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Evaluation of the Model Accuracy according to Three Types of Dental Scanner
Evaluation of the Model Accuracy according to Three Types of Dental Scanner
Journal of Dental Hygiene Science. 2015. Apr, 15(2): 226-231
Copyright © 2015, the Korean Society of Dental Hygiene science
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
  • Received : March 23, 2015
  • Accepted : March 30, 2015
  • Published : April 30, 2015
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재준 이
진영 박
소연 배
진훈 전
지환 김
웅철 김
kuc2842@korea.ac.kr

Abstract
본 연구는 세 가지 종류 스캐너에 따른 정확도를 비교 평가하기 위하여 시행되었다. 경석고 모형과 스캐너로 채득한 디지털 모형에 각 4지점씩 계측지점을 선정하였고, 이들 4지점사이를 DVC와 디지털 모형 측정 프로그램을 이용하여 길이를 측정하고, 다음과 같은 결론을 도출하였다. 세 가지 종류의 스캐너 가운데 레이저 스캐너가 백색광 스캐너나 청색광 스캐너보다 높은 정확도를 나타내었으나 이 세 가지 종류의 스캐너 모두가 임상적으로 사용하는 것이 가능하다.
Keywords
서 론
최근까지 치과보철물의 제작에 있어 치과기공작업은 노동집약적이고 1) , 대부분 수작업에 의존하여 왔기 때문에, 수많은 기공과정에서의 오차뿐 아니라 기공사 개인의 기술 수준에 따라 완성된 보철물에 질적 차이가 있다 1,2) . 이로 인해 보철물의 품질에 일관성 없을 뿐만 아니라 완성된 보철물이 구강 안의 환경에서 여러 가지 문제를 나타낼 수 있다 1,3) . 따라서 수작업에 의한 단점들을 해결하기 위한 방안의 하나로 최근의 제시되고 있는 것이 3차원 스캐너와 컴퓨터를 활용하는 치과 캐드캠(computer-aided design/computer-aided manufacture, CAD/CAM) 시스템이라고 할 수 있다 4) . 치과 CAD/CAM 시스템은 비용, 인력 및 시간 절약을 보완할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있을 뿐만 아니라, Miyazaki 등 1) 의 연구에 의하면 이 시스템이 양질의 수복물을 생산하고 환자의 건강과 고령화 사회의 삶의 질 향상에도 기여할 것이라고 주장하고 있다.
치과계 CAD/CAM 시스템에 있어서 지대치 등을 포함하는 형상을 3차원 디지털 모형으로 전환하기 위한 스캔과정은 필수적인 요소로 자리잡고 있다. 따라서 스캐너의 품질을 향상시키기 위해 다양한 종류의 스캐너들이 출시되고 있다.
스캐너의 종류로는 직접 구강 내 촬영을 통하여 지대치의 자료를 얻는 방식인 구강 내 스캐너(intra-oral scanner)와 경석고모형을 제작하고 이를 스캔하는 구강 외 스캐너(extra-oral scanner)가 있다. 현재 구강 외 스캐너로 주로 사용되고 있는 것은 접촉식 스캐너(touch probe scanner), 레이저 스캐너(laser scanner, LS), 백색광 스캐너(white light scanner, WLS), 청색광 스캐너(blue light scanner, BLS) 등이 있다 5,6) .
접촉식 스캐너는 측정하고자 하는 대상의 디지털 모형을 얻기 위해서 모형에 탐촉자를 직접 접촉시킨다. 그리고 거기서 얻어진 위치 값을 3축(x, y, z) 좌표 값으로 산출하여 데이터를 획득한다 7) . 이 스캐너는 정밀성이 높게 평가되고 있으나 측정 범위의 한계뿐 아니라 스캔시간이 오래 걸리며 모형 손상 등의 문제점이 있다 5) . 따라서 최근에는 이러한 문제점들을 보완하기 위해 접촉식 스캐너에서 레이저 스캐너나 광학 스캐너로 전환되고 있다 7) .
레이저 스캐너는 삼각측량법을 활용하는데, 이는 3차원 형상의 레이저 빔이 측정 파라미터인 charge coupled device array의 눈금에 닿게 함으로써 레이저와 렌즈 초점의 길이와 거리를 계산하는 방식이다 8) . 한편 광학식 스캐너로는 백색광 스캐너와 청색광 스캐너가 대표적이다. 이들은 특정 패턴을 물체에 투영시켜 그 패턴의 변형 형태를 파악하게 함으로써 3차원 정보를 얻어 낸다 8) . 광학식 스캐너에서는 큰 폭에서 작은 폭으로 줄무늬 모양의 빛을 여러 차례 투사하고, 그 이미지를 삼각측량법으로 계산하여 순차적으로 데이터를 확보한 이후에 여러 방향에서 얻어진 데이터의 이미지를 종합함으로써 최종 데이터를 얻는다 9) . 이것은 기존에 사용하고 있는 레이저 스캐너에 비해 스캔 속도가 빠르고 선명한 이미지를 얻을 수 있는 장점이 있다 10) .
스캐너는 대상을 스캔하여 디지털 인상을 채득하는 기구이므로 인상체의 정밀도를 좌우하며, 이로 인해 수복물의 수명은 물론이고 최종 치료의 성패에도 영향을 미친다 11,12) . 따라서 최근에는 디지털 스캐너의 정확도에 관한 비교평가 연구가 많이 진행되고 있다 13-16) .
Persson 등 5) 은 레이저 스캐너와 접촉식의 스캐너의 반복 정확도 평가에서 레이저 스캐너가 접촉식 스캐너보다 우수한 결과를 나타내었고, 또 다른 Jeon 등 6) 의 인상체 스캐닝에 따른 백색광 스캐너의 정확도에서는 임상적으로 사용 가능하다고 결론을 보여주었다.
지금까지 스캐너의 정확도에 관한 연구들로는 접촉식 스캐너, 레이저 스캐너, 백색광 스캐너에 관한 연구들은 많다 5,6) . 그러나 청색광 스캐너에 관한 연구는 매우 미흡하며, 특히 정확도에 관한 비교 연구는 전무한 실정이다 17) .
따라서 본 연구의 목적은 최근에 많이 사용되고 있는 세가지 종류 스캐너의 정확도를 비교 평가함으로써 임상적으로 도움이 될 수 있는 참고자료를 제공하는 것이다.
연구대상 및 방법
- 1. 시편 제작
- 1) 주 모형
본 연구를 위하여 지대치가 없는 상악 치열모형(ANKA-4; Frasaco GmbH, Tettnang, Germany)을 선정하였다. 상악 치열모형을 실리콘 인상재(Deguform; DeguDent GmbH, Hanau, Germay)로 복제하여 음형의 몰드를 제작하였다. 복제된 음형의 실리콘 몰드에 엑폭시(Modralit3K; DreveDentamidGmbH, Unna, Germany)를 주입하여 주 모형을 제작하였다( Fig. 1 ).
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Master model for the experiment. (A) Frassaco model. (B) Silicone mold. (C) Master model.
- 2) 연구 모형
주 모형을 실리콘 인상재로 복제하여 10개의 몰드를 제작하고, 치과용 스캔 전용 경석고(CAM Stone-N; Ernst Hinrichs GMBH, Goslar, Germany)를 주입함으로써, 총 10개의 경석고 모형 시편을 제작하였다.
- 2. 계측지점 선정
시편의 정확도를 평가하기 위해 Kim 등 18) 의 연구에 근거하여 계측지점을 선정하였다( Table 1 ).
Definitions of Measurement on the Maxillary Dental Arch Landmarks
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Definitions of Measurement on the Maxillary Dental Arch Landmarks
즉 계측지점으로는 상악견치교두정(a, b)과 상악 제1대구치 근심설측교두정(c, d)의 네 점을 선정하였고, 이어서 이 계측지점 사이의 거리(linear measurement)를 측정하였다. 계측지점 사이의 거리(linear measurement) 기준은 다음과 같다.
  • a∼b: 상악견치교두정 사이의 거리
  • c∼d: 상악 제1대구치 근심설측교두정 사이의 거리
  • a∼c: 상악우측 견치교두정과 상악우측 제1대구치 근심설측교두정 사이의 거리
  • b∼d: 상악좌측 견치교두정과 상악좌측 제1대구치 근심설측교두정 사이의 거리
- 3. 경석고모형의 계측지점 간 거리 측정
경석고모형의 계측지점 부위의 신뢰성을 높이기 위하여 연지를 묻힌 평평한 판을 경석고모형에 찍어 가장 높은 교두정 부위에 계측지점을 표시하였다. 그리고 그 계측지점 사이의 거리를 digital vernier calipers (DVC, CD-20PSX; Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 이용하여 측정하였고 이를 DVC군으로 분류하였다( Fig. 2 ).
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Measurement of experimental model using digital vernier calipers.
- 4. 디지털 모형의 계측지점 간 거리 측정
세 가지 종류의 스캐너로 경석고모형을 스캔하여 디지털 모형을 얻었다. 본 실험에 사용된 스캐너는 LS (3Shape A/S, Copenhagen, Denmark), WLS (Identica White; Medit, Seoul, Korea), BLS (Identica Blue; Medit)의 세 종류였다.
디지털 모형의 각 계측지점 간 거리 측정은 다음의 두 가지 프로그램을 사용하여 진행하였다. 거리 측정을 위해 WLS군과 BLS군은 Delcam PowerSHAPE Pro (Delcam copy; Delcam plc, Birmingham, UK)를 사용하였고, LS군은 3Shape 3DViewer (3Shape A/S)를 사용하였다( Fig. 3 ).
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Measurement of digital model. (A) Digital model using 3Shape 3DViewer software. (B) Digital model using delcam copy computer-aided design program.
- 5. 통계 분석
결과값은 평균과 표준편차로 살펴 보았고, Levenʼs test를 실시하여 정규분포의 가정을 만족하였다(p>0.05). 스캐너 종류에 따른 디지털 모형의 정확성을 평가하기 위하여 일원분산분석(one-way ANOVA)을 사용하여 평균 차이의 유의성을 검정하였다.
사후분석은 Tukey honestly significant difference (HSD) 방법으로 실시하였다. 통계적 판단을 위하여 제1종 오류의 수준은 0.05로 하였다. 통계 분석은 IBM SPSS Statistics ver. 21.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA)을 이용하여 수행하였다.
결 과
스캐너 종류에 따른 디지털 모형의 각 계측지점에 대한 거리를 측정한 결과, 전체적으로 주모형보다 디지털 모형의 측정값이 작은 경향을 보였다( Table 2 ). 실제로 a∼b, c∼d, 그리고 a∼c에 있어서는 주모형군보다 디지털 모형군의 측정값이 작았고 통계적으로도 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 그러나 b∼d에 있어서는 주모형군과 디지털 모형군의 측정값이 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 사후분석을 실시한 결과 실제 주모형의 측정값인 DVC군은 스캔을 통해 얻은 디지털 모형의 LS군과 가장 유사한 값을 나타내었다( Table 2 ). 또한 디지털 모형 가운데에는 WLS군과 BLS군이 서로 유사한 값을 보였다.
Comparisions of Mean Distances of Maxillary Dental Arch according to Measurement Methods (mm)
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Values are presented as number only or mean±standard deviation. DVC: digital vernier calipers, LS: laser scanner, WLS: white light scanner, BLS: blue light scanner. a∼gDifferent alphabets mean significantly different at type one error rate 0.05.
고 찰
본 연구는 스캐너의 종류에 따라 스캔된 디지털 모형의 각 계측지점에 대한 거리를 측정함으로써, 스캐너 종류에 따른 디지털 모형의 정확성을 평가하고자 하였다.
본 연구의 결과는 디지털 모형이 경석고모형보다 거리가 작게 측정된 것을 알 수 있었다( Table 2 ). 디지털 모형의 정확성을 평가한 다른 선행연구에서도 디지털 모형이 경석고모형보다 작은 결과를 보여주었다 19) . 이러한 이유는 공통적으로 치과용 스캐너가 경석고모형을 3차원 디지털 모형으로 변환하는 스캔 과정에서 undercut이 큰 embrassure 부위까지 정확하게 재현시키지 못했기 때문에 생긴 데이터 결함이라고 보고하였다( Fig. 4 ) 14,19) .
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Loss of data embrassure areas according to scanning process.
사후분석인 Tukey HSD의 통계적 검증의 결과에서 WLS군과 BLS군의 측정값이 서로 유사하였는데, 그 이유는 동일한 광학방식의 스캔방식에 기인한 것으로 보인다( Table 2 ). 또 다른 결과로는 실제 모형의 측정값인 DVC군이 LS군과 가장 유사한 값을 보였는데, 이는 레이저 방식의 스캐너가 광학방식의 스캐너보다 재현성이 높음을 반증하는 것이라고 생각된다. 이것은 광학방식이 레이저 방식보다 난반사가 크기 때문에 우각부위의 스캔이 어렵다는 주장과도 같은 맥락을 보여 준다 10,20) . 추가로 디지털 길이 측정 도구로 사용된 레이저 방식과 광학방식의 측정 프로그램이 다른 점도 그 이유 가운데 하나가 될 수 있다. 광학방식의 스캐너 측정프로그램은 프로그램 측정자가 선정한 각각의 계측부위인 우각부위를 체크하여 길이를 측정하는 방식이다( Fig. 3 ). 계측지점의 길이 측정을 위해서 3차원 측정으로 우각부위를 체크하여야 하므로 보는 각도에 따라 오류가 발생할 수 있다. 레이저 스캐너 측정 프로그램은 계측부위인 우각부위를 체크하여 단면으로 측정부위를 나타낸다. 따라서 레이저 스캐너는 광학식 스캐너보다 2차원적인 면으로 정확한 부위를 측정할 수 있고, 때문에 LS군이 WLS군이나 BLS군보다 DVC군과 가장 유사한 값을 보였다고 생각된다.
스캐너 종류에 따른 디지털 모형의 정확성을 평가하기 위하여 one-way ANOVA를 시행한 결과, b~d에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 반면에 a∼b, c∼d, a∼c에서는 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).
Santoro 등 21) 에 따르면 디지털모형과 경석고모형의 길이 차이가 0.16∼0.49 mm 정도가 되는 것은 보철물 제작에 있어 큰 영향을 미치지 않는다고 보고하였다. 본 연구에서도 디지털모형과 경석고모형의 길이 차이가 이러한 범위 이내에 있으므로 세 가지 스캐너는 임상적으로 사용이 가능하다고 생각된다.
치과계의 CAD/CAM 도입과 발전에 따라 스캐너의 관한 연구도 활발해지고 있고, 또한 제조사들도 다양한 스캐너를 출시하고 있다 12-15) . Park 등 22) 은 레이저 스캐너가 단일치아에 한해서는 스캔의 정밀도와 속도가 우수하지만 전악치아에서는 스캔의 속도가 느리다는 한계점이 있다고 보고하였다. 따라서 이러한 점을 보안할 수 있는 광학방식의 스캐너가 앞으로의 발전가능성이 매우 높다고 할 수 있다. 또한 모형 스캐너는 최종 보철물 제작 시 환자의 구강 내 환경을 재현한 경석고모형을 디지털 모형으로 전환시키는 기구이므로 정밀성의 재현이 무엇보다 중요하다. 그런 의미에서 본 연구는 스캐너 방식에 따른 디지털 모형의 정확성 평가하였다는 점에서 의의가 있다
본 실험에서는 오차를 최소화하기 위해서 모두 동일한 스캐너 전용 경석고를 사용하여 측정을 실시하였고, 임상에서 주로 사용하는 스캐너들을 사용하였다. 또한 측정 오류를 줄이기 위하여 계측지점의 부위를 연지로 찍어 최대한 정확성을 유지하고자 하였다. 그러나 DVC군의 측정에 있어서는 측정자 오차의 불가피성 때문에 가장 높은 표준편차를 보였다는 점이 이 연구의 한계점이다( Table 2 ).
앞으로 측정자의 오차를 최소화하기 위해 공학 분야에서 쓰이는 3차원 측정을 통해서 정확도를 검증하고, 보다 임상적인 상황에 맞는 측정평가 전용의 모형을 개발하여 이를 이용한 각종 스캐너의 정확성 평가가 이루어져야 한다고 생각된다.
Acknowledgements
본 눈문은 2015년도 광역경제권거점기관지원사업(산업기술거점기관지원-덴탈소재 및 치과기공 기술개발 사업)에 의하여 개발 중인 “치과기공용 캐드캠 관련 제품에 관한 기술개발”과제(과제명: ISO 규격에 준한 치과수복물 가공용 정밀 6축 밀링자동화 장비개발)의 산업통상자원부의 연구비 수혜를 받아 수행된 논문입니다.
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