서론
산업 전반에 걸쳐서 사용하고 있는 CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)시스템이 Duret과 Preston에 의해 치과분야에 적용 되면서부터 치과 보철물의 질과 양적인 면에서도 그 효율이 더욱 향상되었을 뿐만 아니라, 작업환경도 크게 변화되었다.
최근 치과 보철물은 기능적인 회복은 물론이고 심미에 대해서도 관심이 높아지고 있다. 심미보철물로는 치아색과 유사한 금속도재관(Porcelain fused to metal crown, PFM)과 지르코니아도재관(Porcelain fused to zirconia crown, PFZ)이 사용되고 있으나, 임상에서는 여전히 금속도재관을 주로 사용하고 있다.
따라서 CAD/CAM시스템을 이용하여 제작하는 금속 코핑에 대한 관심이 크다.
이러한 CAD/CAM 시스템의 금속 코핑 제작 방식에는 연삭가공(Subtractive Manufacturing. SM)방식과 적층가공(Additive Manufacturing. AM)방식으로 분류할 수가 있다.
연삭 가공 방식은 기존 수치제어(Numerical Control. NC)장비들을 이용하여 밀링가공을 주로 하며, 반 소결된 지르코니아, 메탈, PMMA, 왁스 등의 소재를 사용한다.
그러나 연삭 가공 방식은 복잡한 형상으로 이루어진 것보다는 단순한 조립구조를 갖고 있는 구조물의 제작에 유리하며 재료의 소모성 및 유지비용이 많이 든다는 것이 단점이다.
적층 가공 방식은 3차원 CAD 소프트웨어에서 디자인된 데이터를 이용하여 적층기법을 활용함으로써 원하는 시제품을 얻어내는 장비라고 할 수 있고, 금속분말을 레이저로 용착하여 적층함은 물론이고, 수지를 UV(UltraViolet)로 조사하여 적층한다.
1981년 일본 나고야 시립연구소의 히데오 코다마가 AM가공방식을 개발하였고, 최초로 상용화를 달성한 사람은 3D systems를 창업한 Charles W. Hull로 알려졌다.
이 기술의 공식적인 용어는 2009년 미국재료시험학회(ASTM)에서 적층 가공(Additive Manufacturing, AM)이라는 용어로 표준화 되었으나, 종래에는 rapid prototyping라고도 불렀다.
CAD/CAM 시스템을 이용한 치과 보철물은 제작이 신속하고 변연 적합도를 정확하게 재현하는 것이 가장 중요한 요소이다. 변연 적합도는 보철물의 장기적이고 안정적인 수명을 위해 매우 중요한 부분이다. 변연 적합도가 낮아 변연 누출이 발생하게 되면 2차 우식증, 치주염, 심미적 문제점을 유발하므로 수복물의 실패로 이어질 수 있다.
따라서 본 연구에서는 CAD/CAM시스템의 연삭 가공 방식으로 만든 왁스 코핑을 주조한 메탈 코핑과 적층 가공 방식으로 만든 레진 코핑을 주조한 메탈 코핑과의 변연 적합도를 비교 분석함으로써, 임상적 허용 가능성에 대한 평가를 하고자 한다.

본론
1. 지대치 선정
본 실험을 위해서 유치악 합성수지 (AG-3 ZPVK 16, Frasaco, Tettnang, Germany)의 상악 우측 제 1대구치를 지대치로 선정하였다(Fig 1.).

2. 시편 제작
주모형을 실리콘으로 복제하여 SM 그룹과 AM 그룹 별로 지대치 석고모형을 각 그룹별 7개씩, 총 14개를 제작하였다. 지대치 모형을 스캔하고 코핑을 디자인 후 STL 파일로 저장했다. 모든 시편의 코어 두께는 0.5mm로 일정하게 하였으며, 두 그룹 내면의 cement 공간 값을 30㎛로 부여하였다. 디자인이 완료된 STL파일을 SM 가공 장비과 AM 가공 장비으로 동일하게 적용하여 7개의 왁스코핑(Fig 2.)과 7개의 레진코핑(Fig 3.)을 제작하였다. 통법에 따라 주입선 부착, 매몰, 소환 및 주조과정을 거쳐 총 14개의 메탈코핑을 제작하였다.

 

3. 적합도 측정
변연 적합도 평가는 비 파괴적 방식인 silicone replica technique(Fig 4.)을 이용하였으며 측정 기계는 Digital Microscope(KH-7000)를 이용하여 확대율 140배로 측정하였다(Fig 5.).

4. 통계분석
통계분석은 IBM SPSS statistics 21.0(IMB Co.)을 이용하였다. 등분산을 가정한 모수검정인 independent samples t-test로 실시하였으며, 제 1종 오류 수준인 0.05로 설정하였다.

5. 결과
변연 적합도의 측정결과 평균값(표준편차)은 연삭 가공 방식은 64.89(13.56)㎛, 적층 가공 방식은 49.79(10.33)㎛이었다. 두 그룹의 유의한 차이를 알아보기 위해서 통계프로그램 independent sample t-test를 분석한 결과 원심 부위는 유의한 차이가 없었으나 근심부위와 전체값에 있어서는 유의한 차이가 나타났다.

변연 적합도는 AM 가공 방식이 근심, 원심 부위의 모든 부위에서 우수하였다. 부위별 유의성을 알아보기 위해서 통계프로그램 independent sample t-test를 실시한 결과 근심 부위는 유의한 차이를 보였으나, 원심 부위는 유의한 차이를 나타나지 않았다.

6. 고찰
본 연구에서는 보철물 제작 시 임상에서 주로 사용하고 있는 연삭 가공 방식 장비와 최근 소개되고 있는 적층 가공 방식의 장비를 사용하여 적합도 평가를 하였다. 이는 연삭 가공 방식이 재료 소모 및 유지 비용이 크므로 이를 개선할 수 있는 적층 가공 방식의 유용성을 알아보기 위한 하나의 방안으로 변연 적합도 연구를 하여보았다는데 의의가 있다고 본다.
본 연구에서는 변연 적합도를 silicone replica technique을 사용하였다. 선행 연구에서도 변연 측정방식을 silicone replica technique으로 주로 사용하였는데, 이는 코어를 절단할 필요가 없으며 digital microscope로 반복 측정이 가능하다는 장점을 본 연구에서도 확인할 수 있었다.
그리고 본 실험에서의 변연 적합도의 임상적 허용 기준은 McLean과 Frauenhofer가 제시한 120 ㎛로 설정함으로써, 고전적인 학술적 기준을 준용하였다고 볼 수 있다. 하였다. 변연 적합도 결과값은 연삭 가공 방식의 평균 및 표준 편차는 64.89(13.56)㎛, 적층 가공 방식 49.79(10.33)㎛로 McLean과 Frauenhofer가 제시한 120 ㎛ 임상적 허용 범위 안에 존재 하였다. 그리고 두 그룹은 통계적으로 유의한 차이를 보였는데, 적층 가공 방식이 연삭 가공방식보다 우수하였다.
앞으로 적층 가공 방식이 치과 분야에서 더욱 발전 될 것이라고 예상된다. 최근에 치과분야에 보급된 적층 가공 방식으로는 주로 S.L.A(stereo lithography apparatus), S.L.S(selective sintering), F.DM(fused deposition modeling) 3DP(3 dimensional printing, inkjet jet Multi Jet Modeling)방식이 사용되고 있다. S.L.A는 액상의 광경화성 수지(acrylic or epoxy resin)를 UV레이저를 조사하여 경화시키는 방식으로 시제품의 형상 및 치수정밀도와 표면 거칠기의 측면에서 매우 우수하며, F.D.M은 고체 열가소성 수지를 용융 및 냉각시키면서 적층 하는 방식으로 운영방식이 간단하고 사용 환경이 우수하며, S.L.S는 분말(power)을 레이저로 소결시켜 적층을 하고 사용 재료가 다양하여 시제품의 응용범위가 넓으며, 3DP는 분말을 접착시켜 적층하는 방식으로 재료비가 저렴하고 제작 속도가 매우 빠르다.
본 실험에서의 연삭 가공 방식으로 제작한 왁스 코핑과 적층 가공 방식으로 제작한 레진 코핑이 서로 다른 재료로 제작되었다는 점에서 본 실험의 일반화에는 한계성이 존재한다고 볼 수 있다. 향후 적층 가공 방식의 소재나 시스템이 개선되면 적합도가 보다 우수한 보철물의 제작이 가능하다고 본다.
결론
CAD/CAM 시스템의 연삭가공방식과 적층가공방식으로 제작한 금속 코핑의 변연 적합도를 측정해본 결과 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
-어떤 방식을 사용하든 금속 코핑의 변연적합도는 McLean과 Frauenhofer가 제시한 120 ㎛범위 안에 존재하므로 임상적으로 허용 가능하다고 본다.
- 두 그룹은 통계적으로 유의한 차이를 보였으며, 적층 가공 방식이 연삭 가공 방식보다 우수 하였다(p<0.05).
치과 CAD/CAM 시스템의 적층 가공 방식은 기존의 연삭 가공 방식의 단점들을 보완할 수 있는 대안임을 본 연구를 통해 알 수 있었으며, 앞으로 적층 가공방식에 대한 연구가 지속적으로 이루어진다면 보다 우수한 변연 적합도를 갖는 수복물을 제작이 가능 할 것으로 전망한다.

 

참고문헌

[1] Duret F, Preston J: CAD/CAM imaging in dentistry. Current opinion in dentistry 1: 150-154, 1991.
[2] McLean J: The estimation of cement film thickness by an in vivo technique. British dental journal 131: 107-111, 1971.
[3] Azari A, Nikzad S: The evolution of rapid prototyping in dentistry: a review. Rapid Prototyping Journal 15: 216-225, 2009.
[4] Molin M, Karlsson S: The fit of gold inlays and three ceramic inlay systems: A clinical and in vitro study. Acta Odontologica 51: 201-206, 1993.
[5] Negi, S., et al. Basics and applications of rapid prototyping medical models. Rapid Prototyping Journal 20(3): 256-267. 2014
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