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문제 정의
- 본 연구에서는 치과용 도재분말 중 상아질 도재(dentin porecelain powder), 법랑질 도재(enamel porcelain powder), 불투명-상아질 도재(opaque dentin porcelain powder), 반투명 도재(tranlucency porcelain powder)를 반복소성함으로서 나타나는 색변화를 국제조명위원회(Commission Internationale de JE clairage)에 의해 개발된 CIE LAB 색체계의 3가지 빛의 속성인 명도(Lightness, L*), 적색-초록에서의 색도(red-green axis, a*), 황색-파랑에서의 색도(yellow-blue axis, b*)와 채도(Chroma, C*), 색상(Hue, h), 반사율(Reflectance, %)을 분석하여 색차(color difference, △E)와 NBS unit을 이용하여 결과를 제시함으로서 임상가들에게 치과도재 제작 시 반복소성의 영향을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 각각의 다른 특성을 가지는 도재가 반복소성에 따라 색차에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 1회, 2회, 3회, 5회, 10회 반복소성으로 총 5그룹으로 나누어 관찰하였다. 각 소성 스케줄은 시편 제조와 동일하게 하였다.
- 각각의 도재를 기공과정과 동일하게 유리판위에서 증류수와 혼합한 후 몰드내에 주입하였다. 몰드는 지름이 20.
- 반복소성이 완료된 시편은 색차색도계(Spectrophotometer CM-3500d, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 색차를 분석하였다. 색차색도 측정시 표준 D65광원(daylight)을 이용하여 주위환경에 영향을 받지 않도록 하였다.
- 반복소성이 완료된 시편은 색차색도계(Spectrophotometer CM-3500d, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 색차를 분석하였다. 색차색도 측정시 표준 D65광원(daylight)을 이용하여 주위환경에 영향을 받지 않도록 하였다. 색차색도 측정은 각 시편을 3회씩 측정하여 평균값을 얻었으며, 측정 후 컴퓨터프로그램을 이용하여 CIE LAB 색 공간 좌표인 L*, a*, b* 그리고 C*, h 값 및 wavelength 값을 측정하였다.
- 서로 다른 특성을 가지는 도재가 반복소성에 따라 색차에 미치는 영향을 연구하기 위하여 불투명-상아질 도재, 상아질 도재, 법랑질 도재, 반투명 도재를 이용하여 명도(L*), 색도(a*, b*), 채도(C*), 색상(h), 반사율(%), 색차(△E), NBS 지수를 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 서로 다른 특성을 가지는 도재가 반복소성에 따라 치과용 도재의 색조변화에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 Vintage porcelain powder(Shofu INC., Japan)를 이용하여 실험하였으며 각 특성의 도재는 아래의 표와 같다.
- 소성시 진공은 100% 진공을 가해줬으며 450℃에서 940℃까지 계속 진공상태에서 소성하였다. 소성이 완료되면 시편의 표면을 연마하기 위하여 SiC paper #220을 이용하여 두께가 2.0㎜가 되게 균일하게 양면을 연마하였다. 연마가 완료된 시편은 초음파세척기에서 5분간 세척한 후 표면을 건조시켰다.
- 색차색도 측정은 각 시편을 3회씩 측정하여 평균값을 얻었으며, 측정 후 컴퓨터프로그램을 이용하여 CIE LAB 색 공간 좌표인 L*, a*, b* 그리고 C*, h 값 및 wavelength 값을 측정하였다. 측정되어진 값을 이용하여 △E를 계산하여 색차를 분석하였으며, National Bureau Standards(NBS) unit을 아래의 식을 이용하여 좀 더 명확히 색조변화를 관찰하였다.
대상 데이터
- 각각의 도재를 기공과정과 동일하게 유리판위에서 증류수와 혼합한 후 몰드내에 주입하였다. 몰드는 지름이 20.0㎜, 두께 2.0㎜ 크기의 디스크형 몰드를 사용하였다(Fig.1). 도재분말을 응축(condensation)하고 tissue를 이용하여 수분을 제거한다.
- 반사율 측정 시 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서 장파장에서의 반사율이 단파장에서의 반사율보다 크게 나타나므로 우리 눈에는 높은 파장대의 색인 황색, 적색 계열로 인지된다. 본 연구에 사용된 vintage porcelain은 크게 A, B, C, D 네 가지 계열로 분류되는데 A3 색의 상아질 도재와 불투명-상아질 도재는 A계열로 reddishbrown 특성을 나타낸다. 반면에 법랑질 도재와 반투명도재에서는 단파장에서의 반사율이 장파장에서의 반사율보다 크게 나타났는데 이는 도재의 투명성이 상아질 도재와 불투명-상아질보다 크기 때문이라 사료된다.
데이터처리
- 색차색도 측정시 표준 D65광원(daylight)을 이용하여 주위환경에 영향을 받지 않도록 하였다. 색차색도 측정은 각 시편을 3회씩 측정하여 평균값을 얻었으며, 측정 후 컴퓨터프로그램을 이용하여 CIE LAB 색 공간 좌표인 L*, a*, b* 그리고 C*, h 값 및 wavelength 값을 측정하였다. 측정되어진 값을 이용하여 △E를 계산하여 색차를 분석하였으며, National Bureau Standards(NBS) unit을 아래의 식을 이용하여 좀 더 명확히 색조변화를 관찰하였다.
성능/효과
- 1. 소성횟수가 증가할수록 명도(L*)는 모든 특성의 도재에서 감소를 나타내지만 적색-녹색 축에서의 색도(a*)는 모든 특성의 도재에서 증가함을 나타낸다. 불투명-상아질 도재와 상아질 도재에서의 황색-청색 축에서의 색도(b*)는 두 번째 소성이후 감소를 나타내지만 법랑질 도재와 반투명도재는 증가를 나타낸다.
- 1회 소성 후 연마를 시행한 시편은 거친 표면형태를 재현하고 있어서 명도가 낮을 것으로 예측하기 쉬우나 실제로는 빛을 산란시킴에 따라 chalky하게 보이므로 L*값이 반복 소성한 시편보다도 크게 나타났다. 모든 도재에서 2회 소성 이후에는 self-glazing 효과로 인해 표면의 요철이 감소하여 빛의 산란이 줄어들어 L*값의 감소가 나타났으리라 사료된다.
- 2. 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서의 반사율은 단파장대에서의 반사율보다 장파장대에서 반사율의 감소가 나타났으며, 법랑질 도재와 반투명도재에서는 장파장대에서의 반사율보다 단파장대에서 반사율의 감소가 나타났다.
- 3. 상아질 도재에서의 1회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차(△E)는 5.29~8.15의 범위를 나타내었으며 2회 이후의 반복 소성한 시편의 색차는 1.3~ 3.03의 범위를 나타내었다. 불투명-상아질 도재에서의 1회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차(△E)는 4.
- 4. NBS unit에 의하여 ‘Trace’로 평가 되는 것은 관찰할 수 없었으며, 상아질 도재의 2-3, 3-5, 불투명- 상아질 도재의 2-3, 법랑질 도재의 3-5, 5-10, 반투명 도재의 3-5, 5-10회 소성한 시편은 ‘Slight’으로 평가할 수 있으며, 상아질 도재의 2-5, 3-10, 5-10, 불투명-상아질 도재의 2-5, 3-10, 5-10, 법랑질 도재의 2-3, 2-5, 3-10, 반투명 도재의 2-3, 3-10회 소성한 시편은 ‘Noticeable’으로 평가할 수 있으며, 상아질 도재의 1-2 1-3, 2-10 불투명-상아질 도재의 1-2, 1-3, 2-10, 3-10 법랑질 도재의 2-10, 반투 명 도 재 의 2-5, 2-10회 소성한 시편은 ‘Appreciable’로 평가할 수 있으며, 상아질 도재의 1-5, 1-10, 불투명-상아질 도재의 1-5, 1-10, 법랑질 도재의 1-2, 1-3, 1-5, 반투명 도재의 1-2, 1-3, 1-5, 1-10회 소성한 시편은 ‘Much’로 평가할 수 있으며, 법랑질 도재의 1-10회 소성한 시편은 ‘Very much’로 평가될 수 있다.
- 각기 다른 특성을 가지는 도재에서 반복소성의 변화를 관찰해보면 각각의 값은 2회 소성이후 큰 차이를 나타내는 것을 관찰할 수 있었으며 상아질 도재와 불투명 상아질 도재에서의 C* 값이 b* 값과 유사한 경향을 나타내는데 이는 C* 값이 a*, b* 값에 의존하는데 b* 값이 a* 값보다 상대적으로 크게 나타난 결과이다(Fig.9).
- 도재특성에 따른 변화에서는 모든 도재에서는 큰 차이를 관찰할 수 없었으나 2회 소성시 L*의 감소가 두드러짐을 알 수 있다. 이는 표면의 요철이 감소하여 빛의 산란이 줄어들어 L*값의 감소가 나타났으리라 사료된다.
- 또한 채도는 위의 계산식과 같이 a*, b* 값을 이용하여 계산되어지는데 본 연구에서의 결과 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 a*값보다 b*값이 더 크게 나타났으므로 a*값 보다는 b*값의 영향을 받아 b*의 색도변화와 유사한 양상을 나타내는 것으로 관찰되었다. 또한 모든 도재에서 2회 소성 시 self glazing 효과로 인해 채도의 증가를 관찰할 수 있지만 2회 소성 이후에서는 점차 채도가 감소하는 양상을 나타내었다.
- 모든 도재에서 2회 소성 시에 명도가 급격이 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, 이후 소성을 반복함에 따라 완만하게 명도가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 불투명-상아질 도재의 명도 값이 가장 크게 나타났으며 반투명 도재의 명도 값이 가장 낮게 나타났다(Fig.3).
- 15, 10회 소성 시에는 반사율은 반복소성을 함에 따라 모든 특성의 도재에 있어서 전체적인 감소가 일어나는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 단파장대에서의 반사율보다 장파장대에서 반사율의 감소가 두드러지는 것을 관찰할 수 있었으며, 법랑질 도재와 반투명 도재에서는 장파장대에서의 반사율보다 단파장대에서 반사율의 감소가 두드러지는 것을 관찰할 수 있었다(Fig.8).
- 황색과 청색을 나타내는 지표(yellow-blue axis)에서는 1회 소성한 시편보다 2회 소성한 시편에서의 b*값이 크게 관찰되는데 이는 표면이 매끄러워져 우리의 눈에는 보다 황색에 가까운 변화로 인지된 결과로 사료된다. 또한 채도는 위의 계산식과 같이 a*, b* 값을 이용하여 계산되어지는데 본 연구에서의 결과 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 a*값보다 b*값이 더 크게 나타났으므로 a*값 보다는 b*값의 영향을 받아 b*의 색도변화와 유사한 양상을 나타내는 것으로 관찰되었다. 또한 모든 도재에서 2회 소성 시 self glazing 효과로 인해 채도의 증가를 관찰할 수 있지만 2회 소성 이후에서는 점차 채도가 감소하는 양상을 나타내었다.
- 9의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 모든 도재에서 2회 소성 시에 명도가 급격이 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, 이후 소성을 반복함에 따라 완만하게 명도가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 불투명-상아질 도재의 명도 값이 가장 크게 나타났으며 반투명 도재의 명도 값이 가장 낮게 나타났다(Fig.
- 35의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 모든 도재에서 소성을 반복함에 따라 a* 값이 점차 완만하게 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 불투명-상아질 도재의 a* 값이 가장 크게 나타났으며 법랑질 도재의 a* 값이 가장 낮게 나타났다(Fig.
- 03의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 41.5, 2회 소성 시에는 32.17, 3회 소성 시에는 29.94, 5회 소성 시에는 29.2, 10회 소성 시에는 28.9의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 모든 도재에서 2회 소성 시에 명도가 급격이 감소하는 것을 관찰할 수 있으며, 이후 소성을 반복함에 따라 완만하게 명도가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 9의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 색상 h값은 1회 소성 시에는 256.43, 2회 소성 시에는 255.53, 3회 소성 시에는 254.35, 5회 소성 시에는 253.15, 10회 소성 시에는 반사율은 반복소성을 함에 따라 모든 특성의 도재에 있어서 전체적인 감소가 일어나는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 단파장대에서의 반사율보다 장파장대에서 반사율의 감소가 두드러지는 것을 관찰할 수 있었으며, 법랑질 도재와 반투명 도재에서는 장파장대에서의 반사율보다 단파장대에서 반사율의 감소가 두드러지는 것을 관찰할 수 있었다(Fig.
- 31의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 4.22, 2회 소성 시에는 3.51, 3회 소성 시에는 2.98, 5회 소성 시에는 2.17, 10회 소성 시에는 1.4의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 1회 소성시보다 2회 소성 시에 C* 값이 증가했으며 그 이후 소성을 반복함에 따라 C* 값이 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있었지만 법랑질 도재와 반투명 도재에 있어서는 반복소성을 함에 따라 C* 값이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 03의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 43.93, 2회 소성 시에는 35.05, 3회 소성 시에는 32.66, 5회 소성 시에는 31.98, 10회 소성 시에는 31.03의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 41.
- 63의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 색상 h값은 1회 소성 시에는 253.44, 2회 소성 시에는 250.19, 3회 소성 시에는 249.74, 5회 소성 시에는 249.61, 10회 소성 시에는 244.9의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 색상 h값은 1회 소성 시에는 256.
- 21의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 3.83, 2회 소성 시에는 2.93, 3회 소성 시에는 2.55, 5회 소성 시에는 2.02, 10회 소성 시에는 1.31의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 반투명 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 4.
- 이렇게 색차의 유무여부는 많은 연구자들에 의해 연구되어지고 있지만 아직까지도 논의의 대상이다. 본 연구에서도 Uludag등의 연구결과와 동일하게 모든 도재에서 소성횟수가 증가함에 따라 L*값은 감소하며 a*값은 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 b*값은 2회 소성 이후 소성횟수가 증가할수록 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 감소가 나타나며, 법랑질 도재와 반투명 도재에서는 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 불투명-상아질 도재의 1회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차를 분석한 결과 2회 소성한 시편과는 4.83, 3회 소성한 시편과의 색차는 5.67, 5회 소성한 시편과의 색차는 6.66, 10회 소성한 시편과는 8.2를 나타내었으며, 2회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차를 비교하면 3회 소성한 시편과는 1.21, 5회 소성한 시편과는 2.81, 10회 소성한 시편과는 4.87을 나타내었으며, 3회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차를 비교하면 5회 소성한 시편과는 1.63, 10회 소성한 시편과는 3.71을 나타내었으며, 5회 소성한 시편과 반복 소성한 시편의 색차를 비교하면 10회 소성한 시편과는 2.07을 나타내었다(Fig.10.b).
- 69의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 62.51, 2회 소성 시에는 57.73, 3회 소성 시에는 56.85, 5회 소성 시에는 56.04, 10회 소성 시에는 55.03의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 43.
- 3의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 색상 h 값은 1회 소성 시에는 80.37, 2회 소성 시에는 79.55, 3회 소성 시에는 79.29, 5회 소성 시에는 77.28, 10회 소성 시에는 74.63의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 색상 h값은 1회 소성 시에는 253.
- 63의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 11.44, 2회 소성 시에는 12.14, 3회 소성 시에는 11.35, 5회 소성 시에는 9.97, 10회 소성 시에는 8.21의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 법랑질 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 3.
- 4의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 1회 소성시보다 2회 소성 시에 C* 값이 증가했으며 그 이후 소성을 반복함에 따라 C* 값이 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있었지만 법랑질 도재와 반투명 도재에 있어서는 반복소성을 함에 따라 C* 값이 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 불투명 상아질 도재의 C* 값이 가장 크게 나타났으며 법랑질 도재의 C* 값이 가장 낮게 나타났다(Fig.
- 35의 값을 가지는 것을 관찰할수 있었다. 상아질 도재와, 불투명-상아질 도재에서는 1회 소성시보다 2회 소성 시에 b* 값이 증가했으며 그 이후 소성을 반복함에 따라 b* 값이 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 법랑질 도재와, 반투명 도재에 있어서는 반복소성을 함에 따라 b* 값이 완만하게 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 상아질 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 55.51, 2회 소성 시에는 50.3, 3회 소성 시에는 49.09, 5회 소성 시에는 48.31, 10회 소성 시에는 47.69의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 명도 값은 1회 소성 시에는 62.
- 상아질 도재의 색상 h 값은 1회 소성 시에는 83.25, 2회 소성 시에는 82.83, 3회 소성 시에는 82.13, 5회 소성 시에는 80.65, 10회 소성 시에는 77.3의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 색상 h 값은 1회 소성 시에는 80.
- 상아질 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 8.78, 2회 소성 시에는 9.71, 3회 소성 시에는 9.23, 5회 소성 시에는 8.03, 10회 소성 시에는 6.63의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 채도 C* 값은 1회 소성 시에는 11.
- 색도 중 상아질 도재의 b* 값은 1회 소성 시에는 8.72, 2회 소성 시에는 9.63, 3회 소성 시에는 9.15, 5회 소성 시에는 7.93, 10회 소성 시에는 6.47의 값을 가지는 것을 관찰할 수 있었다. 불투명-상아질 도재의 b* 값은 1회 소성 시에는 11.
- 즉 색차(△E)와 동일하게 1회 소성한 시편과 반복 소성한 시편에서의 차이가‘Appreciable’이상으로 나타났으며 2회 소성 이후부터는 반복소성을 거듭함에 NBS unit 지수 또한 약간씩 증가하는 양상을 관찰할 수 있었다.
- 본 연구에서도 Uludag등의 연구결과와 동일하게 모든 도재에서 소성횟수가 증가함에 따라 L*값은 감소하며 a*값은 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 b*값은 2회 소성 이후 소성횟수가 증가할수록 상아질 도재와 불투명-상아질 도재에서는 감소가 나타나며, 법랑질 도재와 반투명 도재에서는 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
- 상아질 도재와, 불투명-상아질 도재에서는 1회 소성시보다 2회 소성 시에 b* 값이 증가했으며 그 이후 소성을 반복함에 따라 b* 값이 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 법랑질 도재와, 반투명 도재에 있어서는 반복소성을 함에 따라 b* 값이 완만하게 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 불투명-상아질 도재의 b* 값이 가장 크게 나타났으며 반투명 도재의 b* 값이 가장 낮게 나타났다(Fig.
- Crispin 등(1991)은 glazing 처리된 시편과 연마한 시편의 색차를 비교한 결과 ADA의 규정과 O’brien등의 연구결과보다 낮은 것을 관찰하였다. 하지만 본 연구에서는 1회 소성한 시편 연마한 시편과 self-glazing된 시편과의 색차가 크게 나타나는 것으로 관찰되었다. 이는 연마방법의 차이에 따라 빛의 산란이 영향을 미쳤으리라 사료되며 본 연구에서는 SiC paper #200으로 연마하였으므로 표면의 요철이 크게 증가하였으므로 빛의 산란이 반복소성한 시편보다도 증가하였기에 색차가 더 크게 나타났으리라 사료된다.
후속연구
- 91까지의 색차를 유발하지만 이는 도재의 제조 회사, 소성온도, 소성로에서의 소성위치, 소성로의 제품 등에 의해 다른 결과를 도출할 수도 있다. 또한 이러한 색차의 원인을 분석하기 위해서는 좀 더 추가적인 연구가 필요하리라 사료된다.
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