[논문]3D 프린팅 기술로 출력된 치과 보철물의 임상적 적합도 평가

김기백

doi:10.14347/kadt.2019.41.1.1

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The objectives of this study was to evaluate clinical adaptation of dental prostheses printed by 3 dimensional(3D) printing technology. Methods: Ten study models were prepared. Ten specimens of experimental group were printed by 3D printing(3DP group). As a control group, 10 specimens were ...

Purpose: The objectives of this study was to evaluate clinical adaptation of dental prostheses printed by 3 dimensional(3D) printing technology. Methods: Ten study models were prepared. Ten specimens of experimental group were printed by 3D printing(3DP group). As a control group, 10 specimens were fabricated by casting method on the same models. Marginal gaps of all specimens were measured to evaluate clinical adaptation. Marginal adaptations were measured using silicone replica technique and measured at 8 sites per specimen. Wilcoxon's signed-ranks test was used for statistical analysis(${\alpha}=0.05$). Results: Means of marginal adaptations were $95.1{\mu}m$ for 3DP group and $75.9{\mu}m$ for CAST group(p < 0.000). Conclusion : However, the mean of the 3DP group was within the clinical tolerance suggested by the previous researchers. Based on this, dental prosthesis fabricated by 3D printing technology is considered to be clinically acceptable.

주제어

표/그림 (5)

그림 Figure 1. Master model
그림 Figure 2. The definition of marginal adaptation
그림 Figure 3. The measurement points of marginal gaps(black line: margin, red points: measurement point)
그림 Figure 4. A photo measured at 160-magnification using the digital microscope. This study measured the marginal gap. The pink color consists of the heavy body silicone and the blue color consists of the light body silicone.
표 Table 1. Mean(SDs) of clinical gaps of 3DP group and CAST group at specimens

AI 본문요약
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문제 정의

3D 프린팅 기술의 많은 장점이 연구를 통해 보고된 것과 달리 치과보철물 제작 기술에 있어서 임상적 허용 가능성에 관한 연구는 부족한 추세이다. 때문에 본 연구에서는 치과용 3D 프린터기를 활용하여 제작된 치과보철물들의 임상적 허용 가능성을 적합도인 해당 보철물의 변연간격을 근거로 평가하여 보고, 연구 결과를 토대로 해당 분야 종사자들(치과의사, 치과기공사, 치과위생사)에게 참고자료를 제시해보고자 한다.
본 연구에서는 최근 많은 변화를 겪고 있는 치과보철물의 제작 방식에 따른 보철물의 임상적 적합도를 평가해보고자 하였다. 적합도로써 변연간격을 중점적으로 평가하고자 하였으며, 특히 치과용 보철물 제작기술로소개된 3D 프린팅 기술을 통해 제작된 고정성 보철물의 변연간격을 평가하였다.
본 연구에서는 치과용 3D 프린팅 기술로 출력된 치과 보철물의 임상적 적합도를 평가하고자 하였다. 임상적 적합도로써 해당 기술에 의해 제작된 보철물의 변연간격을 측정하고, 그 결과를 해당 분야 종사자들(치과의사, 치과기공사, 치과위생사)에게 참고자료로 제시하고자 하였다.
본 연구에서는 치과용 3D 프린팅 기술로 출력된 치과 보철물의 임상적 적합도를 평가하고자 하였다. 임상적 적합도로써 해당 기술에 의해 제작된 보철물의 변연간격을 측정하고, 그 결과를 해당 분야 종사자들(치과의사, 치과기공사, 치과위생사)에게 참고자료로 제시하고자 하였다. 연구 결과에 따르면 3D 프린팅 기술에 의해 제작된 치과 보철물의 변연간격은 전통적인 방식에 의해 제작된 것들보다 더 큰 간격으로 조사되었는데, 이는 적합도가 아직 전통적인 방식에 의하는 것만큼 우수하지 못한 결론으로 풀이된다.

제안 방법

대조군은 종전의 제작방식인 왁스소각기술과 주조법을 활용하였다. 3DP 집단을 제작한 동일한 10개의 실험모형에 치과용 모델링 왁스(THOWAX Sculpturing wax,YETI DENTAL, Engan, Germany)를 이용하여 금속도재관 제작을 위한 하부 코어 형태로 납형을 제작하였다. 제작된 납형은 통법에 따라 비기능 교두인 협측 교 두정 부근에 주입선을 설치하였으며, 비귀금속 주조를 위한 매몰재(Bellavest® SH, Bego GmbH, Bremen,Germany)를 이용하여 매몰하였다.
변환된 10개의 디지털 모형에 치과보철물을 디자인하였는데, 본 연구에서는 금속도재관(metal-ceramic crown) 제작을 위한 하부 코어(coping) 형태로 디자인 하였다. 시편의 디자인 과정은 모두 치과보철물 전용의 디자인 프로그램(Dental designer, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)을 이용하였으며, 디자인 관련 사항들은 회사의 권장사항에 따라서 설계 하였다. 모든 디자인 과정이 끝난 후 해당 정보는 저장되었으며, 저장된 파일을 치과용 금속 3D 프린터기(EOSINTM270, EOS GmbH, München, Germany)로 전송하였다.
본 연구에서는 최근 많은 변화를 겪고 있는 치과보철물의 제작 방식에 따른 보철물의 임상적 적합도를 평가해보고자 하였다. 적합도로써 변연간격을 중점적으로 평가하고자 하였으며, 특히 치과용 보철물 제작기술로소개된 3D 프린팅 기술을 통해 제작된 고정성 보철물의 변연간격을 평가하였다. 측정된 변연간격을 비교평가하기 위한 대조군으로 기존의 주조방식을 이용하여 시편들을 제작하여 두 집단의 변연간격을 비교 평가하였다.

대상 데이터

앞서 제작된 10개의 실험모형을 이용하여 치과용 스캐너(e-3, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)를 활용하여 스캐닝을 실시하여 디지털 모형으로 변환하였다. 변환된 10개의 디지털 모형에 치과보철물을 디자인하였는데, 본 연구에서는 금속도재관(metal-ceramic crown) 제작을 위한 하부 코어(coping) 형태로 디자인 하였다. 시편의 디자인 과정은 모두 치과보철물 전용의 디자인 프로그램(Dental designer, 3Shape A/S, Copenhagen, Denmark)을 이용하였으며, 디자인 관련 사항들은 회사의 권장사항에 따라서 설계 하였다.
매몰재가 최종 경화된 후 950℃로 소환과정을 진행하였으며, 소환 후 주조를 수행하였다. 주조는 실험군인 3DP 집단과 마찬가지로 치과용 Co-Cr 합금(Wirobond® C, Bego GmbH, Bremen, Germany)을 이용하였는데, 치과용 고주파 주조기(Fornax® T,Bego GmbH, Bremen, Germany)로 1400℃의 온도를 설정한 후 주조하였다. 주조가 끝난 후 10개의 링을 활용하여 매몰재만 제거하였으며, 주입선만 절단한 후 외면에 별다른 연마과정은 진행하지 않았다.
측정에는 한명의 전문가가 측정을 하였으며, 절단된 실리콘의 단면을 전자현미경으로 160배 확대하여 간격을 분석하였다. 총 두 집단 20개의 시편을 대상으로 160회의 측정을 수행하였다.
전송된 파일에 근거하여 해당 장비의 전용 재료(EOS CobaltChrome MP1, EOS GmbH, Munchen,Germany)를 사용하여 디자인한 치과보철물 10개를 출력하였다. 출력된 치과보철물의 재료는 치과용 금속도재관 하부 코어 제작을 위한 Co-Cr 합금(Co: 60-65%,Cr: 26-30%, Mo: 5-7%, Si: ≤1.0%, Mn: ≤1.0%,Fe: ≤0.75%, C: ≤0.16%, Ni: ≤0.10%)의 분말로써 해당 부분에 국소적으로 고온의 레이저를 이용하여 20㎛내외의 층을 형성하는 과정을 반복하여 시편을 최종적으로 10개 완성하였다(3DP 집단).
분리된 연질실리콘 필름의 두께를 측정하는 방식으로 한 시편 당 8부위(P1-P8)를 측정하였고(Figure 3), 8부위의 평균을 해당 시편의 변연 간격으로 정의 하였다. 측정에는 한명의 전문가가 측정을 하였으며, 절단된 실리콘의 단면을 전자현미경으로 160배 확대하여 간격을 분석하였다. 총 두 집단 20개의 시편을 대상으로 160회의 측정을 수행하였다.

데이터처리

두 집단에서 측정된 변연간격을 비교 분석하기 위하여 총 160회 측정값의 평균과 표준편차를 산출하였으며, 정규성 분포 여부를 알아보기 위해 샤피로-윌크 검정을 수행하였다. 정규성 검정 결과에 의하여 비모수 검정법인 윌콕슨 부호 순위 검증법을 이용하여 두 집단간의 평균은 유의한지 알아보았다 (α = 0.
두 집단에서 측정된 변연간격을 비교 분석하기 위하여 총 160회 측정값의 평균과 표준편차를 산출하였으며, 정규성 분포 여부를 알아보기 위해 샤피로-윌크 검정을 수행하였다. 정규성 검정 결과에 의하여 비모수 검정법인 윌콕슨 부호 순위 검증법을 이용하여 두 집단간의 평균은 유의한지 알아보았다 (α = 0.05). 모든 통계검증은 통계 프로그램 SPSS(IBM SPSS statistics ver.
적합도로써 변연간격을 중점적으로 평가하고자 하였으며, 특히 치과용 보철물 제작기술로소개된 3D 프린팅 기술을 통해 제작된 고정성 보철물의 변연간격을 평가하였다. 측정된 변연간격을 비교평가하기 위한 대조군으로 기존의 주조방식을 이용하여 시편들을 제작하여 두 집단의 변연간격을 비교 평가하였다. 그 결과에서 3D 프린팅 방식을 이용하여 제작된 시편들의 변연간격이 주조방식에 의해 제작된 시편들 보다 더 큰 값으로 조사되었는데, 이 결과는 임상적으로 중요한 부분이라 생각된다.

이론/모형

3DP 집단의 제작이 끝난 후 3DP 집단의 시편들을 비교평가하기 위한 대조군 집단을 제작하였다. 대조군은 종전의 제작방식인 왁스소각기술과 주조법을 활용하였다. 3DP 집단을 제작한 동일한 10개의 실험모형에 치과용 모델링 왁스(THOWAX Sculpturing wax,YETI DENTAL, Engan, Germany)를 이용하여 금속도재관 제작을 위한 하부 코어 형태로 납형을 제작하였다.
제작된 납형은 통법에 따라 비기능 교두인 협측 교 두정 부근에 주입선을 설치하였으며, 비귀금속 주조를 위한 매몰재(Bellavest® SH, Bego GmbH, Bremen,Germany)를 이용하여 매몰하였다. 매몰 시 혼수비 등은 모두 제조사의 권장사항에 준했으며, 혼합은 진공혼합법을 이용하였다. 시편 한 개당 한 개의 매몰용 링을 사용하는 방식으로 모두 10개의 링을 사용하여 매몰을 완료하였다.
2와 같이 정의하였다(Figure 2), (Kokubo et al, 2005). 변연간격측정을 위한 방법으로는 이미 많은 연구에서 신뢰성이 검증된 실리콘 복제 기법을 이용하였다(Kim JH et al,2016). 본 방법은 연구모형과 시편과의 공간을 치과용 연질실리콘으로 복제한 뒤 복제된 실리콘 필름의 두께를 측정하는 방식이다.
준비된 연구모형을 토대로 치과용 실리콘(Deguform;DeguDent GmbH, Hanau-wolfgang, Germany)을이용하여 10개의 몰드를 제작하였다. 제작된 몰드에 실험모형 10개를 제작하였다.

성능/효과

측정된 변연간격을 비교평가하기 위한 대조군으로 기존의 주조방식을 이용하여 시편들을 제작하여 두 집단의 변연간격을 비교 평가하였다. 그 결과에서 3D 프린팅 방식을 이용하여 제작된 시편들의 변연간격이 주조방식에 의해 제작된 시편들 보다 더 큰 값으로 조사되었는데, 이 결과는 임상적으로 중요한 부분이라 생각된다.
임상적 적합도로써 해당 기술에 의해 제작된 보철물의 변연간격을 측정하고, 그 결과를 해당 분야 종사자들(치과의사, 치과기공사, 치과위생사)에게 참고자료로 제시하고자 하였다. 연구 결과에 따르면 3D 프린팅 기술에 의해 제작된 치과 보철물의 변연간격은 전통적인 방식에 의해 제작된 것들보다 더 큰 간격으로 조사되었는데, 이는 적합도가 아직 전통적인 방식에 의하는 것만큼 우수하지 못한 결론으로 풀이된다.
하지만 큰 차이는 아니었으며, 몇몇 선행연구자들이제시한 변연간격의 임상적 허용 수치 내에 존재한 값으로 조사되었던 것을 근거로 치과용 3D 프린팅 기술에 의해 출력된 치과 보철물은 임상적으로 허용이 가능할 것으로 보인다. 하지만 기존의 주조방식을 대체하기 위해서는 많은 연구를 통해 개선되어야 할 것으로 보인다.

후속연구

그러나 시편의 종류가 다양하지 못한 것과 한 시편 당 8군데의 변연간격을 대상으로 적합도를 평가한 점 등은 해당 연구의 한계점으로 지적된다. 추후 진행될 연구에서는 이러한 한계점들을 극복하여 보다 다양한 종류의 시편을 대상으로 변연간격 등을 평가하여야 할 것으로 생각한다.
본 연구에서는 금속재료(Co-Cr alloy)로 프린팅된 보철물을 평가하였으나 다른 재료를 활용하여 출력된 보철물의 평가가 이루어질 필요가 있다. 변연간격의 측정에 있어서는 보다 많은 부위에서 측정하여 분석한다면 지금보다 신뢰할 수 있는 값이 마련될 수 있을 것으로 생각된다.
또한 최근 치과용 3D 프린팅 방식이 다양해짐에 따라 사용되는 재료의 폭도 빠르게 증가하고 있다. 본 연구에서는 금속재료(Co-Cr alloy)로 프린팅된 보철물을 평가하였으나 다른 재료를 활용하여 출력된 보철물의 평가가 이루어질 필요가 있다. 변연간격의 측정에 있어서는 보다 많은 부위에서 측정하여 분석한다면 지금보다 신뢰할 수 있는 값이 마련될 수 있을 것으로 생각된다.
그러나 시편의 종류가 다양하지 못한 것과 한 시편 당 8군데의 변연간격을 대상으로 적합도를 평가한 점 등은 해당 연구의 한계점으로 지적된다. 추후 진행될 연구에서는 이러한 한계점들을 극복하여 보다 다양한 종류의 시편을 대상으로 변연간격 등을 평가하여야 할 것으로 생각한다. 또한 최근 치과용 3D 프린팅 방식이 다양해짐에 따라 사용되는 재료의 폭도 빠르게 증가하고 있다.
하지만 큰 차이는 아니었으며, 몇몇 선행연구자들이제시한 변연간격의 임상적 허용 수치 내에 존재한 값으로 조사되었던 것을 근거로 치과용 3D 프린팅 기술에 의해 출력된 치과 보철물은 임상적으로 허용이 가능할 것으로 보인다. 하지만 기존의 주조방식을 대체하기 위해서는 많은 연구를 통해 개선되어야 할 것으로 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3D 프린팅 기술에 의해 제작된 치과 보철물에 대한 평가 결과는 무엇인가?	임상적 적합도로써 해당 기술에 의해 제작된 보철물의 변연 간격을 측정하고, 그 결과를 해당 분야 종사자들(치과의사, 치과기공사, 치과위생사)에게 참고자료로 제시하고자 하였다. 연구 결과에 따르면 3D 프린팅 기술에 의해 제작된 치과 보철물의 변연간격은 전통적인 방식에 의해 제작된 것들보다 더 큰 간격으로 조사되었는데, 이는 적합도가 아직 전통적인 방식에 의하는 것만큼 우수하지 못한 결론으로 풀이된다.
	4차 산업혁명으로 인한 치의학 분야의 변화 중 가장 큰 변화를 보이는 분야는?	그 동안 많은 부분에 있어서 아날로그 방식의 진료 방식이었다면 이제는 디지털 기술을 활용한 방식으로 변화하고 있다. 이러한 변화가 가장 두드러지는 분야는 특히 치과보철물 제작 기술 분야라고 할 수 있다. 종전의 치과보철물 제작 과정은 대부분의 과정이 수작업으로 진행되었으나 오늘날 기술 발전에 힘입어 컴퓨터를 활용한 치과보철물의 제작이 가능해졌다(Miyazaki et al, 2009).
	치과용 캐드캠을 활용한 치과보철물의 제작 과정은?	치과용 캐드캠을 활용한 치과보철물의 제작 과정은 다음과 같다. 진료실에서 환자의 구강을 구강 내 카메라로 직접 스캐닝 하거나 구강을 복제한 인상체 혹은 석고 모형 등을 치과용 스캐너를 활용하여 스캔하여 디지털 모형을 얻게 된다. 얻어진 디지털 모형에 근거하여 환자에게 적합한 치과 보철물을 전용 프로그램과 컴퓨터를 활용하여 디자인한다. 디자인이 끝난 파일을 토대로 최종적으로 치과보철물을 제작하게 된다(Beuer et al, 2008).

참고문헌 (17)

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Kim WS, Han MS, Jung JK, Kim KB. Analysis of quality for fixed prostheses fabricated by dental CAD-CAM system. J Kor Aca Den Tec, 36, 159-164, 2014.

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