
그의 동료 연구자들이 발표한 연구에서는 76개의 환자 임상
모형을 3차원 디지털 작업모형으로 전환하여 치아간 거리
를 계측한 결과 디지털 모형이 석고모형에 비해 작은 수치
를 나타내었다고 보고하였고, 그 차이는 0.16∼0.49 mm정
도의 수치라고 보고하였다. 이는 환자의 진단이나 장치 제
작 시 영향을 크기 미치지 않는 미비한 수치라고 결론지었
으며, 석고로 제작된 모형을 digital caliper를 사용하여 직접 측정한 결과는 digital caliper 사용 시 tip의 위치나 각도에 따라 계측치가 변할 수 있고, 모형의 손상에 대한 부분을 감 안해야 한다는 한계성을 논하였다. Stevens 등 20) 의 연구에 서도 레이져 스캔 디지털 모형은 석고모형에 비해 작게 계 측되는 경향이 있는데 이는 치아의 line angle이 만나서 이 루어지는 교두정이 둥글게 변형이 되어 3차원 디지털 모형 으로 획득되기에 생기는 오류라는 제안을 하였고, Keating 등 21) 이 2008년에 발표한 연구에서도 3차원 디지털 모형을 계측할 때 ‘object illumination’과 ‘landmark identification’
에서 체계적인 오류가 발생할 수 있으며, 측정지점을 선정 한 뒤 계측평면과 평행하지 않은 상태에서 측정하는 경우는 치아의 식립각도나 계측지점의 기준에 따라 값이 달라지는 결과를 고려해야 할 것이라는 제언을 하였다. 그 차이는 대 략 0.5 mm의 범위로 보고하였는데 이러한 오류의 차이는 임상적으로 문제가 없다는 결론을 내었다. 이와 같은 결과 는 2004년에 발표한 Quimby 등 22) 의 결과와 유사하며, 그의 연구에 의하면 3차원 디지털 모형을 측정한 값과 digital caliper로 측정한 결과의 오차는 0.04∼0.4 mm의 차이를 보 인다는 결과를 발표하였으며 각 계측방법에 따른 오류를 감 안할 때, 본 연구의 오차 값과 유사한 범위를 보였다.
각 치과용 모형재로 제작된 작업모형이 디지털 모형에 비 해 계측지점마다 작게 계측된 것은 디지털 모형의 오차만을 나타내는 것이 아닐 것이다. Zilberman 등 23) 은 각 모형간의 정확성에 있어서 디지털 모형을 운용하는 사용자의 숙련도 와 지식이 정확성을 더욱 결정하는데 기여한다는 주장처럼 3차원 가상 공간상에 존재하는 디지털 모형에 대한 실험자 의 시각적인 차이나 관점에 따라 본 실험의 결과는 달라 질 수 있음을 감안해야 할 것이다. 또한 2차원적인 선형 측정을 통해 판단하기는 부족한 면이 있기 때문이다. 따라서 본 실 험 결과의 일반화에는 일정정도의 한계를 내포한다. 또한 스캔용(scannable)석고가 4형(type IV)비해 작게 계측됨에 따라 스캔용(scannable)석고에 대한 심층적인 분석과 보다 원활한 임상 적용을 위해 다양한 연구들이 이어져야 한다고 생각된다. 비록 국내 연구 상황은 아직 활성화되어 있지 않 으나 보다 정확하고 안정적인 치과 CAD/CAM을 이용한 보 철물 제작을 위해서는 추가적인 연구에 관심을 가져야 할 것이다.
요 약
본 연구는 치과용 모형재 중 4형(type IV)석고와 스캔용 (scannable)석고를 이용하여 작업모형을 제작한 후, 치과용
백색광 스캐너를 이용하여 3차원 디지털 모형으로 전환한 데이터의 계측지점간 거리를 측정하여, 그 결과 값을 토대 로 이종의 치과용 석고가 3차원 디지털 모형의 크기재현 시 정확성여부를 비교하였다. 본 실험을 통하여 치과용 모형재 에 따른 3차원 디지털 모형의 정확도를 확인함으로써 임상 적용의 가능성을 평가하였으며, 제한된 조건 하에서 수행된 본 연구에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 치과용 백색광 스캐너를 사용하여 주 모형과 두 종류의 모형재로 제작한 작업모형을 3차원 디지털 모형으로 전환 한 후, 선계측의 값을 비교한 결과 전체적인 계측지점에서 모두 모형재로 제작된 작업모형이 작게 계측되는 경향을 보 였다.
2. 각 모형별 동일한 계측지점의 계측값의 차이가 있는지 알아보기 위해 paired t-test의 시행결과, 모든 계측지점에서 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
결론적으로 두 가지 석고 모두 통계적으로 적정한 수준의 정확성을 나타내지 않았으나, 오차 수준이 선행연구에 비추 어 볼 때 임상적으로 수용 가능한 수준이라 생각된다. 전악 인상채득을 통한 디지털 모형의 정확성은 검증이 되었으나, 스캔용(scannable)석고에 대한 임상 효용성을 판단하기 위 해 타 제품과의 성분 분석 비교연구나 실질적인 보철물 제 작을 통한 적합도 평가를 통해 CAD/CAM 보철물 제작 시 장점을 부각할 수 있는 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 사 료된다.
참고문헌