[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 오늘치과 원장 & 최병열 피스티스 대표
  • 승인 2022.02.01 12:40
  • 댓글 0
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디지털 덴티스트리 (2)

덴포라인에서 시작하는 [디지털 치과 도전 프로젝트] 코너는 디지털덴티스트리 시대의 프로세스 흐름을 파악하는 코너입니다. 디지털 장비의 선택과 함께 CAD/CAM, 3D 프린터 등 디지털 장비의 실무적인 사용을 통해 병원의 경쟁력을 확보하기 위한 노하우를 제시합니다.

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

그림 1. 디지털시스템의 하드웨어 흐름
그림 1. 디지털시스템의 하드웨어 흐름


그림 1은 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.

구강 스캐너는 환자의 구강에서 바로 3차원 형상을 얻을 수 있는 장점이 있지만 정밀도 측면에서는 모델 스캐너에 비해 아직 성능이 부족하다. 하지만 모형 스캐너보다 절차가 쉽고 간단하다는 장점을 갖고 있어, 앞으로의 연구 및 발전에 큰 기대를 하고 있다. 지금 이 시간에도 구강 스캐너에 대한 연구개발은 전 세계적으로 진행되고 있으며, 구강 스캐너의 발전으로 인해 덴탈 CAD/CAM 시스템과 시장 구조에 큰 변화가 오리라 예측된다.

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

그림 2. 디지털 보철 제작 공정의 2가지 방법
그림 2. 디지털 보철 제작 공정의 2가지 방법

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.

스캐너의 구매는 원장님들의 업무 효율성, 진료시간 단축, 환자 편의성 등의 차별화에 대해 검토가 필요하다.

먼저 모델 스캐너는 기본적으로 치과 기공소의 구매가 적정한 사항으로 판단된다. 치과병원 내에서 기공소의 업무를 볼 수 있지만, 이것은 많은 투자가 동반되며 직원의 관리까지 생각해야 하는 어려움도 있다. 오히려 환자의 치료와 관리에 집중하는 것이 더 나은 선택일지 모른다. 하지만 빠르고 정확한 치료를 원하는 환자에 대한 적극적인 대응, 그리고 다른 치과와의 차별화를 고려해 구매하는 치과도 있을 것이다. 

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.
 

그림 3. 하드웨어와 소프트웨어 통합된 관리 시스템(덴트피스 서비스 구조)
그림 3. 하드웨어와 소프트웨어 통합된 관리 시스템(덴트피스 서비스 구조)

 

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

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

그림 4. 3차원 형상 이미지화 과정
그림 4. 3차원 형상 이미지화 과정


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 한다. 치아표면에서 반사돼 렌즈로 오는 빛 중에 작은 바늘구멍과 같은 핀홀(pin hole)을 통해 초점과 일치하는 빛만을 광검출기로 받아 디지털화해서 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)은 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 분야에서 구강을 스캔하는 원리는 이와 같은 3가지를 많이 응용해 하드웨어와 소프트웨어를 출시하고 있다.

 

그림 5. 구강스캐너 및 모델스캐너 종류
그림 5. 구강스캐너 및 모델스캐너 종류


그림 5는 스캐너의 제품군과 스캔 방식으로 종류를 분류했다.


모델스캐너인 T310/T510/T710 시리즈는 메디트 사의 제품으로 9㎛/7㎛/4㎛ 정밀도를 가지고 자동상승 기능이 탑재돼 있어 위치를 직접 조정할 필요가 없으며, 소프트웨어는 개방형 시스템 구조다. 카메라의 개수에 따라서 고해상도의 스캔 정보를 얻고 속도도 8초 밖에 걸리지 않는다.

3shape의 모델 스캐너는 E1부터 E4까지 4가지로 구성되며, 속도와 정확도에 따라 버전이 관리된다. E4의 최고 풀아치 스캔 속도 9초, 17초이며, 풀아치 임프레션 스캔 속도는 45초, 25초다. 소프트웨어 옵션 방법에 따라 가격 구성이 다양하다.

CEREC Primescan AC는 출구 포트(카메라 렌즈)와 측정할 면의 간격은 최소 0㎜부터 최대 20㎜까지 촬영이 가능하다. 최적은 2㎜다. 터치패드와 터치스크린 모니터가 탑재돼 조작이 유연하며 간편하다. 터치 기능은 글러브 사용 여부에 관계없이 사용할 수 있다.

iTero element 제품의 모델은 제품의 특징에 따라 제품군의 옵션이 결정된다. 구강 건강상태 모니터링, 투명교정치아 등 시뮬레이터 진단이 가능해 구강 건강상태를 체크 가능하고 활용성을 강조한 제품이다.

i700 구강 스캐너는 구강 내 스캔 시 불필요한 연조직 자동제거 기능하며, 환자의 케이스에 대한 실시간 커뮤니케이션이 가능하다. 특히 인상체 데이터와 스캔 데이터를 병합기능을 구사해 어려운 영역까지 표현가능하며, 디자인 데이터와 보철물의 스캔 데이터를 비교분석해 사전 진료 예측도 가능하다. 또한 환자의 3D 안면 데이터와 구강 스캔 데이터를 정렬해 안모의 모습으로 치료계획을 수립할 수도 있다.

TRIOS 4는 무선으로 정확한 구강 스캔이 가능한데다, 실제 측방운동 스캔, 치아우식 진단 분석, AI 스캔 기술 등 다양한 기능이 탑재됐다. 

CS3700은 CS3600 모델보다 1.3배 빠른 스캔속도를 자랑하며, 3D 프린터 모델빌더 기능으로 교정분석 상담이 가능하다. 특히 스마트-쉐이드 매칭의 BRDF(Bidirectional Relectance Distribution Function) 기술을 탑재해 쉐이드 매칭이 가능하다.

Aoralscan 3은 버튼 하나로 모션 기능과 스캔 작동을 동시에 할 수 있어 편의성을 높인 제품이다. 인체공학적으로 설계돼 그립감을 한층 개선했으며, 길고 슬림한 팁과 240g의 가벼운 무게로 편하게 사용할 수 있다.

결론적으로 치과병원의 상황에 맞는 구강 스캐너 시스템을 갖추고 잘 활용할 수 있는 내부 프로세스를 적용해 디지털 치과기공소와 소통의 협업 업무구조를 갖추게 되면 더 좋은 결과가 나온다. 치아형태학에 적합한 디자인의 노하우가 있는 전문직인 치과기공사와 치과의사와의 서로의 소통과 협업을 통해서 우리 치과병원의 경쟁력을 높일 수 있는 것이다.


구강 스캐너의 선택은 성능은 해상도, 스캔 속도 및 광학적 등 성능이 높고 옵션사항이 높은 것이 좋은 특징이 있지만 술자는 가성비 좋은 제품으로도 충분히 좋은 보철물을 만들 수 있다고 생각된다. 고가의 하이-엔드급 장비를 구매하더라도 제대로 활용할 수 있는 인력이 없다거나 노하우가 충분히 축적되지 못한다면 좋은 결과를 얻을 수 없기 때문이다. 따라서 각 병원의 상황에 맞는 장비를 선택하는 것이 더 중요하다.
 

 



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