스캔 전용 석고로 제작된 치과용 모형의 표면조도 관찰 연구
A study on observation of the surface roughness of dental models fabricated by scannable dental stone
치과캐드캠기자재 품질평가연구회
고려대학교 보건과학대학 보건과학연구소
Abstract
The purpose of this study was to investigate the surface roughness of type Ⅳ stone and scannable dental stone. Materials used were a type Ⅳ stone(Fujirock EPⓇ, Die keenⓇ), scannable dental stone(aesthetic-basegoldⓇ, EverestⓇRock). Five specimens per experimental group were prepared according to manufacturer’s direction. Surface roughness of specimen was measured using SV-3000S4(Mituyoto, Tokyo, Japan). The measurement was based on the standard of JIS1994. After measuring the surface roughness, the surfaces of all the samples were subject to multi-focus observation using a digital microscope(HK-7700, HIROX, Tokyo, Japan) at its original magnification(×20) to observe the surface roughness pattern through 3D observation and analysis. The mean and standard deviations of each reference point were analyzed using one-way ANOVA and Scheffe Poc Hoc test. The program used to handle statistical analysis was SPSS 20.0 and the significance level was set at 0.05.
Ⅰ. 서론
환자의 구강 내 환경을 정확하게 인상채득하고 인상체를 이용하여 인접치아와의 관계를 정확하게 재현하는 석고모형을 제작하는 것은 보철물 제작 시 매우 중요한 과정이다.1) 정확하고 견고한 작업모형을 제작하기 위해서는 석고 제품의 경화 반응 시에 나타나는 물리적 특성 및 경화반응이 완료된 후의 기계적, 화학적 특성을 충분히 인지하고 있어야 하며, 인상재의 수축량을 보상할 수 있는 석고제품을 선택하여야 하고, 모형 제작 시 사용이 용이하고 기포가 없어야 한다.2)
치과 보철물을 제작하기 위해 널리 사용되고 있는 모형재로는 Type Ⅳ(초경 석고)가 있다. 조작이 쉽고 가격이 저렴하며 탄성 인상재에 적합하므로 널리 사용되고 있는데, 본래 색상은 흰색이지만 노란색, 담황색, 녹색, 회색 등으로 착색을 시켜 시판되고 있다. 치과 CAD/CAM을 이용한 수복물의 제작 빈도가 늘어가는 최근 경향에 따라 최적의 작업 모형 스캐닝을 위한 scannable 석고가 출시되어 현재 세계적으로 널리 판매되고 있다. 이는 기존의 치과용 석고에 비해 광택이 없으며 미세기포를 최소화하고, 극미세 분말로 재현성이 뛰어난 모형재로 알려져 있으며, 제조사에서 스캔 전용 석고를 판매할 때 Type Ⅳ과 비교하여 홍보를 하고 있다. 대부분의 스캔 전용 석고는 매우 낮은 팽창량(0.07%)를 보이며 작업시간도 길고, 경화시간은 여유가 있다는 차별성을 두고 있다. 또한 매우 부드러운 표면과 매우 낮은 표면 조도를 보이기에 최상의 스캔 능력을 보인다고 설명하고 있으며, 체적 안정성과 견고성도 Type Ⅳ 석고보다 우수하다는 주장을 하고 있다.3,4)
정밀한 보철물 제작을 위하여 모형재는 특정한 요건을 만족시켜야 하며, 모형재의 기본요건으로는 인상재와의 적합성, 적절한 경화시간, 체적안정성, 높은 압축강도, 미세부 재현성, 표면경도, 마모저항도, 조작의 용이성과 무독성, 표면조도 등5,6)을 들 수 있다. 표면조도는 보철물의 변연 및 내면 적합도에 영향을 미치는 요소이기 때문에 모형재가 매끄럽고 부드러운 표면을 가져 거친 표면으로 인한 불필요한 내면 조정과정을 생략할 수 있는 것이 이상적이다. 특히 변연부의 거친 표면은 변연의 완벽성을 떨어뜨리게 되므로 인상체에서 기인한 부드러운 표면을 그대로 재현해 내는 표면 조도를 가지는 재료의 선택이 중요하다.7) 하지만 이에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 현재 치과기공 임상분야에서 널리 사용되고 있는 두 종류의 스캔 전용 석고와 두 종류의 초경 석고를 선정하고, 표면조도를 측정하여 평가해보고자 한다. 이 과정을 통하여 특수한 목적으로 개발된 스캔 전용 석고에 대한 정량적, 정성적 비교분석을 통해 임상 효용성을 규명하고자 한다.
Ⅱ. 연구방법 및 재료
1. 주 모형 및 석고 모형 제작
주 모형의 제작을 위해 표준 형태의 전악 치아 모형(AG-3, Frasaco GmbH, Terrnang, Germany)을 선정한 후 지대치를 형성하였다. 지대치 형성을 위해 해당 치아마다 치축면은 1mm, 교합면과 절단면은 1.2mm offset을 부여하는 동시에 축벽의 각도는 5도를 부여하였다. 변연의 디자인은 rounded-chamfer type으로 설정하였다. 저장된 STL 파일을 가공장비 (Arum DEG 5X, Doowon, Daejeon, Korea)를 이용하여 티타늄 절삭 공정으로 주 모형을 제작하였다(Figure 1).
작업 모형을 제작하기 위해 티타늄 주 모형을 복제용 실리콘(DeguformⓇ, DeguDent GmbH, Hanau-wolfgang, Germany)을 이용하여 몰드를 제작하였다. 제작된 복제주형 내면에 wetting agent (PicosilkⓇ, Renfert, Hilzingen, Germany)를 도포한 후, 2종의 Type Ⅳ 치과용 석고인 Fujirock EPⓇ(GC Europe N.V, Leuven, Belgium), Die KeenⓇ(Heraus Kulzer INC, NY, USA)와 2종의 스캔 전용 석고인 aesthetic-basegoldⓇ(Dentona, Detmold, Germany)와 EverestⓇRock(Kavo Dental GmbH, Biberach, Germany)를 제조사의 지시에 따른 혼수비(W/P)로 vacuum mixer system를 이용하여 30초간 혼합한 후 vibrator 상에서 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 넣고 1 시간이 지난 뒤 복제주형에서 석고 모형을 분리하였다(Table 1). 각 석고의 종류마다 다섯 개의 모형을 제작하였으며, 제작된 석고 모형은 측정을 시행하기 전에 22℃±2℃의 온도와 45%±5% 습도의 항온항습이 유지되는 곳에서 24시간 보관하였다(Figure 2).
2. 석고모형 표면조도 측정 및 관찰
측정기는 접촉식 표면 조도기(SV-3000S4, Mitutoyo, Tokyo, Japan)를 이용하였다. 작업 모형 하방 원기둥 형태의 시편 표면 거칠기 측정 시, 측정할 면을 위쪽으로 향하게 한 뒤 고정될 수 있도록 fixation jig를 사용하여 고정시키고 set meter 계기판에 영점이 표시되도록 vertical movement handle을 돌려 stylus의 수직적인 위치를 맞추었다.
측정 조건은 Stylus: 1.2, Measurement length: 1.69mm, Speed: 0.05mm/s, Filter: Gaussian로 하였으며, 측정 장비는 JIS1994 표준을 근거로 측정하고, 그 값을 보정하였다.
표면조도를 표시하는 방법에는 Ra(Roughness average, 중심선 평균 거칠기), Rq(Root mean square, 자승 평균 평방근 거칠기), Rmax(Ten point height of irregularities, 10점 평균 거칠기), Rt
(꼭지점과 골까지의 최대수직거리)등이 있는데 본 연구에서는 가장 대표적인 표면조도 지표로 많이 사용되고 있어 안정적이며 쉽게 적용할 수 있는 Ra 값을 사용하였으며, 각 작업 모형 시편 당 5회씩 각각 다른 부위의 표면조도를 측정한 뒤 평균값을 구하였다. 표면조도 측정 후에 모든 시편의 표면을 digital microscope(HK-7700, HIROX, Tokyo, Japan)의 Multi Focus을 이용하여 original magnification(x20)에서 3D observation and analysis을 통해 표면조도의 양상을 관찰하였다.
3. 통계 분석
IBM SPSSⓇ Statistics ver. 20.0 for Windows(SPSSⓇInc., IBM Company, Chicago, USA)를 이용하여 통계 분석을 실시하였다. 접촉식 표면조도기를 통해 총 20개의 시편에서 측정된 각 그룹의 표면조도의 평균과 표준편차를 계산하였으며, 정규성 검정 결과를 토대로 모수 검정인 one-way ANOVA를 시행한 후 Scheffe 사후검증(Poc Hoc Test)를 실시하여 실험 결과를 분석하였고, 제 1종 오류수준은 0.05로 하였다.
Ⅲ. 결과
각기 다른 종류의 치과용 석고 표면 조도의 실험군에 따른 차이는 비교적 크지 않았다. 석고의 종류에 따라 표면조도의 차이가 있는지를 알아본 결과, 유의수준 0.05에서 P값이 0.037로 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 동질한 집단을 알기 위한 Scheffe 사후 검증 결과 SCAN1(m=0.07), SCAN2(m=0.08), TY1(m=0.10), TY2(m=0.11) 순으로 측정되었으며, SCAN1과 SCAN2 실험군과 TY1과 TY2 실험군이 동질적인 집단으로 나타났다(Table 2).
디지털 전자 현미경의 Multi-focus을 이용하여 20배율로 관찰한 결과, Type Ⅳ 석고의 표면 꼭지점과 골까지의 최대 수직거리가 가장 두드러지게 관찰되었으며, 스캔 전용 석고 실험군이 Type Ⅳ 석고 실험군에 비해 매끄러운 것으로 나타났다(Figure 3).
Ⅳ. 고찰 및 결론
수월한 기공작업과 정확한 최종 수복물의 제작을 위해 환자의 구강 내 해부학적인 상태를 정확히 재현하는 것이 치과용 오형재의 가장 중요한 요구사항 중 하나이다.
ADA Specification No. 25에 따르면 치과용 모형재는 0.2%의 팽창이 발생할 수 있으며, 작업 모형의 변위에 상당한 영향을 줄 수 있다고 하였다.8) 더구나 상, 하악 치아의 악궁을 재현한 석고모형은 상대적으로 작은 크기로 치아의 입체적인 구조나 undercut 존재, 악궁형태의 다양성 등으로 미세 재현성과 체적 안정성이 뒷받침되어야 하기에 적절한 치과용 모형재의 선택이 중요하다 할 수 있다. 구강 내에서 정밀한 수복물을 얻기 위해 정확한 작업모형의 제작은 치과 기공작업의 출발점이다.9)
작업 모형을 제작한 후 3D dental scanner를 통해 스캐닝 과정을 거쳐서 얻어진 3차원 디지털 모형은 전용 소프트웨어를 통해 오차 값을 분석한다. 이러한 치과 CAD 시스템은 환자의 진단 및 수복물 제작의 디자인을 위해 사용되고 장소와 시간의 제약을 받지 않는다. 또한 데이터를 복사하고 전자우편을 통해 전송함으로써, 여러 사람이 공유할 수 있고 파절이나 분실을 막을 수 있는 장점이 있다.10) 그러나 이러한 장점이 있더라도 3차원 디지털 모형의 해상도나 정밀도가 떨어진다면 사용에 많은 제약이 따를 것이다. 따라서 환자에게 적용할 수복물이나 장치물을 제작하는데 바탕이 되는 3차원 디지털 모형은 정밀도와 재현성이 더욱 많이 요구된다. 수복물의 정확성은 채득된 인상에 의하여 좌우되므로 3차원 디지털 모형 및 작업모형의 정확성은 제작될 수복물에 절대적인 영향을 미칠 것이 자명하기 때문이다.
이에 본 연구는 네 가지 다른 종류의 치과용 석고로 작업 모형을 만들어 표면조도를 측정하여, 특수한 목적으로 개발된 스캔 전용 석고의 우월한 임상적 효용성을 평가하고자 했다. 치과용 석고의 표면조도를 측정한 결과 각 동일한 실험군의 제품은 거의 유사한 결과 값을 보였으나, TY 실험군과 SCAN 실험군에서는 표면조도의 차이를 보였다(p<0.05). 본 연구는 현재 임상적으로 널리 사용되고 있는 Type IV 석고와 스캔 전용(scannable) 석고를 이용하여 작업 모형을 제작하여 표면조도를 측정하여 임상적 효용성을 규명하였다. 스캔 전용(scannable) 석고가 Type IV 석고와의 표면조도의 결과값의 차이가 미세하게 있었으나, 기존 석고보다 차별화된 우월성을 검증하기는 부족하였다. 특수한 목적으로 개발된 스캔 전용(scannable) 석고에 대한 심층적인 분석과 보다 원활한 임상 적용을 위해 좀 더 다양한 연구들이 이어져야 한다고 생각된다. 임상적 허용 가능성을 자세히 논하기 위해서는 CAD 상의 디지털화된 모형에 대한 직접적인 데이터 비교 연구가 먼저 선행되어야 할 것이다. 이러한 실험을 바탕으로 끊임없는 연구가 계속 이어진다면 기존에 널리 임상에서 사용되던 Type IV 석고에 비해 스캔 전용(scannable) 석고에 대한 선호도와 신뢰도가 높아질 것으로 생각된다. 비록 국내 연구 상황은 아직 활성화되어 있지 않으나 보다 정확하고 안정적인 치과 CAD/CAM을 이용한 수복물 제작을 위해서는 추가적인 연구에 관심을 가져야 하겠다.
참고문헌
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