J Dent Hyg Sci Vol. 15, No. 2, 2015, pp.226-231 http://dx.doi.org/10.17135/jdhs.2015.15.2.226 RESEARCH ARTICLE 세가지방식의스캐너종류에따른모형정확도평가 이재준ㆍ박진영ㆍ배소연ㆍ전진훈ㆍ김지환ㆍ김웅철 고려대학교일반대학원보건과학과치의기공전공 Evaluation of the Model Accuracy according to Three Types of Dental Scanner Jae-Jun Lee, Jin-Young Park, So-Yeon Bae, Jin-Hun Jeon, Ji-Hwan Kim, and Woong-Chul Kim Dental Laboratory Science and Engineering, Department of Public Health Science, Korea University Graduate School, Seoul 136-701, Korea The purpose of this study was to evaluate the accuracy of model according to three types of dental scanner. A maxillary acrylic model was prepared and duplicated 10 times by silicone impression materials. Corresponding working casts were formed from scannable stone and got a 3-dimensional digital models using three different scanners. The distance of each measurement region was measured using vernier calipers and the respective program. One-way ANOVA and the Tukey honestly significant difference post hoc test ( =0.05) was performed using IBM SPSS Statistics 21.0. Overall, the stone cast is smaller than the digital models in measurement distance. And measuring point value of laser scanner showed the most similar values and measurement points value of digital vernier calipers. Digital model of white light scanner showed similar values in the measurement points value of the blue light scanner. In conclusion, the laser scanner showed the best accuracy among the three types of dental scanner. However, the difference between the digital models and the stone cast can be accommodated in making prostheses. Thereby, three types of dental scanner are available in a clinically acceptable range. Key Words: Accuracy, Dental scanner, Digital scanner 서론 최근까지치과보철물의제작에있어치과기공작업은노동집약적이고 1), 대부분수작업에의존하여왔기때문에, 수많은기공과정에서의오차뿐아니라기공사개인의기술수준에따라완성된보철물에질적차이가있다 1,2). 이로인해보철물의품질에일관성없을뿐만아니라완성된보철물이구강안의환경에서여러가지문제를나타낼수있다 1,3). 따라서수작업에의한단점들을해결하기위한방안의하나로최근의제시되고있는것이 3차원스캐너와컴퓨터를활용하는치과캐드캠 (computer-aided design/computer-aided manufacture, CAD/CAM) 시스템이라고할수있다 4). 치과 CAD/CAM 시스템은비용, 인력및시간절약을보완할수있는새로운대안이될수있을뿐만아니라, Miyazaki 등 1) 의연구에의하면이시스템이양질의수복물을생산하고환자의건강과고령화사회의삶의질향상에도기여할것이라고주장하고있다. 치과계 CAD/CAM 시스템에있어서지대치등을포함하는형상을 3차원디지털모형으로전환하기위한스캔과정은필수적인요소로자리잡고있다. 따라서스캐너의품질을향상시키기위해다양한종류의스캐너들이출시되고있다. 스캐너의종류로는직접구강내촬영을통하여지대치의자료를얻는방식인구강내스캐너 (intra-oral scanner) 와경석고모형을제작하고이를스캔하는구강외스캐너 (extra- Received: March 23, 2015, Revised: March 30, 2015, Accepted: March 30, 2015 ISSN 1598-4478 (Print) / ISSN 2233-7679 (Online) Correspondence to: Woong-Chul Kim Dental Laboratory Science and Engineering, Department of Public Health Science, Korea University Graduate School, 145 Anam-ro, Seongbuk-gu, Seoul 136-701, Korea Tel: +82-2-3842-5665, Fax: +82-2-940-2879, E-mail: kuc2842@korea.ac.kr Copyright 2015 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/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
이재준 외 세 가지 방식의 스캐너 종류에 따른 모형 정확도 평가 oral scanner)가 있다. 현재 구강 외 스캐너로 주로 사용되고 있는 것은 접촉식 스캐너(touch probe scanner), 레이저 스 캐너(laser scanner, LS), 백색광 스캐너(white light scanner, 5,6) WLS), 청색광 스캐너(blue light scanner, BLS) 등이 있다. 접촉식 스캐너는 측정하고자 하는 대상의 디지털 모형을 얻기 위해서 모형에 탐촉자를 직접 접촉시킨다. 그리고 거 기서 얻어진 위치 값을 3축(x, y, z) 좌표 값으로 산출하여 데 7) 이터를 획득한다. 이 스캐너는 정밀성이 높게 평가되고 있 으나 측정 범위의 한계뿐 아니라 스캔시간이 오래 걸리며 5) 모형 손상 등의 문제점이 있다. 따라서 최근에는 이러한 문 제점들을 보완하기 위해 접촉식 스캐너에서 레이저 스캐너 7) 나 광학 스캐너로 전환되고 있다. 레이저 스캐너는 삼각측량법을 활용하는데, 이는 3차원 형상의 레이저 빔이 측정 파라미터인 charge coupled device array의 눈금에 닿게 함으로써 레이저와 렌즈 초점의 8) 길이와 거리를 계산하는 방식이다. 한편 광학식 스캐너로 는 백색광 스캐너와 청색광 스캐너가 대표적이다. 이들은 특정 패턴을 물체에 투영시켜 그 패턴의 변형 형태를 파악 8) 하게 함으로써 3차원 정보를 얻어 낸다. 광학식 스캐너에 서는 큰 폭에서 작은 폭으로 줄무늬 모양의 빛을 여러 차례 투사하고, 그 이미지를 삼각측량법으로 계산하여 순차적으 로 데이터를 확보한 이후에 여러 방향에서 얻어진 데이터의 9) 이미지를 종합함으로써 최종 데이터를 얻는다. 이것은 기 존에 사용하고 있는 레이저 스캐너에 비해 스캔 속도가 빠 10) 르고 선명한 이미지를 얻을 수 있는 장점이 있다. 스캐너는 대상을 스캔하여 디지털 인상을 채득하는 기구 이므로 인상체의 정밀도를 좌우하며, 이로 인해 수복물의 11,12) 수명은 물론이고 최종 치료의 성패에도 영향을 미친다. 따라서 최근에는 디지털 스캐너의 정확도에 관한 비교평가 13-16) 연구가 많이 진행되고 있다. 5) Persson 등 은 레이저 스캐너와 접촉식의 스캐너의 반복 정확도 평가에서 레이저 스캐너가 접촉식 스캐너보다 우수 6) 한 결과를 나타내었고, 또 다른 Jeon 등 의 인상체 스캐닝에 따른 백색광 스캐너의 정확도에서는 임상적으로 사용 가능 하다고 결론을 보여주었다. 지금까지 스캐너의 정확도에 관한 연구들로는 접촉식 스캐 5,6) 너, 레이저 스캐너, 백색광 스캐너에 관한 연구들은 많다. 그러나 청색광 스캐너에 관한 연구는 매우 미흡하며, 특히 17) 정확도에 관한 비교 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 최근에 많이 사용되고 있는 세 가지 종류 스캐너의 정확도를 비교 평가함으로써 임상적으 로 도움이 될 수 있는 참고자료를 제공하는 것이다. 연구대상 및 방법 1. 시편 제작 1) 주 모형 본 연구를 위하여 지대치가 없는 상악 치열모형(ANKA-4; Frasaco GmbH, Tettnang, Germany)을 선정하였다. 상악 치열모형을 실리콘 인상재(Deguform; DeguDent GmbH, Hanau, Germay)로 복제하여 음형의 몰드를 제작하였다. 복 제된 음형의 실리콘 몰드에 엑폭시(Modralit3K; DreveDentamidGmbH, Unna, Germany)를 주입하여 주 모형을 제작 하였다(Fig. 1). 2) 연구 모형 주 모형을 실리콘 인상재로 복제하여 10개의 몰드를 제작 하고, 치과용 스캔 전용 경석고(CAM Stone-N; Ernst Hinrichs GMBH, Goslar, Germany)를 주입함으로써, 총 10개 Fig. 1. Master model for the experiment. (A) Frassaco model. (B) Silicone mold. (C) Master model. 227
J Dent Hyg Sci Vol. 15, No. 2, 2015 Table 1. Definitions of Measurement on the Maxillary Dental Arch Landmarks Axis x y Measurement point a b c d a c b d Line measurement Intercanine distance Intermolar distance Right arch length Left arch length Definition Length between maxillary canine cusp tips Length between maxillary mesiolingual cusp tip of 1st molars Length between maxillary right canine cusp tip and maxillary mesioingual cusp tip of right 1st molar Length between maxillary left canine cusp tip and maxillary mesioingual cusp tip of left 1st molar 의 경석고 모형 시편을 제작하였다. 2. 계측지점 선정 18) 시편의 정확도를 평가하기 위해 Kim 등 의 연구에 근거 하여 계측지점을 선정하였다(Table 1). 즉 계측지점으로는 상악견치교두정(a, b)과 상악 제1대구 치 근심설측교두정(c, d)의 네 점을 선정하였고, 이어서 이 계측지점 사이의 거리(linear measurement)를 측정하였다. 계측지점 사이의 거리(linear measurement) 기준은 다음과 같다. a b: 상악견치교두정 사이의 거리 c d: 상악 제1대구치 근심설측교두정 사이의 거리 a c: 상악우측 견치교두정과 상악우측 제1대구치 근심 설측교두정 사이의 거리 b d: 상악좌측 견치교두정과 상악좌측 제1대구치 근심 설측교두정 사이의 거리 Fig. 2. Measurement of experimental model using digital vernier calipers. 3. 경석고모형의 계측지점 간 거리 측정 경석고모형의 계측지점 부위의 신뢰성을 높이기 위하여 연지를 묻힌 평평한 판을 경석고모형에 찍어 가장 높은 교 두정 부위에 계측지점을 표시하였다. 그리고 그 계측지점 사이의 거리를 digital vernier calipers (DVC, CD-20PSX; Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 이용하여 측정하였고 이를 DVC군으로 분류하였다(Fig. 2). 4. 디지털 모형의 계측지점 간 거리 측정 세 가지 종류의 스캐너로 경석고모형을 스캔하여 디지털 모형을 얻었다. 본 실험에 사용된 스캐너는 LS (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark), WLS (Identica White; Medit, Seoul, Korea), BLS (Identica Blue; Medit)의 세 종류였다. 디지털 모형의 각 계측지점 간 거리 측정은 다음의 두 가 지 프로그램을 사용하여 진행하였다. 거리 측정을 위해 WLS군과 BLS군은 Delcam PowerSHAPE Pro (Delcam copy; Delcam plc, Birmingham, UK)를 사용하였고, LS군 은 3Shape 3DViewer (3Shape A/S)를 사용하였다(Fig. 3). 228 Fig. 3. Measurement of digital model. (A) Digital model using 3Shape 3DViewer software. (B) Digital model using delcam copy computer-aided design program.
이재준외 : 세가지방식의스캐너종류에따른모형정확도평가 Table 2. Comparisions of Mean Distances of Maxillary Dental Arch according to Measurement Methods (mm) Measurement Number DVC LS WLS BLS p-value a b 10 38.02±0.33 a 37.56±0.06 b 37.82±0.12 a,b 37.55±0.25 b <0.001 c d 10 23.61±0.28 c 23.63±0.11 c 23.02±0.07 d 22.96±0.31 d <0.001 a c 10 23.57±0.30 e 23.51±0.13 e 23.17±0.12 f 23.15±0.20 f <0.001 b d 10 40.87±0.14 g 40.76±0.17 g 40.69±0.17 g 40.90±0.28 g 0.083 Values are presented as number only or mean±standard deviation. DVC: digital vernier calipers, LS: laser scanner, WLS: white light scanner, BLS: blue light scanner. a g Different alphabets mean significantly different at type one error rate 0.05. 5. 통계분석결과값은평균과표준편차로살펴보았고, Levenʼs test를실시하여정규분포의가정을만족하였다 (p>0.05). 스캐너종류에따른디지털모형의정확성을평가하기위하여일원분산분석 (one-way ANOVA) 을사용하여평균차이의유의성을검정하였다. 사후분석은 Tukey honestly significant difference (HSD) 방법으로실시하였다. 통계적판단을위하여제1종오류의수준은 0.05로하였다. 통계분석은 IBM SPSS Statistics ver. 21.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA) 을이용하여수행하였다. 결과 스캐너종류에따른디지털모형의각계측지점에대한거리를측정한결과, 전체적으로주모형보다디지털모형의측정값이작은경향을보였다 (Table 2). 실제로 a b, c d, 그리고 a c에있어서는주모형군보다디지털모형군의측정값이작았고통계적으로도유의한차이를보였다 (p< 0.05). 그러나 b d에있어서는주모형군과디지털모형군의측정값이통계적으로유의한차이를보이지않았다 (p> 0.05). 사후분석을실시한결과실제주모형의측정값인 DVC군은스캔을통해얻은디지털모형의 LS군과가장유사한값을나타내었다 (Table 2). 또한디지털모형가운데에는 WLS군과 BLS군이서로유사한값을보였다. 고찰 본연구는스캐너의종류에따라스캔된디지털모형의각계측지점에대한거리를측정함으로써, 스캐너종류에따른디지털모형의정확성을평가하고자하였다. 본연구의결과는디지털모형이경석고모형보다거리가작게측정된것을알수있었다 (Table 2). 디지털모형의정확성을평가한다른선행연구에서도디지털모형이경석고 Fig. 4. Loss of data embrassure areas according to scanning process. 모형보다작은결과를보여주었다 19). 이러한이유는공통적으로치과용스캐너가경석고모형을 3차원디지털모형으로변환하는스캔과정에서 undercut이큰 embrassure 부위까지정확하게재현시키지못했기때문에생긴데이터결함이라고보고하였다 (Fig. 4) 14,19). 사후분석인 Tukey HSD의통계적검증의결과에서 WLS 군과 BLS군의측정값이서로유사하였는데, 그이유는동일한광학방식의스캔방식에기인한것으로보인다 (Table 2). 또다른결과로는실제모형의측정값인 DVC군이 LS군과가장유사한값을보였는데, 이는레이저방식의스캐너가광학방식의스캐너보다재현성이높음을반증하는것이라고생각된다. 이것은광학방식이레이저방식보다난반사가크기때문에우각부위의스캔이어렵다는주장과도같은맥락을보여준다 10,20). 추가로디지털길이측정도구로사용된레이저방식과광학방식의측정프로그램이다른점도그이유가운데하나가될수있다. 광학방식의스캐너측정프로그램은프로그램측정자가선정한각각의계측부위인 229
J Dent Hyg Sci Vol. 15, No. 2, 2015 우각부위를체크하여길이를측정하는방식이다 (Fig. 3). 계측지점의길이측정을위해서 3차원측정으로우각부위를체크하여야하므로보는각도에따라오류가발생할수있다. 레이저스캐너측정프로그램은계측부위인우각부위를체크하여단면으로측정부위를나타낸다. 따라서레이저스캐너는광학식스캐너보다 2차원적인면으로정확한부위를측정할수있고, 때문에 LS군이 WLS군이나 BLS군보다 DVC군과가장유사한값을보였다고생각된다. 스캐너종류에따른디지털모형의정확성을평가하기위하여 one-way ANOVA를시행한결과, b~d에서는통계적으로유의한차이를보이지않았다 (p>0.05). 반면에 a b, c d, a c에서는통계적으로유의한차이가나타났다 (p< 0.05). Santoro 등 21) 에따르면디지털모형과경석고모형의길이차이가 0.16 0.49 mm 정도가되는것은보철물제작에있어큰영향을미치지않는다고보고하였다. 본연구에서도디지털모형과경석고모형의길이차이가이러한범위이내에있으므로세가지스캐너는임상적으로사용이가능하다고생각된다. 치과계의 CAD/CAM 도입과발전에따라스캐너의관한연구도활발해지고있고, 또한제조사들도다양한스캐너를출시하고있다 12-15). Park 등 22) 은레이저스캐너가단일치아에한해서는스캔의정밀도와속도가우수하지만전악치아에서는스캔의속도가느리다는한계점이있다고보고하였다. 따라서이러한점을보안할수있는광학방식의스캐너가앞으로의발전가능성이매우높다고할수있다. 또한모형스캐너는최종보철물제작시환자의구강내환경을재현한경석고모형을디지털모형으로전환시키는기구이므로정밀성의재현이무엇보다중요하다. 그런의미에서본연구는스캐너방식에따른디지털모형의정확성평가하였다는점에서의의가있다본실험에서는오차를최소화하기위해서모두동일한스캐너전용경석고를사용하여측정을실시하였고, 임상에서주로사용하는스캐너들을사용하였다. 또한측정오류를줄이기위하여계측지점의부위를연지로찍어최대한정확성을유지하고자하였다. 그러나 DVC군의측정에있어서는측정자오차의불가피성때문에가장높은표준편차를보였다는점이이연구의한계점이다 (Table 2). 앞으로측정자의오차를최소화하기위해공학분야에서쓰이는 3차원측정을통해서정확도를검증하고, 보다임상적인상황에맞는측정평가전용의모형을개발하여이를이용한각종스캐너의정확성평가가이루어져야한다고생각된다. 요약 본연구는세가지종류스캐너에따른정확도를비교평가하기위하여시행되었다. 경석고모형과스캐너로채득한디지털모형에각 4지점씩계측지점을선정하였고, 이들 4 지점사이를 DVC와디지털모형측정프로그램을이용하여길이를측정하고, 다음과같은결론을도출하였다. 세가지종류의스캐너가운데레이저스캐너가백색광스캐너나청색광스캐너보다높은정확도를나타내었으나이세가지종류의스캐너모두가임상적으로사용하는것이가능하다. 감사의글 본눈문은 2015년도광역경제권거점기관지원사업 ( 산업기술거점기관지원-덴탈소재및치과기공기술개발사업 ) 에의하여개발중인 치과기공용캐드캠관련제품에관한기술개발 과제 ( 과제명 : ISO 규격에준한치과수복물가공용정밀 6축밀링자동화장비개발 ) 의산업통상자원부의연구비수혜를받아수행된논문입니다. References 1. Miyazaki T, Hotta Y, Kunii J, Kuriyama S, Tamaki Y: A review of dental CAD/CAM: current status and future perspectives from 20 years of experience. Dent Mater J 28: 44-56, 2009. 2. Christensen GJ: The state of fixed prosthodontic impressions: room for improvement. J Am Dent Assoc 136: 343-346, 2005. 3. Felton D, Kanoy B, Bayne S, Wirthman G: Effect of in vivo crown margin discrepancies on periodontal health. J Prosthet Dent 65: 357-364, 1991. 4. Duan Y, Griggs JA: Effect of elasticity on stress distribution in CAD/CAM dental crowns: glass ceramic vs. polymermatrix composite. J Dent 2015. [Epub ahead of print] 5. Persson A, Andersson M, Oden A, Sandborgh-Englund G: A three-dimensional evaluation of a laser scanner and a touchprobe scanner. J Prosthet Dent 95: 194-200, 2006. 6. Jeon JH, Kim HY, Kim JH, Kim WC: Accuracy of 3D white light scanning of abutment teeth impressions: evaluation of trueness and precision. J Adv Prosthodont 6: 468-473, 2014. 7. May KB, Russell MM, Razzoog ME, Lang BR: Precision of fit: the procera all ceram crown. J Prosthet Dent 80: 394-404, 1998. 230
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