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Comparative Study of the Surface Roughness of Working Models Fabricated by Dental CAD/CAM Scannable Stone and Type IV Gypsum Products
Comparative Study of the Surface Roughness of Working Models Fabricated by Dental CAD/CAM Scannable Stone and Type IV Gypsum Products
Journal of Dental Hygiene Science. 2014. Dec, 14(4): 455-460
Copyright © 2014, the Korean Society of Dental Hygiene science
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  • Received : September 24, 2014
  • Accepted : October 28, 2014
  • Published : December 31, 2014
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사학 김
재홍 김
noreason07@korea.ac.kr

Abstract
본 연구는 시중에 널리 사용되는 치과용 모형재 중 Type IV 석고와 스캔전용 석고를 이용하여 작업모형을 제작한 후 표면조도를 측정하여 각 실험군별 차이를 확인하였으며, 3D observation and analysis를 통하여 치과용 석고의 표면을 관찰하였다. 제한된 조건 하에서 수행된 본 연구에서 다음과 같은 결과를 산출하였다. 실험 결과, 스캔전용 석고가 Type IV 석고에 비해 우수한 표면조도를 보였으며, 이는 통계적으로 유의하였다(p<0.05). 또한 디지털 전자 현미경의 multi-focus를 이용하여 20배율로 분석한 결과도 스캔전용 석고가 더욱 고른 표면이 관찰되었다. 하지만 본 연구결과를 토대로 임상적 효용성을 평가하기에는 일정 정도의 한계를 내포한다. 차후에는 보다 심층적인 비교분석과 치과 CAD/CAM을 이용한 보철물 제작에 연관된 연구가 뒷받침되어야 할 것으로 생각된다.
Keywords
서 론
환자의 구강 내 환경을 정확하게 인상채득하고 인상체를 이용하여 인접치아와의 관계를 정확하게 재현하는 석고모형을 제작하는 것은 보철물 제작 시 매우 중요한 과정이다 1) . 정확하고 견고한 작업모형을 제작하기 위해서는 석고제품의 경화 반응 시에 나타나는 물리적 특성 및 경화반응이 완료된 후 기계적, 화학적 특성을 충분히 인지하고 있어야 하며, 인상재의 수축량을 보상할 수 있는 석고제품을 선택하여야 하고, 모형 제작 시 사용이 용이하고 기포가 없어야 한다 2) . 현재 임상에서 사용되고 있는 치과용 석고는 국제표준규격(International Standard Organization) ISO No. 6,873에 의해 1형에서 5형까지 각각 인상용 보통석고, 모형용 보통석고, 모형용 경석고, 모형 및 다이 제작용 저팽창 초경석고, 모형 및 다이 제작용 고팽창 초경석고로 분류하고 있다 3) .
치과 보철물을 제작하기 위해 널리 사용되고 있는 모형재로는 Type IV (초경석고)를 사용한다. 조작이 쉽고, 가격이 저렴하며 탄성 인상재에 적합하므로 널리 사용되고 있는데, 본래 색상은 흰색이지만 노란색, 담황색, 녹색, 회색 등으로 착색을 시켜 시판되고 있다. 최근 경향은 치과 computer-aided design/computer-aided manufacture (CAD/CAM)를 이용한 수복물의 제작 빈도가 늘어감에 따라 최적의 작업모형 스캐닝을 위한 스캔전용 석고가 출시되어 현재 세계적으로 널리 판매 중에 있다. 기존의 치과용 석고에 비해 광택이 없으며, 미세기포를 최소화하고, 극미세 분말로 재현성이 뛰어난 모형재로 알려져 있다. 제조사에서 스캔전용 석고를 판매할 때 Type IV과 비교하여 홍보를 하고 있다. 대부분의 스캔전용 석고는 매우 낮은 팽창량(0.07%)를 보이며, 작업시간도 길고, 경화시간은 여유가 있다는 차별성을 두고 있다 4) . 또한 매우 부드러운 표면과 매우 낮은 표면조도를 보이기에 최상의 스캔능력을 보인다고 설명하고 있으며, 체적 안정성과 견고성도 Type IV 석고보다 우수하다는 주장을 하고 있다 5) .
정밀한 보철물 제작을 위하여 모형재는 특정한 요건을 만족시켜야 하는데 6) , 모형재의 기본요건으로는 인상재와의 적합성, 적절한 경화시간, 체적안정성, 높은 압축강도, 미세부 재현성, 표면경도, 마모저항도, 조작의 용이성과 무독성, 표면조도 등을 들 수 있다 7) . 표면조도는 보철물의 변연 및 내면 적합도에 영향을 미치는 요소이기 때문에 모형재가 매끄럽고 부드러운 표면을 가져 거친 표면으로 인한 불필요한 내면 조정과정을 생략할 수 있는 것이 이상적이다. 특히 변연부의 거친 표면은 변연의 완벽성을 떨어뜨리게 되므로 인상체에서 인기한 부드러운 표면을 그대로 재현해 내는 표면조도를 가지는 재료의 선택이 중요하지만 8) , 이에 관한 연구는 부족한 실정이다.
그리하여 본 연구는 현재 치과기공 임상분야에서 널리 사용되고 있는 두 종류의 스캔전용 석고와 한 종류의 초경석고를 선정하고, 표면조도를 측정하여 평가해보고자 한다. 이 과정을 통하여 특수한 목적으로 개발된 스캔전용 석고에 대한 정량적, 정성적 비교분석을 통해 임상 효용성을 규명하고자 한다.
연구대상 및 방법
- 1. 연구대상
- 1) 주 모형의 제작
주 모형의 제작을 위해 표준형태의 전악 치아 모형(AG-3; Frasaco GmbH, Tettnang, Germany)을 선정한 후 지대치를 형성하였다. 지대치로 삭제하기 전에 자연치를 재현한 형태의 모형을 치과용 스캐너(Sensable, Wilmington, NC, USA)를 이용하여 디지털화한 후 해당 프로그램을 이용하여 지대치 디자인을 하였다. 지대치 형성을 위해 해당 치아마다 치축면은 1 mm, 교합면과 절단면은 1.2 mm 옵셋을 부여하는 동시에 축벽의 각도는 5°를 부여하였으며, 변연의 디자인은 rounded-chamfer type으로 설정하였다. 저장된 STL 파일을 가공장비(Arum DEG 5X; Doowon, Daejeon, Korea)를 이용하여 티타늄 절삭 공정으로 주 모형을 제작하였다( Fig. 1 ).
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Master model.
- 2) 주 모형 복제 및 작업모형 제작
작업 모형을 제작하기 위해 티타늄 주 모형을 복제용 실리콘(Deguform; DeguDent GmbH, Hanau-Wolfgang, Germany)을 이용하여 몰드를 제작하였다. 제작된 복제주형 내면에 wetting agent (Picosilk; Renfert, Hilzingen, Germany)를 도포한 후 대조군으로 Type IV 치과용 석고인 GC Fujirock EP (GC Europe NV, Leuven, Belgium)로 지정하였고, 실험군으로는 스캔전용 석고 Aesthetic-Basegold (Dentona, Detmold, Germany)와 Everest Rock (Kavo Dental GmbH, Biberach, Germany)을 제조사의 지시에 따른 혼수비(water/powder)로 진공혼합기를 이용하여 30초간 혼합한 후 진동기 상에서 기포가 생기지 않도록 조심스럽게 넣어 한 시간이 지난 다음 복제주형에서 석고모형을 분리하였다( Table 1 ). 각 석고의 종류마다 10개의 모형을 제작하였으며, 제작된 석고모형은 측정을 시행하기 전에 항온항습이 유지되는 곳에서 보관하였다. 반복적인 작업을 통해 각 실험군당 10개씩 총 30개의 석고 작업모형을 제작하였다( Fig. 2 ).
Gypsum Materials Used in the Study (n=30)
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Gypsum Materials Used in the Study (n=30)
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Working model (top view, bottom view).
- 2. 연구방법
- 1) 작업모형의 표면조도 측정
측정기는 접촉식 표면조도기(SV-3000S4; Mitutoyo, Tokyo, Japan)를 이용하였다. 작업모형 하방의 원기둥 시편에 대한 표면 거칠기를 측정할 때, 측정할 면을 위쪽을 향하게 한 뒤 고정될 수 있도록 고정 지그를 사용하여 고정시킨후에 계기판에 영점이 표시되도록 vertical movement handle을 돌려 stylus의 수직적인 위치를 맞추었다. 측정조건은 stylus: 1.2, measurement length: 1.69 mm, speed: 0.05 mm/s, filter: Gaussian으로 하였으며, 측정 장비를 Japanese Industrial Standards 1994 표준을 근거로 측정하고, 그 값을 보정하였다. 표면조도를 표시하는 방법에는 R a (roughness average, 중심선 평균 거칠기), R q (root mean square, 자승 평균 평방근 거칠기), R max (ten point height of irregularities, 10점 평균 거칠기), R t (꼭짓점과 골까지의 최대수직거리) 등이 있는데 본 연구에서는 가장 대표적인 표면조도지표로 많이 사용되고 있어 안정적이며 쉽게 적용할 수 있는 R a 값을 사용하였으며, 각 작업모형 시편 당 5회씩 각각 다른 부위의 표면조도를 측정한 뒤 평균값을 구하였다.
- 2) 표면조도 양상 관찰
표면조도 측정 후에 모든 시편의 표면을 디지털전자현미경(KH-7700; HIROX, Tokyo, Japan)의 multi focus를 이용하여 original magnification (×20)에서 3-dimensional (3D) observation and analysis을 통해 표면조도의 양상을 관찰하였다.
- 3) 통계 분석
IBM SPSS Statistics ver. 20.0 for Windows (IBM Co., Armonk, NY, USA)를 이용하여 통계 분석을 실시하였다. 접촉식 표면조도기를 통해 총 30개의 시편에서 측정된 각 그룹의 표면조도의 평균과 표준편차를 계산하였으며, 정규성 검정 결과를 토대로 모수 검정인 one-way ANOVA를 시행한 후 Scheffé 사후검증(post hoc test)을 실시하여 실험 결과를 분석하였고, 제1종 오류수준은 0.05로 하였다.
결 과
치과용 석고 실험군의 표면조도는 그룹 간 차이를 보이지 않았다( Table 2 ). 두 종류의 스캔전용 석고가 Type IV 석고에 비해 낮은 R a 값을 보였다. 석고의 종류에 따라 표면조도의 차이가 있는지를 알아본 결과, 유의수준 0.05에서 F값이 237.74, p값이 0.048로 통계적으로 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 동질한 집단을 알기 위해 Scheffé 사후검증한 결과 Scannable Stone 1 (SS1; mean=0.07), Scannable Stone 2 (SS2; mean=0.08), Type IV (mean=0.10) 순으로 측정되었으며, SS1과 SS2 실험군이 동질적인 집단으로 나타났다( Table 3 ).
Mean±Standard Deviation (SD) in μm of the Surface Roughness (Ra) in Various Gypsum Material
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Mean±Standard Deviation (SD) in μm of the Surface Roughness (Ra) in Various Gypsum Material
One-Way ANOVA Data of Surface Roughness of All Groups
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Scheffé post hoc test: Scannable Stone 1=Scannable Stone 2 <Type IV.
디지털 전자 현미경의 multi-focus를 이용하여 20배율로 관찰한 결과, Type IV 석고의 표면 꼭짓점과 골까지의 최대수직거리가 가장 두드러지게 관찰되었으며, 스캔전용 석고 실험군이 Type IV 석고 실험군에 비해 매끄러운 것으로 나타났다( Fig. 3 ).
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Multi-focus images on the surface of various gypsum materials. (A) Type IV group, (B) Scannable Stone 1 group, (C) Scannable Stone 2 group.
고 찰
치과용 석고는 기공작업을 가능하게 하며 정확한 최종 수복물의 제작을 위해 환자의 구강 내 해부학적인 상태를 정확히 재현하는 것이 가장 중요한 요구사항 중 하나이다.
American Dental Association Specification No. 25에 따르면 치과용 석고는 0.2%의 팽창이 발생할 수 있으며, 작업모형의 변위에 상당한 영향을 줄 수 있다고 하였다 6) . 더구나 상, 하악 치아의 악궁을 재현한 석고모형은 상대적으로 작은 크기로 치아의 입체적인 구조나 undercut 존재, 악궁 형태의 다양성 등으로 미세 재현성과 체적 안정성이 뒷받침되어야 하기에 적절한 치과용 석고의 선택이 중요하다 할 수 있다. 구강 내에서 정밀한 수복물을 얻기 위해 정확한 작업모형의 제작은 치과 기공작업의 출발점이다 9) . 이들 제품들이 가장 일반적으로 사용되는 이유는 가격이 비싸지 않으며, 조작이 쉽고 대부분의 인상재와 잘 어울리며 적절한 경화팽창량을 가지고 있다는 것이다 10,11) . 최근 들어서는 치과 CAD/CAM을 이용한 수복물 제작의 빈도가 늘어감에 따라 최적의 작업모형 스캐닝을 위한 스캔전용 석고가 출시되어 현재 해외뿐만 아니라 국내에서도 판매 중에 있다. 스캐너 전용 석고들은 기존의 석고들과 비교하였을 때, 극 미세 분말을 사용함으로써 스캔 후 디지털 모형의 표면은 기존의 석고를 이용하여 얻어진 디지털 모형의 표면보다 부드러운 표면을 얻을 수 있기 때문에 보다 정확한 디지털 모형을 재현할 수 있다고 알려져 있다 12,13) . 그러나 현재 스캔전용 석고에 대한 성분분석이나 일반적인 경석고나 초경석고와의 비교를 통한 연구는 전무한 실정이다.
이에 본 연구는 3가지 다른 종류의 치과용 석고로 작업모형을 만들어 표면조도를 측정하여, 특수한 목적으로 개발된 스캔전용 석고의 우월한 임상적 효용성을 평가하고자 함이다. 치과용 석고의 표면조도를 측정한 결과 각 동일한 실험군의 제품은 거의 유사한 결과 값을 보였으나, Type IV group과 SS1, SS2 groups에서는 표면조도의 차이를 보였다(p<0.05; Table 3 ).
치과용 석고의 표면조도는 인상체와의 적합도, 인상체의 종류에 영향을 받으며 이 외에 석고 분말의 입자 크기, 충전재 첨가, 계면활성제 사용 유무도 영향을 준다 14-16) . Keuter와 Davidson 15) 은 alginate에 대한 석고의 표면조도를 비교한 연구에서 alginate 인상재의 표면조도 자체가 석고의 표면조도에 영향을 미치며 석고 자체의 영향은 적다고 보고하였고, 보다 우수한 표면조도를 보이는 탄성 인상재의 경우 석고의 종류에 따라 표면조도가 달라질 수 있다고 하였다. 탄성 인상재에 주입된 석고의 표면조도는 석고분말 입자 크기가 미세할수록 더 우수하다고 보고하였다. 본 실험에서는 동일한 탄성 인상재로 제작된 몰드에 주입되어 제작된 작업 모형이기에 Type IV 석고와 스캔전용 석고의 실험군의 석고 분말 입자의 미세 정도(fineness) 차이가 존재함을 본 실험 결과를 통해 확인할 수 있었다.
본 연구는 현재 임상적으로 널리 사용되고 있는 Type IV 석고와 스캔전용 석고를 이용하여 작업모형을 제작하여 표면조도를 측정하여 임상적 효용성을 규명하였다. 스캔전용 석고가 Type IV 석고와의 표면조도의 결과 값의 차이가 미세하게 있었으나, 기존 석고보다 차별화된 우월성을 검증하기는 부족하였다. 특수한 목적으로 개발된 스캔전용 석고에 대한 심층적인 분석과 보다 원활한 임상 적용을 위해 좀 더 다양한 연구들이 이어져야 한다고 생각된다. 임상적 허용 가능성을 자세히 논하기 위해서는 CAD 상의 디지털화 된 모형에 대한 직접적인 데이터 비교연구가 먼저 선행되어야 할 것이다. 이러한 실험을 바탕으로 끊임없는 연구가 계속 이어진다면 기존에 널리 임상에서 사용되던 Type IV 석고에 비해 스캔전용 석고에 대한 선호도와 신뢰도가 높아질 것으로 생각된다. 비록 국내 연구 상황은 아직 활성화되어 있지 않으나 보다 정확하고 안정적인 치과 CAD/CAM을 이용한 수복물 제작을 위해서는 추가적인 연구에 관심을 가져야 하겠다.
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