Published online Apr 20, 2022.
https://doi.org/10.4047/jkap.2022.60.2.222
초록
디지털 기술은 점차 그 영역을 넓혀 치의학의 여러 분야에 큰 영향을 미치고 있다. 최근 디지털 치의학에서는 다양한 삼차원적(3D) 이미지 데이터를 하나로 중첩시켜 진단 및 보철물 제작에 활용하는 것의 중요성이 대두되고 있다. 안면 스캔, 구내 스캔, 하악 운동 기록(mandibular movement recording) 등의 데이터를 통합하면 가상 환자 모델을 구성할 수 있다. 가상 환자(Virtual patient)란 구내 및 구외 연조직, 잔존 치열, 동적 교합 등 디지털 3D 진단 데이터를 통합하여 형성되며 이를 통해 보철 치료의 결과 등을 가상으로 시뮬레이션을 시행할 수 있다. 본 증례에서의 환자는 37세 여성 및 55세 여성 환자로 각각 기존 보철물의 외형이 틀어진 것 같다는 주소와 근관치료 후 전치부 보철물의 재제작을 주소로 내원하였다. 각 환자에서 3D 안면 스캔을 채득하였으며, ARCUS Digma 2 (KaVo Dental GmbH, Biberach an der Riss, Germany)를 통해 환자의 하악 운동을 기록하였다. 수집한 데이터를 computer-aided design (CAD) 소프트웨어(Exocad dental CAD; exocad GmbH, Darmstadt, Germany) 상에서 하나로 통합하여 가상 교합기에 옮겨 디지털 가상 환자를 형성하였다. 이를 통해 임시 고정성 보철물을 디자인하고 수복하여 평가하였으며, 최종수복물로 옮겨 심미적, 기능적으로 만족할 만한 결과를 보였기에 이를 보고하고자 한다.
Abstract
Digital technology is gradually expanding its field and has a great influence on various fields of dentistry. Recently in digital dentistry, the importance of superimposing various 3-dimensional (3D) image data is emerging, in order to utilize gathered data effectively for diagnosis and prosthesis fabrication. Integrating data from facial scans, intraoral scans, and mandibular movement recordings can create a virtual patient. A virtual patient is formed by integrating digital 3D diagnostic data such as intraoral and extraoral soft tissues, residual dentition, and dynamic occlusion, and the results of prosthetic treatment can be evaluated virtually. The patients in this case report were a 37-year-old female whose chief complaint is that the appearance of the existing prosthesis was distorted and a 55-year-old female patient whose anterior prosthesis needed to be refabricated after the endodontic treatment. 3D facial scans were obtained from each patient, and the patient’s mandibular movements were recorded using ARCUS Digma 2 (KaVo Dental GmbH, Biberach an der Riss, Germany). The collected data were integrated on computer-aided design (CAD) software (Exocad dental CAD; exocad GmbH, Darmstadt, Germany) and transferred to a virtual articulator to create a digital virtual patient. The temporary fixed prostheses were designed, restored, and evaluated, and it was reflected into the final restorations. With the aid of the virtual dental patient, accuracy and predictability could be increased throughout treatment, simplifying the occlusal adjustment and clinical evaluation with improved esthetic outcomes.
서론
디지털 기술의 발달은 치의학의 큰 변화를 불러일으키고 있으며 이를 통해 새로운 보철 치료 방법들이 제시되고 있다. 최근 심미치의학 영역에서 다양한 삼차원적(3D) 이미지 데이터를 하나로 중첩시켜 진단 및 보철물 제작에 활용하는 방법에 대한 유용성이 대두되고 있다. 구내 및 구외 연조직, 잔존 치열, 동적 교합(dynamic occlusion) 등 디지털 3D 진단 데이터를 통합하여 가상 환자(virtual patient) 모델을 구성할 수 있으며 이를 통해 보철 치료의 결과 등을 시뮬레이션할 수 있다고 보고되고 있다.1, 2
최근 3D 안면 스캔 및 악운동 등의 데이터를 통합하여 동적 교합을 나타내는 가상환자를 형성함으로써 전치부 고정성 보철물을 제작하는 방법이 소개되고 있다. 이를 통해 심미적인 보철 치료의 예측성을 높일 수 있으며, 교합간섭 및 교합조정의 가능성을 낮추고, 진단과정에서 환자와의 원활한 소통이 가능하다고 보고된다.2, 3, 4 이와 더불어 3D 안면 스캔의 도입으로 인해 환자의 안모를 3D로 시각화한 데이터를 수집할 수 있게 되었고, 이에 따라 여러 방면에서 3D 안면 스캔 데이터를 이용한 증례들이 보고되고 있다.5, 6, 7, 8 진료실에서 3D 안면스캐너를 이용하여 안면 스캔 데이터를 획득하고 구내 스캔 데이터와 중첩할 수 있도록 프로그램 간의 연계성도 높아지고 있다.
또한 디지털 3D 진단 데이터를 통합하여 가상 환자를 형성할 수 있고 이를 통해 보철 치료의 결과를 시뮬레이션할 수 있다고 보고되는데, 이를 위해 여러 장비들을 통한 하악의 움직임을 시뮬레이션하여 개별 환자에 적용할 수 있도록 하는 시도가 꾸준히 존재하였다.1, 2, 9, 10 그 중 ARCUS Digma 2 (KaVo Dental GmbH, Biberach an der Riss, Germany)는 초음파 방식으로 하악의 운동패턴을 기록하는 장비로, 하악 운동 분석 및 중심위 측정을 통해 기능적인 보철물의 제작을 가능하게 한다고 보고된다.11, 12
본 증례에서는 기존 보철물의 외형이 틀어진 것 같다는 주소로 내원한 37세 여성 환자 및 근관치료 후 전치부 보철물의 재제작을 주소로 내원한 55세 여성 환자에서 Bellus 3D Dental Pro (Bellus 3D GmbH, Campbell, CA, USA)를 이용하여 3D 안면 스캔 데이터를 획득하였으며 ARCUS Digma 2를 통해 환자의 악운동을 기록하였다. Computer-aided design (CAD) 소프트웨어(Exocad GmbH, Darmstadt, Germany)상에서 데이터를 통합하여 가상 교합기에 적용하고 동적 교합을 나타내는 가상 환자를 형성하였으며, 이를 통해 치료의 결과를 시뮬레이션하고 심미적인 고정성 보철물을 제작 및 수복하여 심미적, 기능적으로 만족할 만한 결과를 보였기에 이를 보고하고자 한다.
증례
증례 1
첫번째 증례는 37세 여성 환자로 전신질환은 없었으며 기존 상악 전치부 보철물이 과도하게 하얗고 형태가 틀어진 것 같다는 주소로 내원하였다. 구내 검사 결과 기존 상악 6전치 지르코니아 보철물의 부자연스러운 색조와 전치부 악궁의 비대칭이 관찰되었다 (Fig. 1A). 방사선사진 소견상 지대치는 모두 근관치료가 완료된 상태였으며 치근단 병소는 관찰되지 않았다 (Fig. 1B). 이에 안면 스캔 및 악운동 기록을 통하여 안모 및 악운동을 반영한 상악 6전치 보철물의 재제작을 시행하기로 치료 계획을 수립하였다.
Fig. 1
(A) Initial intraoral photograph, (B) Initial panoramic radiographic image, (C) 3D facial scan data of exaggerated smile position, (D) 3D facial scan data of jig position, (E) Jaw motion tracking with ARCUS Digma 2.
첫 번째 내원에 3D 안면 스캐너(Bellus3D Face Camera Pro; Bellus3D, Campbell, CA, USA)를 이용해 환자의 안면 연조직을 스캔하였다 (Fig. 1C, D). 안면과 모형의 스캔 데이터를 중첩시키기 위해 지그를 구내에 장착한 상태에서 추가 안모 스캔을 실시하였다. 환자의 전방운동을 포함한 악운동을 기록하기 위하여 ARCUS Digma 2를 사용하였다 (Fig. 1E). 이후 안면 스캔 데이터와 모형 스캔 데이터, 악운동 기록을 CAD 소프트웨어 (Exocad dental CAD; exocad GmbH, Darmstadt, Germany) 상에서 하나로 중첩시키는 과정을 거쳐 동적 교합을 나타내는 가상 환자를 형성하였다 (Fig. 2).
Fig. 2
(A) Scan data of model with jig, (B) Superimposition procedure of 3D scan images, (C) Superimposed 3D scan images, (D) Virtual mounting procedure, (E) ARCUS Digma 2 data applied to exocad virtual articulation at protrusion, (F) ARCUS Digma 2 data applied to exocad virtual articulation at laterotrusion.
형성된 가상환자 상에서 디지털 진단 왁스업을 시행하여 이전에 보인 틀어진 악궁 형태와 좌우 비대칭을 수정하였다 (Fig. 3A-E). 또한 기존 보철물에서 나타나는 정중선과 치축의 불일치도 안면 스캔 데이터를 토대로 수정하였다. 보철물의 설면 외형은 앞서 채득된 전방운동, 측방운동, 저작운동 등의 악운동을 가상교합기 상에 반영하여 환자의 기능로와 조화를 이루는 전방유도를 나타내도록 디자인하였다. 이와 같은 디지털 진단 왁스업 과정을 거쳐 수정된 형태를 반영한 임시보철물을 제작하였다 (Fig. 3F, G).
Fig. 3
(A) Digital diagnostic wax-up; Labial shape, (B) Digital diagnostic wax-up; Lingual shape, (C) Initial prosthesis, (D) Design of new prosthesis, (E) Superimposition of the initial and new prosthesis, (F) Abutment teeth, (G) Provisional prosthesis.
두 번째 내원에 기존 보철물을 제거한 후 임시보철물을 장착한 상태로 2개월 관찰한 뒤 평가하였다. 환자는 심미적, 기능적으로 만족하였으며 이후 최종보철물로 이행하기 위하여 최종인상을 채득한 후 제작된 모델을 스캔하였다 (Fig. 4A, B). 스캔된 데이터를 가상환자에 병합하여 최종보철물을 디자인하였다 (Fig. 4C, D). 이후 제작된 6전치 지르코니아 최종보철물을 접착한 뒤 교합을 평가하였다 (Fig. 4E, F). 2개월 정기 검진 시 환자의 불편감은 없었고, 적절한 교합의 양상을 확인할 수 있었다 (Fig. 4G, H).
Fig. 4
(A) Scan data of abutment teeth; Labial view, (B) Scan data of abutment teeth; Occlusal view, (C) Definitive restorations; Labial view, (D) Definitive restorations; Lingual view, (E) Intraoral view of definitive restorations, (F) Occlusion check, (G) Appearance after 2 months; Smile view, (H) Appearance after 2 months; Full-face view.
증례 2
두번째 환자는 55세 여성으로 전신질환은 없었으며 왼쪽 위 앞니가 시리고 아프다는 주소로 내원하였다. 구내 검사 결과 상악 좌측 측절치 및 상악 좌측 제1소구치를 지대치로 하는 3본 고정성 보철물을 장착하고 있었으며, 해당 부위의 지대치인 상악 좌측 측절치의 비가역성 치수염으로 진단되었다 (Fig. 5A, B). 이에 기존의 고정성 보철물을 제거 후 상악 좌측 측절치의 근관치료를 시행한 뒤 해당 부위 보철물을 재제작하기로 치료계획을 수립하였다. 기존 보철물에서 상악 좌측 측절치의 순측 근심선각이 돌출된 것과 치축의 부조화를 나타내는 것을 최종보철물 재제작 시 보완하기로 하였다.
Fig. 5
(A) Initial prosthesis of #22=24, (B) Initial panoramic radiographic image, (C) 3D facial scan data; Exaggerated smile position, (D) 3D facial scan data; Jig position, (E) Jaw motion tracking with ARCUS digma 2.
최종보철물 디자인에 환자의 안모 형태와 조화를 이루는 치축을 반영하기 위한 기준으로 3D 안면 스캐너(Bellus3D Face Camera Pro; Bellus3D)를 이용해 환자의 안면 연조직을 스캔하였다 (Fig. 5C, D). 이후 지그를 구내에 장착한 상태에서 추가 안모 스캔을 실시하였다. ARCUS Digma 2를 통하여 환자의 악운동을 기록하였으며 (Fig. 5E), 이후 CAD 소프트웨어(Exocad dental CAD; exocad GmbH) 상에서 안면 스캔 데이터와 모형 스캔 데이터, 악운동 기록을 하나로 중첩시켜 동적 교합을 나타내는 가상 환자를 형성하였다 (Fig. 6).
Fig. 6
(A) Superimposition of facial scan and intraoral jig, (B) Superimposition of different facial scans, (C) Superimposed 3D scan images, (D) Virtual mounting, (E) ARCUS Digma 2 data applied to exocad virtual articulation.
디지털 진단 왁스업을 형성된 가상환자 상에서 시행하여 기존 보철물의 상악 좌측 측절치의 돌출된 형태와 치축의 부조화를 수정하였다 (Fig. 7A, B). 또한 기록된 전방운동, 측방운동, 저작운동 등의 악운동을 가상교합기 상에 재현하여 환자의 기능로와 조화를 이루도록 보철물의 설면을 디자인하였다. 이와 같은 디지털 진단 왁스업 과정을 통하여 임시보철물을 제작하였다.
Fig. 7
(A) Digital diagnostic wax-up; Labial shape, (B) Digital diagnostic wax-up; Lingual shape, (C) Intraoral view of abutment teeth, (D) Scan data of abutment teeth, (E) Definitive prosthesis, (F) Intraoral view of definitive prosthesis, (G) Occlusion check, (H) Appearance after 2 months; Smile view, (I) Appearance after 2 months; Full-face view.
상악 좌측 측절치의 근관치료를 위하여 기존 보철물을 제거한 후 임시보철물을 장착하였으며, 2개월 관찰한 뒤 평가하였다. 환자는 심미적, 기능적으로 만족하였으며 이후 근관치료를 마친 뒤 최종보철물로 이행하기 위하여 최종인상을 채득한 후 제작된 모델을 스캔하였다 (Fig. 7C, D). 스캔된 데이터를 가상 환자에 병합하여 최종보철물을 디자인하였다 (Fig. 7E). 이후 제작된 지르코니아 최종보철물을 접착한 뒤 교합을 평가하였다 (Fig. 7F, G). 2개월 정기 검진 내원 시 환자의 불편감은 없었으며, 교합 양상이 적절함을 확인할 수 있었다 (Fig. 7H, I).
고찰
근래 치의학에서는 3D 안면 스캔의 도입으로 인해 환자의 안모를 3D로 시각화한 데이터를 수집할 수 있게 되었다. 이에 따라 여러 방면에서 3D 안면 스캔 데이터를 도입한 증례들이 보고되고 있다. Joda와 Gallucci5는 안면 스캔 데이터, 구내 스캔 데이터, CBCT를 서로 중첩시키는 방법을 제시하였으며 이를 통하여 임플란트 가이드 수술을 계획하였다. Solaberrieta 등6은 Agisoft Photoscan이라는 소프트웨어를 통해 여러 각도에서 촬영된 사진들을 토대로 3D안면 스캔 데이터를 형성하였다. Lam 등7은 3dMDface라는 장비를 통해 3D 안면 스캔 데이터를 획득하였으며, 스캔 데이터의 정렬을 위한 특수 지그를 제작하는 대신 기성 트레이를 지그로 활용하는 방법을 제시하였다. Hong과 Noh8는 안면 스캔, 스캔 지그, 최대교두감합위 및 하악 전방위 상태에서의 구내 스캔 데이터를 통해 환자의 개별적인 전방시상과로각(Sagittal condylar inclination)을 구할 수 있는 방법을 제시하였다. 이와 같이 3D 안면 스캔 데이터를 활용하려는 시도는 계속적으로 증가하고 있으며, 3D 안면 스캔 데이터를 통해 고정성 보철물의 형태에 악안면 연조직의 형태를 반영하여 치료 결과의 예측성을 높일 수 있다. 또한 3D 안면 스캐너의 발전은 진료실에서의 3D 안면 스캔 데이터 취득을 더욱 용이하게 만들었으며 구내 스캔 데이터와 중첩할 수 있도록 프로그램 간의 연계성도 높아지고 있다. 본 증례에서는 획득한 3D 안면 스캔 데이터를 토대로 보철물 디자인 과정에서 환자의 안모 형태를 가상으로 확인할 수 있었으며 이를 기준으로 보철물의 대칭성 및 외형을 조절하였다.
최근 구내 및 구외 연조직, 잔존 치열, 동적 교합 등 디지털 3D 진단 데이터를 통합하여 가상 환자를 형성할 수 있으며 이를 통해 보철 치료의 결과 등을 가상으로 시뮬레이션할 수 있다고 보고된다.1, 2, 9, 10 Joda 등9은 2015년에 가상환자를 형성하려는 시도가 증가하는 추세라고 밝혔다. 그러나 대부분의 CAD-CAM 수복물은 정적인 교합만을 고려하여 제작되고 있으며 동적교합을 재현한 경우는 드물었다. 이는 CAD 시스템 상에서 동적 교합의 구현이 어렵기 때문이라고 보고된다. 최근 이와 같은 한계점을 보완하고 3D 안면 스캔 및 악운동(jaw motion) 등의 데이터를 통합하여 동적 교합을 나타내는 가상환자를 형성함으로써 기능적인 전치부 고정성 보철물을 제작하는 방법이 소개되고 있다. Li 등2은 안면 스캔 데이터와 CBCT, 악운동 기록을 하나로 통합하여 가상환자를 형성하였고 이를 토대로 기능적이고 심미적인 보철물의 제작이 가능함을 보고하였다. 이와 같이 동적 교합을 나타내는 가상환자의 형성을 통하여 심미적인 보철 치료의 예측성을 높일 수 있으며 교합간섭 및 교합조정의 가능성을 낮추고, 진단과정에서 환자와의 원활한 소통이 가능하다고 보고된다.2, 3, 4
근래 여러 장비들을 통해 하악의 움직임을 시뮬레이션하여 개별 환자에 적용할 수 있도록 하는 시도가 꾸준히 존재하였다. 그 중 ARCUS Digma 2는 초음파 방식으로 하악의 운동패턴을 기록하는 장비로, 하악 운동 분석 및 중심위 측정을 통해 기능적인 보철물의 제작을 가능하게 한다고 보고된다. Park11은 전악 수복을 적응증으로 하는 환자에서 ARCUS digma I, II system을 사용하여 심미적이면서도 환자의 고유과로각에 알맞은 보철물을 제작하였다고 보고하였다. Hong 등12은 잠정 수복물을 평가함에 있어 ARCUS digma 장비를 사용하여 기존의 평가 과정보다 더욱 동적인 평가를 진행하였다. Lo Russo와 Salamini3는 ARCUS digma를 통해 가상교합기 상에 마운팅을 하려는 시도를 하였다. 위와 같이 ARCUS digma를 통하여 기능적인 보철물의 제작을 시도하려는 증례가 많이 보고되고 있으며, 본 증례에서는 형성된 가상환자에서 ARCUS digma 2를 사용하여 동적 교합을 부여하고 보다 기능적인 보철물을 제작하는 것을 목표로 하였다.
본 증례에서는 3D 안면 스캔 데이터로 고정성 보철물의 형태에 악안면 연조직의 형태를 반영하여 치료 결과의 예측성을 높일 수 있었고 ARCUS digma 2를 통해 환자의 악운동을 기록한 데이터를 CAD 상의 가상 교합기에 적용하여 교합조정을 최소화할 수 있었으며 심미적인 고정성 보철물을 제작하여 심미적 기능적으로 만족할 만한 결과를 보였다. 그러나 다양한 CAD 시스템과 Jaw motion analyzer간의 데이터 전송 및 분석 방법이 대부분의 경우 복잡하였으며, Zebris JMA jaw registration systems (Zebris Medical GmbH, Isny, Germany), MODJAW Tech in Motion™ (Modjaw, Villeurbanne, France) 등 특정 시스템에서만 CAD 시스템과 원활한 호환성을 가지고 있다. 이러한 기기 간의 호환성이 개선된다면 데이터 통합 및 제작 과정이 보다 간소화될 것으로 사료된다.
결론
본 증례에서는 3D facial scan 및 ARCUS Digma 2를 통한 동적 교합을 나타내는 가상환자의 형성으로 안모와 조화를 이루는 보철물의 외형을 디자인하고 교합조정을 최소화하는 등 전반적인 치료의 예측성을 높이고자 하였다. 이를 통해 심미적, 기능적으로 만족할 만한 결과를 보이는 보철물의 제작이 가능하였다. 그러나 다양한 종류의 CAD 소프트웨어와 악운동 분석기 간의 데이터 전송 및 분석 방법이 복잡하였으며, 호환성에 있어 특정 기기에서만 원활하게 이루어지는 것이 한계로 나타났다. 추후 기록된 악운동을 가상 교합기에서 실시간으로 직접 재현할 수 있도록 호환성이 개선된다면 보다 기능적인 보철물을 제작할 수 있을 것으로 사료된다.
This work was supported by the National Research Foundation of Korea(NRF) grant funded by the Korea government(MSIT) (NRF-2021R1F1A1048462).
References
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Figures
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