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[최신치의기공임상학술논문] 절삭 및 적층 가공방식을 이용하여 제작한 총의치 금속상의 적합도 분석
제로 편집팀  |  zero@dentalzero.com
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승인 2019.03.26  15:55:52
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purpose: The purpose of this study is to compare and analyze the internal fitness of the complete denture metal base made by Milling equipment and SLA equipment using 2D measurement method.
Material and method
Digital scan file of the master model is obtained using the model scanner, the metal base STL data is designed using the CAD design program. The complete denture metal base is manufactured by using the Milling and SLA machine. Tissue surface fit of metal bases were measured using a digital microscopy (at x160 magnification). 
Result
There were significant differences in the anterior and posterior surface fit between the Milling and SLA group(p<0.05). However, there was no statistically significant difference in the middle surface fit (p>0.05).
Conclusion
SLA group showed better value than Milling group. However its range could be clinically applied. since it was less than 340μm.


   
 
서론

최근 수십 년 동안 의료 기술의 발달로 평균 수명이 증가하고 고령화가 됨으로써 노인들에게 있어 치과 치료는 중요 사안이며 무치악 환자 비율이 높게 나타나고 있다. 현재 임플란트가 많이 상용화 되었지만 여러 조건으로 임플란트 수술이 어려운 무치악 환자의 경우 아직까지 총의치의 사용이 필요하다.
 총의치는 주로 poly(methyl methacrylate)(PMMA)를 사용하여 레진의치상으로 제작하여 왔다. 총의치에 주로 사용되는 Polymethyl methacrylate resin은 1937년에 최초로 소개되어졌고 현재까지 가철성 의치상의 재료로 가장 널리 사용되며 총의치 제작에 있어 필수불가결한 재료이다. 그러나, 레진 의치상은 심미적이라는 가장 큰 장점에도 불구하고 기계적 강도가 충분하지 않아 의치상 파절이 매우 흔히 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 금속상의 사용이 제안되어져 왔고 금속상은 총의치 제작에 더 좋은 결과를 주며, 환자가 총의치를 사용할 때 많은 장점을 제공한다.
금속상은 가장 일반적인 방법인 lost-wax casting technique을 통해 제작된다. Lost-wax casting technique은 내화성 모형을 제작한 후 block out과 relief 및 왁스패턴(납형)제작 등 수많은 과정을 거쳐 제작되기 때문에 노동 집약적이고 개인의 숙련도와 경험에 따라 보철물의 정확성이 틀려질 수 있다. 이러한 단점들을 치과기공계에 도입된 캐드캠 기술을 이용하여 해결해 주려고 노력하고 있고 캐드캠 시스템은 절삭가공방식과 적층가공방식으로 크게 2가지로 분류된다. 절삭가공방식은 블록의 소재를 절삭하여 보철물을 제작하는 방식으로 최종 제품에 사용되는 재료보다 많은 재료가 소모되므로 매우 낭비적이며, 이에 반해 적층가공방식은 상부에 재료를 층층이 적층하여 최종 보철물을 제작하는 방식으로 재료의 낭비가 없고 복잡한 형상을 효과적으로 재현할 수 있는 장점이 있다.
 현재 적층가공방식 중 Selective Laser Melting(SLM) 기술을 사용하여 금속상 제작을 시도한 선행연구들이 있지만 아직까지 상당한 비용이 들기 때문에 적층가공방식 중 Stereolithography Apparatus(SLA) 방식으로 소환용 레진 패턴을 만들어 통법대로 매몰하고 주조하는 것이 더 경제적이다. 또는 밀링 장비로 금속상을 직접 절삭하는 방식이 있지만 금속을 직접 절삭하는 방식은 밀링 공구의 심한 마모와 재료의 낭비가 심하기 때문에 왁스 블록을 밀링하여 통법대로 매몰하고 주조하는 것이 현재 최선의 방법이다. 따라서 본 연구는 Milling 및 SLA장비를 이용해 제작한 총의치 금속상의 내면 적합도를 2차원 측정 방법으로 비교 및 분석해본다.

연구대상 및 방법
1. 주모형 스캐닝 및 디자인
본 연구에서는 상악 무치악 모형(EDE1001-UL-UP-HM; Nissin, Japan)를 주 모형으로 선정하였다. 선정된 무치악 모형을 실리콘(Deguform; Degudent GmbH, Hanau-Wolfgang, Germany)을 사용하여 복제하고, 복제된 실리콘 음형 내에 폴리우레탄 레진(POLYUROCK; Sterngold dental, USA)을 주입하여 레진 주 모형을 제작하였다. 
   
 
그 후 준비된 모형을 모형 스캐너(D900 Scanner; 3Shape, Denmark)를 사용하여 스캔하였다. 스캔이 완료된 STL 파일을 CAD software program(3Shape Dental System; 3Shape, Denmark)으로 전송한 후, 금속상을 디자인 하였다.

2. 총의치 금속상 시편의 제작
   
 
완성되어진 STL 파일을 Milling장비(DWX-50; Roland DG Corp)와  SLA장비(ZENITH U; DENTIS Corp, South korea)로 전송한 후, 각각 5개씩 소환용 왁스 패턴과 레진 패턴을 제작하였다. 제작된 소환용 왁스 패턴과 레진 패턴에서 support를 제거한 후 통법대로 매몰(Optivest; DeguDent, Dentsply Sirona, USA)하고 소환한 후 코발트-크롬 합금(Biosil F; DeguDent, Dentsply Sirona, USA)을 용융 및 주조하여 금속상을 제작하였다. 이어서 2차원 적합도 측정 시 균일한 압력을 가해 주기 위해 wax rim을 형성해주었다. 

3. 2차원 변연 적합도 측정
   
 
내면 적합도는 silicone replica technique을 이용하여 측정하였다. 이를 위해 먼저 연질 실리콘(Aquasil Ultra XLV; Densply DeTrey GmbH, Konstanz, Germany)을 금속상 내면에 균일하게 주입하고 주 모형에 적합시킨 후 2kg의 정적 하중을 9분동안 가하여 경화시켰다. 실리콘이 경화된 다음 금속상을 모형에서 분리하고 boxing wax를 사용하여 모형을 boxing한 후 연질 실리콘 film층 위에 경질의 실리콘(Dublisil 30; Dreve Dentamid Gmbh, Germany)을 부어 경화시킴으로써 안정성을 부여하였다.
최종적으로 실리콘 몰드를 전방(견치 부위), 중앙(제1대구치 부위), 후방(제2대구치 부위)에서 절단한 뒤, Digital microscope(KH-7700; Hirox Europe, Tokyo, Japan)를 사용하여 tissue surface fit을 측정하였다(Fig. 3).  측정부위는 절단된 3개의 부위에서 3개의 포인트를 측정하였다. 3개의 포인트는 정중구개봉합선(A), 좌·우 잔존치조제 정상과 정중구개봉합선 사이의 중앙점(B,C)이었다(Fig. 4).

4. 통계분석
   
 
내면 적합도를 측정한 결과 값은 통계프로그램(IBM SPSS Statistics 24; IBM SPSS Inc, Chicago, IL, USA)을 사용하여 분석하였다. 정규성 검정을 실시하였으나 Levene의 등분산검정을 만족시키지 못해, 비모수 검정인 Mann-Whitney U test를 실시하였다. 통계적 판단 여부를 위해 제 1종 오류의 수준을 0.05로 설정하였다.
   
 
Anterior surface fit에서는 Milling group이 310.29±36.96μm, SLA group이 209.59±22.66μm로 나타났으며, 두 그룹은 통계적으로 유의한 차이를 보였다(P<0.05). Middle surface fit에서는 Milling group이 272.87±15.06μm, SLA group이 227.70±26.38μm로 나타났으며, 두 그룹은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(P>0.05). Posterior surface fit에서는 Milling group이 284.03±23.03μm, SLA group이 176.65±7.67μm로 나타났으며, 두 그룹은 통계적으로 유의한 차이를 보였다(P<0.05).

고찰
현재 치과 분야에서 CAD/CAM을 활용하여 고정성 보철물을 만드는 것은 많은 상용화가 되었지만 가철성 보철물의 제작에는 아직까지 많은 어려움이 있고 상용화에 있어서 많은 시도와 개선이 필요하다.
본 연구에서는 임상적 적용 가능성을 판단하기 위해 내면 적합도를 측정하였고, 이때 사용된 측정 방식은 silicone replica technique이다. 총의치의 적합도 측정에는 기존 문헌에서 소개한 여러가지 방식들이 있었다. 대표적으로 의치를 모형에 적합한 후 절단하여 내면의 gap을 측정하는 방식이 있는데 이 방식은 시편과 모형을 절단하므로 번거롭고 시편과 모형의 손상이 발생하는 큰 단점이 있다. 그러나 silicone을 이용한 silicone replica technique에서 라이트 바디의 두께는 총의치와 모형 사이의 간격을 나타내며 라이트 바디의 두께가 적을수록 총의치의 유지력이 좋다는 것을 의미한다.
기존의 선행연구에서 Wu J 는 laser rapid forming (LRF)방식으로 제작한 티타늄 금속상과 무치악 모형 사이에서 가상 적합을 실시하였고 340μm의 적합도 범위를 찾아냈다. 본 연구의 결과에서는 SLA group이 Milling group보다 내면 적합도가 전반적으로 모두 우수하게 나타났다(Table 1). 이러한 원인은 Milling 장비는 굴곡이 큰 복잡한 형상을 제작할 때 milling bur의 접근이 불리하고 이에 반해 SLA 장비는 적층가공방식의 가장 큰 장점인 복잡한 모형을 세밀하게 재현이 가능하다는 점 때문에 Milling 장비를 이용하여 제작한 금속상이 SLA 장비를 이용하여 제작한 것보다 적합도 값이 높게 나타났다고 생각된다. 그러나 결국 두 그룹 모두 내면 적합도 값이 모두 임상 허용범위인 340μm 이내로 측정되었으며, 안정적인 수치를 보여주었다(Table 1). 본 연구에서의 한계점은 캐스팅을 통해 보철물을 제작할 때 오차가 발생할 수 있다는 점과 실험 시편의 개수가 적어 임상적 가치를 규명하기 어려운 점이 있다.
 

결론
SLA group의 내면 적합도 값이 Milling group보다 전반적으로 더 좋은 결과 값을 보였으며, 두 그룹 모두 임상적으로 적용 가능한 값을 나타냈다.
그러나 향후 시편의 개수를 늘려 신뢰성을 확보하고 캐스팅 오차를 줄이기 위해 일정한 조건을 잡아주기 위한 추후 연구가 요구된다.

참고문헌

① Jagger DC, Harrison A, Jandt KD. The reinforcement of dentures. Journal of oral rehabilitation. 1999 Mar;26(3):185-94.
② Belfiglio EJ. Using metal bases in making complete dentures. Journal of Prosthetic Dentistry. 1987 Sep 1;58(3):314-7.
③ Wu J, Gao B, Tan H, Chen J, Tang CY, Tsui CP. A feasibility study on laser rapid forming of a complete titanium denture base plate. Lasers in medical science. 2010 May 1;25(3):309-15.
④ Nagai E, Otani K, Satoh Y, Suzuki S. Repair of denture base resin using woven metal and glass fiber: effect of methylene chloride pretreatment. The Journal of prosthetic dentistry. 2001 May 1;85(5):496-500.

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