[최신 치의기공임상학술논문] 제조 방식에 따른 지르코니아 개 보철물의 정확도 비교(Pilot test)

Abstract
Purpose: The aim of this study was to compare the accuracy of zirconia dog prostheses fabricated by milling and printing methods. 
Materials&methods
In this study, a resin model of medium-sized dog was used as the study model, and a 4th premolar was set as the abutment. The crown was designed in the same shape as the contralateral teeth using the mirroring function of CAD software. The crowns were fabricated using a milling machine(MI group) and a 3D printer with DLP printing method(PR group) (n=10). All crown scan files were used to compare the accuracy of the external, internal, and marginal areas using a 3D analysis program. The Shapiro-Wilk test was used to assess normality, and the Mann-Whitney U test was performed to determine statistically significant differences. 

Result: For both trueness and precision, a statistically significant difference between groups was observed only in the internal area. 

Conclusion: Since no statistically significant differences were found between the MI group and the PR group in areas other than the internal surface, printing can also be considered clinically acceptable for use. Key words: 3D printing, Accuracy, Digital light processing(DLP), Dog’s teeth, Zirconia 

1. 서론
반려동물의 수명이 연장되고 구강 건강에 대한 관심이 높아지면서, 수의치과 영역에서 보철 치료의 중요성이 증가하고 있다. 개는 음식 섭취와 방어 행동 등 일상 활동에서 치아의 기능 의존도가 높기 때문에 손상 시 통증으로 인한 생활의 질 저하와 기능적 장애가 발생한다. 이러한 배경에서 개 보철물의 제작은 단순한 기능 회복을 넘어 동물 복지 및 삶의 질 향상에 기여하는 임상적, 윤리적 가치를 지닌다. 특히 개의 해부학적 구조와 교합 특성은 인간과 다르기 때문에, 개 전용 보철물의 생체역학적 설계와 제조 기술 확립이 필수적이다. 

치과 분야에 Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing(CAD/CAM) 시스템이 도입되면서, 보철물 제작의 정밀도와 제작 효율성을 크게 향상시켰다. 디지털 설계를 기반으로 한 밀링 방식은 가소결된 지르코니아 블록을 절삭하여 보철물을 제작할 수 있어 현재 임상에서 많이 사용되고 있다. 그러나 재료 손실이 많고 공정의 자유도가 낮다는 한계가 있다. 이에 비해 3d 프린팅 기술은 복잡한 형상을 구현할 수 있으며, 재료 효율성과 설계 자유도가 높아 최근 치과 분야에 빠르게 확산되고 있다. 

하지만 프린팅 방식은 공정 중 소결 수축, 층간 결합력, 표면 거칠기 등으로 치수 정확도가 불안정 하다는 점이 보고되었다. 따라서 밀링과 프린팅으로 제작된 보철물 간의 정확도 비교 연구는 디지털 치과기공의 신뢰성 확보를 위해 필수적이다. 
따라서 본 연구는 밀링 방식과 3d 프린팅 방식으로 제작한 지르코니아 개 보철물의 크라운의 정확도를 비교함으로써, 반려동물용 보철물의 디지털 제조 공정 최적화와 임상 적용 가능성을 탐색하고자 한다. 

2. 재료 및 방법
1) 시편 제작
본 연구에서는 중형견 레진 모델을 연구모형으로 사용하였으며, 하악 제4소구치를 지대치로 설정하였다. 스캐너(E4, 3Shape, Denmark)를 이용하여 모형을 스캔 후 CAD software(3Shape Dental Designer, 3shape, Denmark)의 미러링 기능을 이용하여 반대편 치아와 동일한 형태로 크라운을 디자인하였다. 디자인 파일은 Standard Tessellation Language(STL)형식으로 변환하여 저장하였고, 각각의 슬라이스 소프트웨어에서 G-code를 생성하였다. 

크라운은 밀링(MI group) 및 DLP 프린팅 방식(PR group)을 이용하여 제작하였으며, MI 그룹은 대조군으로, PR 그룹은 실험군으로 설정하였다.  MI 그룹은 지르코니아 블록(Perfit ZR, Vatech, KOREA)을 사용하여 밀링머신(ZX-5SD, Manix, KOREA)으로 시편을 제작하였으며, PR 그룹은 지르코니아 슬러리(INNI-CERA, AON, KOREA)를 사용하여 DLP 프린터(ZIPRO, AON, KOREA)로 시편을 제작하였다. 

2) 정확도 평가
시편 제작 후 스캐너(E4, 3Shape, Denmark)를 이용하여 스캔 후 STL 형식으로 변환하여 저장하였다. 모든 스캔 파일은 3차원 분석 프로그램(Geomagic control X, Geomagic Gmbh, Germany)을 이용하여 외면, 내면, 마진 영역으로 나누어 평가를 진행하였다. 정확도 측정은 모든 스캔 파일을 초기정렬과 최적정렬로 중첩한 후 Root Mean Square(RMS) 값을 이용하여 분석하였다. 분석 후 정성적 평가 지표를 Color-difference map으로 나타내었다. 최대 및 최소 편차는 ±50μm로 설정하였고, 공차는 10μm로 설정하였다. 양(+)의 편차는 빨간색으로, 음(-)의 편차는 파란색으로, 편차가 0인 부위는 초록색으로 나타내었다.

3) 통계 분석
통계 분석은 SPSS statistical software(IBM SPSS 26.0; IBM, Armonk, NY, USA)를 사용하였으며, 정규성 검정을 위해 Shapiro-Wilk 검정을 실시하였다. 정규성 검정 결과 정규분포를 만족하지 않아 비모수 통계 방법인 Mann-Whitney U 검정을 시행하였고 통계적 유의수준은 0.05로 설정하였다(α=0.05).

3. 결과 

Fig1. Trueness comparison of RMS values of MI group and PR group for external, internal and marginal surfaces. * Statistically significant difference (p < 0.05), MI: Milling group, PR: 3d printing group. (Unit:㎛)

진실도 측정 결과, 외면 영역에서 진실도 평균값은 MI 그룹이 31.04㎛, PR 그룹이 34.68㎛이었고, 내면 영역에서는 MI 그룹이 26.74㎛, PR 그룹이 41.4㎛이었고, 마진 영역에서는 MI 그룹이 156.98㎛, PR 그룹이 156.6㎛이었다(Fig.1). 

Fig2. Precision comparison of RMS values of MI group and PR group for external, internal and marginal surfaces. * Statistically significant difference (p < 0.05), MI: Milling group, PR: 3d printing group. (Unit:㎛)

정밀도 측정 결과, 외면 영역에서 정밀도 평균값은 MI 그룹이 30.65㎛, PR 그룹이 26.94㎛이었고, 내면 영역에서는 MI 그룹이 9.99㎛, PR 그룹이 21.55㎛이었고, 마진 영역에서는 MI 그룹이 38.99㎛, PR 그룹이 38.66㎛이었다(Fig.2). 진실도와 정밀도 모두에서 내면 영역에서만 그룹 간에 통계적으로 유의미한 차이를 보였다. 

Fig3. Color-difference maps for trueness of external, internal, marginal surfaces. (a)External surface of MI group, (b)Internal surface of MI group, (c)Marginal surface of MI group, (d)External surface of PR group, (e)Internal surface of PR group, (f)Marginal surface of PR group.

Fig4. Color-difference maps for precision of external, internal, marginal surface. (a)External surface of MI group, (b)Internal surface of MI group, (c)Marginal surface of MI group, (d)External surface of PR group, (e)Internal surface of PR group, (f)Marginal surface of PR group.

진실도의 Color-difference map에서는 내면영역에서 PR 그룹이 MI 그룹보다 더 많은 양의 오차를 나타내었으며, 진실도와 정밀도에서는 동일하게 두 그룹 모두 외면 영역의 서포터 부착 부분에서 음과 양의 오차를 나타내었다(Fig3, 4).  

4. 결론 및 고찰
본 연구에서는 밀링 방식과 DLP 프린팅 방식을 이용하여 제작한 개 지르코니아 크라운의 내면, 외면, 마진 영역의 진실도 및 정밀도를 비교하였다.
연구 결과, 진실도와 정밀도 모두 내면 영역에서만 통계적으로 유의한 차이를 보였으며, PR 그룹이 MI 그룹에 비해 더 큰 편차를 보였다. 이러한 차이는 제조 방식의 물리적 및 재료적 특성에서 기인한 것으로 판단된다. 밀링 방식은 가소결 상태의 지르코니아 블록을 절삭하여 보철물을 제작하기 때문에 가공 중 열적 변화나 수축이 적다. DLP 프린팅 방식은 지르코니아 슬러리를 적층 및 경화한 후 디바인딩과 소결 과정을 거치며, 이 과정에서 특히 Z축 방향으로 약 15-30 µm 수준의 수축이 발생할 수 있다. 또한 이 방식에서는 DLP 방식에서는 광경화 과정 중 렌즈 왜곡과 광선의 직진성 저하로 인해 경화 정확도가 감소하고, 이에 따라 크라운의 내면 정합성이 저하될 수 있다. 본 연구에서도 동일한 DLP 프린팅 시스템을 사용하였기 때문에, 이러한 오차는 프린팅 장비의 광학 시스템 구조적 한계와 관련이 있을 가능성이 있다.

본 연구는 밀링 방식과 3D 프린팅 방식으로 제작된 지르코니아 크라운의 정확도를 비교한 파일럿 연구로서, 향후 연구에서는 프린팅 방향, 슬러리의 바인더 함량, 층 두께 등 3D 프린팅 결과물의 정확도에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 요인들을 추가 변수로 설정하여 평가할 필요가 있다. 또한 대형견의 경우 최대 1,200 N 이상의 교합력이 보고되어 있으며, 이는 보철물의 정확도뿐 아니라 내구성에도 영향을 미칠 수 있으므로, 후속 연구에서는 이러한 생역학적 요인을 함께 고려해야 한다.
현재 사람을 대상으로 한 보철물의 경우 임상 허용 기준이 제시되어 있으나, 반려동물용 보철물에 대해서는 명확한 기준이 부재한 상황이다. 따라서 향후 연구에서는 다양한 제조 조건과 임상 환경을 반영한 데이터를 축적함으로써, 반려동물 보철물의 정확도에 대한 임상적 기준을 확립하는 것이 중요할 것이다.