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치의학석사학위논문 전통적인인상법과구강스캐너를 이용한인상법의정확도비교 2015 년 2 월 서울대학교치의학대학원 치의학과 이경섭

전통적인인상법과구강스캐너를이용한인상법의정확도비교 Comparative study on the Accuracy of Conventional and Digital Impression with Intra-oral Scanner 지도교수권호범 이논문을치의학석사학위논문으로제출함 2014 년 10 월 서울대학교대학원 치의학과 이경섭 이경섭의석사학위논문을인준함 2014 년 12 월 위원장임영준 ( 인 ) 부위원장권호범 ( 인 ) 위원김명주 ( 인 )

국문초록 전통적인인상법과구강스캐너를 이용한인상법의정확도비교 이경섭 서울대학교치의학대학원 치의학과 목적 : 기존에임상에서이용되고있는구강스캐너들의정확성및임상적용가능여부에대한연구가활발하게이루어지고있다. 본연구에서는건강한피험자들을대상으로전통적인인상법과디지털인상법을비교하여아직연구된바가적은구강스캐너인 CS 3500 의전악인상시정확성및성능을평가하고임상적용가능성에대하여알아보는데그목적이있다. 방법 : 본연구는구강악 안면부위에수술및병력이없는 20~30 세 의젊고치아가모두있는 15 명의피험자들을대상으로하였다. 피험자 선정과정에서골격적으로기형이거나교정장치및교정유지장치를 i

끼고있는대상자들은연구에서제외하였다. 피험자들을대상으로구강스캐너 CS 3500(Carestream,New York,USA)' 을이용하여구강내상 하악디지털인상을얻은후, 해당인상을 STL(Stereolitho-graphy) 파일로추출하였다. 동일피험자를대상으로실리콘인상재를이용하여상 하악을전통적인인상법으로인상채득한뒤, 석고모델 ( 이하마찬가지 ) 을제작하였다. 전통적인인상법을통해얻은석고모델을참조모델스캐너 optotop-he (BreuckmannGmbH,Meersburg,Germany) 를이용하여디지털모델링한후 STL 파일로추출하였다. 이두가지 STL 파일을 GeomagicControl(Geomagic,Raleig h,usa) 을이용해최소제곱법에근거하여오차가최소화되도록 3차원적으로중첩시킨후, 두모델간의평균및최대변위차를분석하였다. 또한두모델간에유의한차이가있는지 SPSS 22.0(SPSS Inc.,Chicago,USA) 를이용하여일표본 T검정을시행하였다 (p <0.05). 이를통해 CS 3500 의정확성을검증하고또한임상적으로사용가능한지여부를알아보았다. 결과 :15 명피험자의상 하악각각에대해전통적인인상법과디지털인상법을이용하여얻은두모델을중첩한결과,60 개의데이터에대해서평균변위차이및최대변위차이값 (n=60) 은각각 448.7±283.3μm, 3186.30±293.82μm 이었다. 또한일표본 T검정을실시한결과, 전통적인인상과디지털인상을통한두모델의 3차원적인형태간에유의한차이가없었다 (p>0.05). 주요어 : 구강스캐너, 디지털인상, 전통적인상, 중첩 학번 :2011-22463 ii

목 차 제 1 장서론 1 제 1 절연구의배경 1 제 2 절연구의내용 2 제 2장연구재료및방법 3 제 1절피험자선정 3 제 2절디지털인상 3 제 3절전통적인인상법 4 제 4절중첩 4 제 5절통계적분석 5 제 3 장연구결과 6 제 4 장총괄및고찰 7 제 5 장결론 9 참고문헌 10 Abstract 16 iii

표목차 [Table. 1] Maximum 3D deviation and Average 3D deviation(μm) 13 그림목차 [Figure. 1] Stereolithographic data obtained from scanning with intra-oral scanner 'CS 3500' 14 [Figure. 2] Stereolithographic data displayed with Rapidform XOR, obtained from scanning with reference scanner 'optotop-he' 14 [Figure. 3] Illustration of superimposition on both digital and conventional model with 'Geomagic Control' 15 iv

제 1 장서 론 제 1 절연구의배경 1980 년도초반, 치의학계로의 CAD/CAM 도입을시작으로, CAD/CAM 을위한디지털 3D 모델데이터를얻기위하여구강내디지털스캔에대한많은연구가진행되어왔다. 1-3 현재몇종의구강스캐너들이임상에서쓰이고있으며 itero (Align Technologies,San Jose, Calif), Lava COS (3M ESPE, Seefeld, Germany), Trios(3Shape, Copenhagen,Denmark) 와, 임상에서직접제조까지가능한 CEREC AC (Sirona,Bensheim,Germany) 과 E4D(D4D Technologies,Richardson, Texas) 등이그예이다. 2 알지네이트, 폴리이써, 폴리설파이드, 실리콘등의재료를이용한전통적인인상법은수십년간치과임상에서성공적으로사용되어왔으나, 환자들의불편감 ( 구토반사, 맛과향이좋지않은재료등 ), 재료와트레이들의살균및보관, 인상체및석고주모형들의변형등으로인한잠재적인오차와그로인한재인상및모형재제작등이단점으로지적되어왔다. 디지털인상법을사용하게되면위와같은전통적인인상법의단점들을완화하여환자들이진료시느끼는불편감을줄여준다. 또한진료실에서기공소로인상체를보내는시간, 기공소에서주조와마운팅을하는등의시간소모적인과정들을줄여준다. 또한데이터보관및재현성이유용하여의료진간협진이용이해진다. 4-8 현재치과임상에서활발하게이용되고있는기술은아니지만이러한강점들로인해, 점차임상적용이늘어날것으로기대된다. 9 1

제 2 절연구의내용 현재임상에서이용되고있는구강스캐너들이정확성및임상적용가능여부에대한연구가활발하게이루어지고있다. 본연구의목적은건강한피험자들을대상으로전통적인인상법과디지털인상법을비교하여아직연구된바가적은 Carestream 사의최신구강스캐너 CS 3500 의정확성및성능을평가하고임상적용가능성에대하여알아보는것이다. 2

제 2 장연구재료및방법 제 1 절피험자선정 20~40 세까지의건강한성인남녀중피험자모집광고를보고자발적으로참여의사를밝힌남자 7명, 여자 8명을대상으로하였다. 구강스캐너의정확도를연구하는많은연구들에서피험자수를 10~20 명으로연구진행한다는점에착안하여 15 명을연구의적정인원으로정하였다.15 명의피험자들은구강악안면부위에수술및병력이없는 20~30 세의젊고치아가모두있으며, 피험자선정과정에서골격적으로기형이거나교정장치및교정유지장치를끼고있는대상자들은연구에서제외하였다. 연구대상자들은전원서면으로동의를구하였고, 연구계획과방법은서울대학교치과병원연구윤리심의위원회 (IRB, Institutional Review Board) 의승인을받았다. 제 2 절디지털인상 (Digitalimpression) CS 3500(Carestream,New York,USA) 구강스캐너를이용하여피험자의구강내상 하악디지털인상을시행하였고, 해당파일을 STL(Stereolitho-graphy) 형식으로추출하였다 (Fig.1). 각각의악궁의치아에대하여교합면, 협면, 설면 ( 또는구개면 ) 순서로인상을채득하였다. 사랑니가있는피험자들의경우, 구강스캐너의접근성이떨어져정확도에영향을덜주기위하여사랑니는제외하고인상을채득하였다. CS 3500 구강스캐너는기존의임상에서쓰이고있는여러구강스캐너들과는다르게스프레이파우더를쓰지않았다. 또한스캔이잘진행되 3

고있으면초록색 LED, 그렇지않으면주황색 LED 로표시되는 Light guidancesystem 을이용하며, 대부분의치아를스캐닝하는일반용 tip 과, 접근성을위해좀더작게제작된최후방구치용 tip2 종류가있었다. 제 3 절전통적인인상 (Conventionalimpression) 본연구에서는변연을정확하게재현할수있고, 우수한물성을가지며 체적안정성이우수하여널리사용되고있는 10 부가중합실리콘 (VPS, Vinylpolysiloxane) 을인상재료로정하여피험자들의상 하악을인상채 득하였다 (Imprint TM I,3M ESPE). 또한인상채득방법은 Puty-wash two-step 를택하였다. 이는가장널리이용되는 puty-wash 방법중하나로 lightbody 재료가중합할균일한 wash 공간을제공하여정확한인상채득에도움이된다. 11-12 또한석고모델을만들기위한석고로는초경석고를채택하였다. 전통적인인상을통해얻은석고모델은, 참고모델스캐너 optotop-he (Breuckmann GmbH,Meersburg,Germany) 를이용하여디지털모델링하였다. 이어서이를 Rapidform XOR(INUSTechnology, Seoul,South Korea) 를이용하여 3차원으로구현하여 STL 파일로추출하였다 (Fig.2). 제 4 절중첩 (Superimposition) 디지털인상채득한 STL 파일과전통적인인상법을통해얻은 STL 모델파일 2개를 'GeomagicControl(Geomagic,Raleigh,USA)' 의 Best FitAlignment 기능을이용해최소제곱법에근거하여오차가최소화되도록 3차원적으로중첩시켰다. 4

이후에 3D Compare 기능을이용하여두모델간의 3차원적인변위차이를최대변위차이 (+/-) 와평균변위차이 (+/-) 값으로분석했다 (Table.1). 여기서 (+/-) 부호는두모델을중첩했을때차이가나는방향성을의미하며, 중첩시각부위의변위들은색에따라분류되어표시된다 (Fig.3). 제 5 절통계적분석 디지털인상모델과전통적인상모델간에유의한차이가있는지통계적으로분석해보았다. 두모델간의평균변위차이값에서 (+/-) 부호는각각방향을의미하기때문에해당분석에는절대값처리를하지않았다. 피험자한명당상 하악두세트의자료로이루어져있으며, 각각의상 하악에대해 (+/-) 두개의데이터가나오므로총데이터수는 60 개이다. 두모델간의유의한차이가있는지알아보기위하여검정값을 0으로둔일표본 T검정을시행하였다. 데이터의통계처리는 SPSS 22.0(SPSS Inc.,Chicago,USA) 를이용하였고, 검정은유의수준 p<0.05 에서이루어졌다. 5

제 3 장연구결과 디지털인상법과전통적인인상법을통해얻은두 STL 모델을중첩시켜두모델간의 3차원적인변위차이를 μm단위의최대변위차이 (+/-), 평균변위차이 (+/-) 값으로정리하였다 (Table.1). 먼저 (+/-) 데이터들을절대값처리한뒤, 기존의임상에서널리쓰이는다른구강스캐너들의정확성을연구한 Sebastian 등의논문의변위차이결과값들과비교하였다.Sebastian 등의논문에의하면, 평균변위차이및최대차이값들이각각 itero 는 49.0±13.6μm,1919.43±1138.94μm,CEREC AC Bluecam 은 332.9±64.8μm, 4858.78±227.13μm, Lava C.O.S 는 38.0±14.3μm, 1080.36±899.07μm 그리고 Zfx Infrascan 은 73.7±26.6μm,2091.02±1218.39 μm였다. 13 본연구의 CS 3500 의평균변위차이및최대변위차이값 (n=60) 은각각 448.7±283.3μm,3186.30±293.82μm 이었다. 이를비교해보면 CEREC AC Bluecam 의정확도와유사하였지만,iTero,LavaC.O.S,Zfx Infrascan 의정확도보다는낮았다. 또한디지털인상법과전통적인인상법을통해얻은모델간의유의한차이가있는가에대해서알아보았다. 이를위하여평균변위차이 (+/-) 값들을앞선방법과는달리, 절대값처리하지않고검정값을 0으로둔일표본 T검정을시행한결과, 두모델간의평균적인차이 (n=60) 는 24.607±533.30μm 이었고, 유의한차이가없었다 (p>0.05). 6

제 4 장총괄및고찰 보철물의변연적합도는인상의정확도와깊은관련이있다. 부정확한인상으로인한부적절한변연적합도를지닌보철물은수명이짧고, 환자에게장착할시에이차우식등의부작용이나타날위험이있다. CAD/CAM 도입이후로, 최근치과임상에서구강스캐너들이사용되고있으며구강스캐너의정확도에관한연구가활발하게진행되고있다. 아날로그시대에서디지털시대로의패러다임변화가우리사회에서비가역적으로일어났듯이치의학계또한이흐름을막을수없으며, 전통적인인상법에서디지털인상법으로의변화는자연스러운것이라할수있겠다. 이연구에서는 CS 3500 의정확도에대해알아보았다. 먼저기존의구강스캐너들의정확도를비교한연구논문들중본연구방법과비슷한 Sebastian 등의논문을참고하였는데해당논문의연구결과, 평균변위차이및최대차이값들이각각 itero 는 49.0±13.6μm,1919.43±1138.94μ m, CEREC AC Bluecam 은 332.9±64.8μm, 4858.78±227.13μm, Lava C.O.S 는 38.0±14.3μm, 1080.36±899.07μm 그리고 Zfx Infrascan 은 73.7±26.6μm,2091.02±1218.39μm 로나왔다. 본연구에서 CS 3500 의평균변위차이및최대차이값은각각 448.7±283.3μm,3186.30±293.82μm 이었다. CEREC AC Bluecam 의정확도와유사하였지만, itero, Lava C.O.S,Zfx Infrascan 의정확도보다는확연히낮았다. 변위차가비교적크게나온원인들로여러가지요인들을생각해볼수있다. 먼저, Sebastian 등의연구는구강내구조물을스캔을한것이아니라, 구강외의모델에서시행되었다. 구강내의환경특성상타액이존재하며, 타 7

액이젖은치아는스캔이어려웠기때문에종종타액을건조시키는과정을거쳐야했다. 또한본연구에서사용한참고모델스캐너 optotop-he 는오래된모델스캐너이며정확도가약 45μm 로최근시중에서팔고있는모델스캐너들 ( 약 20μm) 보다정확하지않다. 13-14 비록다른스캐너에비해변위차가비교적크게나왔지만, 통계적으로는일표본 T검정결과, 디지털인상을통한모델과전통적인상을통한모델간의유의한차이는없었다 (p>0.05). 이는 CS 3500 가구강스캐너로서임상적으로적용될수있음을시사한다. 한편임상에서보철물장착후에교합상태를확인하기위해널리이용되는 Shim stock 은약 12μm 의두께를가지고있다. 이는현재임상에서쓰이고있는구강스캐너들의오차들보다작은수치이며, 더정확한구강스캐너개발을위한연구가진행되어야함을의미한다. 더나아가현재구강스캐너에대한연구들은실험실연구가많이이루어져왔으므로, 앞으로는실제구강내환경에서스캔을하는실험이활발하게이루어져야할것이다. 또한아직까지인상법의정확도를측정하는방법이명확히정해져있지않은상태이다. 본논문의연구방법이외에도변연의불일치를측정하는방법,3 차원디지털모델상에서두기준점을정해두지점간의길이변화를비교하는방법등이있다. 5,15-19 이런여러가지방법들이인상의정확도를정확히나타낼수있는지에대해서도향후추가연구가필요하다. 8

제 5 장결 론 디지털인상법과전통적인인상법을통해얻은두가지모델을비교한 이연구에서다음과같은결론을얻었다. 1.CS 3500 은전통적인인상법과유의한차이가없어서임상에서충분 히적용할수있을것으로기대된다. 2. 디지털인상의여러장점을살리기위해서는더욱더정확한구강스 캐너개발에대한연구가필요하며, 구강스캐너정확도측정법에대 한기준이수립되어야한다. 9

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[Table. 1] Maximum 3D deviation and Average 3D deviation(μm) Subject Upper/Lower 3D deviation (μm) No. teeth Maximum(+) Maximum(-) Average(+) Average(-) 1 Upper 3323.6-3320.3 146.3-167.7 Lower 3299.7-3280.5 697.7-483.7 2 Upper 3249.8-3246.9 649.7-567.1 Lower 3245.1-3249.1 735.7-702.5 3 Upper 3433.6-3431.4 270.5-266.2 Lower 3672.3-3677.3 409.7-437.2 4 Upper 2860.1-3468 807.3-777.6 Lower 3179.8-3179.9 1080.9-939 5 Upper 3202.8-3207.6 196.7-148 Lower 2782.9-3177.6 607.7-358.9 6 Upper 3059.7-3059.5 623.3-545.5 Lower 2977-2975.6 248.1-174.1 7 Upper 2924.9-2916.8 168.8-213.8 Lower 3268.1-3268 500.7-271.5 8 Upper 2599.5-2584.3 538.6-406.3 Lower 2659.5-2658.8 398-215.3 9 Upper 2919.2-2919.5 959.2-966 Lower 3020-3019.9 1201.6-1087 10 Upper 3139.9-3139.4 607.8-560.2 Lower 2430.4-3366 107.5-162.7 11 Upper 3088.5-3076.6 218.2-266.2 Lower 3248.6-3248.5 399.5-410.7 12 Upper 3253.8-3258.4 185.1-207.7 Lower 3389.7-3387.4 538.4-434.6 13 Upper 3592.9-3596.1 184.7-206.9 Lower 3509.5-3507.1 868-725.4 14 Upper 3437.7-3437.4 253.7-255.6 Lower 3388.3-3389.3 195.4-218 15 Upper 3677.3-3689.2 281.3-424.4 Lower 2613.7-2993.6 118.3-122.2 *(+/-) 부호는기준모델 (byreferencescanner) 에대한변위의방향을의미 13

[Figure. 1] Stereolithographic data obtained from scanning with intra-oral scanner 'CS 3500' [Figure. 2] Stereolithographic data displayed with Rapidform XOR, obtained from scanning with reference scanner 'optotop-he' 14

[Figure. 3] Illustration of superimposition on both digital and conventional model with 'Geomagic Control' 15

Abstract Comparative study on the Accuracy of Conventional and Digital Impression with Intra-oral Scanner Kyong-Seop Lee School of dentistry The Graduate School Seoul National University Objective: The purpose of this study was to compare accuracy of digital impression with intra-oral scanner CS 3500 with conventional impression. Material and Methods: In this study, 15 subjects were selected. In most of the previous studies which researched to validate the accuracy of oral scanner have chosen approximately 10-20 subjects, so this study selected 15 subjects. First, digital impressions were taken from 15 subjects' upper and lower teeth with the intra-oral scanner CS 3500 (Carestream, New York, USA). After obtaining the impressions, digital images were extracted as STL(Stereolithography) file format. Also, conventional impressions using silicone materials were taken from the same subjects, and stone models were 16

made. Study model obtained through the conventional impressions were scanned by reference model scanner optotop-he (Breuckmann GmbH, Meersburg, Germany), and extracted into STL files. After superimposing two STL files three-dimensionally by least squares method with Geomagic Control (Geomagic, Raleigh, USA), the average and maximum deviation between the two models were analyzed. Also to detect significant difference between two models, one sample T-test was performed by using statistical software SPSS 22.0(SPSS Inc., Chicago, USA). A level of statistical significance of p <0.05 was set. Results: After superimposing the two models of conventional and digital impressions for each upper and lower teeth of 15 subjects(n = 60), mean average deviation and the maximum deviation were respectively 448.7 ± 283.3 μm and 3186.30 ± 293.82μm. Also, a result of the one sample T-test, there was no significant difference between the two models from conventional and digital impressions(p >0.05). Keywords : intra-oral scanner, digital impression, conventional impression, superimposition Student number : 2011-22463 17