아날로그 시대에서 디지털 시대로의 변화와 기술의 발전은 치과영역에서의 치과 보철물 제작 시스템의 변화에도 많은 영향을 미치고 있다. 최근까지 치과보철물의 제작은 아날로그 방식으로 인상을 채득하여 모형을 직접 제작하는 작업방식에 의존해왔다. 이러한 시스템은 지난 수십 년간 이용되어 왔으며, 현재까지도 많은 부분에서 이용되고 있다. 하지만 이러한 수작업에 의존하는 방식은 기공물 제작과정에서 개인의 역량차이, 수작업에 따른 오차 등과 같은 여러 가지 요인에 의해 최종보철물의 품질이 일정하지 않다는 단점들이 제기되고 있다. 이러한 단점들을 보완하기 위해 1970년대초 Duret 등1의 여러 연구자들에 의해 소개된 디지털 Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacture (CAD/CAM) 시스템에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 현재 치과진료는 기존의 수작업 아날로그방식과 컴퓨터를 이용하여 치과 보철물을 제작하는 CAD/CAM 시스템을 활용하는 디지털방식의 치과진료가 병행되어 이루어지고 있으며, 점차 디지털방식만을 이용하는 치과진료 및 치과보철물 제작방식으로 옮겨가고 있는 과도기에 있다고 볼 수 있다.2-4 이러한 디지털 치과 CAD/CAM 시스템을 이루는 구성요소로 구강스캐너를 통한 구강데이터의 3차원 스캐닝, CAD 프로그램을 통한 3차원 스캐닝 결과물의 디자인 그리고 최종보철물을 제작하는 CAM 과정으로 구성된다고 할 수 있다. 이중 치과 임상과정에서 필요한 절차로는 구강스캐너를 이용한 구강 데이터 캡처 혹은 스캐닝을 통한 디지털 인상법이 필수불가결한 절차라고 할 수 있을 것이다. 디지털 구강 스캐너를 사용하여 구강데이터를 획득할 경우, 데이터보관 및 재현성이 높아지고 의료진 간 협력이 용이하게 되어 최종 보철물의 높은 정확도 및 제작 시간의 단축이 가능하게 된다는 장점이 있다.5-7 이러한 구강스캐너는 장치내의 광학장비를 이용하여 구강을 스캔하고 이미지를 획득하여 2차원 이미지를 3차원 형상의 데이터 이미지로 변환하는 장치라고 할 수 있는데, 이러한 과정에서 장비 및 소프트웨어 구동방식에 따라 최종결과물의 정확도는 달라지게 된다.8-11 이러한 스캐너의 정확도 차이는 최종 출력된 보철물의 정확도 및 변연적합도에도 영향을 미치게 된다. 스캔이미지의 구강 내 정확도 및 재현성이 낮을 경우, 치과 수복물의 수명에도 영향을 줄 수 있으며 수복물과 치아의 간극에 의하여 2차 치아우식증 및 다양한 치주질환의 원인이 될 수 있다.12-17 그러므로 구강스캐너를 통한 정밀한 3차원 데이터 이미지 취득은 최종 보철치료의 성패를 좌우하는 가장 중요한 요소라고 할 수 있을 것이다.18-21 하지만 구강스캐너 성능을 평가하는 중요한 지표인 스캔이미지의 정확도 및 재현성을 평가하기 위한 국제적 혹은 국내적인 가이드라인은 현재 확립되어 있지 않은 상태이다. 현재 3차원 스캐너와 관련하여 제정됐거나 개발 중에 있는 국제표준은 다음과 같다. 모델 스캐너의 정확도 평가를 위한 국제 표준으로 2015년에 제2판으로 개정된 International Organization for Standardization (ISO) 12836이 있다. ISO 12836 표준은 치과용 CAD/CAM 시스템을 위한 디지털 장비의 정확도를 평가하기 위한 표준으로 인레이, 계속가공의치, 및 구형 형태의 표준시편에 대한 대표적인 길이, 각도 및 반경에 대한 재현정밀도, 반복정밀도 및 진도를 계산하여 정확도를 평가하도록 명시 하였다. 하지만, ISO 12836 표준은 모델 스캐너의 정확도 평가 방법만 명시하고 있을 뿐, 치과 임상진료에 실질적으로 많이 쓰이고 있는 구강스캐너의 평가 방법은 명시되어있지 않다.22 그리고 미국치과의사협회 표준인 American National Standards Institute (ANSI)/American Dental Association (ADA) Standard 132번이 있지만, 구강스캐너와 모델스캐너를 구분 짓지 않은 상태로 규격이 제정되어 있다.23 또한, ANSI/ADA 132번 표준을 기반으로 구강스캐너와 관련하여 현재 개발 중에 있는 ISO/CD 20896 (Dentistry - Scanning accuracy of hand-held devices for dental chairside CAD/CAM systems) 표준의 경우, 표준으로 제정되기에는 시간이 많이 걸릴 것으로 예상된다.

따라서, 본 연구는 위에서 언급한 표준모델을 3D 프린터를 이용하여 제작한 후, 각 표준모델의 재료와 표면 상태에 따라 현재 시판중인 구강스캐너를 이용하여 스캔한 디지털 스캔 이미지를 분석하여 표준모델의 재료 및 형상이 구강스캔 이미지에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고, 이를 바탕으로 구강 스캐너의 정확도를 평가하기 위해 표준모델이 갖추어야 할 기본요건을 도출하며 새로운 표준모델 설정을 위한 방향을 제시하고자 한다.

본 연구에서는 재료 및 표면 상태에 따른 표준모델을 모델스캐너와 구강스캐너로 스캔하여 획득한 스캔 이미지를 실제 표준모델 형상과 비교하고자 하였다. 모델 스캐너의 경우 재료 및 표면 상태와 관계없이 샌드블라스팅 처리를 한 3D 프린터 모델의 #3(ID-3D-SB-#3)을 제외하고는 모든 표준 모델에서 완벽한 스캔 이미지를 획득할 수 있었다. 이는 ISO 12836과 ANSI/ADA 132의 표준모델 형상이 넓은 FOV 범위를 가지는 모델스캐너에서는 제대로 인식되어 3D 데이터를 제작 할 수 있다는 것을 의미한다.

하지만 구강스캐너에서는 표준모델의 재질과 표면 상태, 구강스캐너의 구동방식에 따라서 스캔 이미지 획득에 차이가 나타나는 것을 알 수 있다. 표준모델을 제작하는 재료에 따른 결과로 유추해볼 때, 표면의 빛 반사가 발생하는 3D 프린터 모델보다는 초경석고로 만든 표준 모델에서 보다 우수한 스캔 이미지를 획득 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 같은 재질의 3D 프린터 모델에서도 표면 처리를 어떻게 하는가에 따라 상이한 결과를 보였다. 파우더 표면 처리를 한 표준 모델이 샌드블라스팅 처리를 한 표준 모델보다 우수한 스캔 이미지 획득이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 모델스캐너에 비해 FOV 범위가 좁은 구강스캐너에서는 스캔 범위가 넓은 고정성 보철물 형태의 표준 모델인 #4를 제대로 인식하지 못한다는 것을 확인하였다.

구강스캐너의 종류에 따른 스캔 이미지 재현율의 차이는 다음과 같다. CS3500의 경우 각진 형태의 구조를 가지는 ANSI/ADA 132 표준의 #3 인레이 모델의 형상을 잘 반영하였고 둥근 형태의 ISO12836 표준의 모델(#1, #2)은 제대로 표현하지 못했다. TRIOS3는 둥근 형태의 모델인 ISO12836 표준의 #1 크라운 모델의 형상을 제대로 인식하였지만 각진 형태의 ANSI/ADA 132 표준의 #3 인레이 모델은 제대로 표현하지 못한다는 것을 본 연구의 결과로 알 수 있었다.

두 구강스캐너의 사양에서 가장 큰 차이는 FOV와 화면 캡처 방식을 들 수 있다. 첫 번째 FOV의 경우, TRIOS3는 26 mm × 23 mm이고 CS3500은 16 mm × 19 mm와 12 mm × 9 mm를 가지고 있다고 알려져 있다. 비교적 큰 FOV를 가지는 TRIOS3의 경우 작은 크기의 #1 크라운 모델을 넓은 FOV를 바탕으로 한 번에 전체 형상을 인식할 수 있어서 정확한 이미지를 표현한 것으로 보이며 CS3500은 좁은 FOV의 영향으로 #1, #2와 같은 단순 패턴의 반복 및 기준점이 없는 형상을 재현하지 못한 것으로 판단된다. 두 번째 화면 캡처 방식 차이의 경우, TRIOS3는 비디오 방식이고 CS3500은 분할상 자동 캡처 방식으로 서로 다른 방식을 택하고 있다. 스캔 결과 중에서 특히 #3 인레이 모델에서 TRIOS3와 CS3500의 결과가 확연히 나뉘는데 이는 구강스캐너의 화면 캡처 방식의 차이에 기인한다고 여겨진다. CS3500의 경우 #3 인레이 모델과 같이 각지고 반복적인 패턴의 형상을 스캔 할 때, 비교적 좁은 FOV와 분할상 자동 캡처 방식의 결합으로 단순해 보이는 형상의 모델에서 적절한 기준점을 찾아내어 완벽한 형상의 재현은 아니지만 비디오 방식의 TRIOS3 보다 우수한 스캔 이미지를 얻을 수 있었다고 판단된다. 본 연구에서 구강스캐너를 통한 스캔 시, 표준모델의 원래 형상을 유지하지 못하고 다른 형태의 스캔이미지가 생성되는 경우가 다수 발생하여 이미지 정합프로그램을 이용한 정량적 비교분석이 불가능하여 부득이하게 정성적인 평가를 통해 각 스캐너의 이미지 재현 정도를 비교한 것은 본 연구의 아쉬운 점이라 할 수 있겠다.

ISO와 ANSI에서 제시하는 표준 모델은 구강 내 존재하는 실제 치아와 비교하면 해부학적 구조를 가지고 있지 않으며 단순한 패턴의 반복, 한 면에 있어서 반복되는 원형이거나 각진 형태의 대칭구조를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 구조는 좁은 FOV를 가지는 구강스캐너로 표준 모델을 스캔 할 때 서로 다른 면 혹은 다른 구조물이라는 것을 구분하는 기준점이 불분명하게 되어 연속적인 스캔동작과 이미지 정합 과정에서 차이를 구분해 내지 못하고 최종 정합 시 오류를 일으켜 이미지 품질에 악영향을 미친다고 판단된다. 치과 임상용 스캐너의 목적으로 개발된 구강스캐너의 특성상 각기 다른 형상을 띄고 있는 치아의 모습을 재현하기 위해 고안되었기 때문에 기존의 표준 모델을 스캔 할 때 이러한 오류가 발생한다고 여겨지며 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 표준모델의 개발이 필요하다고 여겨진다.

본 연구를 통해 현재 스캐너의 정확도 평가를 위해 제정되었거나 추진 중에 있는 국제표준모델은 단순한 패턴의 반복 및 대칭 구조를 가지고 있어서 스캐너의 정확도 평가, 특히 구강스캐너의 평가를 위해서는 부적합한 모델이라는 것을 알 수 있었다. 구강스캐너의 정확도를 하기 위한 새로운 모델은 단순한 구조이지만 비대칭적이고 일정한 패턴을 가지지 않는 구조이어야 할 것이고 구강스캐너의 FOV 안에 포함될 수 있는 적절한 크기를 가져야 한다는 것을 발견하였다. 현재 이러한 결과를 바탕으로 본 연구실에서는 다양한 형태, 크기의 모델을 디자인하여 실험을 진행하고 있는 중에 있다. 결과적으로 새로운 형태의 표준 싱글 모델을 개발하고 이를 더욱 발전시켜 싱글 모델뿐만 아니라 고정성 보철물 모델, 전악 모델을 반영하고 구강스캐너로 스캔을 할 수 있는 표준모델이 제시되어야 할 것이다.