최근 치과 기공분야에서는 치과용 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing) 시스템을 활용하여 치과 보철물의 수요가 증가하고 있으며[1], 가철성 보철물의 총의치(complete denture) 제작도 활발이 이루어 지고 있다[2]. 기존의 총의치 제작은 수작업을 활용한 의치상 제작, 교합제 제작, 인공치 배열, 의치상 조각 등 중합 과정을 거쳤다[3].

치과 CAD/CAM 시스템을 활용한 총의치 제작은 구강 내 디지털 장비를 사용하여 체득 후 three-dimensional (3D) 데이터화 한다. 채득된 3D 데이터로 치과용 디자인 소프트웨어를 사용하여 의치상 및 인공치아를 설계한다. 디자인이 완료된 총의치는 절삭(subtractive manufacturing) 장비 및 적층(additive manufacturing) 장비를 사용하여 총의치를 제작하며, 선행 연구 및 임상 분야에서는 광중합 수지를 활용한 적층 가공 방식으로 주로 제작되고 있다[3,4].

절삭 가공 방식은 재료를 삭제해 가며 제작물을 제작 하고, 적층 가공 방식은 3D 프린터로 광중합 수지를 활용하여 레이어(layer) 두께에 따라 광조사하여 결과물을 제작한다[5]. 적층 가공 방식은 절삭 가공 방식 보다 다양한 형태 제작이 가능하기 때문에 3D 프린팅을 활용한 빈도가 높아지고 있다[5]. 광중합 3D 프린터는 광원과 모듈에 따라 stereolithography (SLA), digital light processing (DLP) 등의 다양한 종류가 사용된다. 특히, 치과 기공 분야에서는 SLA 방법보다 DLP 방식을 활용한 치과 보철물을 주로 사용하고 있으며, DLP 방식은 광 수조 탱크에 디지털 프로젝터 화면을 사용해 레이어 이미지를 광조사하여 층을 쌓는 방식이다[6,7].

치과 CAD/CAM 시스템을 활용한 총의치 제작은 치과 기공 과정의 오차를 줄일 수 있기 때문에 보철물의 품질이 우수하게 나타날 수 있다. 또한 통상적으로 2~3회의 내원과 짧은 진료 시간으로 제작이 가능하며, 재제작이 필요한 경우 저장된 기록을 사용할 수 있으므로 진료실 내원이 어려운 고령의 환자들의 치료에 여러 장점이 있다[8].

총의치에 대한 2D 적합도 연구와 3D 정확성 연구는 지속적으로 보고된 바 있다. 총의치 2D 적합도 연구는 모형에 의치상을 결합한 다음 절단하여 단면을 측정하는 방식이 있으며, 3D 정확성 평가는 참고 데이터(reference data)와 스캔 데이터(scan data)를 중첩하여 오차율을 분석을 하는 것이다. 3D 측정에서의 일반적으로 정확성(accuracy)은 진실도(trueness)와 정밀도(precision)를 구분할 수 있다. 진실도는 참 값(true value)에 거리가 얼마나 가까운 지를 평가하는 것이며, 정밀도는 반복∙측정 값이 얼마나 모여 있는지를 평가를 하는 것이다[9,10].

광 중합 수지를 활용한 변형에 대해서 다양한 연구가 보고된 바 있다. 특히, 후 경화에 따른 정확성 연구가 다수 존재한다. Kim과 Lee [6]에 의하면 광중합용 DLP 프린팅으로 제작한 인공치아는 후경화기를 사용한 후 경화를 10분과 20분 하였을 때, 경화 시간이 오래될수록 변형률이 높아진 연구가 보고된 바 있으며, Lee 등[11]에 의하면 인공치아 및 의치상이 포함된 총의치도 후경화에 따른 변형이 발생하였다. 또한, 구강 내 환경과 유사한 37℃의 항온수조에서 인공치아의 변형이 존재하는 연구도 보고된 바 있다[12]. 반면, 구강 내 환경과 유사한 의치상에 대한 연구는 부족한 상황이다. 의치상의 변형은 교합 및 의치의 탈락의 원인이 될 수 있기 때문에 변형에 대한 연구는 절실히 필요하다.

따라서 본 연구에서는 광중합형 3D 프린터로 제작한 상악 및 하악 의치상의 항온수조 침적에 따른 3D 진실도를 평가하고자 한다. 귀무가설은 ‘구강 온도와 유사한 항온수조에 상∙하악 의치상을 침적하여도 진실도에 영향이 없다’이다.

1. 시편 제작

1) 주모형 준비

상악 및 하악 무치악(EDE1001, Nissin Dental Products) 및 초경석고(Fujirock EP, GC) 모형을 준비하였다(Fig. 1).

Figure 1. Research design process.

2) 스캔, 디자인, 3D 프린팅 출력

초경석고 모형에 왁스를 사용한 기초상(Hard wax, Daedong)과 교합제(Hard wax, Daedong)를 제작하고, 치과용 모형 스캐너(Medit T710, Medit)를 사용하여 스캔하였다. 스캔된 파일은 레진 의치상을 설계하기 위해서 치과 전용 설계 프로그램(Dental System 2021, 3Shape)을 사용하여 의치상을 설계 후 STL (stereolithography) 파일로 저장하였다.

저장된 STL 파일은 광중합 수지(Tera Harz Denture Base, Graphy)를 DLP형 3D 프린터(T7, Veltz 3D)에 적용하여 상악 및 하악 의치상을 각각 10개씩 출력하였다(Fig. 2, 3). 출력된 의치상은 세척 에탄올(ethyl alcohol 95%)을 사용하여 표면에 묻어 있는 여분의 광중합 수지를 세척하였다. 상악 및 하악 의치상 지지대(support)는 베라 디스크(vera disc)와 텅스텐 카바이드 버(tungsten carbide bur)를 사용하여 표면을 다듬었다. 표면을 다듬고 405 nm의 파장을 가지고 있는 광중합기(MP300, Veltz 3D)를 사용하여 후경화를 5분동안 수행하였다.

Figure 2. Upper denture base manufactured using light-polymerization additive manufacturing.

Figure 3. Mandibular denture base manufactured using light-polymerization additive manufacturing.

2. 스캔 및 항온수조 침적

출력된 상악 및 하악 의치상을 치과용 모형 스캐너(Medit T710, Medit)를 사용하여 인면상을 스캔하였다(Fig. 4). 스캔이 완료된 후 상악 및 하악 의치상을 항온수조(HQ-HWB, Coretech)에 37℃로 50일간 담갔다. 항온수조에는 증류수를 사용하였다(Fig. 5).

Figure 4. Denture base impression surface scan.

Figure 5. Immerse the upper and lower denture bases in a constant temperature water bath.

항온수조에 50일 동안 등온 처리된 상∙하악 의치상을 꺼내고, 고압 에어건을 사용하여 물기를 제거하였다. 물기를 제거된 상∙하악 의치상은 모형 스캐너(Medit T710, Medit)를 사용하여 다시 스캔을 진행하였다.

3. 3D 분석

3D 분석을 위해서 디자인 참조 데이터와 스캔 데이터를 준비하였다. 스캔 데이터는 항온수조 담그기 전 상악 의치상 인상면(impression surface of upper denture base before constant temperature water bath, UBC) 10개, 하악 의치상 인상면(impression surface of lower denture base before constant temperature water bath, LBC) 10개씩, 20개의 스캔 데이터를 준비하였다. 이어서 항온수조에 담근 후 상악 의치상 인상면(impression surface of upper denture base after constant temperature water bath, UAC) 10개와 하악 의치상 인상면(impression surface of lower denture base after constant temperature water bath, LAC) 10개씩, 20개의 스캔 데이터를 준비하였다. 이로써 총 40개의 스캔 데이터를 준비하였다. 준비된 디자인 데이터와 스캔 데이터는 3D 중첩 소프트웨어(Geomagic Control X version 2023.2.0, 3D Systems)를 사용하여 중첩을 하였다. 3D 중첩 시 1차로 일반 정렬을 하고, 2차는 최적의 정렬(best fit) 과정을 거쳤으며, 정렬된 root mean square (RMS) 값을 추출하였다.

$$RMS=\frac{1}{\sqrt{n}}\sqrt{\sum _{i=1}^n{(x_{i,j}-x_{2,i})}^2}$$

중첩 후 RMS 데이터는 통계 프로그램을 사용하여 분석하였다. 추가적으로 색상 비교 분석(color difference map)도 수행하여 분석하였다.

4. 통계분석

측정된 데이터는 기술통계로 분석하고, 유의성 검정은 적은 시편 수와 정규성을 만족하지 못하여 비모수 검정(IBM SPSS Statistics ver. 22.0, IBM) Kruskal-Wallis 검정으로 실시하였다(p=0.05). 비모수 검정은 사후 분석이 없으나, Bonferroni 보정법을 사용하여 사후검정을 실시하였다. Mann-Whitney U-test를 사용하여 두 집단 간 비교 분석하였다(p=0.05/6=0.0083).

본 연구에서의 RMS 결과는 다음과 같다(Table 1). Table 1에서 항온수조에 담그지 않은 UBC 집단과 LBC 집단은 100 μm이내의 오차 값을 보였으며, 항온수조에 담근 후인 UAC 집단과 LAC 집단은 100 μm이상의 오차 값을 보였다.

Table 1 . 3D superimposed RMS analysis results of the upper and lower denture base impression surfaces before and after the constant temperature water bath (n=40) Unit=μm.

Group	Mean±SD	Median	95% CI		p-value
			Min	Max
UBC	89.6a±26.1	94.6	70.9	108.2	0.001
LBC	87.0a±4.1	85.9	84.0	90.0
UAC	143.9b±30.2	137.9	122.3	165.5
LAC	170.4b±68.2	142.5	121.5	219.2

3D: three-dimensional, RMS: root mean square, SD: standard deviation, CI: confidence interval, UBC: impression surface of upper denture base before constant temperature water bath, LBC: impression surface of lower denture base before constant temperature water bath, UAC: impression surface of upper denture base after constant temperature water bath, LAC: impression surface of lower denture base after constant temperature water bath..

^a,bLetter of statistical post hoc analysis of nonparametric tests. The p-value was analyzed as (p=0.05/6=0.0083) using Bonferroni correction..

UBC 집단과 LBC 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며, UAC 집단과 LAC 집단도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 그러나 상악 의치상 및 하악 의치상의 항온수조 사용 전후에 따른 UBC, UAC 집단과 LBC, LAC 집단에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

상악 의치상의 인상면에 대한 색차 분석은 다음과 같다. 항온수조에 담그기 전 단계에서 인상면의 구개 부위는 초록색 부위를 보였으며, 상악결절 부위에서는 작은 범위로 노란색과 빨간색의 오차를 보였다(Fig. 6A). 항온수조에 담근 이후의 상악 의치상 인상면은 상악결절 부위에 노란색과 빨간색의 오차가 크게 보였다(Fig. 6B). 전반적으로 구개부위는 오차가 작게 나타났으며, 잔존치조제 부위는 오차가 크게 나타났다.

Figure 6. Comparison of color differences between the UBC and UAC groups before and after immersion in a constant temperature water bath. (A) UBC, (B) UAC. UBC: impression surface of upper denture base before constant temperature water bath, UAC: impression surface of upper denture base after constant temperature water bath.

하악 의치상의 인상면에 대한 색차 분석은 항온수조에 담그기 전 단계에서 전반적으로 초록색 부위를 보였으며, 협측 붕상면 및 구후융기 부위에 약간에 노란색과 빨간색의 오차를 보였다(Fig. 7A). 항온수조에 담근 이후 협측 붕상면 부위는 파란색으로 오차가 크게 보였으며, 구치부 설측 잔존치조면 부위는 빨간색의 오차가 크게 보였다(Fig. 7B).

Figure 7. Comparison of color differences between the LBC group and the LAC group before and after immersion in a constant temperature water bath. (A) LBC, (B) LAC. LBC: impression surface of lower denture base before constant temperature water bath, LAC: impression surface of lower denture base after constant temperature water bath.

본 연구에서는 광중합 3D 프린팅을 사용하여 상악 의치상과 하악 의치상을 제작하였고, 제작된 의치상을 항온수조에 담가 의치상의 변형을 평가하였다. 항온수조의 환경은 선행연구를 참고하여 증류수를 사용하였으며, 구강 온도와 유사하게 37℃로 설정하여 30일 동안 담갔다[12]. 또한 선행 연구에서는 광중합 3D 프린팅 출력 시 의치상의 적층 두께를 100 μm로 설정하여 안정적인 결과를 보였기 때문에 본 연구에서도 동일하게 설정하여 출력하였다[13]. 본 연구에서는 항온수조의 적용에 따른 변화를 분석하기 위해서 진실도를 종속변수로 선택하여 연구를 수행하고자 하였다.

의치상에 대한 2D 및 3D 연구가 지속적으로 진행되고 있다[13,14]. 의치상 레진에 대한 변형을 측정하기 위해서 2D 적합도 연구와 3D 정확도 평가가 연구되고 있다. 특히, 선행연구에서의 3D 정확도 평가는 임상적으로 적용이 가능한 수치를 100 μm의 오차 범위로 권장하고 있다. 선행연구에 따라 색차분석에서 초록색(green; ±100 μm 이내) 범위는 오차가 없는 구간으로 정하였고, 노란색(yellow)에서 빨간색(red; +100 μm~+500 μm 이상)으로 정하였으며, 파란색(blue)에서 짙은 파란색(dark blue; –100 μm~–500 μm 이상)으로 정하였다[15].

본 연구에서의 결과에서는 항온수조에 담그지 않은 집단인 UBC 집단과 LBC 집단이 평균 100 μm 이하로 임상적인 결과 값을 보였으나, 항온수조에 담갔던 UAC 집단과 LAC 집단은 100 μm 이상의 결과로 나타났으며, 통계적으로도 유의한 차이를 보였으므로(p<0.05), 항온수조에 침적에 따라 영향을 받았기 때문에 귀무가설은 기각되었다. 선행연구에 의하면 3D 평가에서 100 μm 이내의 결과 값을 보였을 경우 임상적으로 적용이 가능한 것으로 보고된 바 있다[11].

하악 의치상이 170.4 μm로 가장 큰 오차를 보였으며, 95% 신뢰 구간에서도 219.2 μm로 가장 크게 나타났다. 선행 연구에서는 후 경화를 진행하였을 경우 하악 의치상이 상악 의치상 보다 변형이 크게 나타났으며, 선행연구와 동일하게 하악 의치상이 변형이 발생하였으며, 선행연구에서도 온도에 따라 의치상이 변형된 것으로 보고된 바가 있다[11,12]. 특히, 하악 의치상의 전치부 부위는 오차가 없는 초록색을 보였으며, 구치부는 협측붕상면 부위와 협측 후방 부위의 색에서 오차가 동일하게 발생하였다.

95% 신뢰 구간에서의 최대 오차 부위 108.2 μm로, 임상적으로 사용이 가능한 100 μm를 초과하였다. 그러나 평균 값과 중앙 값에서 100 μm로 이하로 나타났기 때문에 108.2 μm에 대한 수치는 스캔 및 측정 오차에 의한 것으로 분석된다. 한편 UAC, LAC 집단은 항온수조 이후에 평균 및 중앙 값 모두 100 μm를 넘었으므로 50일 이후의 변형은 연구가 더욱 필요할 것이다.

Fig. 6에서는 UBC 집단과 UAC 집단의 색의 오차를 보여준다. 전반적으로 UBC 집단이 UAC 집단보다 색의 오차가 적은 것을 보여준다. 항온수조 이후의 UAC 집단은 상악결절과 구개부 또한 오차를 보였다. Fig. 7에서 하악 의치상도 LAC 집단이 LBC 집단보다 오차가 크게 나타났다. 하악 의치상은 U자 모형으로, 구치부 협측 부위가 상악 의치상보다 더욱 변형 및 오차가 크게 나타났다. 항온수조 37℃에 담갔을 경우 상악 및 하악 의치상의 변형을 확인할 수 있었다.

본 연구에서의 한계점은 다음과 같다. 처음 의치상의 스캔 과정에서 실내온도는 약 23℃였으며, 항온수조에 담갔을 때 37℃였다. 스캔 과정 및 항온수조 온도 차이에 따른 정확도에 영향이 존재하겠으며, 또한 3D 스캔 과정에서 스캐너의 오차가 존재할 것으로 판단된다. 3D 스캔 과정에서의 오차는 동일 스캐너를 사용하여 오차를 통제하고자 하였다.

본 연구의 결론은 다음과 같다. 광중합으로 제작된 상악 및 하악 의치상은 항온수조에 담그기 전에는 임상적으로 적용이 가능한 수치를 보였으나 구강 내 온도와 동일 환경인 항온수조에 담갔을 때 의치상의 변형이 존재하였다. 특히, 하악 의치상이 상악보다 변형이 크게 나타났으며 하악 의치상이 가장 큰 변형을 보였다. 따라서 구강 내 장기간 사용 시 변형이 발생할 것으로 판단되며, 재료의 개선과 추가 연구가 지속적으로 요구된다.

None to declare.

None.

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