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치의학석사학위논문 디지털구강스캐너의스캔방법및 보정이스캔정확성에미치는영향 The Effect of Scanning Strategies and Scanner Calibration on the Accuracy of Digital Intraoral Scans 2018 년 2 월 서울대학교대학원 치의과학과치과보철학전공 임현정
디지털구강스캐너의스캔방법및보정이스캔정확성에미치는영향 The Effect of Scanning Strategies and Scanner Calibration on the Accuracy of Digital Intraoral Scans 지도교수임영준 이논문을치의학석사학위논문으로제출함 2017 년 10 월 서울대학교대학원 치의과학과치과보철학전공 임현정 임현정의석사학위논문을인준함 2018 년 2 월 위원장김명주 ( 인 ) 부위원장임영준 ( 인 ) 위원권호범 ( 인 )
- 국문초록 - 디지털구강스캐너의스캔방법및 보정이스캔정확성에미치는영향 서울대학교대학원치의과학과치과보철학전공 ( 지도교수임영준 ) 임현정 목적 : 본연구는 3 종의구강스캐너로스캔한데이터를통해구강스캐너의보정 (calibrati on) 에따른정확성의차이를비교하고, 3 가지의다른스캔방법이디지털인상의정확성에미 치는영향을알아보는데그목적이있다. 재료및방법 : 상악유치악덴티폼모델 (Nissin, Japan) 을석고모형으로복제하여실험모델을제작하였다. 이를 Identica HybridR(Medit, Seoul, Korea) 모델스캐너로스캔한데이터를대조군으로설정하였다. TriosR(3Shape, Copenhagen, Denmark), CS3500R(Carestr eam, New York, USA), PlanscanR(Planmeca, Helsinki, Finland) 3종의구강스캐너를사용하여실험모델을각 5회스캔하였다. 각스캐너를 30일동안임상에서사용후, 각제조사가권장하는방법으로보정 (calibration) 하고동일한방법으로스캔하였다. 전체악궁을 Trios3R 스캐너를이용하여세가지방법 ( 교합면-협면-구개면순으로스캔하는방법 (A), 협면-교합면-구개면을교차하면서스캔하는방법 (B), 교합면-협면-구개면순 (A) 으로치열스캔후구개를포함하여스캔하는방법 (C)) 으로각 5회스캔하였다. 동일한세가지방법으로 1/4악궁스캔하였다. 획득한데이터는 STL(Standard Tessellation Langu age) 로변환후 Geomagic Control XR(3D systems, Rock hill, USA) 프로그램으로 Bes t fit algorithm 으로중첩하여 3차원적으로비교하였다. 스캐너의정확성 (accuracy) 의결과는정확도 (trueness, n=5) 와정밀도 (precision, n=10) 으로변위의차이정도를나타내는지표인 RMS(Root Mean Square) 값의평균및표준편차로계산하였다. 통계분석은 SPSS 22. 0(SPSS Inc, Chicago, USA) 으로유의수준 p<0.05로 one-way ANOVA 시행후 Student -Newman-Keuls Method로사후검정하여스캐너보정전, 후비교및스캐너종류와스캔방법에따른정확성차이를비교하였다.
결과 : 보정전각스캐너의정확도 (trueness) 와정밀도 (precision) 의 RMS값 ( 평균 ± 표준편차 ) 은 Trios3R 62.96±8.38μm, 97.23±48.82μm, CS3500R 147.18±37.44μm, 239.57±1 21.42μm, PlanscanR 445.50±83.70μm, 789.77±196.65μm로나타났다. 보정후결과 Trios 3R 100.28±8.12μm, 102.22±48.83μm, CS3500R 171.50±20.05μm,261.27±43.96μm, Pl anscanr 481.68±43.00μm, 715.03±149.15μm이었다. 보정전과후의모든데이터에서 Tri os3r, CS3500R, PlanscanR의순서로높은정확성을보였으며, 이는통계적으로유의한차이 (p<0.05) 를나타냈다. 보정전과후의정확성비교시보정에따른정확성의유의한차이는나타나지않았다 (p>0.05). Trios3R로스캔방법에따른정확성차이를확인한결과, 전체악궁스캔에서정확도 (truenes s) 와정밀도 (precision) 의 RMS값은 A방법 62.96±8.38μm, 97.23±48.82μm로, B방법 75.00 ±4.67μm, 97.62±49.32μm, C방법 139.36±68.64μm, 181.28±53.45μm으로각각나타났다. C방법이통계학적으로가장낮은정확성을나타냈고 (p<0.05), A와 C, B와 C방법간에는유의한차이가나타났으나 (p<0.05), A와 B방법간에는유의한차이가나타나지않았다 (p>0.0 5). ¼ 악궁스캔에서는 A방법 48.10±5.55μm, 159.67±100.80μm, B방법 50.04±5.19μm, 1 33.12±33.73μm, C방법 43.56±5.24μm, 179.65±95.48μm으로나타났고, 스캔방법에따른정확성이유의한차이를보이지않았다. 결론 : 제조사가권장하는기간내에스캐너를보정하는것은정확성의증가에영향을주지않는다. 전체악궁을스캔시스캔방법에따른정확성의차이가존재한다. ¼ 악궁스캔시에는스캔방향에따른정확성의차이가나타나지않으므로, 임상에서적용시술자에게유리한방법으로스캔하는것이추천된다. 주요어 : 디지털인상, 구강스캐너, 스캔방법, 보정, 정확성 학번 : 2015-23271
디지털구강스캐너의스캔방법및 보정이스캔정확성에미치는영향 서울대학교대학원치의과학과치과보철학전공 ( 지도교수임영준 ) 임현정 1. 서론 목차 1. 서론 2. 재료및방법 3. 결과 4. 고찰 5. 결론참고문헌외국어초록 1980년대초반 CAD/CAM 시스템을이용한디지털치의학이발달하기시작하였다. 1,2 모델데이터를얻기위한디지털인상 (digital impression) 은치과치료의완전한디지털화를위한치료의시작점이자중요한단계라고할수있다. 이에디지털인상을위한구강스캐너 (intraoral scanner) 시스템은 급속도로발전하고있으며, 현재다양한제조자에서여러시스템의구강스캐너개발을통해치의학의중요한부분을차지하고있다. 최근발전한구강스캐너장비를이용하여구내에서직접연조직및경조직을삼차원적으로모델화가가능하며획득한데이터는 CAD/CAM 소프트웨어로전달되어진단및구강회복이가능하게되었다. 임상에서도점차그적용의범위가확대되고있으며이의적용범위는단일치아수복을위한치료뿐만아니라, 다양한고정성국소의치, 가철성국소의치, 교합안정장치제작에이용할수있게되었다. 또한, 임플란트, 교합회복및교정분야에도적용되고있으며, 임상에서구강스캐너의적용영역은점차더증가할것으로예상된다. 3,4 기존의인상재를이용한전통적인인상채득방법에비해디지털인상은다양한장점을가진다. 우수한환자의협조도, 인상재의수축이나팽창등에의한변형이없으며, 인상을통해 3차원적인영상획득으로시각적인효과및시간및비용이 - 1 -
잠재적으로절감되는효과등이있다. 또한디지털모델이획득되기까지여러단계를거치지않아오차가능성이현저히떨어진다고할수있다. 성공적인치과치료를위해서는인상의정확성이중요하다. 구강스캐너의발전에따라구강스캐너에대한디지털인상의정확성에관한연구가많이있어왔다. 현재에도임상에서이용되고있는구강스캐너들의정확성및임상적용가능여부에대한연구가활발하게이루어지고있다. 5-12 다양한스캐너를이용하여구강스캐너의정확성에대한다수의연구가보고된바있으나이러한구강스캐너정확성에미치는여러요인들에대한연구는많이알려져있지않다. 구강스캐너는기술적인관점및여러앞선연구에의하면높은정확성을가진세밀한광학기계이나몇몇구강스캐너시스템은비보정화 (decalibration) 되려는경향이있으며이에대하여제조사들은구강스캐너의주기적인보정 (calibration) 을권장하고있다. 13 보정이란정밀한기계의정확성을유지하기위해가장중요한과정중의하나로써, 받아들일수있는범위내에표본의결과가나타나도록부정확한수치를나타내는원인을최소화하고제거하는과정이다. 제조사마다보정과정이다양하지만보정과정은기계의적용범위내에서특정한점들의상관관계를평가하고일정범위내에점의위치가오도록 0점조정하는과정이라고할수있다. 구강스캐너의비보정화는술자가바로인식할수없는인상의정확성손실로이어질수있으며구강스캐너를통한디지털인상은구강스캐너의보정 (calibration) 유무에따라정확도차이를보일수있다. 또한, 디지털인상채득시스캔하는방법 에따라서도스캔정확성에영향을미칠수있다. 3,6 특히스캔을하는방향에따라서도최종스캔데이터의차이를보일수있겠다. Ender 등은 Lava COS, Cerec bluecam, itero 구강스캐너를사용하여, 전체악궁스캔시동일한스캐너로서로다른방향으로스캔한결과데이터간의정확성차이가나타났으며, 구강스캐너를이용한스캔시, 협면-교합면-구개면순으로치아를교차하며스캔한방법에비해전체치열을교합면- 협면-구개면순서로스캔한방법이더정확한결과를나타냈다고보고한바있다. 14 이에, 본연구에서는 3종의구강스캐너로스캔한데이터를통해구강스캐너의보정 (calibration) 에따른정확성의차이를비교하고, 3가지의다른스캔방법이디지털인상의정확성에미치는영향을알아보는데그목적이있다. 2. 재료및방법 대조군모델 (Reference model) 디지털인상을위한실험모델제작을위해상악유치악덴티폼 (Nissin, Japan) 을우측상악전치, 우측상악제 1대구치, 좌측상악제 2소구치를 6도 taper와 chamfer 변연으로완전도재전장관수복을위한치아형성후 type IV 석고모형으로복제하여제작하였다.(Fig.1) Identica HybridR(Medit, Seoul, Korea) 모델스캐너로실험모델을스캔하여획득한데이터는 STL(Standard Tessellation Language) file 형식으로변환하였다. 추출한데이터를구강스캐너의정확성비교를위한대조군데이터 (reference data) 로설정하였다.(Fig.2) - 2 -
Fig.1. Reference model Stone model(right) duplicated from the maxillary dentate Dentiform(left). Fig.2. Digital reference model scanned b y model scanner (Identica HybridR(Medit, Seoul, Korea)) 디지털인상채득 (Digital impression) 보정전과후구강스캐너를이용한디지털인상채득에따른비교 Trios3R(3Shape, Copenhagen, Denmar k), CS3500R(Carestream, New York, U SA), PlanscanR(Planmeca, Helsinki, Finl and) 3종의구강스캐너를사용하여실험모델을각 5회씩스캔하였다. 30일간의임상적사용후, 각제조사가권장하는방법으로각구강스캐너를보정 (calibration) 하였다. 보정후보정전과동일한방법으로실험모델을각 5회씩스캔하여스캔데이터를획득하였다. 스캔방법에따른비교 Trios3R(3Shape, Copenhagen, Denmar k) 스캐너를이용하여세가지스캔방법으로스캔시행하였다. 먼저우측제2대구치교합면에서좌측제2대구치교합면까지교합면스캔후협면을따라스캔한뒤구개면을스캔하는순서로스캔하는방법 (A) 과협면- 교합면-구개면을교차하면서스캔하는방법 (B), 교합면-협면-구개면순서로전체치열스캔 (A) 후구개를포함하여스캔하는방법 (C) 으로각 5회스캔하였다 (Fig.3). 또한동일한실험모델의우측 1/4악궁 ( 우측제2대구치부위에서우측상악제1중절치까지 ) 을동일한세가지 (A, B, C) 방법으로각 5회스캔하여데이터를획득하였다 (Fig.4). 데이터중첩후삼차원적인비교 획득한모든그룹의스캔데이터는 STL(Sta ndard Tessellation Language) 파일형식으로수집및변환하였다. 각스캔데이터는 Geo magic Control XR(3d systems, Rock hill, USA) software를사용하여 ±15μm의허용공차및 ±300μm의허용범위로설정후최소제곱법에근거하여 Best fit algorithm 으로대조군데이터와정렬하였다. 대조군데이터와실험데이터를중첩하여삼차원적비교분석을하여획득한결과값중, 변위의차이정도를나타내는지표인 RMS(Root Mean Square) 값으로실험그룹간평균및표준편차를계산하였다. 스캐너의정확성 (accuracy) 의결과는정확도 (trueness, n=5) 와정밀도 (precision, n=10) - 3 -
으로구분하여 3가지구강스캐너의보정전, 후의정확성결과및상악전체악궁스캔과 1/ 4 악궁스캔에서세가지스캔방법에따른정확도와정밀도의값을비교하였다. 통계분석 수집된결과데이터는 SPSS(IBM, SPSS 2 2.0) 프로그램으로유의수준 p<0.05로 oneway ANOVA, T-test 시행하여분석하였으며 Student-Newman-Keuls Method로사후검정하여스캐너보정에따른차이및스캐너종류에따른정확성과스캔방향에따른정확성을분석하였다 Fig.3. Three different scanning protocols by using Trios3R in full-arch scanning A. Scanning in order of occlusal-buccal-palatal plane (Type A) B. Scanning buccal side to palatal side cross moving ahead along the dental arch (Type B) C. Additionally scanning the palate after scanning with Type A. (Type C) Fig.4. Three different scanning protocols by using Trios3R in quadrant-arch scanning A. Scanning in order of occlusal-buccal-palatal plane (Type A) B. Scanning buccal side to palatal side cross moving ahead along the dental arch (Type B) C. Additionally scanning the palate after scanning with Type A. (Type C) - 4 -
3. 결과 정밀도 (Precision) 보정전과후구강스캐너에따른정확성결과 정확도 (Trueness) 복제한석고모델을 Identica HybridR 모델스캐너로스캔하여획득한대조군데이터와 Trios3R, CS3500R, PlanscanR로스캔하여얻은데이터를중첩하여비교하였다. 각그룹의 RMS(Root Mean Square) 값의평균및표준편차를계산하여정확도 (truene ss, n=5) 결과값은 Table 1. 과같이나타났다. Trios3R의경우보정전 62.96±8.3 8μm, 보정후 100.28±8.12μm의값을가졌다. 보정전스캔정확도가 37.32μm더높았으며, 보정전, 후에따른유의한차이를보였다 (p<0.05). CS3500R의경우보정전 1 47.18±37.44μm, 보정후 171.50±20.05μm의값을가졌다. 보정전스캔정확도가 24. 32μm더높았으나, 보정전후에따른유의한차이는없었다. PlanscanR의경우보정전 445.5±83.7μm, 보정후 481.68±43.00 μm의값을나타냈다. 보정전스캔정확도가 36.18μm더높았으나, 보정전, 후에따른유의한차이는없었다 (p>0.05). 보정전, 후모두에서각구강스캐너종류에따른정확도의유의한차이가존재하였으며, Trios3 R가가장높은스캔정확도를나타내었고, 다음으로 CS3500R, PlanscanR 순으로나타났다 (p<0.05). 각구강스캐너를이용하여획득한 STL데이터를그룹내다자간분석을실시하였다. 각그룹의 5개데이터중서로다른 2개데이터의조합으로분석하여그룹당 10개의정밀도 (precision, n=10) RMS값을분석하였으며결과값의평균및표준편차는 Tabl e.2와같이나타났다. Trios3R의경우보정전 97.23±48.82μm, 보정후 102.22±48.8 3μm으로보정전스캔정밀도가 4.99μm더높았으나, 보정전, 후에따른유의한차이는없었다. CS3500R의경우보정전 239.57 ±121.42μm, 보정후 261.27±43.96μm의값을가졌다. 보정전스캔정밀도가 21.70 μm더높았으나, 보정전후에따른유의한차이는없었다 (p>0.05). PlanscanR의경우보정전 789.77±196.65μm, 보정후 715.0 3±149.15μm의값을나타냈다. 보정후스캔정밀도가 74.74μm더높았으며, 보정전, 후에따른유의한차이를보였다 (p<0.05). 보정전, 후구강스캐너종류에따른유의한차이가존재하였으며, Trios3R가가장높은스캔정밀도를보였고 CS3500R, Plansc anr 순으로나타났다 (p<0.05). 색모식도 (Color-coded map) 최적중첩에의한색모식도 (color-coded map) 중대표적인중첩데이터는다음과같다. (Fig.6 와 7) 각스캐너의보정전과후대조군데이터와삼차원적으로중첩하여비교한결과를나타낸다. - 5 -
Table 1. Trueness( μm ) according to intraoral scanner and calibration (Mean ± SD of the RMS(Root Mean Square) value and statistical comparision) Trueness Trios3 ( μm ) CS3500 ( μm ) Planscan ( μm ) P value Before Calibration 62.96±8.38 147.18±37.44 445.50±83.7 <0.05 After Calibration 100.28±8.12 171.50±20.05 481.68±43.00 <0.05 p value <0.05 NS NS * One-way ANOVA, post-hoc (Student-Newman-Keuls method)(p< 0.05)(SPSS 22.0) * NS, not statistically significant. Table 2. Precision( μm ) according to intraoral scanner and calibration (Mean ± SD of the RMS value and statistical comparision) Precision Trios 3 ( μm ) CS3500 ( μm ) Planscan ( μm ) P value Before Calibration 97.23±48.82 239.57±121.42 789.77±196.65 <0.05 After Calibration 102.22±48.83 261.27±43.96 715.03±149.15 <0.05 P value NS NS <0.05 * One-way ANOVA, post-hoc (Student-Newman-Keuls method)(p< 0.05)(SPSS 22.0) * NS, not statistically significant. - 6 -
Fig.5. Trueness( μm ) according to intraoral scanners and calibration Fig.6. Illustration of superimposition on scan data before calibration with reference scan data. Color-coded maps of representative cases A. Trios3, B. CS3500, C. Planscan Fig.7. Illustration of superimposition on scan data after calibration with reference scan data. C olor-coded maps of representative cases A. Trios3, B. CS3500, C. Planscan - 7 -
스캔방법에따른정확성결과 Trios3R 스캐너를이용하여스캔방향에따른정확성차이를확인한결과 Table.3과 4로나타났다. 전악스캔결과정확도 (truen ess) RMS 값의평균및표준편차는 A 방법이 62.96±8.38μm로 B 방법 75.00±4.67μm보다 12.04μm, C 방법 139.36±68.64μm보다 76.4μm정확하게나타났다.(Fig.8) C방법이통계학적으로가장낮은정확성을나타냈고 (p<0.05), A와 C, B와 C방법간에는유의한차이가나타났으나 (p<0.05), A와 B방법간에는유의한차이가나타나지않았다 (p>0. 05). 정밀도 (precision) 결과는 A방법이 97. 23±48.82μm로 B방법 97.62±49.32μm보다 0.39μm, C스캔방법 181.28±53.45μm보다 84.05μm정밀하였다. ¼ 악궁을스캔한경우 C방법의정확도 (trueness) 값이 43.56±5.2 4μm로, A방법 48.10±5.55μmμm보다 4.54μm, B방법 50.04±5.19μm보다 6.48μm정확하였다.(Fig.8) 정밀도 (precision) 의경우, B방법이 133.12±33.73μm로 A방법 159.67±10 0.80μm보다 26.55μm, C방법 179.65±95.48 μm보다 46.53μm정밀하게나타났으나, 통계적유의성검정결과, 정확도와정밀도두값모두스캔방법간유의한차이를보이지않았다 (p>0.05). 색모식도 (Color-coded map) 최적중첩에의한색모식도 (color-coded map) 중대표적인중첩데이터는다음과같다. (Fig.9 와 10) 각스캐너의보정전과후대조군데이터와삼차원적으로비교한결과를나타낸다. Table 3. Trueness( μm ) of scanning protocols type A, B and C (Mean ± SD of the RMS value and statistical comparision) Trueness A Type( μm ) B Typeμm ) C Type( μm ) P value Full arch 62.96±8.38 75.00±4.67 139.36±68.64 <0.05 1/4 arch 48.10±5.55 50.04±5.19 43.56±5.24 NS * One-way ANOVA, post-hoc (Student-Newman-Keuls method)(p< 0.05)(SPSS 22.0) * NS, not statistically significant. Table 4. Precision( μm ) of scanning protocols type A, B and C (Mean ± SD of the RMS value and statistical comparision) Precision A Type( μm ) B Typeμm ) C Type( μm ) P value Full arch 97.23±48.82 97.62±49.32 181.28±53.45 <0.05 1/4 arch 159.67±100.80 133.12±33.73 179.65±95.48 NS * One-way ANOVA, post-hoc (Student-Newman-Keuls method)(p< 0.05)(SPSS 22.0) * NS, not statistically significant. - 8 -
Fig.8. Trueness( μm ) of scanning protocol type A, B and C. Fig.9. Illustration of superimposition on scan data according to scan protocols in full arch sca nning. Color-coded maps of representative cases A. type A B. type B C. type C Fig.10. Illustration of superimposition on scan data according to scan protocols in quadrant ar ch scanning. Color-coded maps of representative cases A. type A B. type B C. type C - 9 -
4. 고찰 본연구에서는임상에서사용되고있는구강스캐너 3종을이용하여구강스캐너의보정 (calibration) 에따른정확성의차이를비교하고 3가지서로다른스캔방법이디지털인상의정확성에미치는영향에대해 in-vitro 실험을통해평가하였다. 디지털인상이전통적인인상방법을대체하고임상적으로통용되기위해서는전통적인인상방법과비슷한정도의높은정확성이요구된다. 이러한구강스캐너의정확성에대한연구는활발히진행되어왔으나, 실제임상에적용하기위해서는단지수복을위한제한된영역에대한평가보다는전체치열에대한정확성평가가필요하다. 구강스캐너를통한디지털인상은스캔시술자의숙련도, 환경, 스캔시간, 스캔범위, 스캔방법과같은요인에의해스캔의정확도차이가발생할수있다. 이러한요인중본연구에서는스캔장비및보정유무, 스캔방법, 스캔영역에대한요인이스캔정확성에미치는영향에대해평가하였다. 다양한구강스캐너제조사들은구강스캐너의주기적인보정 (calibration) 을권장하고있다. 대게구강스캐너의 15~30일의임상사용후보정할것을권장하고있으며, 구강스캐너장비의이동이나충격등외부요인이있을경우추가적인보정을할것을권장하고있다. Rehemann등은 18개월의구강스캐너사용후 Bluecam, Lava C.O.S등을이용한실험을통해디지털인상은구강스캐너의보정 (calibration) 에따라정확성차이를나타냈으며, 유의미한차이가나타났다고보고한바있다. 13 본연구결과실험에사용한세가지스캐너에따른스캔정확도의차이는나타났으나, 보정후스캔결과값 의정확성이증가되지는않은것을확인할수있었다. 다만, 구강스캐너의기계적특성및스캐너의정밀도에따라보정에대한결과차이는나타났으며, 보정전이나후모두에서스캐너종류간의정확성의차이는존재하는것으로나타났다. 이전많은선행연구에서 CEREC, Lava C.O.S, itero 스캐너등을이용한연구결과는많이있어왔으나, 16-18 더최근에개발된 Trios3R, CS3500R, PlanscanR 스캐너에대한결과는제한적이었다. 이에본연구에서는 Trios3R, CS350 0R, PlanscanR 스캐너들을이용하여실험하였으며, 정확도 (trueness) 와정밀도 (preci sion) 로구분하여스캐너의정확성을분석하였다. 보정전과후모두에서 Trios3R, CS3 500R, PlanscanR의순서로정확도가높게나타났다. Trios3R가가장높은정확성을나타내었는데, Trios3R 스캐너의경우연속촬영을통한동영상방식으로스캔하여데이터가획득되는방식의스캐너이다. 또한주기적인보정을제조사가설정해놓은보정프로그램을통해정해진매뉴얼로진행되는시스템을가진구강스캐너이다. CS3500R의경우사진을촬영후촬영된이미지를중첩하는방식으로데이터획득이진행되며이는술자에의해이미지촬영간시간차가발생하고, 이로인한오차가발생할확률이높을것이라예상된다. PlanscanR은레이저방식을이용한스캔방법을이용하는스캐너이며, 이러한기계적특성으로인하여초기프로그램설치시보정을진행하며별개의보정프로그램을시행하지않으며재가동시자동으로보정되는특성이있다. Trios3R가가장정확성이가장높은스캐너로생각되며이러한정확성은장비의고유한특성이라고할수있을것이다. 이러한구강스캐너장비간의다양한특성 - 10 -
에의한차이로나타나는정확성차이이외에도앞선여러 in-vitro 및 in-vivo 실험연구결과를통해스캔하는방법이스캔정확성에영향을미치는것으로알려져있다. Ender등이 Lava COS, Cerec Bluecam, itero스캐너를사용하여, 전악스캔하여스캔방법에따른정확성을비교한결과스캔방법간에유의한차이가있다고보고하였다. 14 실험에사용된구강스캐너및비교한스캔방법간에는본연구와차이가있으나, 가장정확한결과를나타낸스캔방법은교합면을먼저스캔한후협면, 구개면순으로스캔하는방법이었으며본연구의결과와동일하게나타났다. 다만정확성비교값의차이와분석소프트웨어간의차이로인해어떤스캐너가가장정확하거나스캔방법이유용한지는조금더논의가필요할것으로생각된다. 또한예비시험을통해테스트후숙련된동일한술자에의해획득한스캔데이터이지만, 스캔시스캐너팁의움직임과스캔하는술자의숙련도에의해서도스캔방향에영향을미칠수있으며이는정확성에도영향을미칠수있다. 전체치열과같은넓은영역을스캔하는경우에는근원심방향은물론협설면방향으로도충분한데이터가얻어져야한다. 이를위해서는스캐너의팁이근원심방향및협설면방향으로충분히움직여야하고이것을하나의데이터이미지로획득하는스캐너장비자체의성능이중요한요소라할수있다. Trios3R와같이동영상촬영방식으로데이터를획득하는스캐너는스캔시스캐너팁의잦은움직임보다는구강내구조물을연속된이미지로연결하며스캔하는방법 (A방법) 이가장정확한결과를나타내었다. 즉악궁의교합면같이비교적연속적이고연결된면을먼저스캔하여데이터를추출한뒤이에협면또는구개 면을스캔함으로써이미스캔된데이터와정합되면서데이터가얻어지는데도움이될것으로생각된다. 즉, 전체치열스캔하는경우와같이긴거리를움직일때에는직선적인데이터정합과정이데이터획득에더유리할것이다. B방법은스캔시작부터종료때까지지속적으로여러방향으로데이터가획득되는과정에서 A방법에비해오차가발생할가능성이조금더높다고생각된다. 하지만이는사용하는구강스캐너의데이터획득방식에따라스캔하는방법을달리하여각각의스캐너의스캔정확성을향상시키는방법으로적용해야할것으로사료된다. C 방법과같이상악의구개를포함하여스캔하는방법은치열만스캔하는 A와 B 방법에비해정확성이많이낮게나타났다. 치아와같이특징적인구조와형태를가지지않는구개의형태는스캐너가이미지를인식하고통합하기어려운부위라고생각된다. 따라서 C방법으로환자구강내스캔적용시에는오차의가능성이더증가될것으로생각된다. 유동성있는구강점막과타액에의해젖어있는표면, 구강이라는해부학적한계및구개측의언더컷, 환자의구토반사가능성등이영향을미칠수있다. 또한환자개개인의구개의높이나악궁의너비에따라영향을미칠수있다. 이를통해완전무치악부위또는부분무치악환자에서구강스캐너를통한디지털인상채득에대한여러제약이따를것으로예상할수있겠다. Patzelt, Kanazawa 등의연구에따르면구강스캐너를이용하여총의치제작을위한완전무치악모형스캔실험과기존의총의치를이용한연조직스캔실험모두에서임상에사용가능할만한결과가나타나지않았다. 18,19 본연구에서도구개를포함하여스캔하는것은현저한정확성의감소와스캔데이터획득 - 11 -
시간에도더많은시간이소요됨을확인할수있었다. 이에상악의구개와같은구강내연조직스캔시스캔방법과구개스캔시의적절한스캔방향등에대한연구와연조직스캔정확성증가를위한구강스캐너의개발을위한연구가필요하다. 다만본연구의결과, 상악전체치열스캔시와는달리 1/4악궁을스캔할경우에는스캔방법에따른정확성의차이가유의하게나타나지않았다. 스캔의영역이증가하게되면스캔데이터의양도증가하게되고실제스캐너가데이터를획득하면서생기는오차의가능성도증가할것이라고생각된다. 또한전체치열스캔시에는스캔을시작한부위에서반대편구치부까지스캔하면서생기는스캐너팁의방향전환및이동에따른오차가생기게된다. 이번실험결과에서도좌, 우측구치부에서대부분오차가더크게나타난것을확인할수있었다. 이러한요인에의한오차의가능성이 1/4 악궁스캔시에는낮아졌으며이는단일치아수복과같이제한된영역의데이터가필요한경우에는술자가스캔시획득하기편하고쉬운방법으로스캔하는것이유리할것으로사료된다. 본연구의 in-vitro 실험에의한한계로실제임상에서적용할때환자의움직임이나, 타액, 제한된해부학적구조물에의한스캐너팁의원활하지못한움직임, 환자의구토반사등에의해구강스캐너를이용하여디지털인상시의도하는스캔방향으로스캔데이터를획득하기에는여러어려움이있을수있다. 이러한여러오차가능성이실제디지털인상의정확성에영향을미칠수있을것이라예상된다. 본연구에서전체치열에대한정확성을비교하여의의가있으나, 치아형성되어있는치아부위에대한정확성분석도필요하며. 단일치아수복부위에대한스캔방향의정확성및이를통해제작된보철물의정확성평가등을하는것도평가에도움이될것이다. 또한각스캐너의보정기간에따른정확성의차이및반복정밀도에대한후속연구가진행된다면보정기간에따른정확성의변화경향을파악하고이를통해제조사가권장하는보정기간에대한고찰및임상적으로미치는영향에대한평가가가능할것이다. 또한실제환자구강내에서의여러조건들을고려하여더좋은임상결과를위해다양한구강스캐너를통해스캔방법에따른정확성에대한추가적인연구가필요할것으로사료된다. 5. 결론 1. Trios3R, CS3500R, PlansscanR 3종의구강스캐너를스캔한결과스캐너종류간의정확성의차이는 Trios3R가가장정확하였으며, 다음으로 CS3500R, Planscan R 순서로나타났다. 2. 제조사가권장하는기간내에구강스캐너를보정하는것은정확성의증가에영향을주지않는다. 3. 상악의전체치열을스캔하는경우에는스캔방법에따른정확성의차이가나타났으며전체교합면스캔후협면, 구개면순으로스캔하는방법이가장좋은결과를나타냈다. 4. ¼ 악궁과같은영역의스캔시에는스캔방법에따른정확성의차이가나타나지않으며임상에서적용시술자에게유리한방법으로스캔하는것이추천되며보정기간및다양한스캐너의스캔방법에따른정확성차이에대한향후추가연구가필요하다. - 12 -
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-Abstract- Influence of scanning strategies and calibration on the accuracy of digital intraoral scanner Hyun-jeong Lim, D.D.S Department of Prosthodontics, The Graduate School Seoul National University (Directed by Professor Young-jun Lim, D.D.S, M.S.D., Ph.D.) 1. Objectives : The purpose of this study was to assess the impact of intraoral scan ner calibration and investigate the trueness and precision of the digital impression du e to differences in three scanning protocols. 2. Methods: A stone reference dentate model was fabricated and scanned with Identi ca HybridR(Medit, Seoul, Korea), and exported as digital reference model. Five digit al impressions of the reference model were made each using three intraoral scanners - Trios3R(3Shape, Copenhagen, Denmark), CS3500R(Carestream, New York, NY, U SA), and PlanscanR(Planmeca, Helsinki, Finland). After 30 days of clinical use, the c alibrations were made according to the manufacturer s guidelines, and the same sca ns were performed. Full-arch and quadrant-arch scans were applied five times each with three types of scanning protocols by Trios3R. Type A : scanning in order of occlusal-buccal-palat al plane; Type B : scanning buccal side to palatal side cross moving ahead along the dental arch; and Type C : additionally scanning the palate after scanning with Type A. All STL files converted from scan data were digitally superimposed with the referen ce data (trueness, n=5) and within-group comparison was performed for each group
(precision, n=10) in Geomagic Control XR(3D Systems, Rock Hill, USA) software. A ccording to the best-fit algorithm by least squares regression method, the mean and standard deviation of RMS(Root Mean Square) value was analyzed. Statistical signific ance was assessed with one-way ANOVA and post-hoc Student-Newman-Keulstest (α=.05). 3. Result : Before calibration, the trueness and precision of RMS values (Mean±SD) were 62.96±8.38μm, 97.23±48.82μm for Trios3R, 147.18±37.44μm, 239.57±121.42 μm for CS3500R, and 445.50±83.70μm, 789.77±196.65μm for PlanscanR respectively. After calibration, those were respectively 100.28±8.12μm, 102.22±48.83μm for Trios 3R, 171.50±20.05μm, 261.27±43.96 for CS3500R and 481.68±43.00μm, 715.03±14 9.15μm for PlanscanR. Generally, Trios3R shows the highest accuracy and significant ly different from CS3500R and PlanscanR(p<0.05). There were no statistically differ ences between before and after calibration(p>0.05). In full-arch scan, the trueness and precision RMS values(mean±sd) were 62.96±8. 38μm, 97.23±48.82μm for type A, 75.00±4.67μm, 97.62±49.32μm for type B and 139. 36±68.64μm, 181.28±53.45μm for type C respectively. Type C shows the lowest acc uracy and there were statistically significant differences between A and C as well as between B and C(p<0.05). There was no statistically significant difference between A and B(p>0.05). Type C shows the lowest accuracy(p<0.05). In quadrant-arch sca n, those were respectively 48.10±5.55μm, 159.67±100.80μm for A, 50.04±5.19μm, 13 3.12±33.73μm for B and 43.56±5.24μm 179.65±95.48μm for C, but not statistically si gnificant different from each other(p>0.05). 4. Conclusion : Under this study, calibration of the scanner within the time period r ecommended by the manufacturer does not seem to affect the accuracy. In full-arch scans, varying scan protocols resulted in significant differences in accuracy. In quadr ant-arch scans, varying scan protocols did not result in significant differences in acc uracy, accordingly it is recommended for a clinician to use a scan protocol that is m ost beneficial in a clinical setting. Keywords : Digital impression, intraoral scanner, scan protocol, calibration, accuracy Student number: 2015-23271