다행히 최근에 몇몇 연구자와 기업인들이 힘을 합쳐 고유의 우리 치과기술을 개발하여 세계 각국으로 내보내기 시작했다. 앞으로는 그 속도를 더해 우리 고유의 기술을 세계로 내보내야 우리의 미래가 보다 나아지고 글로벌리더가 될 수도 있다. 그러기 위해서는 치과기술을 과학화하는 접근이 우선시 되어야 한다.
따라서 이 시리즈는 최신의 치과기술을 소개하고 이를 과학적으로 분석·정리해 봄으로써, 우리나라 치과기술의 과학화에 조금이나마 도움이 되고자 한다.
서론
디지털 기술의 진보와 computer-aided design/computer-aided manufacture(CAD/CAM) system의 도입은 전통적인 analog 인상채득 방식 및 수작업으로 이루어진 보철물 제작 방식에 변화의 기회를 제공하였다. 이러한 기존의 인상채득 방식의 변화는 intra-oral scanner의 개발로 인해 가능해졌다. 또한 digital work flow의 시작이기도 하다. 우수한 정확도와 환자에게 편안함을 제공하는 intra-oral scanner를 기반으로 하는 chair side CAD/CAM system에 대해 전반적인 개요와 전망에 대해 논하여 보겠다.
본론
Chair side digital impression
간접법을 통해 보철물 제작할 때 치과의사가 구강 내 인상을 채득하는 방법은 수년간 큰 변화가 없었다. 환자 구강에 적합한 기성 트레이에 인상재를 사용하여 환자의 구강 내 인상을 채득하는 방법은 지금도 여전히 이루어지고 있다.
최근 조사에 의하면 미국의 치과기공소의 59%는 치과에서 의뢰한 보철물의 제작 작업 중 가장 힘든 점으로 부적절하게 채득된 인상체를 꼽았다고 한다. 임상 경험이 풍부하고 인상채득에 익숙한 치과의사가 최고의 품질의 인상재로 사용한다고 해도 인상 채득에는 어려움이 많다는 것이다.
치과의사뿐 아니라 환자에게도 인상 채득을 하는 것은 불편하고 괴로운 시간이 될 수 있다. 우수한 물성을 가진 인상재라도 변형으로 인한 오차는 있기 마련이다. 또한 그 인상재를 통해 석고의 양형을 얻는 과정에서도 예측할 수 없는 error가 생기는 등 양질의 인상체를 얻기는 매우 어려운 것이 현실이다.
더욱이 최근에는 환자들의 심미적인 기대 수준과 정교한 보철물에 대한 요구도가 높아지면서 임상에서의 어려움은 더욱 크다. 이러한 상황 속에서 1987년 스위스의 Werner Mormann과 Marco Brandestini는 진료실에서 장석도재의 블록을 깎아서 inlay를 제작하는 Cerec system을 개발하였는데, 이것이 최초로 치과에서 사용된 CAD/CAM system이다.
Cerec system은 in-office system의 CAD/CAM이며 chair side production을 기본 제작방식으로 하는 것으로, 전반적인 구성 요소와 장비들이 모두 치과 내에 있게 된다. Cerec system은 구강 내 카메라(intra oral scanner)를 이용하여 스캔 작업을 하는 것으로 전통적인 인상채득 방법을 대신함으로써 인상 채득시간을 절약하고, 치과 안에서 즉각 보철물의 밀링 과정이 이루어지므로 내원당일 보철치료가 가능한 등의 장점이 있다.
그리고 구성 장비가 모두 치과 내에 있어야 하므로 장비는 최소한의 공간을 차지하도록 소형으로 제작되었고, 지르코니아 보다는 심미적으로 우수하고 추가적인 veneering 작업이 없는 glass ceramic 계열이나 장석류 도재를 사용한 블록으로 제작을 하며, 주로 inlay, onlay, single crown, laminate 등 소형 보철물의 작업이 가능한 것이 특징이다.
대표적인 chair side digital impression system으로는 Cerec 3D(Sirona), E4D Dentist(D4D Technologies)가 있다(그림 1).
그 밖에 iTero(Cadent), Lava C.O.S(3M ESPE)도 있는데, 이들은 구강 내 카메라를 통해 얻어진 데이터를 이용하여 작업모형도 제작하는 시스템이다. 이 때 만들어지는 모형은 석고모형이 아닌 milling machine이나 쾌속조형기로 만드는 수지 재료의 모형이다(그림 2).
Scanning technologies
최초에 출시된 Cerec과 그 후속으로 소개된 intra-oral scanner는 모두 적외선의 기술을 사용하였다. Sirona사에서 2001년에 출시된 치과기공소에서 사용하는 스캐너인 Cerec in Lab에서는 red laser를 사용하였는데, E4D의 intra-oral scanner 또한 같은 red laser를 사용하고 있다.
Red laser 기술의 문제점은 이미지 스캔이 완벽하지 못하다는 단점이 지적되었다. 표면이 얼룩덜룩한 인상은 불완전한 laser의 산란으로 인한 원인이다. 그러므로 완전한 치아의 이미지를 얻기 위해서는 다방면의 이미지가 필요하다(그림 3).
iTero의 intra-oral scanner는 confocal 원리와 green laser가 융합된 기술을 사용하고 있다. 융합된 기술은 치아의 표면과 형태, 치주조직을 디지털 데이터로 전환하는데 활용된다(그림 4).
Lava C.O.S system은 독점적으로 3D-in-Motion 기술을 사용하여 스캔을 한다. 이 기술은 연속적인 3D video의 이미지를 마치 녹화하듯 스캔을 하는 방식이다. 이 데이터는 매우 큰 용량으로 기록이 되며, 중앙 센터에서 다운로드 할 수 있도록 제공되어 사용된다(그림 5).
Blue light-emitting diode(LED)을 응용한 새로운 blue cam 기술은 Sirona(CEREC AC)사로부터 사용되었고, 이미지의 포착 속도가 매우 빨라졌다. 제조사에서는 전체 치아의 이미지를 스캔하는데 약 2분 이내에 가능하다고 제안한 바 있다.
Blue LED light는 좁고, 짧은 파장으로 조사되어, 치주조직에서 관통되지 않고 치아의 표면에서 반사가 더욱 원활히 이루어진다. 이러한 특징은 높은 대조 효과를 나타낼 수 있고, 더욱 정확한 광학 인상을 얻을 수 있는 기술의 원동력인 것이다(그림 6).
1. Digital impression과 CAD/CAM system의 요약
| CEREC | E4D | iTero | LAVA c.o.s | |
| 전악의 digital impression 가능 | V | ▩ | V | V |
| 인상 채득 시 powder 사용 | V | 가끔씩 사용함 | ▩ | 가끔씩 사용함 |
| 인상 채득 기술 | Blue light LED | Red light laser | Confocal | 3D-in-motion video |
| In-office 절삭 가능 | V | V | ▩ | ▩ |
| 치과기공소와 연계 | V | ▩ | V | V |
| CAD software내에 보철물 디자인 기능 | V | V | ▩ | ▩ |
| 교의치 제작 기능 | V | ▩ | V | V |
2. In-office CAD/CAM system을 통해 예측할 수 있는 잠재력
- 인상체의 정확성
- 다양한 시점에서 관찰할 수 있고, 언제든지 다시 채득 할 수 있는 인상
- 환자에게 인상재로 인한 이물감 없이 인상 채득이 가능
- 시간이 절약 되고 즉일 수복이 가능
- 환자의 교합관계도 확인이 가능
- 디지털 모델을 통해 정확한 보철물의 제작이 가능
- CAD/CAM 장비의 비용을 공유할 수 있는 가능성
- 정확도가 우수하고, 마모와 깨짐에 높은 저항성을 갖는 모델
- 도재 축성과정과 소성과정이 없음
- 주조과정과 납착의 과정이 없음
- 경제적으로 유용함
- 교차감염 예방
CEREC
CEREC CAD/CAM 기술은 가장 오래되고 최초에 출시된 장비 중 하나이다. 최근에는 Blue cam 방식의 digital impression CEREC AC가 출시되어 automatic image-capturing system으로 인상 채득에 보다 향상된 기술을 보여주고 있다.
기존에 페달이나 버튼을 클릭하여 초점을 맞추는 방식과는 달리 흔들림 보정 기술을 통해 정확도가 높은 인상체가 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 그리고 예전의 CEREC system은 titanium dioxide(CEREC powder)를 조영제로 써서 그에 따른 부정적인 영향도 있었으나, 이번에 출시된 Blue cam 기술은 CEREC powder를 최소로 하여 사용할 수 있다는 장점도 부각되고 있다.
Sirona 사에서는 2년 전부터 CEREC connect 인터넷 포털 사이트를 운영하여, 치과에서 채득된 인상 데이터를 전송하여 CEREC inLab을 보유한 치과기공소에서 모델을 제작한 후에 작업이 가능케 하였으며, In-office에서 제작이 불가능한 multi-unit의 보철물을 외주 제작할 수 있는 연계를 구축하였다.
E4D
E4D는 red laser 기술을 바탕으로 이미지를 획득한다. DentalogicTM 라고 불리는 E4D의 소프트웨어는 실제의 구강 환경을 이미지화 하여 임상가에게 전달해 준다. Feldspatic(장석도재), leucite-reinforced(백류석결정을 첨가하여 강화된 도재), lithium disilicate ceramic(리튬 2케이산 도재), composite resin과 같은 재료를 이용하여 보철물을 제작한다는 점에서 CEREC system과는 매우 유사하다.
Red laser의 특징 때문에 한 부분의 모델을 얻기 위해서는 최소 9장의 이미지가 필요하다. 그리고 powder-free system이며, ‘autogenesis’ 라고 불리는 보철물 디자인 소프트웨어는 CEREC system과는 독자적인 특징을 가지고 있다. 또한 동시에 16개의 보철물을 디자인 할 수 있는 장점을 가지고 있으며, CEREC system에 비해 다수의 전치부위 보철물을 완성하기 적합한 면에서 차별성을 두고 있다.
‘autogenesis’ 소프트웨어가 보철물의 외형에 대해 제안을 할 때, 이 디자인은 인접치와 대합치의 모양을 모두 고려한 외형이며, 환자가 기존에 가지고 있던 외형을 최대한 재현하여 최종 보철물을 제작하게 되는 것이다.
iTero
iTero™ system은 형성된 지대치를 디지털 데이터로 변환하여, 변환된 정보를 Cadent manufacturing center에 e-mail로 보낸다. Manufacturing center에서는 레진계열의 플라스틱 블록으로 작업모형을 밀링과정으로 제작하여 치과기공소에 보낸다.
이 시스템의 가장 큰 장점은 호환성이 매우 우수하다는 점이다. 다른 CAD/CAM system에서도 데이터를 사용하여 활용의 폭이 넓다는 장점도 있다.
STL file의 확장자로 디지털 정보가 저장이 되어 Dental Wings, 3Shape-supported system(3Shape dental system) 같은 타사의 소프트웨어를 통해 호환이 가능하다. 이러한 장점은 치과의사가 Cadent milling center에 보내기 전에 보철물을 제작할 치과기공사가 조언을 해줄 수 있어 협진 진료를 가능케 하는 장점이 있다(그림 7).
Lava™ C.O.S
가장 최근 3M ESPE에서 Lava™ Chairside Oral Scanner(C.O.S)를 출시하였다. 이 시스템은 스캔된 지대치의 자료를 전자적인 데이터로 변환하여 manufacturing center로 보내고, 플라스틱 재료(Accura SL Material)를 가지고 개인의 모형을 제작을 할 수 있다. 이렇게 제작된 모형은 'Viper' pro SLA 기술로 치과기공소에서 작업모형으로 이용된다.
Accura material은 매우 우수한 내구력을 가지며 정밀도와 질적으로 뛰어나다. 이 재료의 mechanical properties는 ABS와 같은 tough engineering plastic과 유사하다고 알려져 있고, 일반적으로 사용되는 석고에 비해 내구성이 우수하다는 연구결과가 뒷받침하고 있다. 또한 모형의 정확성은 높은 수치의 laser beam을 통해 절삭이 이루어지므로 milling tool 만을 사용하는 방식과는 차별성이 있다.
Sorensen과 그의 동료는 optical impression/virtual die/digitally 모형으로 PFM crown을 제작하여 변연 적합도와 내면 적합도를 비교한 결과, 전통적인 방식의 인상채득을 통해 얻은 석고 모델과는 차이가 거의 없는 좋은 결과를 얻었다고 발표한바 있다(그림 8).
결론
In-office CAD/CAM system은 정확하고 심미적인 보철물의 당일 수복을 가능케 하였다. Chair side digital impression은 chair side에서 시간 소모가 많고 미세조정이 어려운 심미 보철물의 작업을 가능하게 하였고, 또한 정교한 작업모형으로 보철물의 질 향상에도 기여하는 원동력이 되었다. 이제 CAD/CAM을 이용한 치의학기술은 높은 수준의 간접 보철물을 제작하고, 협진진료의 변화를 일으키는데 핵심적인 역할을 하고 있다.
지난 몇 년간 CAD/CAM 사용자과 내원하는 환자들은 당일치료의 장점을 체험하고 있다. 환자는 임시보철물이 없고, 두 번 방문 없이 최종 보철물을 수혜 받는 편리함에 행복해하고, 치과진료에 대한 두려움도 덜 수 있을 것이다.
CAD/CAM 기술의 digital system은 보다 효율적으로 발전 할 것이며, 점차 더 높은 차원의 digital work flow를 실현하게 될 것이다. 이에 우리 전문인은 더욱 혁신적인 재료의 개발과 보철물 제작 기술의 진보로 발맞추어 나가야 할 것이다.
*참고문헌
1. Christensen GJ. The Perfect Impression. Practical Clinical Courses. 2001.
2. McLaren E. Communication digitally with the laboratory: Design, impressions, shade and the digital laboratory slip. Inside Dentistry. 2009;5(4):62-67.
3. Ward G. Impression materials and impression taking—an historical survey. Brit Dent J. 1961;110(4):118-119.
4. Corcoran C. Digital systems make a new impression. JDT. 2009;26(3):23-26.
5. Puri S. Comprehensive dentistry using chairside CAD/CAM technology: A case report. Dent Today. 2009:92-96.
6. Sorensen JA, Sorensen PN, Mizuro K. Marginal fidelity of crowns made with optical versus conventional impressions. IADR Abstract #1599. April 2009.
7. Gart C, Zamanian K. On the rise: US dental CAD/CAM markets to experience rapid growth through 2015. JDT. 2009;26(4):8-10.
8. Moermann WH. The evolution of the CEREC system. J Am Dent Assoc. 2006;137 Suppl:7S-13S.
9. Touchstone A, Nieting T, Ulmer N. Digital transition: the collaboration between doctor and technician in CAD/CAM restorations. J Am Dent Assoc. 2010;141(2 Suppl):15S-19S.
10. Birnbaum NS, Aaronson HB. Dental impressions using 3D digital scanners: virtual becomes reality. Compend Contin Educ Dent. 2008;29(8):494-505.
11. Syrek A, Reich G, Ranftl D, et al. Clinical evaluation of all-ceramic crowns fabricated from intraoral digital impressions based on the principle of active wavefront sampling. J Dent. 2010;38(7):553-559.
그림 1. CEREC(sirona), E4D(D4D Technologies)
그림 2. iTero(Cadent), Lava C.O.S(3M ESPE)
그림 4. iTero의 confocal 원리
