[논문]치과용 3D 프린팅 시스템에 의해 출력된 보철물의 품질 평가

한만소

doi:10.14347/kadt.2016.38.3.185

치과용 3D 프린팅 시스템에 의해 출력된 보철물의 품질 평가
An evaluation of quality of dental prostheses printed by dental 3-dimensional printing system 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.38 no.3, 2016년, pp.185 - 191

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Purpose: The purpose of this study were to evaluate the quality of dental prostheses printed by 3-dimensional printing system. Methods: Mater model was prepared and ten study models were fabricated. Ten single crowns were printed by 3D-printing system(Resin group) and another ten single crowns using casting method were manufactured(Metal group). The marginal adaptation of single crowns were measured using by silicone replica technique. Silicone replicas were sectioned four times. The marginal adaptations were evaluated using by digital microscope. Statistical analyses were performed with Mann-Whitney test(${\alpha}=0.05$). Results: $Mean{\pm}standard$ deviations of all marginal adaptations were $92.1(20.0){\mu}m$ for Metal group and $69.7(12.3){\mu}m$ for Resin group. Two groups were no statistically significant differences(p>0.05). Conclusion: Marginal adaptation of single crowns printed by 3D-printing system were ranged within the clinical recommendation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

무엇보다 제작되는 보철물의 품질과 관련한 연구가 중요하다고 생각하는데, 보철물의 품질이 좋고, 나쁨에 따라 환자가 받는 의료 서비스의 만족도가 좌우되기 때문이다. 때문에 본 연구에서는 3D 프린팅 장비에 의해 출력된 레진 계열 단관의 품질을 평가해보고자 한다. 단관의 품질을 평가하는 기준은 여러 가지가 있지만, 무엇보다 중요한 것은 해당 단관의 변연 적합도라고 생각한다(Tuntiprawon and Wilson, 1995).
때문에 최신 기자재들을 이용하여 제작된 보철물들의 임상적 허용 가능 여부의 평가는 무엇보다 중요하다고 생각한다. 본 연구에서는 최근 도입된 3D 프린팅 기술로 제작된 보철물의 품질 평가를 보철물의 변연적합도를 가늠하여 보고자 하였다.
본 연구에서는 최신 기술인 치과용 3D 프린팅 기술을 이용해 제작한 보철물의 품질 평가를 변연 적합도를 기준으로 가늠해보고자 하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
단관의 품질을 평가하는 기준은 여러 가지가 있지만, 무엇보다 중요한 것은 해당 단관의 변연 적합도라고 생각한다(Tuntiprawon and Wilson, 1995). 본 연구의 목적은 치과용 3D 프린팅 시스템에 의해 출력된 단관의 품질 평가를 변연 적합도에 의해 가늠하여 보고자 함이며, 연구 결과를 통해 해당 분야에 종사하는 임상가들에게 참고자료를 제시하고자 함이다.
본 연구의 의의는 최근 임상적으로 도입되고 있는 3D 프린팅으로 제작된 단관의 임상적 품질 평가를 변연 적합도를 기준으로 하였다는 점에서 의의가 있다. 비록 주조방식에 의해 제작된 보철물보다 변연 적합도가 우수하지 못한 것으로 조사되었으나 임상적으로 허용이 가능하였다.

제안 방법

3D 프린팅에 의해 제작된 레진 단관의 변연 적합도를 분석하기 위해 본 연구에서는 치경선에서 보철물까지 수직적인 거리로 변연 적합도를 정의하였다(Fig. 3).(Kokubo et al 2005).
각 부위 별로 두 집단을 비교 평가한 후 측정된 모든 값을 대상으로 두 집단을 비교하였다. 80군데에서 측정된변연 적합도를 비교한 결과 resin group은 82.
제작된 시편은 신뢰성 있는 변연 적합도의 측정을 위해 별도로 추가 정리를 하지 않았다. 각각의 단관 내면에 연질의 실리콘(Aquasil Ultra XLV, Densply DeTrey GmbH, Konstanz, Germany)을 가득 채운 후 각자 할당된 연구 모형에 압력을 가하였다. 압력은 치아 장축 방향으로 일정한 압력을 부여하였으며, 압력 방법은 손가락의 힘을 이용하였다.
연질 실리콘 위에 경질 실리콘을 도포하면 형태 유지가 가능하며, 비교적 측정이 용이해진다. 경질 실리콘까지 최종 경화가 끝나면 실리콘 복제본이 완성되는데 완성된 실리콘 복제본은 8개의 조각으로 절단하였으며, 절단된 단면에서 관찰되는 연질 실리콘의 두께를 디지털 전자 현미경으로 160배 확대하여 측정하였다(Fig. 5).
실험군을 제작하고자 3D 프린팅 기법을 이용하였다. 석고를 이용하여 제작한 5개의 연구모형들을 기공소용 스캐너(D-700, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)를활용하여 디지털 모형으로 변환하였고, 디지털 모형은 치과용 CAD 프로그램(Dental designer, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)으로 해당 보철물을 설계하였다. 설계가 끝난 후 해당 정보를 파일로 저장한 뒤 저장된 파일은 치과용 3D 프린터(ProJet 3500 HD max, CEP tech, Seoul, Korea)를 활용하여 실험군 시편 10개를 완성하였다(Resin group).
주 모형으로부터 연구 모형을 제작하고자 치과용 실리콘(Deguform; DeguDent GmbH, Hanau-wolfgang, Germany)을 활용해 5개의 몰드를 제작하였고, 경화가 끝난 실리콘 몰드 내에 치과용 스캐너 전용 석고(Everast Rock; KaVo Dental GmbH, Biberach/Riβ, Germany)를 권장 혼수비를 숙지하여 진공 혼합 뒤 주입하였다. 석고의 최종 경화가 끝난 뒤 몰드에서 분리하는 방식으로 10개의 연구 모형이 제작되었다.
실험군을 제작하고자 3D 프린팅 기법을 이용하였다. 석고를 이용하여 제작한 5개의 연구모형들을 기공소용 스캐너(D-700, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)를활용하여 디지털 모형으로 변환하였고, 디지털 모형은 치과용 CAD 프로그램(Dental designer, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)으로 해당 보철물을 설계하였다.
각각의 단관 내면에 연질의 실리콘(Aquasil Ultra XLV, Densply DeTrey GmbH, Konstanz, Germany)을 가득 채운 후 각자 할당된 연구 모형에 압력을 가하였다. 압력은 치아 장축 방향으로 일정한 압력을 부여하였으며, 압력 방법은 손가락의 힘을 이용하였다. 압력은 실리콘의 최종 경화가 끝날 때까지 지속하였다.
연구 진행을 위한 주 모형으로써 환자의 치아를 가장한 가상의 상악 우측 제1대구치 치형(Frasaco GmbH, Tettnang, Germany)을 선택하였다. 지대치로 삭제하고자 치형의 치면은 1.
2). 제작된 실험군들의 품질을 비교 평가하기 위한 대조군을 제작하였다. 대조군의 제작은 전통적인 제작 방식인 주조방법에 의하여 대조군 총 10개를 제작하였다(Metal group).
주 모형으로부터 연구 모형을 제작하고자 치과용 실리콘(Deguform; DeguDent GmbH, Hanau-wolfgang, Germany)을 활용해 5개의 몰드를 제작하였고, 경화가 끝난 실리콘 몰드 내에 치과용 스캐너 전용 석고(Everast Rock; KaVo Dental GmbH, Biberach/Riβ, Germany)를 권장 혼수비를 숙지하여 진공 혼합 뒤 주입하였다.
본 연구에서는 언급된 다양한 요인들을 모두 제어하지 못했으며, 이는 본 연구의한계점으로 지적된다. 지대치의 형태로는 측정의 표준화를 위해 하나의 증례를 선택하였으며, 변연 설계도 chamfer type으로 통일하였다. 보철물의 크기에서도 long span이 아닌 single case를 채택하였으므로 추후의 연구에서는 다양한 case의 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다.
치아의 축벽 각도는 12°로 설계하였으며, 설계가 끝난 후 티타늄 블록을 이용해 Fig. 1과 같은 주 모형을 제작하였다.

대상 데이터

석고를 이용하여 제작한 5개의 연구모형들을 기공소용 스캐너(D-700, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)를활용하여 디지털 모형으로 변환하였고, 디지털 모형은 치과용 CAD 프로그램(Dental designer, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)으로 해당 보철물을 설계하였다. 설계가 끝난 후 해당 정보를 파일로 저장한 뒤 저장된 파일은 치과용 3D 프린터(ProJet 3500 HD max, CEP tech, Seoul, Korea)를 활용하여 실험군 시편 10개를 완성하였다(Resin group).
실험군으로써 3D 프린팅 기술로 단관을 10개 제작한 후 실험군을 비교 평가하기 위한 대조군은 동일한 증례의 모형을 대상으로 주조 기술을 통해 단관 10개를 제작하였다. 제작된 총 20개 시편의 변연 적합도를 실리콘 복제 방법을 이용해 측정하였다.
실험군으로써 3D 프린팅 기술로 단관을 10개 제작한 후 실험군을 비교 평가하기 위한 대조군은 동일한 증례의 모형을 대상으로 주조 기술을 통해 단관 10개를 제작하였다. 제작된 총 20개 시편의 변연 적합도를 실리콘 복제 방법을 이용해 측정하였다. 측정은 각 시편 별로 총 8군데를 측정하였으며, 그 결과 측정된 모든 부위에서 실험군인 3D 프린팅 기술에 의해 제작된 집단이 주조 기술에 의해 제작된 집단보다 변연 간격이 큰 것으로 조사되었으나 통계적으로 유의하진 않았다.

데이터처리

실험군(AM group), 대조군(CM group) 총20개의 시편에서 측정된 부위별 내면간격의 평균과 표준편차를 산출한 후 두 집단의 내면간격의 평균이 유의한지 알아보기 위하여 독립표본 t-검정을 수행하였다(제1종 오류수준:0.05). 본 연구에서 수행된 모든 통계분석은 전용 프로그램(IBM SPSS statistics ver.

이론/모형

제작된 실험군들의 품질을 비교 평가하기 위한 대조군을 제작하였다. 대조군의 제작은 전통적인 제작 방식인 주조방법에 의하여 대조군 총 10개를 제작하였다(Metal group).
(Kokubo et al 2005). 측정의 신뢰도를 위해 각 시편 당[Fig. 4]와 같이 총 8군데를 측정하였으며, 측정은 실리콘 복제 방법을 이용하였다. 이 방법의 경우 적합도와 관련한 많은 선행 연구에서 신뢰성과 정확성이 검증된 방법으로써 보철물과 지대치와의 공간을 연질의 실리콘으로 복제한 뒤 복제된 실리콘의 두께를 측정하는 방법이다.

성능/효과

연구 결과를 볼 때 3D 프린팅으로 제작된 보철물들이 비록 주조방식에 의해 제작된 것들보다 적합도가 우수하지 못한 것으로 조사되었는데, 이에 대한 원인으로는 다양하겠지만, 가장 큰 원인 중에 하나는 3D 프린팅 기술로 출력된 보철물의 재료가 레진인 것이 하나의 원인인 것으로 사료된다. 레진 프린팅의 경우 광중합 레진계열의 재료를 이용하게 되는데, 출력 당시 100% 중합이 완료되는 것이 아니므로 출력이 끝난 보철물들의 수축과 뒤틀림 변형이 있었을 것으로 예상되며, 이런 변형들이 최종 보철물의 적합도에 좋지 못한 영향을 미친 것으로 생각된다.
제작된 총 20개 시편의 변연 적합도를 실리콘 복제 방법을 이용해 측정하였다. 측정은 각 시편 별로 총 8군데를 측정하였으며, 그 결과 측정된 모든 부위에서 실험군인 3D 프린팅 기술에 의해 제작된 집단이 주조 기술에 의해 제작된 집단보다 변연 간격이 큰 것으로 조사되었으나 통계적으로 유의하진 않았다.

후속연구

선행 연구에 비추어 볼 때 3D 프린팅으로 제작된 단관의 변연 적합도는 대부분의 연구자가 주장한 임상적 허용 수치 내에 존재하는 것으로 평가됨에 따라 임상적으로 허용이 가능할 것으로 사료된다. 다만 주조방식의 적합도 만큼 우수하기 위해서는 다양한 연구를 토대로 보완되어야 할 것으로 생각된다.
지대치의 형태로는 측정의 표준화를 위해 하나의 증례를 선택하였으며, 변연 설계도 chamfer type으로 통일하였다. 보철물의 크기에서도 long span이 아닌 single case를 채택하였으므로 추후의 연구에서는 다양한 case의 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다.
이외에도 보철물의 적합도에 영향을 미치는 요인으로는 지대치의 형태, 변연 설계의 형태, 보철물의 크기, 재료, 적합도 측정 방법, 측정 시 사용되는 재료 등 다양한 요인이 있으므로 원인을 정확하게 규명하기 힘든 것이 사실이다(Shillingburg et al, 1973). 본 연구에서는 언급된 다양한 요인들을 모두 제어하지 못했으며, 이는 본 연구의한계점으로 지적된다. 지대치의 형태로는 측정의 표준화를 위해 하나의 증례를 선택하였으며, 변연 설계도 chamfer type으로 통일하였다.
측정된 수치는 몇몇 연구자들이 제시한 임상적 허용 수치 내에 존재하는 것으로 볼 때 임상적으로 허용이 가능할 것으로 보이나 주조 기술만큼의 높은 정확도를 위해서는 앞으로 다양한 연구를 통해 해당 기술이 개선되어야 할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	블록형태의 재료를 절삭, 삭제하여 보철물을 제작하는 치과용 캐드캠은 어떤 문제를 가지고 있는가?	초창기 대부분의 치과용 캐드캠들은 보철물을 블록형태의 재료를 이용하여 불필요한 부분을 절삭,삭제하는 방법에 의해 보철물을 완성하였다. 그러나 재료의 낭비가 심한 점과 함몰부위(under cut)의 양이 많은 경우 재현이 불가능한 점 등은 이 방법의 단점으로 지적되었다. 이 단점들은 보완하고자 3D 프린팅 기법을 활용한 보철물 제작 기술이 도입이 되었는데, 이 방법의 경우 블록형태의 재료가 아닌 가루 혹은 액상의 재료를 필요한 부분만 고온의 레이저를 이용하여 부분적으로 소결하는 방법을 통해 보철물을 제작하게 된다.
	3D 프린팅 기법을 활용한 보철물 제작 기술은 무엇인가?	그러나 재료의 낭비가 심한 점과 함몰부위(under cut)의 양이 많은 경우 재현이 불가능한 점 등은 이 방법의 단점으로 지적되었다. 이 단점들은 보완하고자 3D 프린팅 기법을 활용한 보철물 제작 기술이 도입이 되었는데, 이 방법의 경우 블록형태의 재료가 아닌 가루 혹은 액상의 재료를 필요한 부분만 고온의 레이저를 이용하여 부분적으로 소결하는 방법을 통해 보철물을 제작하게 된다. 재료의 낭비가 없으며, 보철물 형태의 재현 능력이 비교적 우수한 것이 장점이다.
	3D 프린팅 출력 기법은 치과계에서 어떤 형태로 활용되고 있는가?	현재 3D 프린팅 출력 기법은 치과계에 다양한 형태로 활용되고 있는데, 치과용 모형(model), 인레이(inlay), 관교의치(crown and bridge), 부분의치(partial denture),총의치(full denture) 그리고 교정장치물(orthodontic appliance)의 출력 등, 활용 범위가 매우 넓으며, 이는 앞으로 더욱 확대될 전망이다. 이에 반해 이와 관련한 연구는 현재 부족한 실정이다.

참고문헌 (14)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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