[디지털 치과 도전 프로젝트]② 구강 스캐너·모델 스캐너 제품의 종류 및 원리
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[디지털 치과 도전 프로젝트]② 구강 스캐너·모델 스캐너 제품의 종류 및 원리
  • 김석범 원장, 최병열 대표
  • 승인 2022.09.08 09:45
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덴탈아리랑에서는 디지털덴티스트리 프로세스 흐름을 파악하기 위한 ‘디지털 치과 도전 프로젝트’를 선보인다. 이 시간을 통해 디지털 장비의 선택과 함께 CAD/CAM, 3D 프린터 등 디지털 장비의 실무적인 사용을 통해 병원의 경쟁력을 확보하기 위한 노하우를 제시한다.

‘우리 치과 디지털 치과 만들기 구조 잡기 프로젝트’의 지난번 1강좌는 디지털치과의 프로세서의 기본이 되는 전체적인 흐름을 살펴보는 내용이었다. 

<그림 1>은 강좌의 진행과정을 표현했다. 이번 두 번째 강좌는 디지털치과의 첫걸음이라고 할 수 있는 구강 스캐너·모델 스캐너 제품의 종류, 원리에 대한 내용이다.

스캐너는 크게 모델 스캐너와 구강 스캐너로 나눌 수 있으며, 구강 스캐너는 진료실에서 많이 사용하고 있다. 모델 스캐너는 치과기공소 및 기공실에서 사용하며 구강 스캐너보다 안정성과 정밀도가 높다. 그 대신 치아를 3차원으로 형상화하는 공정에서 구강 스캐너에 비해 더 많은 시간이 소요된다.

시중에는 많은 종류의 덴탈 스캐너가 출시돼 있다. 하지만 쉽사리 선택할 수가 없는 것이, 스캐너를 선택하는 것은 보철물의 정밀도를 선택하는 것과 마찬가지기 때문이다. 그렇기 때문에 스캐너의 하드웨어적인 사양과 특성, 그리고 소프트웨어적 측면을 고려해 선택해야 한다.

디지털 보철 치과의 시작은 기본적인 구강 스캐너와 모델 스캐너의 이용과 함께 CAD/CAM, 3D 프린터 기술을 이용하는 것에서부터 출발한다. 선진국의 경우 절반 이상이 모델 스캐너와 구강 스캐너를 혼합해 사용하고 있으며, 진료의 효율을 높이고 구체적이고 체계적인 노하우를 축적하고 있는 현실이다.

술자는 고비용의 모델 스캐너에 투자해 초기 투자비용을 높이는 것보다 환자 편의성을 고려해 치과병원은 구강 스캐너 제품을 구매, 치과 기공소와 소통과 협업의 업무를 지속하는 것이 더 효율적이라 판단한다.

활용성에 맞는 장비 선택과 CAD/CAM 일을 보조할 수 있는 직원 교육에 신경을 쓴다면 치과병원의 진료효율 극대화가 가능할 것으로 판단된다. 보철물 제작에만 너무 집중하다 보면 환자의 진료나 치료 외에 부가적으로 생긴 업무로 인해 피로도가 높아지는 단점도 있다.

따라서 모든 디지털 장비 구매만으로 디지털 치과를 만드는 것은 아니며, 정말 중요한 것은 각각의 치과 상황에 맞는 시스템을 갖추고 잘 활용할 수 있는 내부 프로세스를 갖추는 일이다.

디지털 치과 만들기에 막 입문한 치과라면 구강 스캐너를 구입한 후 외주 치과기공소 협업을 통해 엔트리급의 시스템을 만들 수 있다. 차후 밀링기나 3D 프린터를 추가해 원데이(one day) 인레이, 크라운, 브릿지, 라미네이트, 임시치아 등의 보철물을 원내에서 직접 제작할 수 있다.

헤비유저의 경우 임플란트 수술을 위한 서지컬 가이드, 투명교정, 틀니 제작도 가능한 시스템을 만들 수 있다.

일단 스캐너를 하드웨어적으로 평가할 때 해상도, 스캔 속도와 광학적 성능이 높을수록 더 좋은 스캐너라 말할 수 있다. 구매 시 검토해야 할 항목이다.

<그림 4>와 같이 3D 스캐너의 하드웨어적 작동 방식을 살펴보면, 물체의 표면을 광학적으로 스캔하여 먼저 점으로 된 데이터를 얻는다.

이것을 다시 ‘들로네(Delaunay) 분할’이라는 알고리즘을 통해 점, 선, 면으로 구성되는 3D 모델을 얻게 되는데, 이를 와이어 프레임(wireframe) 또는 폴리곤(polygon) 모델이라고 한다. 이후에는 이 데이터를 이용해 여러 가지 작업을 할 수 있게 된다. 그림 4는 스캐너가 모델의 3D 데이터를 얻는 과정을 기본적으로 묘사하고 있다. 계단을 스캔한 후 점으로 시작해서 점, 선, 면으로 구성되는 3D 디지털 데이터를 계산해 얻는 것이다.

데이터를 얻을 때 하드웨어적 원리는 여러 방법이 있지만 첫 번째는 공초점 현미경 방식(Confocal Laser Scanner Microscopy)으로 레이저를 광원으로 해 치아표면에서 반사돼 렌즈로 오는 빛 중에서 작은 바늘구멍과 같은 핀홀(pin hole)을 통해 초점과 일치하는 빛만을 광검출기로 받아 디지털화해 이미지를 형성하는 방법이다. 중요한 점은 x, y, z 좌표값으로 설정해 목표물을 다양한 심도 및 고해상도로 광학적 표현이 가능하다는 점이다. (1, 2, 3)

두 번째는 광삼각법(Optical triangulation)으로 수 밀리미터 또는 수 마이크로미터의 정확도를 갖고 목표물에 닿지 않은 채로 거리를 측정하는 방법이다. 레이저 패턴을 물체에 투영하면 물체의 형태에 따라 도달되는 표면이 깊이가 다르고 이에 따라 센서에 도달하는 위치가 달라지는 원리를 이용해 광원이 왜곡되는 형태를 공간 부호화법과 같은 방법들을 통해 3차원 정보를 얻는 방식이다.(1, 2)

세 번째 능동적 파면추출(Active Wavefront Sampling, AWS) 표면 형상 데이터를 얻기 위해 레이저를 이용하는 대신에 회전 렌즈 조리개(rotating off-axis aperture)를 이용, 연속적인 카메라 촬영으로 마치 비디오 녹화하듯이 스캔하고 3차원 이미지를 스크린에서 즉각적으로 나타낸다. 레이저나 광원이 사물에서 반사되어 왜곡되는 패턴을 계산해 3D 데이터를 얻는 삼각 측정이나 레이저를 이용하는 방법보다 처리 속도가 빠르고 왜곡 및 착시가 감소한다.(1, 2)

그 외에도 응용된 몇 가지 방법이 있지만 바이오의료기기 분야에서는 적용돼 사용하는 것으로 구강을 스캔하는 원리는 크게 이와 같은 3가지를 많이 응용해 하드웨어와 소프트웨어를 출시하고 있다.

<각주>
1. 서권수, 김선재, 권주현, 장재승, “Implant Digital Impression with Intraoral Scanners”, Implantology, Vol.21(1) : 2-13, 2017-03.
2. Ryan Jin-Young Kim ; Goran I Benic ; Ji-Man Park. “Trueness of Digital Intraoral Impression in Reproducing Multiple Implant Position”, PLOS ONE, Vol.14(11) : e0222070, 2019-11.
3. Ryan Jin Young Kim ; Goran I Benic ; Ji-Man Park, “Trueness of ten intraoral scanners in determining the positions of simulated implant scan bodies”, SCIENTIFIC REPORTS, Vol.11(1) : 2606, 2021-01.

김석범 원장, 최병열 대표
김석범 원장, 최병열 대표 arirang@dentalarirang.com 기자의 다른기사 >

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