성공적인 치과 보철 치료를 위해서는 환자의 구강 내 정확한 정보를 얻는 것이 무엇보다 중요하다. 때문에 치료를 위하여 첫 번째로 시작되는 과정인 환자 구강의 인상채득 작업과 모형을 제작하는 작업은 매우 중요한 단계라 할 수 있다. 인상채득 작업은 구강 내 환경이 복제된 모형의 정밀도를 좌우하는 근본이 되며, 모형의 구강 내 재현 정도는 최종 치료의 성패와 수복물의 수명을 좌우하게 된다^1-3). 환자의 구강이 복제된 모형을 분석하여 봄으로써 교합상태를 점검하고, 진단을 내리고, 치료 계획을 세울 수 있으며, 종합적으로 평가할 수 있다⁴⁾.

전통적으로 환자의 구강이 복제된 모형의 제작은 인상재를 이용하여 환자의 구강을 인상 채득한 후 음형의 공간에 모형재를 붓는 방식으로 제작된다. 대표적인 모형재로는 주로 치과용 석고가 사용되고 있다. 이러한 석고 모형의 제작방법은 지난 수십 년간 사용되어 왔으며, 아직까지 널리 이용되고 있다. 치과용 석고는 사용이 간편하고, 모형 제작 방법이 비교적 편리하며, 정밀도가 높은 반면 모형이 파절 및 변형되기 쉬우며, 분실의 위험성이 높고, 별도의 저장 공간이 필요한 단점이 있다^5-7).

최근 컴퓨터 과학이 발달함에 따라 치의학에도 영향을 미치고 있는데, 특히 치과 보철물의 표준화된 제작 과정이 소개되면서 제작 과정의 질도 함께 향상되고 있다. 치과용 캐드캠(computer aided design-computer aided manufacturing, CAD-CAM) 기술은 컴퓨터의 도움을 받아 보철물을 설계하고, 제작하는 기술로서 기존의 모형 재료를 이용한 모형을 대상으로 보철물을 제작하지 않고, 디지털 모형에 보철물을 설계하게 된다. 디지털 모형은 앞서 설명한 기존의 석고 모형의 단점들을 보완하여 준다.

디지털 모형으로 변환된 환자의 구강 정보는 저장이 간편하며, 컴퓨터를 이용하여 저장되므로 얼마든지 저장이 가능하다^8-10). 또한 시간이 오래 지나도 변형의 위험이 없으며, 모니터를 이용하여 자유자재로 가상의 조종이 가능하다. 예를 들면 모형 단면의 관찰이 가능하며, 모형의 확대 및 축소가 자유롭기 때문에 세밀한 환자의 구강을 관찰할 수 있는 등의 장점이 있을 뿐만 아니라 필요시 쾌속조형기술(rapid prototyping)을 이용하여 손쉬운 모형 제작이 가능하다^8-10).

치과용 CAD-CAM 기술을 이용한 디지털 모형 제작 방법은 크게 직접법과 간접법으로 구분된다. 직접법은 치료실에서 구강 내 디지털 인상법(intra-oral scanner)에 의해 환자의 구강 내 정보를 얻어 디지털 모형을 완성하는 반면 간접법은 기공실에서 제작이 되는데, 이는 다시 두 가지 방법으로 구분된다. 첫 번째는 치과용 스캐너(dental scanner)로 환자의 인상체를 스캐닝하여 디지털 모형을 제작하는 방법이고, 두 번째는 채득된 환자의 인상체에 석고 등을 부어 모형을 제작한 뒤 치과용 스캐너로 모형을 스캐닝하여 디지털 모형을 제작하는 방법이다¹¹⁾.

American Dental Association (ADA)에서 규정한 내용(ADA No. 25)에 의하면 치과용 모형재를 이용한 모형 제작 중 0.2%의 팽창이 발생할 수 있으며, 이는 모형의 체적 안정성에 상당한 영향을 줄 수 있다고 보고되었다¹²⁾. 몇몇 선행 연구에서는 모든 모형재는 경화 반응 시 수축 또는 팽창을 동반하므로 환자의 구강을 완벽히 재현해내기에는 무리가 있다고 보고하였다^13,14). 때문에 가급적 환자의 인상체를 이용하여 디지털 모형을 제작하는 것이 정밀한 디지털 모형의 제작에 도움이 된다고 생각된다.

그러나 현재 인상체를 이용하여 제작된 디지털 모형의 체적 안정성 평가에 관한 연구는 전무한 실정이다. 그리하여 본 연구에서는 연구 모형들을 대상으로 인상을 채득하고 채득된 인상체들을 치과용 스캐너를 이용하여 디지털 모형들을 제작하고자 한다. 제작 완료된 디지털 모형들과 연구 모형들을 대상으로 대표 지점을 선정하고, 측정한 뒤 비교 평가하여 봄으로써 인상체를 스캐닝하여 제작된 디지털 모형의 체적 안정성을 평가하고자 한다.

1) 연구 모형 제작

본 연구를 위하여 지대치 혹은 결손치가 없는 상태의 상악 모형을 본 모형(500B-1; Nissin Dental Product, Kyoto, Japan)을 연구대상으로 선정하였다. 본 모형을 대상으로 연구 모형을 제작하기 위하여 치과용 실리콘(Deguform; Degu-Dent GmbH, Hanau, Hessen, Germany)을 이용하여 총 20개의 음형 상태의 실리콘 몰드를 제작하였다. 제작이 완료된 몰드 안에 치과용 석고(Everest Rock; KaVo Dental GmbH, Biberach/Riβ, Baden-Württemberg, Germany)를 제조사 권장 혼수비에 따라 혼합 후 붓는 방식으로 Fig. 1과 같은 연구모형 총 20개 제작을 완료하였다.

2) 인상 채득 작업

완성된 20개의 연구 모형을 대상으로 치과용 인상재를 이용하여 인상을 채득하였다. 인상채득 방법은 one-step법에서 double mix technique을 이용하였다. 정밀한 인상 채득을 위하여 치아와 치아부위에 연질 실리콘(Aquasil Ultra XLV; Densply DeTrey GmbH, Konstanz, Baden-Württemberg, Germany)을 도포하고, 기성 트레이(D-TBW-07; Osung MND Co., Ltd., Gimpo, Korea)에는 치과용 putty 인상재를 담아 한 번에 인상을 채득하였다(Fig. 2).

1) 디지털 모형 제작

20개의 연구 모형을 대상으로 채득된 20개의 인상체를 비접촉방식의 치과용 스캐너를 이용하여 20개의 디지털 모형을 제작하였다. 모형 고정판 위에 트레이를 고정한 후 스캐너 제조사의 권장사항에 의거하여 스캐닝을 실시하였다(Fig. 3). 인상체는 음형이기 때문에 1회의 스캐닝만으로는 치아의 함몰부위나 치아와 치아 사이의 공간인 엠브레져(embrasure)의 재현이 부족하므로 추가적으로 스캐닝을 실시하는 과정을 통해 총 20개의 디지털 모형을 제작하였다(Fig. 4).

2) 대표 지점 선정

디지털 모형의 체적 안정성 평가를 위한 대표 지점 선정은 선행 연구¹⁵⁾를 참고하여 본 연구에 맞게 수정하였다. 본 연구에서는 대표 치아 치관의 근원심경과 함께 견치간폭경, 구치간폭경을 선정한 뒤 측정하였다. 대표 치아로는 절치의 대표인 중절치와 견치, 소구치의 대표인 제1소구치, 대구치의 대표인 제1대구치를 대표 치아로 선정하였으며, 모두 우측 치아를 대상으로 측정하였다. 견치간폭경은 좌우측 견치의 첨두를 연결한 직선거리를 의미하며, 구치간폭경은 좌우측 제1대구치의 근심설측교두정을 연결한 직선거리를 의미한다(Table 1).

3) 대표 지점 측정

석고 모형의 6개의 대표 지점 측정은 소수점 둘째 자리까지 mm단위로 측정이 가능한 디지털 밀림자(CD-20PSX; Mitutoyo Corp., Kawasaki, Japan)를 이용하였다. 밀림자를 이용한 측정 시 석고 모형의 흔들림 방지를 위하여 고정판을 이용하여 고정하였다. 고정한 후 측정하기 전에 앞에서 설명한 6개의 대표 지점을 0.3 mm의 날카로운 샤프심으로 표시하였다. 표시된 부분을 근거로 디지털 밀림자로 대표 지점들을 직선거리로 측정하였다(Fig. 5). 각 부위별로 1인의 측정자가 2회 측정하였으며, 2회 측정치의 평균을 해당 부위의 값으로 지정하였다.

디지털 모형의 측정은 컴퓨터 프로그램을 이용하였다. 측정 전문 프로그램(Delcam Copy CAD; Delcam plc, Birmingham, UK)을 이용하여 3차원 디지털 모형을 x, y, z축의 좌표를 중심으로 직선적인 거리를 측정되었으며(Fig. 6), 석고 모형의 측정과 동일하게 1인의 숙련된 프로그램 전문가가 2회 측정한 후 2회 측정치의 평균을 해당 부위의 값으로 정의하였다.

4) 통계분석

두 집단 총 40개의 시편에서 측정된 6개의 대표 지점 거리의 평균과 표준편차를 제시한 뒤 제시된 두 집단의 평균 간에는 유의한 차이가 있는지 알아보기 위하여 비모수 검정인 윌콕슨 순위 합 검정법(Wilcoxon rank sum test)을 수행하였다. 제1종 오류 수준은 0.05로 설정하였고, 모든 통계 분석은 IBM SPSS Statistics 20.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA) 프로그램을 이용하였다.

두 집단(석고 모형, 디지털 모형) 각각 20개씩의 모형을 대상으로 6개의 대표 지점 거리를 측정한 평균과 표준편차는 Table 2와 같다. 석고 모형과 디지털 모형의 우측 중절치 근원심경의 평균±표준편차는 각각 8.52±0.03 mm, 8.28±0.10 mm였고, 견치는 7.61±0.06 mm, 7.46±0.06 mm였다. 제1소구치의 근원심경의 평균±표준편차는 각각 7.11±0.04 mm, 6.88±0.07 mm였고, 제1대구치는 10.36±0.22 mm, 10.08±0.09 mm였다. 견치간폭경의 평균±표준편차는 석고 모형이 35.90±0.28 mm, 디지털 모형은 35.60±0.14 mm였고, 끝으로 구치간폭경은 각각 42.17±0.27 mm, 41.87±0.10 mm였다(Table 2).

측정된 6개의 대표 지점 모두에서 석고 모형보다 디지털 모형이 더 적은 수치로 측정되었으며, 6부위 모두 통계적으로 유의하였다(p<0.05) (Table 2). 두 집단 간 측정치의 평균 차이는 중절치 근원심경은 0.24 mm, 견치 근원심경 0.15 mm, 제1소구치 근원심경 0.23 mm, 제1대구치 근원심경 0.28 mm, 견치간폭경과 구치간폭경은 0.30 mm의 차이로 모두 석고 모형이 디지털 모형보다 크게 측정되었다.

본 연구에서는 구강으로부터 채득된 인상체를 스캐닝하여 제작된 디지털 모형의 체적 안정성을 평가하고자 하였다. 그리하여 환자의 구강을 가정한 상악 모형을 본 모형으로 채택한 후 본 모형으로부터 연구 모형을 치과용 석고를 이용하여 총 20개를 제작하였다. 제작된 연구 모형 20개를 치과용 기성 트레이와 인상재를 이용하여 각각의 모형을 대상으로 인상을 채득하였다. 채득된 20개의 인상체를 디지털 모형으로 변환하기 위하여 치과용 스캐너를 이용하여 스캐닝을 실시하였다. 제작 완료된 20개의 디지털 모형의 체적 안정성을 평가하기 위하여 6개의 대표 지점을 선정하였다. 디지털 모형과 함께 디지털 모형의 근간인 석고 모형을 대상으로 앞서 선정한 6개의 대표 지점을 측정하였다. 그 결과 측정한 모든 부위에서 디지털 모형이 석고 모형보다 적은 수치로 계측되었고, 통계적으로 유의하였다(p＜0.05). 이러한 결과들로 추론하여 보았을 때 환자의 구강으로부터 채득된 인상체를 스캐닝하여 제작한 디지털 모형의 체적은 환자의 구강보다 작다는 것을 알 수 있었다.

이와 같은 이유는 다양하겠으나 첫 번째는 스캐너의 정밀성이 부족한 것이 하나의 이유로 생각된다. 선행 연구 결과를 근거로 유추해보았을 때 Lowey¹⁶⁾는 디지털 모형이 원본 모형보다 체적이 작게 제작되는 이유 중에 하나로서 치아와 치아사이의 공간인 엠브레져 등과 같은 부분까지 치과용 스캐너가 정확히 재현하지 못하는 것을 하나의 이유로 제시하였다. 본 연구 결과 또한 Lowey¹⁶⁾가 주장한 것과 같은 이유로 디지털 모형의 체적이 석고 모형보다 작게 계측된 것으로 생각된다.

또한 모형을 스캐닝하는 것과는 달리 인상체를 스캐닝하는 작업은 스캐닝의 정밀성이 떨어진다. 그 이유는 음형의 공간인 인상체 스캐닝 시 특히 중절치와 같이 전방 경사가 심한 치아의 경우 절단연과 같이 깊숙한 부위를 스캐닝하는데 한계가 있기 때문인 것으로 생각된다. 본 실험 시에도 전방 중절치 절단연 부분 스캐닝을 위하여 스캐닝이 끝난 뒤에도 추가로 스캐닝을 실시하였으며, 인상체의 각도에 따라 중절치의 절단연 부분이 스캐닝이 이루어지지 않는 경우도 있었다. 이는 추후에 개선되어야할 문제로 생각된다.

두 번째는 석고 모형과 디지털 모형의 대표 지점 측정 시 측정 방법의 차이 때문인 것으로 생각되는데, 석고 모형은 디지털 밀림자로 수동으로 측정한 반면 디지털 모형은 컴퓨터 프로그램을 이용하여 자동으로 측정하였다. 디지털 밀림자를 이용한 석고 모형 측정 시 수동인 만큼 손이 떨린다거나 혹은 모형이 흔들린다면 얼마든지 측정값이 흔들릴 수 있는 단점이 있다. 때문에 본 연구에서는 측정에서의 오차를 줄이고자 모형을 고정할 수 있는 별도의 테이블로 모형을 고정 후 각 측정 부위별 2회 측정 후의 평균을 해당 부위의 측정치로 정의하여 측정의 신뢰성을 높였다. 석고 모형을 디지털 밀림자를 이용하여 계측하는 방법은 이미 모형의 체적 안정성을 평가한 많은 연구에서 활발히 이용된 방법이며, gold standard로 방법으로 인정되고 있다¹⁷⁾. 디지털 모형의 경우 컴퓨터 프로그램을 이용하여 대표 지점을 직선거리로 측정하였는데, 디지털 모형의 특성상 컴퓨터 모니터상으로 모형을 관측하는 만큼 교두 등의 돌출 부위가 석고 모형만큼 명확하지 않을 수 있는 단점이 있다¹⁸⁾.

본 연구 결과에 따르면 인상체를 스캐닝하여 제작된 디지털 모형의 체적이 비록 그 근간인 석고 모형의 체적보다 적은 것으로 조사되었으나, 각 계측 지점의 평균 차이는 적게는 0.18 mm에서 크게는 0.30 mm까지였으며, 이는 선행연구 결과들을 근거로 하였을 때 임상적으로 문제가 되지 않을 것으로 생각된다. Bell 등¹⁹⁾은 치과용 모형과 3차원 이미지 간 직선적인 계측 지점을 비교 평가한 결과 두 모형 간에는 차이가 0.27 mm라고 보고하였고, Santoro 등²⁰⁾은 석고 모형과 디지털 모형의 치아 폭경 등을 분석한 결과 0.16 mm∼0.49 mm의 차이를 보인다고 보고하였다. Asquith 등²¹⁾은 치아 크기와 견치간폭경, 구치간폭경을 조사한 결과 −0.62에서 0.19 mm까지 차이를 보였다고 보고하였다. 이들 선행연구들은 이러한 차이들이 임상적으로 영향을 미치지 않는다고 보고하였다^19-21). 그밖에 다른 선행 연구들에서는 석고 모형과 디지털 모형과의 계측 지점(견치간폭경, 구치간폭경 등) 간의 차이가 0.5 mm 차이 이내면 임상적으로 문제가 되지 않는다고 보고하였다^22,23). 이와 같은 선행 연구 결과들과 본 연구 결과를 비교하여 볼 때 치과용 인상체를 스캐닝하여 디지털 모형을 제작하는 작업은 임상적으로 허용이 가능할 것으로 생각된다.

대부분의 치과 치료의 시작은 정확하게 복제된 환자 구강모형으로부터 시작된다 해도 과언이 아니다. 최근의 치의학은 전반적으로 진료의 첨단화와 디지털화가 급속도로 진행되고 있으며²⁴⁾, 이에 따라 치료의 질 또한 향상되고 있다. 그 중심에는 치과용 CAD-CAM 기술이 있으며, 이 기술의 목표는 환자 구강이 복제된 모형을 제작하지 않고, 나아가서는 환자의 구강을 인상 채득하지 않고도 정교한 보철물을 제작하는 것이다. 때문에 디지털 모형이 정확하게 제작되어야 함은 자명한 사실이며, 그를 위해서는 디지털 모형의 정확성 평가와 관련한 연구는 끊임없이 이루어져야 한다고 생각된다. 그런 의미에서 볼 때 본 연구에서 인상체를 스캐닝하여 제작한 디지털 모형의 체적 안정성을 평가한 점에서 의의가 있으며, 나아가서는 임상적 참고 자료가 될 수 있다고 생각된다. 그러나 단 하나의 증례만 가지고 연구한 점과 모든 치아를 상세히 분석하지 못한 점 등은 본 연구의 한계점으로 제시된다. 때문에 추후에 이루어질 디지털 모형의 체적 안정성 등과 관련한 연구에서는 본 연구의 한계점을 극복하여 다양한 증례의 구강모형을 대상으로 치아의 크기와 다양한 계측지점을 근거로 보다 상세히 분석되어야 할 것으로 생각된다.