J Dent Hyg Sci Vol.12, No.6, 2012, pp.617-623 RESEARCH ARTICLE 전악의디지털인상채득시치과용모형재가디지털모형정확성에미치는영향 김기백ㆍ이경탁ㆍ김혜영ㆍ김재홍 고려대학교일반대학원보건과학과치의기공전공 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 R (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 서론 최근치의학분야전반적으로 computer aided design/ computer aided manufacturing (CAD/CAM) 에관한관심과연구가급속도로증가하고있는추세이다. 이는지난세기를거쳐현재까지진행되고있는산업전반의자동화및무인화의열풍에서치의학분야도더이상예외일수없음을알수있다 1). 치의학영역에도입되어이용되고있는 CAD/CAM 시스템은치아모형의 3차원입력과수복물의설계및재료가공으로나눌수있다 2). 치과 CAD/CAM 시스템이적용되기위한첫번째과정은환자의인상정보의 정밀한 3차원입력이라할수있다. 주로치과병, 의원에서사용하고있는방법으로 CEREC R system (Sirona, Bensheim, Germany) 와같이환자의구강내상태를 intra-oral scanner을이용하여구강내에서직접촬영을통해인상을채득하는방법이있다 3). 반면치과기공소에서는치과병, 의원에서채득된음형의인상체에치과용석고를채워양형의모형을제작한후치과용스캐너를통해석고모형의표면을분할한후수많은 X, Y, Z 좌표데이터를형성하여환자의인상을 3차원디지털영상으로전환하여보철물제작을위해사용하고있다. 현재치과기공소에서사용되는치과용스캐너는접촉식과비접촉식으로크게두가지로분류된다 4). 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: noreason07@korea.ac.kr Copyright 2012 by the Korean Society of Dental Hygiene Science This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/ by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 6, 2012 접촉식은 touch probe를사용하여측정물의 3차원형상데이터를얻는방법이고, 비접촉식은빛, 센서등을이용한다. 접촉식은정확한형상데이터를얻지만, 측정시간이많이소요되고, 변형이쉽게되는피측정물의측정이어렵다는단점이있다 5). 반면비접촉식은비교적정확한형상데이터를얻을수있고, 측정속도가빠르며변형되기쉬운측정물도측정이가능하다는장점이있다 6). 최근소개된비접촉식으로백색광을사용하는치과용스캐너는기존에사용하던레이저센서로측정된데이터에비해높은정밀도를보이며빠른시간내에측정이가능한것으로알려져있어현재치과용 CAD 시장에소개가되어각광을받으며현재임상에서폭넓게사용되고있다. 환자의구강내환경을정확하게인상채득하고인상체를이용하여인접치아와의관계를정확하게재현하는석고모형을제작하는것은보철물제작시매우중요한과정이다 7). 정확한작업모형을제작하기위해서는석고제품의경화반응시에나타나는물리적특성및경화반응이완료된후기계적, 화학적특성을충분히인지하고있어야하며, 인상재의수축량을보상할수있는석고제품을선택하여야하고, 모형제작시사용이용이하고기포가없어야한다 8). 현재임상에서사용되고있는치과용석고는국제표준규격 (International Standard Organization, ISO) 6873에의해 1형에서 5형까지각각인상용보통석고, 모형용보통석고, 모형용경석고, 모형및다이제작용저팽창초경석고, 모형및다이제작용고팽창초경석고로분류하고있다. 최근에들어서는치과 CAD/CAM을이용한보철물제작의빈도가늘어감에따라최적의작업모형스캐닝을위한스캔용 (scannable) 석고가출시되어현재해외뿐만아니라국내에서도판매중에있다. 기존의치과용석고에비해광택이없으며, 미세기포를최소화하고, 극미세분말로재현성이뛰어난모형재로알려져있다. 그러나모든모형재는경화시어느정도의체적변화와뒤틀림을발생하기에이들재료의특성에대한선학들의연구에의하면, 완전하게만족할만큼정확한재료가없다는결론을내었다 9-11). 치과용석고는사용하는용도에따라다양한형태의제품으로출시되고있으며, 이에따른국제표준규격에의한물성시험이이루어지고있는반면실제임상에서적용가능성에관한구체적이며실질적인연구는다소부족한것으로생각된다. 전악인상채득시인상체의정확도에대한연구보고 12,13) 가있었으나, 선행연구에서는대부분일차원적으로선팽창률을비교하거나, 지대치에적합되는코핑을제작하여그적합도를비교하는방법으로주로진행되었다. 이에본연구는현재임상적으로널리사용되고있는 4형 (type IV) 석고와스캔용 (scannable) 석고를이용하여전악의작업모형으로제작한후치과용스캐너를통해 3차원디지털모형으로전환한데이터를토대로각계측지점간의거리를측정하여그측정값의차이를근거로이종의치과용석고가 3차원디지털모형의크기재현시정확성여부를비교분석하였다. 이과정을통하여모형재료에따른디지털모형의정확도를확인함으로써임상에서적용가능성여부와실제측정값의차이는어느정도인지를규명하고자하였다. 1. 실험재료 재료및방법 1) 주모형준비결손치가없으며, 수복물이없는자연치를재현한하악의구강모형 (500B-1, Nissin Dental Products, Kyoto, Japan) 을기준모델로선정하였다. 치아의배열이나총생이없는이상적인치열이며, 실제임상환자들의모형과는상이할수있으나스캐닝과정에서발생할수있는오차를최대한줄이기위해선정하였다 (Fig. 1). 2) 석고모형제작실험군제작을위해주모형을복제는부가중합형실리콘인상재인 Deguform R (Degudent GmbH, Hanau-Wolfgang, Germany) 을제조회사의지시대로혼합하여석고모형제작용복제주형을만들었다. 제작된복제주형내면에 wetting agent (Picosilk R, Renfert, Hilzingen, Germany) 를도포한 Fig. 1. Lower full arch model (500B-1, Nissin Dental Products, Kyoto, Japan). 618
김기백 외 전악의 디지털 인상 채득 시 치과용 모형재가 디지털 모형 정확성에 미치는 영향 후 type IV 치과용 석고인 Tuff-rock (Talladium Inc., Valencia, CA, USA)과 CAD/CAM용 scannable stone의 한 종류인 aesthetic-basegold (Dentona, Detmold, Germany)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 o o 석고모형은 측정을 시행하기 전에 22 C±2 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 14) 전악의 디지털 모형의 정확도를 평가하기 위해 Creed 등 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. 2. (A) Type IV stone model, (B) scannable stone model. Fig. 3. Scanning process (Identica, Medit, Seoul, Korea). Fig. 4. Reference points on the master model. 619
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 6, 2012 방식을적용하여서로반대편의두계측지점을연결한최대대각선거리를측정하여판단. 3. 디지털모형측정백색광치과용스캐너를통해채득된데이터는 Delcam Copycad R (Delcam Plc, Birmingham, UK) 를사용하여지 정된각계측지점의 X, Y, Z 좌표를중심으로직선거리를측정하였다. Copycad R 소프트웨어내 Tool bar' 메뉴의 Measurement 를선택하여디지털모형에좌표를지정한후세개의축에좌표간의거리를계산하여측정값을도출하였다 (Fig. 5). 측정자는계측에경험이풍부하며전용소프트웨어운용이숙련된 1인이계측지점마다 3번씩측정한값의평균값으로계산하여도출하였으며, 각실험군 10개씩의모형을반복측정하였다. 4. 분석방법각실험군의계측치평균, 표준편차및차이의평균등으로기술적통계량을제시하였고, 디지털모형간의정확도검정을위해대응표본 t검정 (paired t-test) 을시행하였다. 모든통계처리와분석은 SPSS 12.0 통계처리프로그램 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 을사용하여시행하였으며, 제1종오류의수준은 0.05로정하였다. 결과 Fig. 5. Digital model measurement. 주모형과치과용모형재로복제된각실험군은전용 3D software를사용하여계측지점간의거리를측정하여평균과표준편차로나타내었고, 주모형과의측정값차이의절 Table 1. Measurement Definitions 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 2. Agreement between Master and Type Ⅳ Models in Assessment of 6 Reference Points Measurement Master Mean±SD a Descriptive Type IV Mean±SD a Master-type IV (+value=master is larger) System significance p-value b a 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. 620
김기백외 : 전악의디지털인상채득시치과용모형재가디지털모형정확성에미치는영향 Table 3. Agreement between Master and Scannable Models in Assessment of 6 Reference Points Measurement Descriptive Master-scannable System significance Master Scannable (+value=master is larger) Mean±SD a Mean±SD p-value b 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. 대값평균을기준으로정확성을평가하였다 (Table 2, 3). Type IV군과주모형의차이의절대값평균의범위는 0.29 0.56 mm로나타났다. 전체적인계측지점의차이를기준으로 type IV군이주모형에비해작게계측되었다. 각모형별동일한계측지점의수치값의차이가있는지알아보기위해 paired t-test의시행결과, 모든계측지점에서통계학적으로유의한차이가나타났으나적정수준의정확성은확보되지않았다 (Table 2, p<0.05). Scannable군과주모형의차이또한유사한결과를보였다. 주모형간의차이의절대값평균의범위는 0.17 0.35 mm로나타났으며, type IV군에비해좁은범위를보였다. 동일한계측지점에대한수치값의차이에대한 paired t-test의검정결과, 모든계측지점에서통계적으로유의한차이를보여역시적정수준의정확성이없음이판명되었다 (Table 3, p<0.05). 고찰 치과용모형재는기공작업을가능하게하며정확한최종보철물의제작을위해환자의구강내해부학적인상태를정확히재현하는것이가장중요한요구사항중하나이다. ADA Specification No. 25에따르면치과용모형재는 0.2% 의팽창이발생할수있으며, 작업모형의변위에상당한영향을줄수있다고하였다 15). 더구나상ㆍ하악치아의악궁을재현한석고모형은상대적으로작은크기로치아의입체적인구조나 undercut 존재, 악궁형태의다양성등으로미세재현성과체적안정성이뒷받침되어야하기에적절한치과용모형재의선택이중요하다할수있다. 구강내에서정밀한보철물을얻기위해정확한작업모형의제작은치과기공작업의출발점이다 16). 작업모형을제작한후 3D dental scanner를통해스캐닝과정을거쳐서얻어진 3차원디지털모형은전용소프트웨어를통해오차값을분석한다. 이러한 치과 CAD 시스템은환자의진단및보철물제작의디자인을위해사용되고장소와시간의제약을받지않는다. 데이터를복사하고전자우편 (e-mail) 을통해전송함으로써, 여러사람의공유가가능하고, 파절이나분실을막을수있는장점이있다 17). 하지만 3D scanner의성능이나사용자에따른측정오류나 3차원가상공간에서의불분명함, 사용자의숙련도나지식에따라발생할수있는오차가단점이라할수있다 18). 본연구는두가지의치과용모형재로전악 (full arch) 의작업모형을제작한후치과용백색광스캐너를이용하여 3 차원디지털모형으로채득하여지정된계측지점의선계측결과를통해각기다른모형재가디지털모형의정확성에미치는영향을규명하고자함이다. 치과기공소에서작업모형의제작을위해가장폭넓게사용하고있는 4형 (type IV) 석고는주모형과 0.29 0.56 mm 정도의수치범위를나타냈으며 (Table 2), CAD/CAM 보철물제작시정확한디지털모형을얻기위해출시된스캔용 (scannable) 석고는 0.17 0.35 mm 정도의값을보였다 (Table 3). 각모형별동일한계측지점의수치값의차이를알아본결과두가지의각기다른석고의작업모형에서모든지점이통계적으로유의한차이를보여적정수준의정확도를주모형으로부터획득하지못하였다 (p<0.05). 대부분의선행연구에서 3차원디지털모형의검증은석고모형과의직접계측한지점간의거리와의오차값을통해보고가되었으며, 유의성있는차이를나타내며임상적효용성을검증하였다. Santoro 등 19) 과그의동료연구자들이발표한연구에서는 76개의환자임상모형을 3차원디지털작업모형으로전환하여치아간거리를계측한결과디지털모형이석고모형에비해작은수치를나타내었다고보고하였고, 그차이는 0.16 0.49 mm정도의수치라고보고하였다. 이는환자의진단이나장치제작시영향을크기미치지않는미비한수치라고결론지었 621
J Dent Hyg Sci Vol. 12, No. 6, 2012 으며, 석고로제작된모형을 digital caliper를사용하여직접측정한결과는 digital caliper 사용시 tip의위치나각도에따라계측치가변할수있고, 모형의손상에대한부분을감안해야한다는한계성을논하였다. Stevens 등 20) 의연구에서도레이져스캔디지털모형은석고모형에비해작게계측되는경향이있는데이는치아의 line angle이만나서이루어지는교두정이둥글게변형이되어 3차원디지털모형으로획득되기에생기는오류라는제안을하였고, Keating 등 21) 이 2008년에발표한연구에서도 3차원디지털모형을계측할때 object illumination 과 landmark identification 에서체계적인오류가발생할수있으며, 측정지점을선정한뒤계측평면과평행하지않은상태에서측정하는경우는치아의식립각도나계측지점의기준에따라값이달라지는결과를고려해야할것이라는제언을하였다. 그차이는대략 0.5 mm의범위로보고하였는데이러한오류의차이는임상적으로문제가없다는결론을내었다. 이와같은결과는 2004년에발표한 Quimby 등 22) 의결과와유사하며, 그의연구에의하면 3차원디지털모형을측정한값과 digital caliper로측정한결과의오차는 0.04 0.4 mm의차이를보인다는결과를발표하였으며각계측방법에따른오류를감안할때, 본연구의오차값과유사한범위를보였다. 각치과용모형재로제작된작업모형이디지털모형에비해계측지점마다작게계측된것은디지털모형의오차만을나타내는것이아닐것이다. Zilberman 등 23) 은각모형간의정확성에있어서디지털모형을운용하는사용자의숙련도와지식이정확성을더욱결정하는데기여한다는주장처럼 3차원가상공간상에존재하는디지털모형에대한실험자의시각적인차이나관점에따라본실험의결과는달라질수있음을감안해야할것이다. 또한 2차원적인선형측정을통해판단하기는부족한면이있기때문이다. 따라서본실험결과의일반화에는일정정도의한계를내포한다. 또한스캔용 (scannable) 석고가 4형 (type IV) 비해작게계측됨에따라스캔용 (scannable) 석고에대한심층적인분석과보다원활한임상적용을위해다양한연구들이이어져야한다고생각된다. 비록국내연구상황은아직활성화되어있지않으나보다정확하고안정적인치과 CAD/CAM을이용한보철물제작을위해서는추가적인연구에관심을가져야할것이다. 요약 본연구는치과용모형재중 4형 (type IV) 석고와스캔용 (scannable) 석고를이용하여작업모형을제작한후, 치과용 백색광스캐너를이용하여 3차원디지털모형으로전환한데이터의계측지점간거리를측정하여, 그결과값을토대로이종의치과용석고가 3차원디지털모형의크기재현시정확성여부를비교하였다. 본실험을통하여치과용모형재에따른 3차원디지털모형의정확도를확인함으로써임상적용의가능성을평가하였으며, 제한된조건하에서수행된본연구에서다음과같은결론을얻었다. 1. 치과용백색광스캐너를사용하여주모형과두종류의모형재로제작한작업모형을 3차원디지털모형으로전환한후, 선계측의값을비교한결과전체적인계측지점에서모두모형재로제작된작업모형이작게계측되는경향을보였다. 2. 각모형별동일한계측지점의계측값의차이가있는지알아보기위해 paired t-test의시행결과, 모든계측지점에서통계적으로유의한차이를보였다 (p<0.05). 결론적으로두가지석고모두통계적으로적정한수준의정확성을나타내지않았으나, 오차수준이선행연구에비추어볼때임상적으로수용가능한수준이라생각된다. 전악인상채득을통한디지털모형의정확성은검증이되었으나, 스캔용 (scannable) 석고에대한임상효용성을판단하기위해타제품과의성분분석비교연구나실질적인보철물제작을통한적합도평가를통해 CAD/CAM 보철물제작시장점을부각할수있는연구가뒷받침되어야할것으로사료된다. 참고문헌 1. Tinschert J, et al.: Marginal fit of alumina-and zirconia-based fixed partial dentures produced by a CAD/CAM system. Oper Dent 26: 367-374, 2001. 2. Rekow ED: High-technology innovations and limitations for restorative dentistry. Dent Clin North Am 37: 513-524, 1993. 3. Christensen GJ: Impressions are changing: deciding on conventional, digital or digital plus in-office milling. J Am Dent Assoc 140: 1301-1304, 2009. 4. Beuer F, Schweiger J, Edelhoff D: Digital dentistry: an overview of recent developments for CAD/CAM generated restorations. Br Dent J 204: 505-511, 2008. 5. May KB, et al.: Precision of fit: the procera all-ceram crown. J Prosthet Dent 80: 394-404, 1993. 6. Miyazaki T, et al.: A review of dental CAD/CAM: current status and future perspectives from 20 years of experience. Dent Mater J 28: 44-56, 2009. 622
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