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[최신 치의기공임상학술논문] 구강스캐너에 관한 고찰(A review of intra-oral scanners in dentistry)
제로 편집팀  |  zero@dentalzero.com
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승인 2018.11.28  11:33:45
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Abstract
Recently, as the interest and usage of the intra-oral scanner in dentistry has increased, the factors affecting the accuracy have been studied based on previous studies.
The accuracy of digital impression taking by means of an intra-oral scanner is likely influenced by number of factors, including the operator's proficiency, the performance of digital equipment, the scanning environment, and scanning procedures.
Therefore, it is necessary to know the performance and usage according to the scanner and to be skilled to obtain high accuracy.

   
   
 
 

Ⅰ. 서론
1970년대부터 치과분야에 CAD/CAM(Computer-Aided Design/ Computer-Aided Manufacturing)이 도입되면서 치과 보철물 제작 시스템에도 많은 영향을 미치고 있다[1].
일반적으로, CAD/CAM으로 치과 보철물을 제작하는 시스템은 주로 디지털화하는 과정, 즉 스캔(Scan)과 디자인(CAD), 제조(CAM) 세 가지 구성요소로 이루어져 있다고 할 수 있다[2].
특히, 첫 번째 구성요소인 디지털화 과정은 환자의 구강상태를 그대로 재현하는 과정인 동시에 다음 작업을 수행하기 위한 기본적인 전제 조건과도 같다[2]. 따라서 얼마나 정확하게 구강상태를 3차원으로 재현하는지의 여부는 치과수복물의 성공을 위해서 매우 중요한 요소이다[2].
현재 이러한 디지털화하는 방법에는 크게 간접적인 방법과 직접적인 방법으로 나눠진다[3].
일반적으로 간접적인 방법은 치과기공실이나 기공소에서 하는 방법으로 치과에서 보내준 인상체에 석고를 부어 작업모형을 제작한 후 이를 구강 외 스캐너로 스캔하는 방식 또는 작업모형 없이 인상체를 바로 스캔하는 방식을 말한다.
그리고 직접적인 방법은 주로 치과에서 사용하는 방법으로 전용의 구강 내 스캐너를 이용하여 환자의 구강 안을 스캔과 동시에 3차원으로 디지털화하는 방식을 뜻한다.
특히, 최근에 구강 내 스캐너의 급속한 발전으로 인해 인상재를 사용하지 않고 석고 모형 또한 제작할 필요 없이 바로 디자인(Computer Aided Design, CAD)하고 제작(Computer Aided Manufacture, CAM)하는 직접적인 방법으로 전환되는 추세에 있다.
따라서 구강 내 스캐너를 통해 얻은 스캔 데이터의 정확도를 높이기 위해 정확도에 영향을 미치는 요인들을 고찰해 보고자 한다.

Ⅱ. 본론
구강 내 스캐너를 이용하여 채득한 3차원 스캔데이터의 정확도는 크게 다음과 같은 요인들에 의해 차이가 나타날 수 있다.

1) 스캐너의 스캔방식 

   
 
   
 
   
 

최근 소개되고 있는 다양한 구강스캐너는 삼각 측량법<fig.1>, 공초점 레이저 스캔(Confocal Laser Scanner Microscopy, CLSM)<fig.2>, 능동적(활성) 파면 추출(Active Wave-Front Sampling)<fig.3> 원리 등을 서로 조합하여 3D 이미지를 형성한다.
회사마다 스캔 방식의 차이가 존재하는데 그에 따른 정확도는 유의한 차이를 보인다[4].
초창기에 들어온 CEREC(Sirona)과 Fastscan(IOS Technologies)은 능동적 삼각측량법을 이용하여 이미지를 획득한다.
그리고 iTERO(ALIGN TECHNOLOGY)와 Trios(3shape)가 공초점 레이저 방식(Confocal Laser Microscopy)을 이용하는데 스캔 획득 방식이 다르다. 초창기에 나온 구강스캐너 대부분이 그렇지만 대표적으로 iTERO는 이미지(Still Image)의 사진을 찍어 컴퓨터 계산으로 이어 붙이는 방법(Stitch)으로 3차원 구조를 얻는다.

특히, iTERO 같은 경우는 스캔 데이터가 데이터 센터로 보내지면 전문가가 컴퓨터상에서 촬영된 영상을 확인하여 수동으로 사진을 정렬하고 이어 붙이는 작업을 시행하여 이미지가 형성되므로 왜곡이 생긴 경우 수정이 가능하다. 반면 최근에 개발된 구강 스캐너들은 동영상으로 촬영하듯 스캔하는 실시간 렌더링(Real Time Rendering) 방법으로 간단하게 비디오(Video) 방식이라고도 불린다.
이러한 방식은 직접 컴퓨터로 보면서 촬영된 영상을 확인하면서 스캔하기 때문에 진료실에서 잘못 촬영된 부분을 즉시 확인하고 재촬영할 수 있는 장점이 있지만, 만약 잘못 촬영되어 영상에 왜곡이 생긴 경우에는 수정이 힘들고, 숙련을 통해 정확한 촬영이 되도록 더 많은 주의가 필요하다.
대표적으로는 Trios 스캐너가 여기에 해당한다.
결과적으로는 선행연구에 따르면 스캔 방식에 따른 정확도의 차이는 연구자에 따라 다양하게 해석이 나타났지만 스캔 획득 방식(Stitch/Video)에 따른 정확도 차이는 유의한 차이가 나타나지 않은 연구가 많았다[4-6].

2) 작업자의 숙련도
그렇다면, 같은 스캐너를 비교하는 연구 결과에서도 결과값이 다르게 나타나는 원인은 작업환경(구강 내/외)의 차이가 있겠지만 작업자의 차이가 가장 클 것이다. 이러한 작업자의 숙련도에 따른 스캔 정확도와 스캔 시간에 대해 연구한 결과를 살펴보면[7], 스캐너의 차이에 따라 그의 결과 역시 달라진다는 것을 알 수 있었다.
동영상 채득 방식인 Trios 스캐너는 3~5년 차의 짧은 경력의 치위생사 그룹과 6년 차 이상의 긴 경력의 치위생사 그룹 간의 스캔 정확도가 차이가 나타나지 않았지만, 사진을 이어 붙이는 방식(Stitch)은 경력이 긴 치위생사 그룹이 저 년차 그룹보다 정확도와 스캔시간이 유의하게 높게 나타났다.
이러한 결과의 이유는 사진을 이어 붙이는 방식(Stitch)은 스캐너가 흔들리지 않고 정지된 사진을 캡처하는데 더 많은 시간이 필요로 하고 조금만 흔들려도 이어 붙여나가는 과정에 있어서 어려움이 있기 때문에 숙련도에 따른 정확도의 차이가 나타났다. 반면에 동영상 채득 방식인 Trios 스캐너는 흔들리지 않고 연속적으로 단면 영상을 촬영하는 방식이므로 자유자재로 스캔할 수 있어 초점을 맞추기 위해 특정 거리나 각도를 유지할 필요가 없으므로 숙련도에 따른 정확도는 유의한 차이는 나타나지 않았지만 스캔 시간은 스티지(Stitch) 방식에 비해 단축됨을 보였다.

3) 스캔 대상 (케이스, 면적, 부위, 표면처리 등)

   
 

스캔하는 대상의 재질과 표면 상태, 스캐너의 시야각(Field of View, FOV)<fig.4>에 따라 스캔의 정확도는 달라진다.
박주희 외 연구결과[8]에 따르면, 표면의 빛 반사가 발생하는 재료의 경우 빛 반사가 발생하지 않는 재료에 비해 정확도가 낮은 스캔 이미지를 얻을 수 있었고, 비교적 편평하고 균일한 표면을 가진 대상이 불규칙하고 거친 표면보다 우수한 스캔 이미지 획득이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

또한 모델 스캐너보다 FOV 범위가 좁은 구강스캐너는 스캔 범위가 넓은 고정성 보철물 케이스를 제대로 인식하지 못한다는 것을 보여주었다. 또한 스캐너마다 스캔 이미지 재현율의 차이가 다름을 알 수 있었다.
FOV가 비교적 넓은 Trios3의 경우 작은 크기의 인레이 같은 케이스를 한 번에 정확한 이미지 표현이 가능하지만 CS3500의 경우 좁은 FOV의 영향으로 좁고 둥근 양형과 음형의 단순 패턴의 반복 및 기준점이 없는 형상을 재현하지 못한 것으로 판단되었다.

그러나 CS3500의 경우 Trios3에 비해 각진 형태의 구조를 잘 반영하였는데 그 이유는 각지고 반복적인 패턴의 형상을 스캔할 때, 비교적 좁은 FOV와 분할 상 자동 캡처 방식의 결함으로 적절한 기준점을 찾아내어 비디오 방식의 Trios3보다 우수한 스캔 이미지를 얻을 수 있는 것으로 보인다.
그러나 구강 내 환경은 각진 형태보다 자유 곡면인 자연치가 존재하고, 임플란트 치료를 할 경우 결손 부위의 잔존치조제와 임플란트 어버트먼트의 형태를 인식하기엔 좁은 FOV보단 비교적 넓은 FOV를 지닌 구강스캐너를 사용하는 것이 더 우수한 스캔 이미지를 획득할 수 있을 것이다.

이러한 이유로, 구강 내 스캐너를 사용하는 환자 케이스에 따라 스캔 정확도가 차이가 나타날 수 있다.
최근에는 일반적인 고정성 보철물의 경우 외에도 국소의치와 총의치 제작이 CAD/CAM으로 가능하기 때문에 소수 잔존치만 존재하거나 무치악의 환자 케이스가 증가하였다.
따라서 이와 같은 케이스의 경우 유치악과는 같은 스캐너를 사용했다 할지라도 스캔의 정확도가 매우 차이가 나타날 수 있다.
Hironari Hayama의 연구에 따르면[9], 하악 소수 잔존치의 Kennedy Class Ⅰ과 Ⅲ의 모델을 스캔하였을 때 두 경우 모두 같은 스캐너를 사용하더라도 FOV(Field of View, Scanning range)가 넓은 tip을 사용한 경우가 작은 tip을 사용한 경우보다 높은 정확도를 보였다고 한다.

Ⅲ. 결론
본고에서는 최근 구강스캐너에 대한 관심과 사용이 증가하면서 구강스캐너로 채득된 스캔이미지의 정확도에 미치는 요인들에 대해 살펴보았다.
먼저 사용하고 있거나 사용 예정인 스캐너의 스캔 방식과 주의점 등을 먼저 비교하고 터득한 후, 그에 따른 반복된 숙련을 통해 높은 정확도를 채득할 수 있는 방법을 터득해야 할 것이다.

   
 
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