임플란트 지대주에는 기성 지대주와 맞춤형 지대주가 있다[1]. 기성 지대주는 임플란트 식립각도가 다를 경우 지대주 삭제량이 증가할 수 있고, 이로 인한 유지력 저하가 발생할 수 있다[2]. 또한 기성 지대주는 직경이 좁아서 자연스러운 출현 윤곽을 형성하기 어렵고, 보철물 과풍융 및 임플란트 주위염이 발생할 수 있다[3]. 최근 기술의 발전으로 이러한 문제점을 해결할 수 있는, computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM)을 이용한 맞춤형 지대주 제작 비율이 증가하였다[4]. CAD/CAM으로 맞춤형 지대주를 제작할 경우, 환자에게 해부학적으로 최적화된 출현 윤곽을 재현하는 것이 가능하고, 보철물의 유지력 및 삽입로 등의 조정이 수월하며, 치은 연하 변연 설정을 통해 심미적인 보철물을 제작하는 것이 가능하다[5]. 또한 기성 지대주는 잔존 시멘트의 제거가 충분하지 않았던 것에 비해 맞춤형 지대주는 치은 형태에 따라 변연 형성이 가능하므로 잔존 시멘트의 제거가 수월해짐으로써 임플란트 주위염 발생률이 낮다는 장점이 있다[5].

치과기공소에서 CAD/CAM으로 맞춤형 지대주를 제작할 경우, 주로 치과용 CAD 프로그램을 이용하여 디지털 모형에 맞춘 적절한 치관 형태의 라이브러리를 선택한 다음에 이를 임플란트와 연결하여 이상적인 모양과 기울기를 가진 지대주를 디자인한다[6]. 디자인이 완료된 맞춤형 지대주는 대부분 밀링 장비에 고정시킨 티타늄 환봉(titanium round bar)을 가공해서 제작하게 된다[7]. 이와 같이 CAD/CAM으로 제작하는 맞춤형 지대주는 기존의 주조법(lost wax technique)에서 발생하던 매몰과 주조로 인한 적합 불량을 제거하고, 치과기공사의 숙련도 차이에 따른 오차를 개선하였다[8]. 하지만 CAD/CAM으로 맞춤형 지대주를 제작하는 과정 중에도 스캔이나 가공 오차가 발생할 수 있다[9]. 특히 가공 과정에서 발생하는 오차는 여러 가지 변수로 인해 정확도에 많은 영향을 미칠 수 있다[10,11].

선행 연구[12]에 따르면, 산업용 CAD/CAM을 활용하여 볼록하고 오목한 경사면을 가공할 때 영향을 미치는 매개변수로 절삭공구와 공구 경로(tool path style) 및 절삭 속도(cutting speed), 이송 속도(feed rate), 스텝 오버(step over)가 있다고 보고하였다. 치과용 CAD/CAM의 가공 오차와 관련해서는 드릴 반경 설정이 보철물의 정확도와 적합도에 미치는 영향에 관한 연구 및 밀링 바의 직경과 상태가 보철물에 미치는 영향, 지대주 경사각이 보철물의 변연적합도에 미치는 영향과 같이 주로 보철물에 관한 연구가 많이 이루어졌다[13-15]. 임플란트 맞춤형 지대주의 가공 오차와 관련해서는 구치부 맞춤형 지대주의 수렴 각과 곡률 반경(radius of curvature value, CV)에 따른 가공 정확도에 관한 연구 이외에는 맞춤형 지대주의 가공 조건에 따른 정확도 연구는 부족한 실정이다[16]. 최근, 임상에서 CAD/CAM으로 맞춤형 지대주를 제작할 때, 치과기공소에서 주로 사용하는 ball endmill 바의 형태에 맞춰서 변연부는 chamfer margin의 형태로 제작하고, 곡률 반경은 사용하는 ball endmill 바의 반지름 값 이상으로 설정하면 가공 정확도를 높일 수 있다는 연구가 있다[17]. 하지만 CAD/CAM으로 제작한 맞춤형 지대주의 변연부 곡률 반경에 따른 가공 정확도에 관한 연구는 미비한 실정이다[17]. 따라서 본 연구의 목적은 맞춤형 지대주의 곡률 반경 값에 따른 가공 정확도를 평가하고자 한다.

1. 맞춤형 지대주 제작

본 연구에서 사용한 임플란트 고정체(TS3S4510S, Osstem)는 상악 21번 전치부 위치에 직경 10 mm로 육각형의 내측 연결 구조를 갖는다. 맞춤형 지대주는 평균 중절치 크기를 고려하여 근원심 길이 8 mm, 순설 두께 6.5 mm, 절단에서 변연까지 길이 9.5 mm의 크기로 설정하고 마진 길이는 1.0 mm, 마진 각도는 20도의 chamfer margin의 형태로 치과용 CAD 소프트웨어(3Shape Dental Designer, 3Shape)를 사용하여 디자인하였다. 이 때, 곡률 반경 값은 0.75 mm (CV-0.75)와 1.50 mm (CV-1.50)로 각각 설정하였다(Fig. 1). 맞춤형 지대주는 환봉(Premilled abutment hex system R10-01S, Dentalrix)의 연결부위를 고정한 reverse jig를 5축 티타늄 밀링 장비(Arum 5X-500, Doowon)에 장착하였다. 가공에 사용한 툴은 직경 3.0 mm로 황삭하고, 2.0 mm와 1.5 mm로 중삭한 다음에, 1.0 mm의 ball endmill 바(Arum MB-09; 10; 11; 12, Doowon)로 정삭해서 곡률 반경 값에 따라 각각 10개씩 총 20개의 환봉을 사용하여 제작하였다(Fig. 2). 이 때, 삭제를 위해 새로운 바를 사용하였지만, 매 시편마다 새로운 바를 사용하지는 않았다.

Figure 1. Implant custom abutment design according to each radius of curvature value (CV).

Figure 2. Abutments milling according to each radius of curvature value (CV).

2. 3차원 측정과 통계분석

각 곡률 반경 값에 따라 환봉으로 제작된 맞춤형 지대주는 스캔 전용 스프레이(EASYSCAN, Alphadent)를 도포하고 모델 스캐너(E3, 3shape)를 사용하여 외면을 스캔하였다. 스캔이 완료된 외면 데이터의 불필요한 부분과 곡률 반경과 관련이 없는 절단부위는 3차원 평가 프로그램(Geomagic Control X, 3D Systems)으로 제거하였다. 또한 맞춤형 지대주의 정확도(accuracy)를 평가하기 위해 진실도(trueness)와 정밀도(precision)을 측정하였다. 진실도는 CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹의 디자인 파일을 기준 데이터로 불러온 후 각 그룹의 맞춤형 지대주 외면 스캔 데이터를 측정 데이터로 불러와서 중첩하여 각 10개씩, 총 20개를 측정하였다. 정밀도는 맞춤형 지대주의 스캔 데이터끼리 중첩하여 각 그룹 별로 45개씩, 총 90개를 측정하였다. 측정 후 얻어진 데이터는 root mean square (RMS)로 계산하여 정량적 평가 지표로 나타내고, RMS 값에 유의한 차이가 있는 값은 3차원 색상 분석 지도를 사용하여 정성적 평가 지표로 나타냈다[18]. 3차원 색상 분석 지도에서 빨간색에 가까울수록 기준 데이터에서 양의 값으로 벗어나는 것을 의미하며, 파란색에 가까울수록 음의 값으로 벗어나는 것을 의미한다. 녹색은 지정된 공차 범위 내에 들어온 것을 의미하며, 본 연구에서는 공차 범위를 ±0.01 mm로 설정하고 최대 편차 범위는 ±0.10 mm로 설정하였다.

통계분석은 통계 소프트웨어(IBM SPSS Statistics ver. 23.0, IBM)를 이용하였다(α=0.05). 각 그룹의 RMS 값의 평균 비교를 위해 Shapiro–Wilk 정규성 검정을 실시하였고, 유의확률은 CV-0.75 그룹이 0.54, CV-1.50 그룹이 0.17로 정규성이 만족되어 독립표본 t-test를 진행하였다.

CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹에 따라 RMS 값의 진실도와 정밀도는 Table 1과 같다. 진실도를 평가하기 위해 Levene의 등분산 검정 결과, F값은 2.718이고 유의확률은 0.12로 나타나 등분산은 가정되었다. CV-0.75 그룹의 RMS 평균 값은 56.26 μm, CV-1.50 그룹의 RMS 평균 값은 47.10 μm로 나타났다. 두 그룹 간에 유의확률은 유의수준 0.05보다 작은 것으로 나타나 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001). 정밀도를 평가하기 위해 Levene의 등분산 검정 결과, F값은 0.001보다 작게 나왔고, 유의확률은 0.99로 나타나 등분산은 가정되었다. CV-0.75 그룹의 RMS 평균 값은 26.87 μm, CV-1.50 그룹의 RMS 평균 값은 26.08 μm로 나타났고, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05).

Table 1 . Mean±SD of trueness and precision for two groups (unit: µm).

Group	RMS		p-value
	CV-0.75	CV-1.50
Trueness	56.26±5.66	47.10±2.64	<0.001
Precision	26.87±1.24	26.08±1.03	0.630

SD: standard deviation, RMS: root mean square, CV: radius of curvature value..

정량적 평가에서 의미가 있었던 CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹의 진실도 평가 결과에 대한 색상 분석 지도는 다음과 같다(Fig. 3~5). 순면방향에서 관찰했을 때 CV-0.75 그룹은 곡률 반경이 좁아지는 부분에서 CV-1.50 그룹보다 양의 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다(Fig. 3). 절단면에서 관찰해 보면, CV-0.75 그룹은 CV-1.50 그룹보다 인접면 부위 변연에서 음의 오차가 나타났다(Fig. 4). 이와 같은 음의 오차는 인접면에서 관찰했을 때, 변연이 가파르게 변곡되는 지점에서 음의 오차가 발생한 것을 확인할 수 있다(Fig. 5).

Figure 3. Trueness color map of CV-0.75 and CV-1.50 observed from labial view. CV: radius of curvature value.

Figure 4. Trueness color map of CV-0.75 and CV-1.50 observed from incisal view. CV: radius of curvature value.

Figure 5. Trueness color map of CV-0.75 and CV-1.50 observed from mesial and distal view. CV: radius of curvature value.

본 연구의 목적은 곡률 반경 값에 따른 임플란트 맞춤형 지대주의 정확도를 평가하는 것이다. 정확도는 ISO-5725-1에서 정의하기를, 진실도와 정밀도로 나타낼 수 있다[19]. 따라서 본 연구에서는 CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹의 RMS 값의 진실도와 정밀도를 비교하였고, 진실도는 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타나 귀무가설은 기각되었다.

정밀도는 측정한 값(scan data)들 간의 값이 얼마나 가깝게 나오는지에 대한 척도로서 측정한 그룹 간의 편차가 적으면 적을수록 정밀하다고 볼 수 있다[19]. 본 연구의 정밀도에서는 CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Table 1). 따라서 본 연구에서 사용한 밀링 장비의 정밀도는 높은 것으로 나타났다.

진실도는 측정한 값이 참값에 얼마나 일치하는지 나타내는 척도로서 값이 작을수록 진실도에 근접했다고 볼 수 있다[19]. 본 연구에서 진실도를 나타낸 RMS 값을 살펴보면, CV-1.50 그룹의 RMS 평균값이 CV-0.75 그룹의 RMS 평균값보다 작게 나타남으로써 진실도가 높은 것으로 나타났다(Table 1). 즉, 임플란트 맞춤형 지대주를 디자인할 때 chamfer margin 부분의 곡률 반경 값을 0.75로 설정했을 때보다 1.50으로 설정했을 때 가공 정확도가 높게 나타난 것이다. Hong 등[16]의 연구에서도 하악 좌측 1대구치 위치의 맞춤형 지대주의 곡률 반경 값이 0.2부터 0.3, 0.4, 0.5, 0.7로 증가할수록 RMS 평균 값이 작아지면서 진실도에 근접하는 것으로 나타나 본 연구와 비슷한 결과를 보였다. 다른 선행 연구에서도 지대치 형성 시 생길 수 있는 CAM의 오류에 대해 보고함으로써 본 연구 결과를 뒷받침해 주었다[20]. 이와 같은 결과는 임플란트 맞춤형 지대주 디자인의 곡률 반경에 따라 가공 정확도가 달라질 수 있음을 시사한다.

일반적으로 임플란트 맞춤형 지대주를 디자인할 때, 곡률 반경 값에 대한 기준은 정해져 있지 않다. 하지만 선행 연구에서는 정삭 때 사용하는 밀링 툴 직경의 반지름 값 이상을 입력하도록 권하고 있다[17]. 따라서 본 연구에서는 정삭 때 사용한 1.0 mm ball endmill 바의 반지름 값인 0.5보다 두꺼운 0.75 mm의 곡률 반경 값과 0.75의 2배에 해당하는 1.50 mm의 곡률 반경에 따른 가공 결과를 비교하였다. 선행 연구에 따르면 CV-0.75 그룹은 CV-1.50 그룹의 가공 정확도와 유의한 차이가 없을 것으로 예상할 수 있다. 그러나 본 연구의 진실도에서는 CV-0.75 그룹과 CV-1.50 그룹 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다(Table 1). Cho와 Lee [10]의 연구에서도 경사각도가 15°인 공작물은 30°와 45° 경사각도에 비해 정확도가 낮은 가공결과를 보고했다. CV-0.75 그룹의 경사각도가 CV-1.50 그룹의 경사각도보다 작은 것을 볼 때, 본 연구결과와 일치하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 차이는 ball endmill 바에서 발생하는 채터진동(chatter vibration) 때문인 것으로 보인다[10]. 채터진동이란, ball endmill 바의 볼 부분의 기하학적 형상 때문에 공구 중심날에서의 절삭은 거의 일어나지 않고 최외각날에서 큰 절삭력을 발휘해서 생기는 진동으로, 이는 가공면의 정밀도를 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다[10]. 본 연구의 색상 분석 지도에서도 CV-0.75 그룹은 곡률 반경이 가공된 부위에서 100 μm의 양의 오차를 나타냈다(Fig. 3). 일반적으로 보철물의 적합도 허용범위가 120 μm인 것을 고려했을 때, 이와 같은 가공 오차는 임플란트 맞춤형 지대주에 수복되는 보철물의 적합도 및 정확도에도 영향을 미칠 수 있을 것이다[21]. 최근에는 CAD/CAM으로 맞춤형 지대주를 제작하면서 임플란트 보철물도 함께 제작하는 증례가 증가하고 있는 만큼[22], 임플란트 맞춤형 지대주를 디자인할 때, 적절한 곡률 반경 값은 가공 정확도를 높일 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구는 임상적으로 살펴봤을 때 다음과 같은 한계점이 있다. 먼저 본 연구는 상악 전치부 부위의 임플란트 맞춤형 지대주를 제작해서 평가했기 때문에 브릿지와 같은 보철물에는 적용하기 어렵다. 또한 본 연구는 스캔 시 스프레이 도포가 미치는 영향과 같은 여러 상황의 오차 요인들을 완벽하게 제거했다고 볼 수 없는 것이다. 따라서 본 실험 결과의 일반화에는 일정한 한계가 있다. 향후 연구에서는 여러 오차 요인을 통제하고 브릿지와 같은 보철물을 연구하여야 할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 CAD 프로그램에서 임플란트 맞춤형 지대주를 디자인할 때 곡률 반경 값이 가공 정확도에 미치는 영향을 평가하고자 진실도와 정밀도 값을 비교 분석하였다. 연구 결과, 곡률 반경 값을 0.75 mm로 설정한 맞춤형 지대주보다 1.50 mm로 설정한 맞춤형 지대주의 가공 정확도가 우수한 것으로 나타났으며, 곡률 반경 값이 가공물의 정확도에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

This study was conducted as a result of research by the MinLab Dental Laboratory.

This research was supported by grant from Daejeon Health University (No. 2024002).

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.