[QDT 임상] IOS의 스캔 정밀도 보정을 위한 한 가지 팁
Feature article #2
IOS의 스캔 정밀도 보정을 위한
한 가지 팁
스캔 범위가 넓은 자연치 증례와 다수의 임플란트 증례의 repositioning
시마무라(島村亮平)
치과기공사: 타니오 치과클리닉/大阪府大阪市中央.南船場2-4-1 美貴ビル2F
타니오(谷尾和正)(감수)
치과의사: 타니오 치과클리닉
서론
2017년 의료기기 제조판매 승인을 취득한 구내스캐너(Intra Oral Scanner: IOS)는 시장점유율을 확장해 가며 현재 수많은 치과의원에서 사용되고 있다.
IOS는 출시될 때부터 정밀도에 관한 다양한 주제가 주목을 받았는데 현재는 올바른 스캔 방법이 체계적으로 잘 정리되어 있다.
IOS가 진화해 스캔 범위가 좁은 치아 1개 단위의 보철치료도 인상재를 사용한 기존의 인상채득과 동일한 수준의 정밀도를 달성할 수 있게 된 것은 잘 알고 있는 사실이다. 한편 전악수복처럼 광범위한 치열을 스캔하는 경우 왜곡이 발생할 수 있으므로 데이터 보정이 필요하다.
또한 다수의 임플란트가 식립되어 연결이 필요한 증례에서 passive fit을 달성하려면 IOS 스캔과 함께 기존 방법처럼 verification index를 채득한 후 데이터를 매칭해 임플란트 위치를 보정해야 한다.
지금까지 다양한 보정 방법이 제안되었는데 현재 필자의 의원은 광범위한 스캔이 필요한 자연치 증례의 왜곡을 보정하는 방법, 다수의 임플란트가 식립된 임플란트 브릿지 증례에 verification index를 사용해 임플란트 위치를 보정하는 방법을 임상에 활용해 좋은 결과를 거두었기에 이번 기회에 소개하려고 한다.
IOS의 왜곡 검증
IOS의 스티칭
IOS를 사용하는 구내 스캔은 기존 아날로그 방식의 인상채득에서 발생하는 중합수축이나 인상 철거 시 변형, 석고의 경화 팽창에 따른 재료의 형태 변화에 영향을 받지 않는다. 그러나 IOS는 내장 카메라로 촬영한 좁은 범위의 데이터를 짜깁기하는 스티칭이라는 작업이 필요하기 때문에 그로 인해 섬세한 오차가 발생한다. 또한 이 오차는 스캔 범위가 넓을수록 크고 데이터 왜곡도 증가한다(그림 1).
필자가 임상에서 느끼는 것은, 스캔 범위가 좁거나 자연 지대치 단관이나 연결 고정하지 않는 소수치 증례, 싱글 임플란트는 IOS 스캔만으로 수준 높은 정밀도를 달성할 수 있지만 다수치 보철처럼 스캔 범위가 넓으면 IOS 데이터도 크게 왜곡되어 대책을 세우지 않으면 정밀도 높은 보철장치를 제작할 수 없다.
IOS의 왜곡 검증 ① 스캔 범위
간단히 검증해 보았다. 먼저 단관 레벨에서 IOS 데이터와 실리콘 인상재를 사용해 인상을 채득한 후 석고모형을 제작해 기공용 스캐너로 스캔한 데이터를 CAD 소프트웨어 상에 매칭했더니 높은 정밀도로 일치했고, 절연은 오히려 실리콘 인상재가 팽창해 IOS 데이터가 더 우수했다(그림 2).
다음은 소수치 증례를 IOS로 스캔한 데이터와, 실리콘 인상재를 사용해 편악만 인상을 채득한 후 석고모형을 제작해 기공용 스캐너로 스캔한 데이터를 CAD 소프트웨어 상에 매칭했다. 두 데이터에 큰 차이가 없었다(그림 3). 스캔 범위가 좁으면 IOS로 스캔해도 실리콘 인상재를 사용했을 때와 거의 차이가 없는 정밀도를 발휘했다.
다음은 full arch를 IOS로 스캔한 데이터와 실리콘 인상재로 채득한 후 석고모형을 제작해 기공용 스캐너로 스캔한 데이터를 CAD 소프트웨어 상에 매칭했더니 두 데이터 간에 큰 차이가 있었다(그림 4). 이것은 스티칭에 의한 오차의 누적이 스캔 범위의 확대와 함께 발현한 것으로 볼 수 있다.
IOS 왜곡 검증 ②
IOS는 스캔하는 대상에 따라서도 왜곡 정도가 달라진다. 예를 들면 결손되어 치조제가 광범위하게 존재하는 경우 치조제는 치관부보다 평탄하고 형태가 단순하기 때문에 스티칭의 오차가 커질 수밖에 없다.
또한 구내와 석고모형을 비교하면 석고모형을 스캔한 데이터가 왜곡이 더 적다(그림 5, 6).
안정적인 환경에서 단일 재료인 석고모형을 스캔하는 것과 구내 스캔을 비교하면 구내에는 반사율이 다른 재료가 존재하고, 협점막과 입술, 혀, 타액의 존재가 오차를 더 크게 만드는 원인을 제공한다. 특히 치조제부의 타액을 완벽하게 배제하기는 어렵다.
스캔 범위가 좁으면 IOS 데이터의 왜곡은 적다.
스캔 범위가 확대되면 IOS 데이터는 더 왜곡된다.
구내와 석고모형을 비교하면 구내 스캔의 왜곡이 더 크다
자연치 치열에 대해 repositioning용 3D 프린팅 인덱스
자연 지대치도 스캔 범위가 넓은 브릿지나 전악에 대해 스티칭에 기인하는 오차를 보정해야 한다.
IOS의 스캔 데이터와 실리콘 인상재로 채득해 제작한 석고모형을 CAD 소프트웨어 상에 매칭해 오차를 보정하는 방법도 일반적인데 필자들은 기존 방법에서 사용하는 메탈 인덱스를 3D 프린트에 응용하는 방법을 찾아 실천하고 있다. 이 방법은 실리콘 인상재로 인상을 채득할 필요가 없고, 작업 중에 구내 시적이 가능해 높은 평가를 받는다. 자세한 제작법을 소개하겠다.
3D 프린팅 인덱스 제작
먼저 이 방법에만 국한된 내용은 아니지만 단관은 물론 어떤 증례든 finish line이 선명한 상태에서 스캔해야 한다. 치은이 finish line을 덮는 환경이라면 실리콘 인상재로 인상을 채득할 때처럼 압배사를 사용해야 한다(그림 7).
CAD 소프트웨어 상에 마진 선을 그리고 내면 공간을 확보한다(그림 8). 그 후 3D 프린팅 재료가 변형되지 않고, 깨지지 않을 정도의 두께를 가진 코핑 형태를 디자인한다. 본원에서는 두께가 1mm 이하가 되지 않도록 한다.
다음은 어태치먼트를 사용하고 구내 작업 시 매칭이 용이한 형태, 요철면 등의 매칭 포인트를 협측에 설정한다(그림 9). 구내에서 불필요한 영향을 받지 않는 형태가 되어야 한다. 구체적으로 설명하면,
① 인접치아와 접촉하지 않는다
② 인덱스 사이에 공극을 설계한다
③ 치은에 영향을 받아 튕기지 않도록 결손 치조제부에 접촉시키지 않는다
④ finish line이 치은연하에 오는 경우 치은에서 노출하는 형태를 convex하게 디자인하지 않는다.
또한 3D 프린터로 프린팅할 때 지지가 필요한데 매칭 포인트로 사용하고 싶은 부분에 지지대를 세우면 디자인 형태가 훼손되므로 순측을 피해 세운다(그림 10).
좁은 범위 내 높은 IOS 스캔의 정밀도, 그리고 내면 공간의 값 설정 등을 검증해야겠지만 3D 프린터로 프린팅된 인덱스의 높은 적합정밀도(그림 11) 이 2가지가 이 방법의 핵심이다.
실제로 3D 프린팅 인덱스를 사용한 증례를 공람하려고 한다.
Finish line이 선명한 상태에서 스캔한다.
3D 프린팅 인덱스 디자인
3D 프린트의 높은 적합성
repositioning용 3D 프린팅 인덱스를 사용한 증례
초진~초기 치료
환자는 초진 시 53세 여성. 다른 의원에서 provisional restoration을 장착했는데 저작불량을 호소하며 2차 의견을 구하기 위해 본원을 내원했다(그림 12, 13). 악위가 불안정하고 하악 양측 제1대구치부에 임플란트를 장착하고 있었다.
먼저 진료측에서 primary provisional restoration을 제작하고 장착했다(그림 14). 그 상태에서 악위를 모색하면서 파이버 포스트 코어를 재구축했다.
3D 프린팅 인덱스 제작과 구내 시적
초기치료 후 secondary provisional restoration 제작용 인상채득에 들어가는데 finish line을 선명하게 하기 위해 압배사로 치은 사이 공간을 확보하고 압배사를 배제한 후 즉시 그 부위를 스캔한다(그림 15). 상하악 치열을 스캔하고 바이트 정보도 동시에 스캔한다.
스캔 데이터를 토대로 기공측에서 repositioning용 3D 프린팅 인덱스를 설계한다(그림 16). CR(centric relation: 중심위) 바이트를 스캔할 때 상하악의 3D 프린팅 인덱스와 자연치 사이 간극이 크면 스캔이 불안정해지므로 설계할 때 높이에 주의한다.
프린트한 3D 프린팅 인덱스를 구내에 시적하고 적합 상태에 문제가 없다면 인접하는 3D 프린팅 인덱스를 최소한의 레진으로 고정한다. 상악은 양측 제2소구치가 남아 있으므로 미리 제작한 캐스트 버를 구개측을 따라 레진을 얇게 감고, 그것을 사용해 full arch로 고정한다.
하악은 임플란트부를 제외하면 연결 가능한 부분이 우측뿐이었기 때문에 캐스트 버를 사용해 고정한다. 또한 임플란트부에도 emporary abutment에 고정한 3D 프린팅 인덱스를 장착한다(그림 17). 고정 상태에서 상하악 모두 IOS로 스캔하고 anteriorjig를 깨문 채 CR 바이트도 스캔한다.
3D 프린팅 인덱스와 repositioning
고정한 3D 프린팅 인덱스를 기공소에 보내고 3D 프린팅 인덱스 단독 스캔한다. 이제부터 exocad로 repositioning 작업에 들어간다.
가장 먼저 할 것이 3D 프린팅 인덱스 설계 시 지대치의 내면 데이터와, 3D 프린팅 인덱스 데이터를 연결해 보존하는 것이다.
exocad 상에 마진 선을 설정하면 그보다 안쪽에 있는 영역이 형성 데이터로 표시되는데 그 데이터와 설계한 3D 프린팅 인덱스 데이터를 한 세트로 치아 1개씩 보존한다(그림 18). 이 작업으로 데이터 2개의 위치관계는 그 상태에서 좌표를 이동시킬 수 있다.
구내에서 스캔한 3D 프린팅 인덱스 데이터에, 기공 스캐너로 스캔한 3D 프린팅 인덱스 데이터를 매칭한다(그림 19). 이를 통해 IOS 스캔에서 발생하는 미량의 왜곡과 부족한 부분을 보완할 수 있다.
다음은 3D 프린팅 인덱스 데이터에 대해 지대치 데이터가 접속된 3D 프린팅 인덱스의 설계 데이터를 하나씩 매칭한다. 매칭을 마친 후 3D 프린팅 인덱스 데이터를 삭제하면 지대치만 남고 repositioning 작업이 종료된다(그림 20).
치은 데이터도 이 데이터에 매칭하는데 이번 증례는 상악 양측 제2소구치가 남아 있고, 상악은 구개가 매칭 포인트가 될 수 있으므로 큰 오차는 없다. 하악도 우측 견치에서 좌측 제2소구치까지 남아 있으므로 문제 없이 매칭했다. 그러나 매칭 포인트가 남아 있지 않은 증례는 치은 데이터를 매칭하기 위해서는 대책이 필요하다.
본원에서는 레진으로 치은부 돌기를 만드는 방법을 주로 활용한다(그림 21).
3D 프린팅 인덱스 제작 시 지대치 데이터와 repositioning 후 지대치 데이터의 위치를 비교하면 가장 차이가 큰 최원심부에서 200㎛에 가까운 오차가 관찰되었다(그림 22).
Secondary provisional restoration 제작
Repositioning 후 데이터를 사용해 secondary provisional restoration을 제작하고 구내에 장착했다(그림 23). 적합 레벨, 교합 모두 문제가 없고 환자가 만족하는 결과를 얻었다. 경과를 관찰하는 중인데 문제가 없다면 최종 보철치료에 들어갈 예정이다.
3D 프린팅 인덱스와 repositioning
IOS+3D 프린팅 인덱스와 실리콘 인상재의 비교
환자에게 양해를 구한 후 3D 프린팅 인덱스를 사용해 제작한 repositioning 전후를 비교하고 실리콘 인상재로 채득한 인상을 비교 검증했다.
먼저 repositioning 후 디지털 데이터와, 실리콘 인상재로 채득해 제작한 석고모형의 스캔 데이터를 준비했다. 2개의 데이터에서 full arch 검증용 지르코니아 프레임을 제작해 구내에 시적하고 적합 레벨을 확인한다.
실리콘 인상재로 채득해 제작한 것은 적합이 좋지 않고 어느 한 곳을 손가락으로 누르면 다른 곳이 전복되었다(그림 24). Repositioning데이터로 제작한 것은 전복되지 않고 적합 레벨도 높았다(그림 25). 각각의 데이터를 매칭한 결과 repositioning 전후 데이터를 비교했을 때보다 오차가 적었다. 그러나 full arch가 되면 소량의 오차라도 최종 보철장치에 미치는 영향을 무시할 수 없다(그림 26).
자연 지대치의 경우 기존의 실리콘 인상재로 채득하고 보철장치를 제작했을 때 정밀도에 대한 신뢰가 높은 것 같은데 석고모형의 경우 관찰만으로는 판단할 수 없는 변형과 왜곡이 있을 수 있다. IOS이든 실리콘 인상재든 왜곡된 인상을 보정하거나 시적하지 않으면 좋은 적합을 얻을 수 없다. 필자들이 임상에서 느낀 것은, 수순을 밟아 보정하면 IOS만 있어도 실리콘 인상재를 사용하는 기존 방법처럼 어쩌면 그 이상으로 정밀한 보철장치를 제작할 수 있다는 것이다.
IOS+3D 프린팅 인덱스와 실리콘 인상재의 정밀도 비교
zirconia verification index를 사용한 임플란트 증례
IOS 임플란트 증례는 IOS의 가장 자신 있는 분야이며 필자들도 보철장치 제작의 90% 이상을 디지털 워크플로만으로 진행하고 있는데 결과도 꽤 만족스럽다(그림 27).
그러나 다수의 임플란트가 식립된 임플란트 브릿지(그림 28)를 스캔하는 경우 스캔 정밀도에 영향을 미치는 결손부 치조제 범위가 확대되어 오차가 커질 수 있다. 반면 치근막과 같은 완충기구가 없기 때문에 자연치를 대상으로 하는 보철치료보다 더 높은 적합정밀도를 요구한다. 특히 스크류 유지 임플란트 상부구조에 필요한 passive fit은 IOS 스캔만으로는 달성할 수 없기 때문에 기존 방법처럼 verification index가 필요하다(그림 29).
기존 verification index의 문제점
먼저 지금까지 verification index를 사용해 구내에서 스캔한 스캔 보디 위치를 어떻게 보정했는지, repositioning 방법에서 예상되는 데이터의 왜곡을 고찰하겠다.
기존 방법에서는 스캔 보디를 연결한 상태에서 구내 스캔한 데이터와, verification index에서 제작한 인덱스 모형에 구내와 동일한 각도에서 스캔 보디를 장착한 데이터를 매칭한다. 그리고 인덱스 모형의 임플란트 위치관계에서 작업을 진행한다. 이 작업할 진행할 때 많든 적든 2개의 데이터는 일치하지 않는데 어느 위치에서 매칭을 종료하느냐에 따라 임플란트와 치열의 위치 관계가 왜곡되고 마지막에 보철장치를 장착했을 때 문제를 유발하는 원인이 된다(그림 30).
이 문제를 해결하는데 중요한 것이 스티칭의 왜곡을 줄이려면 스캔 보디 간 간극과 치열과의 간극에 치조제만 존재하는 부분을 만들지 않을 것, 스캔 보디 간 매칭 정밀도를 높이는 것이다.
Zirconia verification index 제작
이제부터 임플란트의 repositioning에 대해 해설하겠다.
먼저 임플란트와 뼈가 유착(osseointegration)하고 인상을 채득하기 전까지 인상용 코핑과 스캔 보디가 장착된 상태의 데이터를 스캔한다.
그 데이터에 준해 기공측에서 CAD 소프트웨어 상에 verification index를 디지털 디자인한다(그림 31). 프리폼은 사용하지 않고 어태치먼트 추가·삭제만으로 디자인한다. 이때 파절에 견딜 수 있도록 두께는 최소 1mm 이상, 구내에서 레진으로 고정하기 쉬운 크기(사용하는 인상용 코핑+2~3mm 정도 길이)로 설계하는 것이 중요하다. 또한 치과의사가 표리와 순설 방향을 한 눈에 알 수 있고 매칭 포인트가 되도록 돌기를 부여한다. 그림 31의 증례는 중간 결손증례이므로 원활한 구내 작업을 위해 양측 인접치의 접촉부에 올리듯 디자인한다.
설계 후 지르코니아 인덱스를 삭제하고 반소결 시 레진이 기계적으로 유지되도록 홈을 파준 후 소결한다(그림 32). 또한 소결 후에 스캔 정밀도를 높이기 위해 2기압 이하에서 샌드블라스트 처리하고 표면을 매트하게 만든다.
이렇게 필자들은 지르코니아로 verification index를 제작한다. 최근에는 메탈 프리 치과기공소가 증가하고 본원에서도 메탈을 다루는 작업이 거의 사라졌다. 지르코니아라면 주조기가 없는 곳에서도 제작할 수 있다. 구내 왜곡이 없다면 PMMA 디스크나 금속, 다른 재료도 응용할 수 있어 중요한 것은 스캔 데이터만 가지고 설계가 가능하다는 것이다.
진료시간 단축과 환자 부담 경감으로 이어질 뿐만 아니라 디지털 디자인에 익숙해진다면 치과기공사의 작업시간도 절약할 수 있다. 또한 디지털 디자인과 밀링으로 제작하기 때문에 zirconia verification index 구멍과 인상용 코핑의 간극을 일정하게 제작하기 쉽고 구내에서 레진으로 고정할 때 중합수축 방향이 안정되는 효과도 있다.
다음에는 zirconia verification index를 실제로 사용한 증례를 공람하려고 한다.
결론
자연 지대치와 임플란트 증례에 대해 IOS 스캔 정밀도를 보정하기 위해 본원에서 실천하는 방법을 소개했다.
광학인상은 술자의 작업 스트레스와 환자가 느끼는 고통을 경감하고, 아날로그에서 실현하지 못했거나 지금까지 보지 못했던 부위를 보여주는 등 장점이 많다. 그러나 단점을 알고 그것을 보완해 기존 방법 또는 그 이상의 완성도를 얻어내지 못한다면 완전 디지털로 이행하는 의미가 없다.
앞으로도 완전 디지털 워크플로 비율이 증가할 텐데 그중에서 좋은 치료 결과를 도출하는 방법을 모색하는 것이 중요하다. 이번 원고가 힌트를 제시하는데 도움이 되었기를 바란다.