치과에서 모형 제작에 사용하는 석고는 International Organization for Standardization (ISO) 6873 및 미국치과협회(American Dental Association) Specification No. 25에서 인상용석고(type I), 보통석고(type II), 경석고(type III), 초경석고(type IV)의 기준으로 분류되며, 이는 물리적 특성과 용도에 따른 구분으로 치과 진료 및 보철물 제작에 사용하는 필수 불가결한 요소이다[1,2]. 특히, 초경석고는 그 높은 강도와 정밀성으로 인해 치과 병∙의원 및 기공소에서 매우 중요한 재료로 사용된다. 이를 통해 최종 보철물의 품질이 좌우되므로, 정확하고 견고한 모형 제작을 위한 필수적인 재료로 평가받고 있다[3].

치과용 석고에 대한 특징을 살펴보면 다음과 같다. 인상용석고는 치과에서 인상 채득 시 특정 작업에 주로 사용되며, 상대적으로 낮은 강도를 지닌다. 보통석고는 진단용 모형 제작에 사용되며 인상용석고보다 더 높은 강도를 제공한다. 경석고는 더 높은 압축 강도를 가지고 있어 작업 모형에 적합하며, 초경석고는 고도로 정밀작업이 요구되는 보철물 제작에서 매우 중요한 역할을 한다[1,2,4]. 초경석고는 치아와 치과 보철물 사이의 정밀한 적합성을 위해 매우 높은 강도와 내구성을 제공하는 것이 특징이다.

초경석고는 주로 충전물(inlay), 단관(crown), 교의치(bridge), 총의치(complete denture), 임플란트(implant)와 같은 정밀 보철물 제작에 사용된다[5-9]. 초경석고를 활용한 보철물 제작은 정확한 적합성으로 환자의 편안함을 보장해야 하며, 초경석고의 높은 강도와 내구성이 그러한 요구를 충족시켜야 한다. 치과기공소와 치과 병∙의원에서는 초경석고를 이용한 복잡한 환자 맞춤형 작업이 진행되며, 이러한 작업 과정은 궁극적으로 최종 보철물의 품질에 영향을 미친다.

초경석고는 강도와 정밀성에도 불구하고 작업 과정에서 기포(porosity) 및 균열(crack)과 같은 문제가 발생할 수 있다고 보고된 바 있다[10,11]. 기포는 석고의 혼합 과정에서 발생할 수 있으며, 이는 최종 모형의 표면에 결함을 초래하여 보철물의 정밀성에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 석고가 경화될 때의 불균형한 수축으로 인해 강도 저하가 발생할 수 있으며, 이는 모형의 내구성과 보철물 제작의 실패로 야기될 수 있다.

이러한 기포를 제거하기 위해서 치과 보철물 매몰(investment) 단계에서 가압 매몰법을 활용하는 방식을 사용하고 있다[12,13]. 가압기를 사용하면 매몰재가 경화되는 동안 발생할 수 있는 기포를 최소화하고 균일한 강도를 유지할 수 있어 보다 정밀한 보철물 제작이 가능해진다[13]. 가압기 적용은 기존 방법보다 정확도를 높이고, 결과적으로 보철물의 품질을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법으로 평가되고 있다[12,13].

가압기 사용 시 외부 압력에 의한 변형 가능성이 있어 인상재부터 모형 제작 단계까지 적용하지 않고 있다. 이는 가압기를 사용함으로써 인상재에 외부 압력이 가해져 변형이 초래될 수 있다는 우려 때문이다. 그러나 최근에는 3차원 정확성 평가가 가능해짐에 따라, 기존 2차원 측정의 한계점을 보다 정밀하게 확인하고 개선할 수 있는 여건이 마련되었다[10]. 3차원 정확성(accuracy) 평가는 진실성(trueness)과 정밀도(precision)를 기반으로 이루어지며, 이를 통해 모형 제작 과정에서의 정확성을 보다 체계적으로 평가하고 분석할 수 있다[8,14-18].

따라서, 본 연구의 목적은 치과용 가압기 사용 여부에 따른 초경석고 전악 모형의 3차원 정확도를 비교하여, 가압기 적용이 모형의 품질에 미치는 영향을 분석하는 것이다.

1. 연구 시편 제작

1) 전악 주모형 선택

상악 주모형(ANA-4, Frasaco)을 선정하고, 실리콘 복제(Deguform, Degudent GmbH)를 하여 1개의 음형의 몰드를 제작하였다.

2) 전악 주모형 및 연구모형 제작

준비된 몰드에서 초경석고(Die stone, Snow Rock) type IV형으로 제작하였다(Fig. 1). 혼합비율은 제조사가 권장하는 100 g/21 mL로 하였다. 몰드에서 처음으로 제작한 모형을 주모형으로 선정하였으며, 그 이후에 제작된 모형은 연구모형으로 선정하였다.

Figure 1. Master model (Die stone, Snow Rock).

연구모형은 세 집단으로 분류하였으며, 제작 과정은 다음과 같다(Fig. 2). 우선, 첫 번째 집단은 몰드에 초경석고를 주입하기 위해 제조회사에서 권장하는 100 g/21 mL로 혼합을 하였다. 혼합 시 15초 동안 손으로 믹싱 후 진공믹서기(TopDen 100, Sejong Dental)를 사용하여 30초 동안 혼합을 하였다. 혼합된 초경석고는 준비된 몰드에 진동기를 사용하여 초경석고(Die stone, Snow Rock)를 주입하였다. 초경석고의 경화는 가압기에 적용하지 않은 상태에서 40분간 경화될 수 있도록 유지하여 제작하였다. 동일한 방식으로 10개의 연구모형을 반복적으로 제작하였다(0 bar, 0B 집단).

Figure 2. Study model of production design.

두 번째 집단은 첫 번째 집단과 동일하게 초경석고를 혼합을 한 다음 가압기에 넣고 2 bar (0.2 MPa) 압력으로 설정하고 유지하여 모형이 경화될 수 있도록 40분간 유지하였다(Fig. 3). 동일한 방식으로 10개의 연구모형을 반복적으로 제작하였다(2 bar, 2B 집단). 마지막으로 세 번째 집단도 두 번째 집단과 동일한 방식으로 제작하였으나 가압기의 압력은 4 bar (0.4 MPa)로 진행하였다(Fig. 3). 동일한 방식으로 10개의 연구모형을 반복적으로 제작하였다. 집단 간 10개씩 제작하여 총 30개의 연구모형을 제작하였다(4 bar, 4B 집단; Fig. 4).

Figure 3. Study model fabrication. (A) 2 bar (0.2 MPa) pressure setting, (B) 2 bar (0.2 MPa) study model, (C) 4 bar (0.4 MPa) pressure setting, (D) 4 bar (0.4 MPa) study model.

Figure 4. Study model. (A) 0 bar study model (no. 1~no. 10), (B) 0 bar representative study model, (C) 0 bar study model (no. 11~no. 20), (D) 2 bar representative study model, (E) 2 bar study model (no. 21~no. 30), (F) 4 bar representative study model.

2. 모형 스캔

준비된 모형을 치과 모형 스캔(Medit T310, Medit)을 사용하여 세 집단 모두 각각 스캔을 진행하였으며, 스캔 저장 시 STL 파일로 저장하였다. 모든 스캔이 동일한 조건에서 이루어지도록 첫 번째 스캔 방향에 맞추어 진행하였다. 이를 통해 스캔 방향에 따른 오차를 최소화하고, 데이터의 일관성과 정밀도를 높이는 데 중점을 두었다.

3. 모형 중첩

중첩 과정은 주모형과 세 집단간 연구모형을 3차원 소프트웨어(Geomagic Control X, 3D Systems)를 사용하여 진행되었다.

우선 주모형과 연구모형을 프로그램에서 불러오기를 진행하였으며, 초기 중첩 진행 후 정밀 중첩(best fit)을 진행하였다. 추가적으로 색 차이(color difference map)도 비교분석을 하였다. 색차 비교에서 10 μm 구간은 오차가 없는 초록색으로 설정하였으며, 양(빨간색)과 음(파란색)의 극단 값은 100 μm로 설정하였다.

1) 진실성을 위한 모형 중첩

중첩 과정은 다음과 같다[14]. 주 모형(no. 0)을 사용하여 참고 데이터로 설정하였으며, 세 집단간 주모형과 중첩을 진행하였다. 첫 번째 집단은 주모형과 연구모형(no. 1~no. 10) 각각 중첩을 진행하였고, 두 번째 집단은 주모형과 연구모형(no. 11~no. 20)을 각각 중첩하였다. 마지막으로 세 번째 집단도 동일하게 주모형과 연구모형(no. 21~no. 30)의 중첩을 진행하였다.

2) 정밀도를 위한 모형 중첩

정밀도를 높이기 위해 다음과 같은 절차를 진행하였다[14]. 첫 번째 집단에서 1번 모형과 2번 모형을 중첩한 후, 1번 모형과 3번 모형, 1번 모형과 4번 모형, 1번 모형과 5번 모형, 2번 모형과 3번 모형, 2번 모형과 4번 모형, 2번 모형과 5번 모형, 3번 모형과 4번 모형, 3번 모형과 5번 모형, 그리고 4번 모형과 5번 모형을 각각 중첩하여 총 10회의 중첩 과정을 수행하였다. 이와 동일한 절차를 두 번째 및 세 번째 집단에도 적용하여 진행하였다.

4. 통계분석

통계 분석은 시편 수가 적고 정규성을 만족하지 못하여 Kruskal–Wallis 검정을 사용하였으며, 집단 간 비교를 위해 Mann–Whitney U 검정(p<0.05/3=0.017)을 활용하여 분석을 진행하였다.

본 연구에서 결과는 다음과 같다. 진실도에서는 2B 집단이 14.86 μm로 가장 낮은 오차 값을 보였으며, 0B 집단이 22.27 μm로 오차가 가장 높게 나타났다. 세 집단간 통계적으로는 유의한 차이를 보였다(p<0.017; Table 1). 진실도의 색차 분석에서는 2B 집단이 초록색 색상의 다른 집단보다 다수 보였으며, 0B 집단은 빨간색과 파란 색상이 다수 보였다.

Table 1 . Comparison of trueness results between three groups: 0B, 2B, and 4B (unit: µm).

Group	Mean	Median	SD	Min	Max	95% CI		p-value
						Min	Max
0B	22.27a,b,*	18.15	11.27	12.70	45.20	14.21	30.33	0.013
2B	14.86b	14.90	2.32	12.50	20.30	13.20	16.52
4B	20.54a	19.10	3.15	17.30	26.10	18.28	22.80

CI: confidence interval, SD: standard deviation, Min: minimum, Max: maximum..

^a,b,*Statistically significant differences (p<0.017)..

정밀도에서도 2B 집단이 14.18 μm로 가장 낮은 오차 값을 보였으며, 0B 집단이 19.34 μm로 오차가 가장 높게 나타났다. 세 집단간 통계적으로는 유의한 차이는 보이지 않았다(p>0.017; Table 2). 색차 분석에서 2B 집단과 4B 집단은 초록색 색상이 다수 존재하였으며, 0B 집단은 타 집단보다 빨간색과 파란색 색상이 다수 관찰되었다.

Table 2 . Comparison of precision results between three groups: 0B, 2B, and 4B (unit: µm).

Group	Mean	Median	SD	Min	Max	95% CI		p-value
						Min	Max
0B	19.34	18.00	5.87	13.00	31.00	15.14	23.54	0.075
2B	14.18	13.20	2.01	12.50	18.40	12.75	15.62
4B	16.85	15.00	4.88	11.30	26.30	13.36	20.34

CI: confidence interval, SD: standard deviation, Min: minimum, Max: maximum..

최근 치과 분야에서는 3차원 분석이 도입되면서 기존 2차원 평가의 한계를 극복하고 있다[8,10,13-17]. 특히 치과 보철물의 평가에서 2차원 분석만으로는 한계가 있었던 구조적 특성, 적합성, 주변 조직과의 관계 등을 3차원 평가를 통해 다양한 각도에서 더욱 정밀하게 분석할 수 있게 되었다[8,14-18]. 이러한 3차원 평가 방법은 보철물의 기능적 적합성을 높이고, 치료 계획 수립 시 더욱 예측 가능한 결과를 제공하며, 맞춤형 치료에 기여하고 있다. 본 연구는 가압기 사용이 모형 정확성에 미치는 영향을 3차원 평가를 통해 밝히고자 하였다.

본 연구에서 사용한 3차원은 ISO 5725-1과 ISO 12836을 참고하여 진실도와 정밀도를 측정하였다[19,20]. 색차 분석에서는 초록색 구간을 10 μm의 오차가 없는 구간으로 정하였으며, 양의 오차(빨간색)는 100 μm로, 음의 오차(파란색)는 –100 μm로 설정하였다. 모형을 중첩할 때 초록색 구간을 10 μm 이상으로 설정하면 다수의 초록색 구간이 발생하여 모형 오차의 비교 분석이 어려워지는 문제가 있었다. 이에 본 연구에서는 모형 오차를 효과적으로 비교 분석하기 위해 초록색 구간을 10 μm로 설정하였다. 또한, 모형 스캐너의 ISO 12836 기준에 따라 오차율을 측정한 결과, 제조사에서 9 μm의 오차가 발생하는 것으로 보고되었다. 이를 바탕으로 10 μm를 기준으로 측정 오차를 평가하였다.

본 연구에서는 가압기를 사용하여 경화된 경우 모형의 변형이 감소하고 정확도가 개선되는 경향이 분석되었다. 특히, 2 bar의 압력을 적용한 집단에서 진실도와 정밀도 모두 가장 우수한 결과를 보였는데, 이는 적절한 수준의 압력이 경화 과정에서 변형을 억제하는 데 효과적이라고 판단된다. 2 bar의 압력이 가장 좋은 결과를 보인 이유는 경화 과정에서 적절한 압력이 석고 내부의 미세한 기포를 제거하고, 내부 구조를 균일하게 만들어 모형의 변형을 최소화할 수 있기 때문으로 판단된다. 또한, 초경석고의 경화 과정에서 발생하는 팽창을 억제함으로써 변형이 최소화된 것으로 판단된다. 제조회사에서 공개한 경화 팽창률은 약 0.09%이지만, 팽창 과정에서 가압기의 효과로 인해 진실도와 정밀도 값의 오차가 적은 것으로 나타났다.

색차 비교 분석에서 분석을 본다면, 진실도에서 2B 집단이 초록색 색상의 다른 집단보다 많이 나타났으며, 0B 집단에서 극단적인 빨간색과 파란색 색상이 다수 관찰되었다(Fig. 5). 또한 정밀도에서도 가압기를 사용한 2B 집단과 4B 집단은 초록색 색상이 다수 존재하였으며, 가압기에 넣지 않은 0B 집단은 타 집단보다 다수의 빨간색과 파란색 색상을 관찰할 수 있었다(Fig. 6). 이는 압력이 없는 상태에서 경화 과정 중 발생하는 미세 기포가 제거되지 않아 내부 응력이 증가하고, 팽창 억제가 감소하여 최종 모형에 변형이 발생한 것으로 판단된다. 반면, 4 bar의 높은 압력을 적용했을 때는 과도한 압력으로 인해 석고 내부에 불균일한 응력이 발생해 오히려 변형이 증가하는 경향을 보였다. 이는 경화 과정에서 적절한 압력 설정이 모형의 품질에 중요한 영향을 미친다는 것을 의미한다.

Figure 5. Comparison of trueness color difference map results between three groups. (A) 0B (no. 1~no. 10) group, (B) 2B (no. 11~no. 20) group, and (C) 4B (no. 21~no. 30) group.

Figure 6. Comparison of precision color difference map results between three groups. (A) 0B (no. 1~no. 10) group, (B) 2B (no. 11~no. 20) group, and (C) 4B (no. 21~no. 30) group.

0B 집단에서 가장 큰 변형과 변동성을 보였다는 결과는 가압기를 사용하지 않을 경우 경화 과정에서 불규칙적인 변형이 발생할 가능성이 높다는 것을 보여준다. 이는 가압기를 통해 미세한 수축과 기포를 제거하는 것과 가압을 통해 모형의 품질과 일관성을 확보하는 데 있어 매우 중요함을 의미한다. 특히, 0B 집단의 결과는 경화 조건을 최적화하지 않을 경우와 적절한 외부 압력이 없을 경우 보철물의 품질 저하가 발생할 수 있음을 시사한다. Fig. 4B를 관찰한 결과, 전치부 우각 부위와 교두와 같은 예리한 부위에 음형 기포가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 가압기를 사용한 Fig. 4D, 4F에서는 기포가 발생하지 않았다.

4B 집단에서의 결과는 과도한 압력이 오히려 모형의 부정적인 영향을 미칠 수 있음이 판단된다. 높은 압력은 석고 내부 구조를 과도하게 압축하여 불균일한 경화를 초래할 가능성이 있으며, 이는 모형의 일관성을 저하시킬 뿐만 아니라 변형을 유발할 수 있는 요인으로 판단된다. 또한, 단일 실리콘을 사용하여 4B 집단의 연구 모형을 제작하는 과정(21~30번째)에서 실리콘 자체의 반복 사용으로 인해 오차가 발생했을 가능성도 판단된다. 따라서 경화 과정에서의 압력은 단순히 높을수록 좋은 것이 아니라, 적절한 수준에서 균형을 맞추는 것이 중요하다. 본 연구에서 가장 좋은 결과를 보인 2 bar의 압력은 이러한 균형을 잘 유지할 수 있는 조건임을 보여줬다.

본 연구의 결과는 주모형 제작 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 가압기를 사용한 경화 과정에서 적절한 압력 설정이 보철물의 품질을 크게 개선할 수 있음을 보여줄 것으로 판단이 되며, 이는 치과 보철물의 장기적인 안정성과 환자 만족도를 높이는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 판단된다. 향후 추가 연구를 통해 다양한 조건에서의 최적화된 경화 방법을 도출하고, 이를 임상에 적용함으로써 치과 보철물 제작의 신뢰성과 품질을 더욱 높일 수 있을 것이다.

본 연구의 한계점은 복제용 실리콘 몰드를 사용했다는 점이다. 실제 임상에서는 알지네이트 또는 고무계열 인상재를 사용하여 인상을 채득하고 있으므로, 본 연구 결과를 토대로 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 인상재의 두께에 따른 연구가 가압기에 영향을 미칠 가능성이 있다고 판단되며, 이는 추가 연구 시 고려할 중요한 사항으로 여겨진다.

한편, 선행연구에서는 가압 매몰기 사용시 3 bar 압력을 사용한 사례가 보고된 바 있다[13]. 본 연구에서 2 bar와 4 bar의 압력으로 실험을 진행한 이유는 압력을 2배로 증가시켰을 때의 효과를 확인하기 위함이었다. 실험 과정에서 저자가 보유한 컴프레서가 최대 6 bar에 도달하지 못해 2 bar와 4 bar로 설정하였으며, 향후 연구에서는 1, 2, 3 bar로 설정하여 추가 실험을 진행할 필요가 있다고 판단된다.

본 연구는 치과 석고 모형 제작 시 2 bar의 가압 조건이 가장 높은 정확도를 제공함을 확인하였으며, 이는 미세 기포 제거와 적절한 팽창 유도로 변형 감소 효과 관련이 있다고 판단된다. 반면, 0 bar와 4 bar 조건에서는 각각 기포 축적과 과도한 응력으로 인해 변형이 증가하는 경향이 관찰되었다. 따라서 적절한 가압 조건을 설정하는 것이 보철물의 정밀도와 품질 향상에 기여할 것으로 생각된다.

This research was supported by Kyungdong University Research Fund, 2024.

None.

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