ISSN Review Article Review of recent developments for intra-oral scanners Jong-Hoon Choi 1, Y

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1 ISSN Review Article Review of recent developments for intra-oral scanners Jong-Hoon Choi 1, Young-Jun Lim 2, Won-Jin Lee 3, Jung-Suk Han 2, Seung-Pyo Lee 4 * 1 Department of Dentistry, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 2 Department of Prosthodontics and Dental Research Institute, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 3 Department of Oral Maxillofacial Radiology, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 4 Department of Oral Anatomy, School of Dentistry, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea Making a model that is an accurate replica of the oral structure requires precision and efficiency. Nowadays, rapid technological advances bring digitalization in dentistry. One of the most important works in digital dentistry is three-dimensional modeling of the oral cavity and digitizing the 3D data. Among the three components of CAD/CAM, 1 data capture component (digitizers), 2 design component (CAD software), 3 manufacturing component (CAM), the basic component that has a significant impact on the other processes is the data capture component, i.e. intra-oral scanners. This literature review discusses the principles and clinical use of intra-oral scanners in dentistry based on recent publications of the past 5 years using the PubMed and Google Scholar databases. (J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25) Key words: intra-oral scanner; digital dental impression; three-dimensional imaging 서론 구강내의모습을재현하는복제모델을만드는것은치과진료에서가장중요한과정중하나이며, 정확성과효율성이동시에만족되어야하는과정이다. 현재대부분의치과에서는구강내모습을재현할때전통적인인상채득방법을사용하고있다. 하지만디지털기술이적용되면서치과진료에서도기존의방법을대체하는디지털화된임상방법이개발되어사용되고있다. 이제치아삭제를제외한모든과정, 즉인상, 모델제작, 보철물제작에이르기까지모두컴퓨터와기계가담당할수있게되었다. 이러한것을가능하게하는가장중요한작 업중하나가바로구강내의모습을 3차원적으로재구성하여디지털화하는것이다. CAD/CAM 시스템의 3 가지성분 1 data capture component (digitizers), 2 design component (CAD software), 3 manufacturing component (CAM) 중에서가장기본이되고뒤의과정에상당한영향을끼치는성분은 data capture component, 즉구강스캐너이다. 본종설은현재시판중인 4가지종류 (CEREC, itero, LAVA C.O.S., Trios ) 의구내스캐너각각의구동원리와정확성에관하여알아보았고, 현재구강스캐너가치과영역에서임상적으로적용되고있는분야와그분야에서의적용정도를분석하는데목적이있다. *Correspondence to: Seung-Pyo Lee Professor, Department of Oral Anatomy, School of Dentistry, Seoul National University, 28 Yeongeon-dong, Jongro-gu, Seoul, , Republic of Korea Tel: , Fax: , orana9@snu.ac.kr Received: February 12, 2015/Last Revision: May 15, 2015/Accepted: May 31, 2015 Copyright 2015 The Korean Academy of Stomatognathic Function and Occlusion. cc It is identical to Creative Commons Non-Commercial License. 112

2 Review of recent developments for intra-oral scanners 1. 구강스캐너의작동원리와각스캐너의특성 (1) 삼각법 (triangulation technique) 삼각법이란물체의형태에대한 3 차원데이터를모아 3 차원모델을만드는데사용되는비접촉성기술중하 나이다. 1 수동적삼각법과능동적삼각법이있고모두 사용된다. 먼저능동적삼각법은빛을직접방출하여물 체의표면에투영하고그반사된빛을다시수집하여목 표물체의위치를계산해낸다. 반면수동적삼각법에서 는스캐너에서직접빛을방출하지않고반사된주위의 빛을탐지해낸다. 수동적 (passive) 삼각법은다른말로수동적스테레오 비전이라고부르며사진측량알고리즘을사용한다. 2 이 기술은위치와각도를이미알고있는두개의카메라가 두개의입체이미지를얻는것을기초로한다. 3 차원의 한점을두카메라로부터얻은영상정보에서카메라의 위치와이를보는영상점의두벡터는공통평면상에존 재한다는것이등극선기하인데, 등극선의일치하는점 을통해앞서얻은두개의입체이미지에일치하는물 체의위치를알아내는것이다. 수동적삼각법은매우높은정확성을제공하지만물 체가높은대조도를가지고있어야하고모서리가뚜렷하게형성되어있어야한다. 카메라를 3개사용하면더욱더정확해질수있다. 3 목표물이아닌것들은전혀측정되지않으며조절된빛을사용하지않을경우에는주위의빛이물체의상을올바르게얻어내는능력에매우영향을준다. 이방법의장점은구성성분이몇개없고매우싸며작동원리또한우리의눈과같아서간단하다는것이다. 4 Fig. 1과같이, 능동적 (active) 삼각법은레이저에의해생성된빛광선이거울에반사되어원하는물체 (Object) 로비추게된다. 이기술은카메라 (Position Detector, Lens) 에서나온실선과물체가만나는지점인레이저도트와카메라그리고레이저가삼각형을이루게된다. 카메라와레이저사이의거리를알고있고이것을기준선거리 (d) 라고부르며삼각형의한변에해당한다. 레이저의각도또한알려져있다 (θ). 5 카메라시야에서얻을수있는카메라각도 (Φ) 를측정해낸후기준선거리와레이저각도와함께 3가지정보를가지고삼각형의모양과크기를결정할수있으며삼각형의한점인레이저도트의 3차원적위치 (X, Y, Z) 를삼각계산을통해알아낼수있다. 대부분의경우에서는레이저도트한점만을사용하지않고레이저광선이나약속된레이저패턴을사용하여물체에대한정보를더빠르게얻는다. Laser Object Deflector θ Z Position Detector d Mirror (X,Z) P p Lens Φ x f 0 X Fig. 1. Active triangulation method. 7 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):

3 Choi JH, Lim YJ, Lee WJ, Han JS, Lee SP 모든삼각법에가장큰문제는언제나목표로하는표면이레이저와카메라에측정되지않을가능성이있다는점이다. 이론적인해결법은삼각법의각도를최대한줄이는것이지만삼각법의각도를줄이게되면그만큼정확성이떨어지게된다. 6 따라서정확성과측정되지않을가능성에대한바람직한균형이고려되어야만한다. 광삼각 3차원이미지측정장치는레이저빔이나오는부분, 카메라영상센서부분, 이송장치, 영상처리컴퓨터부로이루어져있다. 7 레이저빔이이송장치위에있는목표물에조사되고이송장치를통해물체를이동시키면서카메라영상센서로영상을획득하여컴퓨터로보내게되면컴퓨터가정보를수집하여 3차원이미지를만들어내어화면에나타나게된다. CEREC by Sirona dental system (Bensheim, Germany) CEREC은 Chairside Economical Restoration of Esthetic Ceramics 의줄임말로 3차원디지털스캐너와밀링머신을합쳐놓아한번의내원으로도재블록을가공하여체어사이드에서치과적인수복을해줄수있도록만들어진기계이다. 한번의내원으로바로수복을할수있게되면여러번내원하지않아도된다. 그러므로임시치아를만들필요도없고그에파생되는여러문제점들도겪지않아도된다. CEREC 시스템은 3차원디지털화를하기위하여컴퓨터를이용한기술을사용하게되는데디지털모델로서정보를저장하고인접치와 대합치와의생체적인비교를통해모양을정하고치과의사로하여금모양을디자인할수있게해준다. 디자인을정하고나면밀링머신으로정보를전송하여도재나합성재료블록을가지고단일크라운을약 4분만에만들수있도록설계되었다. 요즘은인레이, 온레이, 크라운은물론라미네이트비니어, 심지어브릿지까지한번의내원으로완성할수있다. 8 CEREC 시스템은앞에설명했던능동적삼각법의원리로이미지를얻는다. 9 먼저프랩된치아주변의조직을적당히당기거나정리한후지혈을하여마진이잘보이게해야한다. 그리고청색광패턴이무작위적으로변화하는기구를이용하여빛을물체에조사한다. 그다음, 각각의얻은데이터를가지고광학적빛의특성과이미지평면사이의거리사이의관계를얻어내어이미지를만들게된다. 10 Fig. 2를보면빛근원은 7.1, 7.2, 7.3에해당하는조명광선을만들어내며이것은목표물체인 2을향하여나아가게된다. 6의이미지센서가목표물체 2에반사된반사광선 (9.1, 9.2, 9.3) 을받게되는데이때 focusing system(5) 을거치게되면반사광선이이미지센서 (6) 로잘모이게된다. 사실빛근원 (3) 은빛의강도면에서독립적으로조절되는다양한구성요소들의조합 (3.1, 3.2, 3.3) 으로이루어져있다. 따라서각각의센서요소가감지하는빛의강도는스캐너의머리부분과목표사물에해당하는점사이의직접적인거리를표시해준다. 11 이때이 CEREC 시스템에서중요한부분인광삼각법을사용하기위해서는반사하는표면이일정해야한다. 일 S Fig. 2. CEREC scanning principle J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25

4 Review of recent developments for intra-oral scanners 정하지않다면법랑질, 상아질, 아말감, 레진, 치주조직등이모두다르게빛을반사시키게될것이다. 따라서스캔작업을시행하기전에생체적합적인 TITANIUM DIOXIDE 파우더를완전하게덮어서표면의반사능을동일하게만들어야한다. 9 (2) 공초점레이저현미경 (confocal laser scanner microscopy) 공초점레이저현미경 (confocal laser scanner microscopy, CLSM) 은선택된깊이에서의집중된영상을얻을수있는기술로 optical sectioning이라고알려진과정을거친다. Optical sectioning이란깊이를선택하고그곳에초점이맞지않는신호는광검출기앞에있는공초점조리개로제거하여초점면에맞는신호만을모으는작업이다. 12 이미지들을각각의포인트들로부터모아컴퓨터로 3차원이미지를만들어낸다. 이기술을사용하게되면불투명한표본의표면모습과투명한표본의내부이미지를얻을수있게된다. 전통적인현미경이빛이통과하는만큼표본을관찰했다면공초점현미경은단지한번에한깊이의이미지들을볼수있으며그깊이와초점을조절할수있다. 공초점현미경의원리는 Marvin Minsky가 1961년에특허를냈지만레이저를발전시키고지금의형태를갖는 CLSM을만드는데까지는 30년정도가걸렸다. CLSM 기술에서레이저광선은조리개를지나게되고이것은대물렌즈를지나면서작은초점의용적을갖도록모이게되며, 우리가원하는물체의내부나표면에위치하게된다. 흩뿌려지고반사된레이저빛은다시대물렌즈를지나게되고그빛중일부분은빔분리기에의해탐지장치로보내지게된다. 이장치는형광성공초점현미경에서사용될때는필터를가지고있는데이필터는선택적으로형광성파장의빛은통과시키고원래방출된파장의빛은차단시킨다. 핀홀을지나고난후빛의세기는영상탐지기구에의해탐지되어서빛신호를전기신호로바꾸어컴퓨터가이를녹화하게한다. 제한된검출조리개는초점에서오지않은빛은다차단해버리고, 돌아오는빛의대부분은핀홀에의해차단되어서초점에맞지않는빛은다억제된다. 그결과로전통적인형광현미경기술에서얻은이미지보다더세밀한이미지를얻을수있으며샘플에서다양한깊이에위치하는면들의이미지를얻을수있게된다. 13 조명을받은물체에서나온빛을탐지하여얻은결과이미지는하나의픽셀을이루게된다. 이미지픽셀은탐지된빛의상대적강도와일치하게된다. 하나나그이상의보조로조절되는진동거울을사용하여수평면에서빛의광선은샘플을따라스캔하게된다. 12 스캔을느리게할수록노이즈보다신호가더많이잡히며, 더나은대조도와더높은해상도를가지게된다. 현미경단이나대물렌즈를올리고내려서서로다른초점면으로부터의정보를얻을수있게된다. 컴퓨터는이연속적인초점면으로부터얻은 2차원정보를결합하여 3차원이미지로생성하게된다 itero by CADENT LTD (Tel Aviv, Israel) Cadent itero 디지털인상시스템은 2007년초에시장에나왔다. itero 시스템은앞서설명한평행하는공초점영상기술을사용한다. 13 Fig. 3을보면적색레이저광선세트 (38) 를초점광학 (42) 에통과시켜치아에조사한다. 이초점광학은모터 (72) 에의해위치가조절되며하나나그이상의초점면을정해준다. 치아에조사된광선은구조물에점을만들고, 반사된빛의강도는초점면의다양한위치에서측정된다. 치아의 3차원이미지는반사된빛의최대강도를통해알아낸점의위치를기초로하여만들어진다. 14 이기술로 itero는구강내모든구조물의이미지를만들어낼수있으며이때치아에는어떤코팅도하지않아도된다. 15 전체구조의 3차원이미지는그치아주변에서얻은표면의형상을모아만들게된다. 16 파우더를코팅하지않아도된다는큰장점이있다. 하지만색이있는이미지를얻기위해서추가적으로스캐너의머리부분에색상환을달아야하므로다른스캐너들보다스캐너의머리부분이크다는단점이있다. 8 이시스템에서는 3차원치아구조의 2차원색이미지역시, 구조를알려고할때와마찬가지로같은각도와방향을사용한다. 그결과각각의 2차원색이미지의 X-Y 좌표는 3차원스캔의 X-Y좌표와일치하는점을갖게된다. 색이미지는적색, 녹색, 청색의보색을사용하여얻어지며각각의단색들이합쳐져서여러가지색을갖는이미지를만들게된다. 17 세가지색광선은모두같은백색광에서얻어지며이색필터는회전이가능한디스크에한부분을차지하며모터와연결되어있다. 실제인상을뜨기위해서는프랩된치아를다섯번스캔한다. 교합면, 설측, 협측그리고인접치아의치간접촉점을차례로스캔하게되며약 15-20초정도시간이소요된 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):

5 Choi JH, Lim YJ, Lee WJ, Han JS, Lee SP 31 semiconductor Laser polarizer Optic expander grating or microlens array polarizer imaging Optics telecentric main confocal optics motor relay Optics Z X Y endoscope modulation 70 ccd control A B Fig. 3. itero system. 16 다. 8 그리고남은치아를 45도각도로협측과설측으로스캔하여 4분의 1악이나대합치반악을스캔하게된다. 이러한스캔과정이끝난후환자의치아를중심교합으로위치시킨후스캔한다. 이모든과정을끝내는데약 3분정도가소요된다 TRIOS by 3shape A/S (Copenhagen, Denmark) 2010년 12월, 3shape 사에서 TRIOS를시장에출시했다. TRIOS는 itero와마찬가지로공초점현미경의원리를사용하며빠른스캔속도를가지고있다. 19 빛진동을물체에일으킬수있게하는조명방식을가지고있다. 그방식속에서진동은공간적이며다양한시간대를가지고있다. 이시스템은물체와스캐너사이의공간적인관계는그대로두면서초점면위치의범위에따라그방식의초점면의다양성을생성할수있는능력이있다. 다시말해스캐너를움직이지않고도진동을일으키는방식덕분에다양한초점면을생성할수있다는것이다. 또다양한시간대를가지는진동이적용될때한번의스캔으로초점면의서로다른위치들과서로다른거리에있는 2차원이미지를얻을수있다. 하나의초점면은스 캔된표면에어떤픽셀의위치와일치할때그패턴은표면의한점에초점이맞게조사되고높은대조도를가지기때문에픽셀값의큰진폭의상승을보이게된다. 19 각각의픽셀이초점이맞을수있는초점면을맞출수있는특정한설정을확인하는것이가능하다. 그러므로초점면의위치에따른대조도정보를 3차원표면정보로바꾸는것이가능하다. 스캔된물체의 3차원은카메라의센서세트 (180, 181) 에속한각각의센서에의해측정된정점과일치하는면을찾는것으로결정된다 (Fig. 4). 20 TRIOS의가장중요한특징은물체를스캔할때스캐너를움직이지않고다양한초점면을얻을수있다는점이다. 초점면은미리설정된진동수를가진주기적인방식으로연속적으로얻어져야한다. 그리고패턴을만들어내는수단 (130), 카메라 (180), 광학시스템 (150) 은서로긴밀하게연결되어스캔작업을해야한다. 20 더나아가 3차원표면을얻어내는시간은 probe와치아사이의상대적인움직임의영향을줄이기위해서매우작아져야한다. TRIOS는스캔되는물체의공간에서볼때 telecentricity의특성을가지고있고이러한특성과확대능이유지되면서초점면을변화시킬수있다. 116 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25

6 Review of recent developments for intra-oral scanners Fig. 4. Trios scanning system. 22 Object Camera Center Rotating off-axis Aperture Lens Rotating Image Point Image Plane Fig. 5. Active wavefront sampling principle. 23 (3) 활성파면샘플링 (active wavefront sampling and devices) 활성파면샘플링 (AWS) 은 3차원이미지를만드는기술로하나의카메라와활성파면샘플링의모듈만을사용한다. Fig. 5처럼, 활성파면샘플링모듈의가장단순한모습은측면조리개이며광축을주위로원을이루며움직이게된다. 이러한움직임은이미지평면에있는원에목표지점의회전을생산한다. 목표지점의깊이에대한정보는각각의포인트에서만들어지고원을이루고 있는포인트패턴들의반지름으로부터얻을수있게되며, 이러한것은회전하는활성파면샘플링모듈에의해생성되고있다. 따라서활성파면샘플링이미지는디지털카메라하나를가지고어떤시스템이든지다 3 차원으로작용할수있게할능력이있다. 21 그러므로여러개의카메라로 3차원기하를얻으려고노력할필요가없어진다. 명백하게활성파면샘플링시스템의가장중요한특징은바로깊이정보를얻기위해서단하나의광학로만있으면된다는것이다. J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):

7 Choi JH, Lim YJ, Lee WJ, Han JS, Lee SP Lava Chairside Oral Scanner by 3M ESPE (St Paul, MN, USA) Lava Chairside Oral Scanner (C.O.S.) 는 2006년 10월 3M ESPE 사에서처음으로만들어졌으며공식적으로출시된것은 2008년 2월이다. Lava C.O.S. 시스템은하나의모바일카트에 CPU, 터치스크린디스플레이, 스캐닝기구로구성되어있다. 22 Lava C.O.S. 카메라는매우복잡한광학시스템으로이루어져있는데 22개의렌즈시스템과 192개의파란 LED cell로구성되어있다. 그리고구강스캐너는 13.2 mm의폭과 390 g의무게가나간다. 23 Lava C.O.S. 는 3차원데이터를앞서말한활성파면샘플링의원리를이용하여대상에빛을조사하여얻어낸다고알려져있다. 이러한스캐닝방법을 3M ESPE사에서는 3D-in Motion technology 라고명명하고있다. 22 이스캐닝시스템은활성화된 3차원이미지시스템을제공하는데, 이것은회전하는측면조리개를포함하고있다. 이회전하는조리개는광원로에위치하거나광학장치의영상로에위치하고있다. Lava C.O.S. 는측면조리개가영상로에위치하는 3차원이미지시스템의원리를보여주고있다. 24 광학장치는대상을보는렌즈들을의미하며회전체는측면조리개의요소로회전하는요소이다. 화상처리장치는화상처리과정을수행하는하드웨어를뜻한다. 화상처리장치와회전체는서로조절을위해피드백과정을가진다. Fig. 6는현재 Lava C.O.S. 를구동하는이론인활성파면샘플링을보여주는것으로써, 광파면샘플링을통해초점밖의면을측정하는개념과물체의포인트를조합하는것을보여준다. 이시스템은크게렌즈 (140), 회전하는조리개요소 (160), 상평면 (18 A) 으로이루어져있다. R은측면 pupil을따라원모양으로회전했을때그직경을말하며 d는상평면에생긴초점밖의포인트의이미지를따라그은원의직경이다. 24 하나의조리개는다른물체부분으로부터의이미지들의겹침을피할수있다. 따라서회전하는조리개는여러조리개위치에서얻어진이미지를얻을수있게하며이것은다른시점에있는여러개의카메라에의해해석될수있다. 그러한다양한시점은측정민감도를증가시킬수있다. 활성화로조절된조리개의운동은이미지불균형을조절하여이동탐지의정확성을증가시킬수있게한다. Ray trace at aperture position #1 x y Focal Plane z 8A Out of Focus Point Lens, 140 R Off Axis Exit Pupil, 160A #1 at time t 18A d (X,Y,Z) 0 60 Ray trace at aperture position #2 #2 at time t+δt (X,Y) Image Plane Δz (-) (+) L (-) (+) Z f Z 0 Fig. 6. Lava C.O.S. 의 Active wavefront sampling principle J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25

8 Review of recent developments for intra-oral scanners 이미지의가공을위해부분화된상호상관을적용하 여프레임사이에이미지불균형을줄여나갈수있다. 자기상관보다상호상관을사용하는것은장점이많은 데, 자기상관의주요문제점을해결하여소음수준을 낮출수있고, 초점을보다잘잡을수있으며방향적으 로애매한부분을없앨수있다. 25 이러한장점들은노이 즈보다신호의비율을높이고더높은공간적, 심도적 인해상도를가지게하고불확실하게실행할확률을줄 인다. 조리개의움직임은 CCD 요소에다른조리개위 치에있는하나의노출된이미지를저장할수있게해준 다. 부분화된자기상관의작용으로상평면 (18 A) 에최 소두개이상의이미지가기록된다 구강스캐너의적용분야와그분야에서의정확성기술 현재구강스캐너가치과영역에서적용되고있는분 야와그분야에서의적용정도를분석하였다. (1) 수복 Pubmed 와구글스칼라에검색어 : 디지털인상지르 코니아, 디지털인상전부도재관 의검색어로최근 5 년 간논문을검색한후, 관련성이있는데이터만을추출 하여기술하였다. 1 구강스캐너의정확성, 기존의전통방식과의비교 An 등 26 은세라믹크라운제작을위하여준비한하나 의상악중절치를이용하여 30 개의동일한모형을제작 하였다. 10 개씩군을나누었으며각각은 (1) 폴리비닐실 록산인상재로 stone die 를만들어서제작, (2) itero 시 스템으로폴리우레탄 die 를만들어서제작, (3) itero 시 스템으로 die 를만들지않고제작 ( 스테레오리소그라피 파일 ) 한다음변연의차이를관찰하였다. 그결과, (1) µm (2) µm (3) µm 으로측정되었다. 결론적으로, 전통적인방법이 itero 시스템으로인상을 떠서제작한것보다더정확하였으며그결과는유의미 한차이를보였다. 하지만어떤절대적인임상적으로받 아들일수있는변연의차이의양이정해져있지는않으 며세방법모두임상적으로받아들일수있었다. Ng 등 27 에서는 17 번치아의세라믹크라운 30 개를대 상으로 15 개씩나누어서실험하였으며각각은 (1) 전통 적인상방법 ( 폴리비닐실록산인상재 ) 로인상뜬다음제작, (2) 디지털인상방법 : Lava C.O.S. 로인상뜬다음제작하였다. 그다음완성된 30개를근심, 원심, 협측, 구개측, 근심협측, 근심설측, 원심협측, 원심설측, 즉총 8면을보아서 240면의변연의차이를조사하였다. 그결과, (1) 74 µm, (2) 48 µm으로조사되었다. 즉전통적인인상방법이디지털인상방법보다부정확했다. 하지만두방법모두임상적으로양호했다. Lee 등에서는 28 3shape A/S을사용한실험으로각각은 (1) 러버인상재를이용하여만든 working model을스캔하여만든모형, (2) 스캐너를이용하여디지털인상체득후만든디지털모형에서변연의차이를측정하였다. 그결과 (1) 28.9 µm, (2) µm으로조사되었다. 즉 working model로얻은데이터가디지털인상방법의데이터보다정확했고유의미한차이를보였으나두개모두임상적으로받아들일수있었다. Keul 등 29 은 itero 스캐너를이용하여 4-unit 가공의치의변연적합도를분석하였다. 12개는스캔하였고 12개는전통적인인상방법을사용하였다. 그리고이것을가지고각각금속와지르코니아를사용하여다음과같이모형을만들었다 : (1) 전통적인인상방법을사용하여만든금속, (2) 디지털인상방법을사용하여만든금속, (3) 전통적인인상방법을사용하여만든지르코니아, (4) 디지털인상방법을사용하여만든지르코니아였다. 변연의적합도를측정한결과 (1) µm (2) µm (3) µm (4) µm로조사되었으며디지털인상방법이전통적인방식보다더정확하였다. 또한금속으로만든것이지르코니아보다더정확하였으나, 모든인상방법과사용한재료는다임상적으로받아들일수있을정도의정확성을보여주었다. Syrek 등 30 은 (1) Lava C.O.S. 와 (2) 전통적인인상방법 ( 실리콘 ) 으로인상을뜬전부도재관변연적합도를비교하였다. 그결과, (1) 49 µm, (2) 71 µm로측정되었다. 즉, 실리콘을사용한기존의인상방법보다디지털인상방법이유의미하게변연의적합도가더좋았다. 하지만두방법모두임상적으로받아들일수있다. Silva 등 31 은 (1) 전통적인인상방법 12개 ( 폴리에스테르 ) 와 (2) Lava C.O.S. 마스터모델 12개로 4개의지르코니아고정성치아보철물을만들고변연의적합도와치내의적합도를측정하여비교하였다. 그결과변연의적합도는 (1) µm (2) µm, 치내의적합도는 (1) µm (2) µm였다. 따라서유의미하게디 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):

9 Choi JH, Lim YJ, Lee WJ, Han JS, Lee SP 지털인상방법을한것이더정확했지만둘다임상적으로문제가없었다. 이상의연구결과를종합해보면, An 등 26 과 Lee 등 28 은기존의방식이더정확하게나온반면, 나머지연구들에서는구강스캐너를사용한디지털인상방법이더정확한보철물을만들었다. 그러나, 실험에서측정한측정값들은모두달랐음에도불구하고모두임상적으로허용가능한범위내에있었다. 2 재료에따른차이 Keul 등 29 에서는지르코니아와금속간의차이를볼수있었다. 같은재료의인상재를사용하더라도 ( 디지털인상방법, 전통적인인상방법 ) 금속이지르코니아보다정확한변연의적합도를보이는결과가있었다. 그리고 Baig 등 32 은 (1) Cercon Y-TZP (yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals) 와 (2) IPS Empress II (3) 전부금속관의변연의차이를비교하였다. 그결과 (1) 66.4 µm, (2) 36.6 µm, (3) 37.1 µm의차이를보였다. 지르코니아가조금더부정확하기는했지만임상적으로적용하기에는문제가없다는결론을지을수있었다. 금관과비교하였을때는, Wang 등 33 는 35개구치부 CAD/ CAM 지르코니아를 dental wings s50로제작후, 30개의금관과비교하여 2년간확인하였다. 그결과, 균열여부, 심미성, 접촉마모에관해문제가없었으나대합치만조금마모되어있었다. 즉, 지르코니아로수복해도금관과같이 2년은파절도없고접촉마모의문제도없지만, 대합치마모의문제가있기때문에상악, 하악양쪽을다하는것이낫다는결론을내렸다. Scotti 등 34 은 Lava C.O.S. 로제작한구치부와전치부에있는 37개의단일지르코니아도재관을대상으로, 변연의차이, mid-axial 부위, axio-occlusal 부위, 중심교합부위에서모형과금관내부사이의거리를측정하였다. 그결과각각 µm, 112,25 µm, µm, µm였으며, 구치부와전치부간에유의미한차이를보이지않았다. 즉, Lava C.O.S를사용하면구치부나전치부나상관없이모두다임상적으로받아들일수있는범위내로만들어진다는것을의미한다. 또비슷한연구로 Tamim 등 35 에따르면 50명의디지털인상방법으로제작한금속도재관에서모형과금관내부사이의거리를조사해본결과, 변연의적합도 : 46 µm, mid-axial 부위 : 94 µm, 중심교합부위 : 185 µm을보였다. 이역시모두임상적으로받아들일수있는범위내에있었다. 3스캐너에따른차이 Brawek 등 36 은 (1) Lava C.O.S. 와 (2) CEREC AC와의비교하기위해 14개의지르코니아로변연의차이, mid-axial, axio-occlusal, 중심교합부위에서모형과도재관내부사이의거리를측정하였다. 그결과, 변연의차이는 (1) 51 µm (2) 83 µm였고, mid-axial 부위는 (1) 130 µm, (2) 128 µm로기록되었으며, axio-occlusal 부위는 (1) 178 µm (2) 230 µm을보였고, 중심교합은 (1) 181 µm (2) 297 µm로측정되었다. 즉, Lava C.O.S. 가 CEREC AC보다더적합함을보여주며유의미한차이를보였으나두방법모두임상적으로만족스러운결과를보였다. Seelbach 등 37 은 (1) Lava C.O.S., (2) CEREC, (3) itero, (4) 전통적인인상방법 ( 실리콘 ) 으로전부도재관제작후변연의적합도와치내의적합도를각각측정하였다. 변연의적합도는 (1) 48 µm (2) 30 µm (3) 41 µm (4) 44 µm였고, 치내의적합도는 (1) 29 µm (2) 88 µm (3) 50 µm (4) 49 µm였다. 즉변연의적합도는 CEREC이가장정확하였고, 치내의적합도는 Lava C.O.S. 가제일정확하였다. 3가지구강스캐너와전통적인인상방법모두고정된보철수복에적합하였다. 4 Margin preparation에대한차이 Re 등 38 은인공치아 20개를 chamfer finish line 과 rounded shoulder finish line으로준비한후 Lava C.O.S. 로스캔하였다. 그결과둘은전혀유의미한차이가없었다. Souza 등 39 은 (1) tilted chamfer, (2) large chamfer, (3) rounded shoulder finish line으로준비한후변연의적합도과치내의적합도를측정하였다. 그결과, 변연의적합도는 (1) µm, (2) µm, (3) µm이었고, 치내의적합도는 (1) µm, (2) µm, (3) µm로측정되었다. 즉, 변연의적합도의정확성은 rounded shoulder가높았고, 치내의적합도의정확성은 large chamfer가높았다. Renne 등 40 은 Preparation의정확성에따른변연의차이을조사하였다. 62명의임상가가 1시간씩책보고프랩을하여서 (1) Ideal preparations (25명) (2) Considered fair (34명) (3) Categorized as poor (15명) 로책에설명된올바른 preparation에대한지침을읽고판단을내렸다. 그후변연의차이를조사한결과 (1) 38.5 µm (2) 58.3 µm (3) 90.1 µm으로측정되었다. 즉, preparation이정확할수록디지털인상방법이잘이루어지고최종보철물의변연의차이가더줄어드는것을알수있었다. 120 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25

10 Review of recent developments for intra-oral scanners (2) 임플란트 Pubmed와구글스칼라에검색어 : 디지털인상임플란트 의검색어로최근 5년간논문을검색한후, 관련성이있는데이터만을추출하여기술하였다. 1 임플란트인공치근을심은후인상의정확성 Giménez 등 41 은 itero 스캐너로작동자의경험, 식립각도, 깊이에따른스캐닝의정확도차이를알아보았다. 그결과, 작동자의경험은별로상관이없었고각도가커진다고해서디지털인상방법의정확성이줄어들지않았다. 또한깊이는깊다고해서정확성이줄어들지않았다. 다만스캔하는구역이커지면커질수록정확성은줄어들었다. Abdel-Azim 등 42 은 single unit과전악임플란트모형에대해각각디지털인상 / 기공방법과전통적인인상 / 기공방법을시행하여협 / 설측에서변연적합도를측정, 비교하였다. 단일임플란트시전통적인인상 / 기공방법은 24.1 µm, 디지털인상 / 기공방법은 µm로기존의전통방식이더변연의적합도가잘맞았다. 전악임플란트모형시전통적인인상 / 기공방법은 µm, 디지털인상 / 기공방법은 µm로디지털인상 / 기공방법결과의변연의적합도가더높았다. 하지만 single unit과전악임플란트모형에서전통적방법과디지털방법모두임상적으로문제없을정도의변연의적합도를보였다. Papaspyridakos 등 43 은 2000 개가넘는논문을리뷰해서 76개의연구중 41개는무치악, 35개는부분무치악환자로나누어서연구하였는데, 이중 3개의부분무치악환자에대한논문이디지털인상에대한연구였다고밝혔다. 세연구모두기존의오픈트레이방식보다디지털인상방식이덜정확하다고보고하였다. Stoetzer 등 44 은디지털인상방식을응용하여임플란트식립후인공치근의위치파악을시도하였으며 Cone beam 컴퓨터단층촬영과비교하였을때정확도가떨어지지않는다고하였다. 따라서, x-ray를찍지않고임플란트의위치를알수있는장점이있으므로편리할뿐만아니라, 환자의방사선노출량을줄일수있다고하였다. 2 디지털인상을이용한유도된임플란트수술 Nickenig과 Eitner 45 는 23개의임플란트를수술표본으로사용후식립시계획했던것과실제식립위치를확인하였는데, 4.2도정도차이가나고임플란트 shoulder는 0.9 mm 차이, 임플란트근첨은 0.6 mm 정도차이가났다. 이정도차이는임상적으로허용될만하다고결론지었다. Mandelaris와 Vlk 46 과 Stapleton 47 은디지털인상을이용한임플란트수술에대한케이스를발표하였다. CAD/CAM fabricated, 임플란트유지형고정성치아보철물로서디지털진단인상을제작한후이데이터를 cone beam CT와연계하여정확한진단을내렸다. 또한, 가상계획을통해정확한각도와깊이를계산해내고컴퓨터가유도하여수술견본을만들어심은후, 즉각적인예비보철까지구강스캐너를사용하여진행하였다. 그후과정은전통적인보철물제작과정을사용하였으며보철물에대한이상은없었다. (3) 가철성보철물가철성보철물에대한디지털인상에관련된논문을발견하기가어려웠다. Papaspyridakos 등 43 도 2879개의논문을리뷰하였으나, 무치악환자에대한디지털인상의정확성에관한논문은찾을수없다고밝혔다. 하지만, 최근발표된논문중에서, Ender와 Mehl 48 은전악인상으로, CEREC의디지털인상과전통방식의인상 ( 비닐실록산인상재 ) 을정확성과정밀성의관점에서비교하였다. 그결과, 편위의패턴이전통방식과디지털방식이달랐다. 전통방식으로인상채득한것은전치부와소구치부분은편위가작고원심단부분은 50 µm로가장크고왜곡이있었다. 그에비해디지털방식은제일심한부분은 170 µm 차이가나고, 전체적인모델이시상, 수평축모두다심하게왜곡되어있었다. 하지만 170 µm의차이는임상적으로받아들이지못할오차는아니라고앞선수많은논문에서결론을내렸다. Kattadivil 등 49 은 itero 구강스캐너를통해 Kennedy class II에대한가철성국소의치를완성한첫사례보고를하였다. 이에따르면, 치아와교합을 28번스캔하였고레스트시트, 안내면, 연부조직과상악구개를 25번스캔하였으며대합치또한 28번스캔하여총 81번의스캔을 17분동안진행하였으며, Cadent itero를가지고폴리우레탄주물을만들어가상설계를해당소프트웨어인 SensAble (Sensable Technology Inc. s ) 을통해진행하여레진패턴을 3D 프린팅하였다고보고하였다. 그다음과정은모두전통적인방법으로주조하고제작하였으며최종보철물의적합도는정확하였고환자는불편을느끼지않았다고보고하였다. J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):

11 Choi JH, Lim YJ, Lee WJ, Han JS, Lee SP 결론 연구한구강스캐너들은삼각법 (triangulation technique), 공초점레이저현미경 (confocal laser scanner microscopy), 활성파면샘플링 (active wavefront sampling) 등의방식을사용하고있으며, 이방법들을사용하고있 는스캐너들인 CEREC, itero, Lava C.O.S., Trios 의정 확성또한모두실험마다차이는있지만, 모두일정수 준이상의정확성을보이고있으며임상적으로무리가 없을정도의수준에이르렀다. 일부실험에서는디지털 인상이임상적기준을넘었을뿐만아니라, 기존전통방 식으로인상을떠서만든보철물보다더정확하기도하 였다. 그리고그정확성은디지털인상후만들어지는 보철물의재료에따라상이한결과를보였고인상시마 진의모양이나정확성에따라차이를보였다. 이들스캐 너들은치과분야에서간단한단일수복부터교의치, 임 플란트, 고정성치아보철물, 가철성보철물등의제작 과정에도일부사용되고있으며, 최종적으로만들어진 보철물들의적합도, 안정감, 유지가임상적으로문제가 없을정도의수준이라고보고되고있다. 하지만아직디 지털인상방식에대한정확성이나사례보고등이많이 부족하므로, 디지털인상이치과진료에서더큰도움이 되기위해서는수많은추후연구가필요하다. Acknowledgments 본연구는산업통상자원부의재원으로산업핵심기술 개발사업의지원에의하여이루어진것임 ( ). Orcid Young-Jun Lim Jung-Suk Han Seung-Pyo Lee References 1. Ali P, Behrai T. A reliable 3D laser triangulationbased scanner with a new simple but accurate procedure for finding scanner parameters. J Am Sci 2010;6: Kostiukova VV, Riakhovski AN, Ukhanov MM. A Comparative Analysis Of Intra-oral 3d digital scanners for restorative dentistry. Stomatologiia (Mosk) 2014;93: Franca JGDM, Gazziro MA, Saito JH. A 3D scanning system based on laser triangulation and variable field of view. IEEE Intl Conf 2005;1: Wang L, Bo M, Gao J, Ou CS. A Novel double triangulation 3D camera design. IEEE Intl Conf Info 2006: El-Hakim SF, Beraldin JA, Blais F. Comparative evaluation of the performance of passive and active 3D vision systems. Proc. SPIE 2646, Digital Photogrammetry and Remote Sensing 95, 14 (December 1, 1995); doi: / Lombardo V, Marzulli T, Pappalettere C, Sforza P. A time-of-scan laser triangulation technique for distance measurements. Opt Laser Eng 2003;39: Logozzo S, Zanetti EM, Franceschini G, Kilpelä A, Mäkynen A. Recent advances in dental optics - Part I: 3D intra-oral scanners for restorative dentistry. Opt Laser Eng 2014;54: Birnbaum NS, Aaronson HB, Stevens C, Cohen B. 3D digital scanners: a high tech approach to more accurate dental impressions. Inside Dent 2009;5: Thiel F, Pfeiffer J, Fornoff P. Apparatus and method for optical 3D measurement. US Patent 2011/ Thiel E, Pfeiffer J, Fornoff P. Apparatus and method for optical 3D measurement. International Publication WO Patent 2008/ B Schmidt V. 3D dental camera for recording surface structures of a measuring object by means of triangulation. International Publication WO Patent 2010/ A Pawley JB. Handbook of biological confocal microscopy. 3 rd ed. NewYork; Springer; Fellers TJ, Davidson MW. Olympus FluoView Resource Center: introduction to confocal microscopy. Available from: com/theory/confocalintro.html (updated 2014 Oct 15). 14. Babayoff N, Glaser-Inbari I. Imaging a three dimensional structure by confocal focusing an array of light beams. International Publication WO Pat- 122 J Dent Rehabil Appl Sci 2015;31(2):112-25

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14 Review Article 현재존재하는구강스캐너에대한고찰 최종훈 1, 임영준 2, 이원진 3, 한중석 2, 이승표 4 * 1 서울대학교치의학대학원 2 서울대학교치의학대학원치과보철학교실 3 서울대학교치의학대학원구강악안면방사선학교실 4 서울대학교치의학대학원구강해부학교실 구강내의모습을재현하는복제모델을만드는것은치과진료에서가장중요한과정이며정확성과효율성이동시에만족되어야하는과정이다. 현재기술이발전함에따라치과진료에서도디지털화가이루어지고있다. 이러한것을가능하게하는가장중요한작업중하나가바로구강내의모습을 3차원적으로재구성하는디지털화이다. CAD/CAM 시스템의 3가지성분 1 data capture component (digitizers), 2 design component (CAD software), 3 manufacturing component (CAM) 중가장기본이되며뒤의과정에막대한영향을끼치는것이 data capture component 즉구강스캐너이다. 이논문은 Pubmed와 Google Scholar에서최근 5년전연구논문들을기초로하여, 각각의스캐너의구동원리와스캐너들간의정확성, 현재구강스캐너가치과영역에서적용되고있는분야와그정도를분석하였다. ( 구강회복응용과학지 2015;31(2):112-25) 주요어 : 구강스캐너 ; 디지털인상 ; 3-d 이미지화 * 교신저자 : 이승표 ( ) 서울특별시종로구연건동 28 번지서울대학교치의학대학원구강해부학교실 Tel: Fax: orana9@snu.ac.kr 접수일 : 2015 년 2 월 12 일 수정일 : 2015 년 5 월 15 일 채택일 : 2015 년 5 월 31 일 125